DE19731972C2 - Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 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 Recheneinheit umfaßt. Ein Steuerprogramm hat eine erste, zweite und eine dritte Programmebene. In der ersten Recheneinheit werden die erste und die zweite Programm­ ebene abgearbeitet. Die dritte Programmebene ist auf die er­ ste und zweite Recheneinheit aufgeteilt. In der ersten Pro­ grammebene wird mindestens ein Stellsignal für ein Stell­ glied der Brennkraftmaschine abhängig von einer Betriebs­ größe ermittelt. In der zweiten Programmebene wird ein Notlaufbetrieb in der ersten Programmebene aktiviert, wenn eine Unplausibilität des Steilsignals erkannt ist.

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

Wird von der zweiten Programmebene ein Notlaufbetrieb in der ersten Programmebene veranlaßt, so wird der Notbe­ trieb gegebenenfalls tatsächlich nicht oder nur fehlerhaft ausgeführt. Dies ist ein hohes Risiko für die Fahrsicherheit eines Kraftfahrzeugs mit der Steuereinrichtung, wenn durch das Stellglied die Leistung der Brennkraftmaschine beein­ flußt 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 so­ gar gar keine Informationen über die aktuellen Werte der Betriebsgrößen. Demnach kann die Leistungsbegrenzung dann nur durch ein Stillsetzen der Brennkraftmaschine er­ folgen. Dies bedeutet aber erhebliche Fahrkomforteinbußen und kann eine unnötig geringe Zuverlässigkeit der Steuer­ einrichtung zur Folge haben.

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

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

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

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

Fig. 1 eine Brennkraftmaschine mit einer Steuereinrich­ tung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Steuereinrichtung,

Fig. 3 ein Ablaufdiagramm eines Steuerprogramms in ei­ ner zweiten Programmebene.

Elemente gleicher Konstruktion und Funktion sind figu­ renübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Eine Brennkraftmaschine (Fig. 1) umfaßt einen Ansaug­ trakt 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 Ventil­ antrieb 32a und ein dem Auslaßventil zugeordneter Ventil­ antrieb 32b angeordnet ist. Die Ventilantriebe 32a, 32b um­ fassen jeweils eine nicht dargestellte Nockenwelle mit einer Übertragungseinrichtung, die den Nockenhub auf das Ein­ laßventil 30 bzw. das Auslaßventil 31 überträgt. Es können auch Einrichtungen zum Verstellen der Ventilhubzeiten und des Ventilhubverlaufs vorgesehen sein. Altetnativ kann auch je ein elektromagnetischer Aktor vorgesehen sein, der den Ventilhubverlauf des Ein- bzw. Auslaßventils 30, 31 steuert.

In den Ansaugtrakt 1 ist ein Einspritzventil 11 einge­ bracht, das so angeordnet ist, daß der Kraftstoff in den An­ saugtrakt 1 zugemessen wird. Das Einspritzventil kann al­ ternativ jedoch auch in den Zylinderkopf 3 eingebracht sein und dort so angeordnet sein, daß der Kraftstoff direkt in den Innenraum des Zylinders 20 zugemessen wird.

Eine Zündkerze 34 ist in eine Ausnehmung des Zylinder­ kopfes 3 eingebracht. Die Brennkraftmaschine kann auch als selbstzündende Brennkraftmaschine ausgebildet sein. Dann ist keine Zündkerze 34 vorgesehen und statt des Ein­ spitzventils ist gegebenenfalls eine Einspritzdüse vorgese­ hen. Die Brennkraftmaschine ist in der Fig. 1 mit einem Zy­ linder dargestellt. Sie kann jedoch auch mehrere Zylinder umfassen.

Ein Abgastrakt 4 mit einem Katalysator 40 ist der Brenn­ kraftmaschine zugeordnet. Eine Steuereinrichtung 5 für die Brennkraftmaschine ist vorgesehen, der Sensoren (Geber) zugeordnet sind, die verschiedene Meßgrößen erfassen, je­ weils den Meßwert der Meßgröße ermitteln und ein Meßsi­ gnal erzeugen. Die Steuereinrichtung 5 ermittelt abhängig von mindestens einer Betriebsgröße ein oder mehrere Stell­ signale, die jeweils ein Stellgerät steuern.

Die Sensoren sind ein Pedalstellungsgeber 61, der einen Pedalwert PV des Fahrpedals 6 erfaßt, ein Drosselklappen­ stellungsgeber 12, der einen Öffnungsgrad der Drossel­ klappe erfaßt, ein Luftmassenmesser 13, der einen Luftmas­ senstrom MAF erfaßt und/oder ein Saugrohrdrucksensor 14, der einen Saugrohrdruck MAP in dem Ansaugtrakt 1 erfaßt, ein Temperatursensor 15, der eine Ansauglufttemperatur er­ faßt und ein Drehzahlgeber 24, der eine Drehzahl N der Kur­ belwelle 23 erfaßt. Der Steuereinrichtung 5 kann eine belie­ bige Untermenge der genannten Sensoren sein oder es kön­ nen ihr auch zusätzliche Sensoren zugeordnet sein.

Betriebsgrößen umfassen die Meßgröße sowie von diesen abgeleitete Größen, wie einen Umgebungsdruck, die über einen Kennfeldzusammenhang oder von einem Beobachter ermittelt werden, der Schätzwerte der Betriebsgrößen be­ rechnet.

Die Stellgeräte umfassen jeweils einen Stellantrieb und ein Stellglied. Der Stellantrieb ist ein elektromotorischer Antrieb, ein elektromagnetischer Antrieb, ein mechanischer oder ein weiterer dem Fachmann bekannter Antrieb. Die Stellglieder sind als Drosselklappe 10, als Einspritzventil 11, als Zündkerze 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 zugeordneten Stellglied Bezug genommen.

Die Steuereinrichtung ist vorzugsweise als elektronische Motorsteuerung ausgebildet. Sie kann jedoch auch mehrere Steuergeräte umfassen, die elektrisch leitend miteinander verbunden 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 ersten Recheneinheit zugeordnet, der die Meßsignale digitalisiert.

In der ersten Recheneinheit 51 wird die erste und zweite Programmebene abgearbeitet. Die dritte Programmebene E3a, E3b ist auf die erste und zweite Recheneinheit 51, 52 aufgeteilt. In der ersten Programmebene E1 werden Stellsi­ gnale für die Drosselklappe 10, das Einspritzventil 11 und die Zündkerze 34 und vorzugsweise für die übrigen Stell­ glieder abhängig von den Betriebsgrößen ermittelt. Außer­ dem werden in der ersten Programmebene Diagnosefunktio­ nen abgearbeitet, wie zum Beispiel eine Diagnose des Pe­ dalstellungsgebers. Die Steilsignale werden Endstufen 53, 54 zugeleitet, die jeweils ein Stellsignal verstärken.

In der zweiten Programmebene werden die Stellsignale überwacht und eine erste Notlauffunktion NL1 in der ersten Programmebene E1 aktiviert, wenn die zweite Programm­ ebene E2 eine Unplausibilität in einem der Stellsignale, in einem der Meßsignale oder zwischen einem tatsächlichen und angeforderten Drehmoment erkannt hat. Das tatsächli­ che Drehmoment wird abhängig von mindestens einem Stellsignal ermittelt, vorzugsweise abhängig von einem Zündsignal (Zündwinkel) und der Einspritzzeitdauer oder auch abhängig von dem Zündsignal und den Meßsignalen Drehzahl N und Luftmassenstrom. Das angeforderte Dreh­ moment wird aus einem Verlustdrehmomentbeitrag, der ab­ hängt von dem Luftmassenstrom, der Drehzahl N und/oder einer Kühlmitteltemperatur, aus einem gewünschten Dreh­ moment, das abhängt von dem Fahrpedalwert PV, aus exter­ nen Drehmomentanforderungen, wie z. B. von einem Anti- Schlupfregler, einem Leerlaufregler, einem Motorschlepp­ moment-Regler oder einem Geschwindigkeitsreglers, und unter der Berücksichtigung ermittelt, ob die erste Notlauf­ funktion aktiviert sein sollte oder nicht.

Die erste Notlauffunktion NL1 ist bevorzugt eine Dreh­ zahlbegrenzung zum Steuern einer Brennkraftmaschine. Dies gewährleistet einen komfortablen Notlauf, bei dem ein Fahrer eines Fahrzeugs in dem die Brennkraftmaschine an­ geordnet ist, mit dem Fahrzeug zu einer Werkstatt fahren kann. Die zweite Programmebene E2 wird weiter unten an­ hand von Fig. 3 detailliert erläutert.

Die dritte Programmebene E3a, E3b ist auf die erste und die zweite Recheneinheit 52 aufgeteilt. Der Teil der Pro­ grammebene E3b, der auf der zweiten Recheneinheit 52 ab­ gearbeitet wird, wird im folgenden als watch-dog bezeich­ net. 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 Rechenbefehle in der ersten Rechenein­ heit 51 ausführen und überwacht deren Ausführung. Eine Ablaufkontrolle der zweiten Programmebene E2 erfolgt in der dritten Programmebene E3. Dazu wird der aktuelle Wert einer Kontrollvariablen KV jeweils nach einer vorgegebe­ nen Zeitdauer mit einem Vorgabewert verglichen.

Der Wert der Kontrollvariablen wird an vorgegebenen Programmstellen in der zweiten Programmebene E2 verän­ dert. Der Vorgabewert der Kontrollvariablen ist derjenige Wert, den die Kontrollvariable hat, wenn die Softwarefunk­ tionen der zweiten Programmebene während der vorgegebe­ nen Zeitdauer fehlerfrei abgearbeitet werden.

Stellt die dritte Programmebene E3 fest, daß der Wert der Kontrollvariablen von dem Vorgabewert abweicht, so akti­ viert sie eine zweite Notlauffunktion. Die zweite Notlauf­ funktion ist bevorzugt ein Stillsetzen der Brennkraftma­ schine. Dazu werden die Endstufen 53 und 54 deaktiviert. Dies hat zur Folge, daß das Stellsignal THR_S für den Öff­ nungsgrad der Drosselklappe 10 und das Einpritzsignal INJ_S für das Einspritzventil 11 nicht mehr verstärkt wer­ den und so der Luftmassenstrom MAF verringert wird und kein Kraftstoff mehr zugemessen wird.

Die zweite Recheneinheit ist bevorzugt als kostengünsti­ ger Micro-Controller ausgebildet.

Fig. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm der zweiten Programm­ ebene 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 Kontrollvariablen KV. Die Kontrollvariable KV wird mit dem Wert zwei multipliziert. Die Kontrollvariable KV kann jedoch auch mit einer beliebigen anderen vorgegebe­ nen Rechenoperation in ihrem Wert verändert werden. Ein derartiges Verändern des Wertes der Kontrollvariablen KV erfolgt auch an weiteren vorgegebenen Programmstellen in der zweiten Programmebene E2.

Die Programmebene E3 stellt anhand des Wertes der Kontrollvariablen KV fest, ob alle derartigen Programmstel­ len korrekt abgearbeitet wurden und schließt damit auf die korrekte oder inkorrekte Arbeitsweise der zweiten Pro­ grammebene E2.

In einem Schritt S3 werden die Meßsignale und/oder die Stellsignale plausibilisiert, die in der ersten Programmebene E1 ermittelt wurden. Dies erfolgt beispielsweise im Rahmen einer Momentenüberwachung. Das von der ersten Pro­ grammebene E1 an einer Welle des Antriebsstrangs, vor­ zugsweise der Kurbelwelle, angeforderte Drehmoment wird mit dem tatsächlichen Drehmoment verglichen, das von der zweiten Programmebene E2 ermittelt wird. Weichen die Momente mehr als ein vorgegebener Schwellenwert vonein­ ander ab, so wird auf einen Fehler in der ersten Programm­ ebene E2 geschlossen. Des Weiteren kann auch ein Plausibi­ lisieren des Pedalstellungsgebers 61, der vorzugsweise zweikanalig ausgeführt ist, in der zweiten Programmebene erfolgen.

In einem Schritt S4 wird geprüft, ob in dem Schritt S3 ein Fehler der ersten Programmebene E1 erkannt wurde. Ist die erste Programmebene E1 fehlerfrei, so wird in einen Schritt S5 verzweigt, in dem der Zähler Z mit einem Initialisie­ rungswert INI belegt wird und die Bearbeitung wird im Schritt S6 beendet. 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 einen beliebigen anderen Wert erhöht.

Ist die Bedingung des Schrittes S7 erfüllt, so wird in ei­ nem Schritt S10 die Kontrollvariable KV um den Ände­ rungswert DW erhöht. Dies hat zur Folge, daß der Wert der Kontrollvariablen KV bei einer Auswertung durch die dritte Programmebene E3 nicht den Vorgabewert hat und somit die zweite Notlauffunktion ausgeführt wird. Dies hat den Vorteil, daß ohne eine zusätzliche Datenleitung die Pro­ grammebene E3 veranlaßt werden kann, die zweite Notlauf­ funktion durchzuführen und die zweite Notlauffunktion nur dann ausgeführt wird, wenn die erste Notlauffunktion trotz mehreren Anforderungen durch die zweite Programmebene E2 nicht aktiviert ist.

Alternativ kann jedoch auch eine separate Datenleitung vorgesehen sein, über die die dritte Programmebene E3 ver­ anlaßt wird, die zweite Notlauffunktion durchzuführen.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausfüh­ rungsbeispiele beschränkt. So kann alternativ die zweite Programmebene auch die Endstufe 53 deaktivieren und le­ diglich die Endstufe 54 allein von der dritten Programm­ ebene deaktiviert werden. Die erste Notlauffunktion kann alternativ eine Geschwindigkeitsbegrenzung oder eine Be­ schleunigungsbegrenzung sein. Die zweite Notlauffunktion kann auch ein Abschalten der ersten Recheneinheit umfas­ sen.

Claims (8)

1. Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit einem Geber, der eine Betriebsgröße der Brenn­ kraftmaschine erfaßt und ein Meßsignal erzeugt, und mit einer Steuereinrichtung (5), die eine erste Rechen­ einheit (51) und eine zweite Recheneinheit (52) um­ faßt, 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 Programmebene (E1, E2) abgearbeitet werden und die dritte Programmebene (E3a, E3b) auf die erste und die zweite Recheneinheit (51, 52) aufgeteilt ist,
in der ersten Programmebene (E1) mindestens ein Stellsignal für ein Stellglied der Brennkraft­ maschine abhängig von der Betriebsgröße ermit­ telt wird,
in der zweiten Programmebene (E2) das Stellsi­ gnal überwacht wird und eine erste Notlauffunk­ tion (NL1) in der ersten Programmebene (E1) ak­ tiviert wird, wenn die zweite Programmebene (E2) eine Unplausibilität des Stellsignals erkannt hat, und
in der dritten Programmebene (E3) die erste Recheneinheit (51) überwacht wird und eine Ab­ laufkontrolle der zweiten Programmebene (E2) erfolgt und eine zweite Notlauffunktion ausge­ führt wird, wenn die dritte Programmebene (E3a, E3b) einen Fehler erkannt hat, dadurch gekenn­ zeichnet,
daß die zweite Programmebene (E2) die dritte Programmebene (E3a, E3b) veranlaßt die zweite Notlauffunktion auszuführen, wenn unter der An­ nahme, daß die erste Noflauffunktion (NL1) in der ersten Programmebene (E1) ausgeführt wird, wei­ terhin die Unplausibilität des Stellsignals erkannt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net,
daß in der zweiten Programmebene (E2) die er­ ste Notlauffunktion (NL1) in der ersten Pro­ grammebene (E1) aktiviert wird, wenn die zweite Programmebene (E2) eine Unplausibilität des Meßsignals erkannt hat.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet,
daß in der zweiten Programmebene (E2) ein tat­ sächliches Drehmoment abhängig von dem Stell­ signal ermittelt wird, ein angefordertes Drehmo­ ment abhängig von dem Meßsignal und von exter­ nen Drehmomentanforderungen ermittelt wird, und die erste Notlauffunktion (NL1) in der ersten Programmebene (E1) aktiviert wird, wenn die zweite Programmebene (E2) eine Unplausibilität zwischen dem tatsächlichen und dem angeforder­ ten Drehmoment erkannt hat,
daß die zweite Programmebene (E2) die dritte Programmebene (E3a, E3b) veranlaßt die zweite Notlauffunktion auszuführen, wenn unter der An­ nahme, daß die erste Notlauffunktion (NL1) in der ersten Programmebene (E1) ausgeführt wird, wei­ terhin die Unplausibilität zwischen dem tatsächli­ chen und dem angeforderten Drehmoment er­ kannt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die zweite Programmebene (E2) die dritte Programmebene (E3a, E3b) veranlaßt die zweite Notlauffunktion auszuführen, wenn die Un­ plausibilität länger als eine vorgegebene Zeitdauer er­ kannt ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die erste Notlauffunktion (NL1) eine Drehzahlbegrenzung der Brennkraftma­ schine ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die zweite Notlauffunktion ein Stillsetzen der Brennkraftmaschine ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß in der zweiten Programm­ ebene (E2) an vorgegebenen Programmstellen (S2) je ein vorgegebenes Verändern des Wertes einer Kontroll­ variablen (KV) erfolgt, daß die zweite Programmebene (E2) den Wert der Kontrollvariablen (KV) zusätzlich verändert, wenn unter der Annahme, daß die erste Not­ lauffunktion (NL1) in der ersten Programmebene (E1) ausgeführt wird, eine Unplausibilität des Stellsignals oder zwischen dem tatsächlichen und dem angeforder­ ten Drehmoment erkannt wird, und daß die Ablaufkon­ trolle abhängig von der Kontrollvariablen (KV) erfolgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß das Stellglied eine Drossel­ klappe (10) ist.