DE19745698A1 - Verfahren zur Erkennung eines fehlerhaften Signales - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Erkennung eines fehlerhaften Signales, insbesonders bei einem Motorsteuersystem, nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Stand der Technik

Bei der Erfassung einer wesentlichen Meßgröße kann es erforderlich sein, daß zur Erfassung zwei voneinander unabhängig arbeitende Sensorsysteme eingesetzt werden. Bei solchen redundanten Systemen läßt sich dann anhand eines Vergleichs der von den Sensorsystemen gelieferten Signale ein Fehler erkennen, wenn der Vergleich der Signale untereinander Werte ergibt, die einen vorgebbaren Grenzwert überschreiten. Eine solche Plausibilitätsuntersuchung wird beispielsweise in einem Fehlererkennungsverfahren, das aus der DE OS 43 44 633 bekannt ist, durchgeführt.

Bei dieser bekannten Plausibilitätsuntersuchung werden im Zusammenhang mit der Lasterfassung bei einer Brennkraftmaschine das Hauptlastsignal und das Nebenlastsignal miteinander verglichen. Das Hauptlastsignal wird dabei aus dem Ausgangssignal eines Luftmassenmessers ermittelt und das Nebenlastsignal wird aus einer Verknüpfung von Drehzahl und Winkellage der Drosselklappe der Brennkraftmaschine bestimmt. Sowohl das Hauptlastsignal als auch das Nebenlastsignal müssen bei ordnungsgemäßer Funktionsweise des Luftmassenmessers einander weitgehend entsprechen. Treten dennoch Abweichungen auf, kann auf einen Fehler eines der beiden Systeme zur Lasterfassung geschlossen werden.

Eine weitere bekannte Maßnahme zur Fehlererkennung besteht darin, zu untersuchen, ob das Ausgangssignal eines Sensors innerhalb eines Wertebereiches liegt, der von einem oberen und einem unteren Grenzwert begrenzt wird. Liegt ein Signal außerhalb des zulässigen Bereiches, wird auf Fehler erkannt.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erkennung eines fehlerhaften Signales mit den Merkmalen des Anspruchs 1 ermöglicht in vorteilhafter Weise ein fehlerhaftes Signal zu erkennen. Dabei ist es besonders vorteilhaft, daß ein fehlerhaftes Signal auch dann noch erkannt wird, wenn es innerhalb eines an sich zulässigen Bereiches liegt.

Erzielt werden diese Vorteile, indem drei Signale, die dieselbe Meßgröße repräsentieren, miteinander verglichen werden und bei einer Abweichung eines der drei Signale bei gleichzeitiger Übereinstimmung der beiden anderen Signale das fehlerhafte Signal eindeutig erkannt wird. Die Abweichung, die zur Fehlerauslösung führt, läßt sich in geeigneter Weise vorgeben, sie kann gegebenenfalls an zu erwartende Signalverläufe angepaßt werden.

Weitere Vorteile der Erfindung werden durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen erzielt. Vorteilhafterweise wird das erfindungsgemäße Verfahren in Verbindung mit Signalauswertungen bei einer Brennkraftmaschinenregelung eingesetzt. Bei solchen Regelsystemen werden bestimmte Größen ohnehin auf unterschiedliche Weise ermittelt, um unabhängig von herrschenden Betriebsbedingungen ein optimales auszuwertendes Signal zu erhalten. In vorteilhafter Weise wird beispielsweise das Lastsignal bzw. das Füllungssignal aus dem Ausgangssignal eines Luftmassenmessers und in Abhängigkeit vom Drosselklappenwinkel und der Drehzahl gebildet. Daraus läßt sich unter bestimmten Bedingungen der Umgebungsdruck ermitteln. Zusätzlich ist noch ein Drucksensor vorhanden, der den Atmosphärendruck mißt. Anstelle eines Luftmassenmessers kann zur Lasterfassung auch im Saugrohr befindlicher Drucksensor verwendet werden, der unter bestimmten Bedingungen ebenfalls einen Druck mißt, der dem Umgebungsdruck entspricht. Bei Motorsteuersystemen für Turbomotoren mit Umgebungsdrucksensor, Drucksensor vor der Drosselklappe und Vergleich von Haupt- zum Nebenlastsignal stehen drei unabhängige Umgebungsdruckinformationen zur Verfügung, die sich erfindungsgemäß ohne Mehraufwand auswerten lassen.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigt im einzelnen Fig. 1 die zum Verständnis der Erfindung erforderlichen Bestandteile einer Brennkraftmaschine, Fig. 2 eine Blockdarstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens und Fig. 3 den Zusammenhang zwischen der Ausgangsspannung und dem herrschenden Absolutdruck für einen Umgebungsdrucksensor.

Beschreibung

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen erläutert, die sich auf Motorsteuersysteme beziehen. Dabei wird in den Ausführungsbeispielen ein Motorsteuersystem für Turbomotoren mit Umgebungsdrucksensor, Drucksensor vor der Drosselklappe und Vergleich von Haupt- zu Nebenfüllungssignal bzw. -lastsignal vorausgesetzt, bei dem drei unabhängige Umgebungsdruckinformationen zur Verfügung stehen (Fig. 1b) oder es wird ein Motorsteuersystem für Saugmotoren vorausgesetzt, das einen Umgebungsdrucksensor, einen Drucksensor am Saugrohr, beispielsweise zur AGR-Ventildiagnose und einen Vergleich von Haupt- zu Nebenfüllungssignal umfaßt (Fig. 1a).

In Fig. 1a sind die erfindungswesentlichen Teile der Brennkraftmaschine sowie der Auswerteschaltung für ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Im einzelnen ist mit 10 das Saugrohr der Brennkraftmaschine bezeichnet, wobei mit 11 der Lufteintritt der zugeführten Luft angedeutet ist. Im Saugrohr 10 befindet sich eine Drosselklappe 12, die um eine Achse 13 drehbar ist und deren Winkelstellung αDK mit Hilfe eines Drosselklappengebers 14 ermittelbar ist. Der Drosselklappengeber 14 gibt dabei eine Spannung ab, deren Höhe ein Maß für den Winkel αDK ist.

Weiterhin befindet sich im Saugrohr 10 ein Drucksensor 15, der stromabwärts zur Drosselklappe 12 angeordnet ist. Der Drucksensor 15 liefert ein Ausgangssignal UPSS, das ein Maß für den im Saugrohr 10 herrschenden Druck PSS ist. Ein weiterer Sensor 16, beispielsweise ein Heißfilmluftmassenmesser ist im Saugrohr 10 angeordnet und liefert ein Ausgangssignal U(m), das ein Maß für die strömende Luftmasse m ist. Ein Drucksensor 17 ist an einer geeigneten Stelle der Brennkraftmaschine angeordnet und liefert einen Absolutdruck PA, der ein Maß für den atmosphärischen Druck bzw. den Umgebungsdruck darstellt. Die Ausgangsspannung des Drucksensors hängt üblicherweise linear vom Druck ab, es gilt also: UA = f(PA). Ein weiterer Sensor 18 ist der Drehzahlsensor der Brennkraftmaschine, der ein von der Drehzahl n abhängiges Signal liefert.

Die Auswertung der von den Sensoren 16, 17, 18 und 19 gelieferten Signale erfolgt im Steuergerät 20 der Brennkraftmaschine, das mit den entsprechenden Sensoren in Verbindung steht. Das Steuergerät 20, dessen erfindungswesentliche Bestandteile als Blockschaltbild dargestellt sind, ermittelt im Block 21 aus der Ausgangsspannung Um des Luftmassenmessers 16 das sogenannte Hauptfüllungssignal HFS. Aus dem Ausgangssignal des Drosselklappengebers 14, bzw. aus dem Drosselklappenwinkel αDK und der Drehzahl n der Brennkraftmaschine wird im Block 22 das Nebenfüllungssignal NFS ermittelt. Sowohl die Ermittlung des Hauptfüllungssignales HFS als auch die Ermittlung des Nebenfüllungssignales NFS, die auch als Hauptlastsignal und als Nebenlastsignal gezeichnet werden, ist prinzipiell bereits bekannt und soll an dieser Stelle nicht näher erläutert werden.

Durch Vergleich des Hauptfüllungssignal mit dem Nebenfüllungssignal wird im Block 23 ein Maß für den Umgebungsdruck gewonnen, das als PU1 bezeichnet wird. Unter welchen Voraussetzungen dieses Maß für den Umgebungsdruck PU1 ermittelbar ist, wird im Zusammenhang mit Fig. 3 näher erläutert.

Die Ausgangsspannung des Saugrohrdrucksensors 15, der bezogen auf die Strömungsrichtung 11 nach der Drosselklappe 12 im Saugrohr 10 angeordnet ist wird im Block 24 ein weiteres Maß für den Umgebungsdruck PU2 gewonnen. Im Block 25 wird aus dem Ausgangssignal des Umgebungsdrucksensors 17, der den atmosphärischen Druck PA mißt und eine Ausgangsspannung UPA liefert, ein drittes Maß für den Umgebungsdruck PU3 gewonnen. Durch Auswertung der drei Umgebungsdrucksignale PU1, PU2 und PU3 im Block 26 wird die erfindungsgemäße Fehlererkennung ermöglicht. Am Ausgang des Blocks 26 kann ein Plausibilitätserrorbit P für den Umgebungsdrucksensor erzeugt werden und beispielsweise eine Anzeige ausgelöst werden.

In Fig. 1b ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für einen Turbomotor angegeben. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem nach Fig. 1a nur durch folgende Punkte: der Sensor 15 nach Fig. 1a entfällt, dafür befindet sich ein Sensor 19 bezogen auf die Luftströmrichtung vor der Drosselklappe 12. Dieser Sensor 19 liefert eine Ausgangsspannung UPST, die ein Maß für den Saugrohrdruck PST bei einem Turbomotor darstellt. Die Ausgangsspannung des Saugrohrdrucksensors 19 wird ebenfalls im Block 24 ausgewertet. Die Luftströmung 11 wird durch den Turbolader 27 in der gewünschten Weise beeinflußt. Dadurch stellen sich Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine ein, die sich von den beim Saugmotor herrschenden Bedingungen in bekannter Weise unterscheiden. Sofern die Bedingungen erfindungswesentlich sind, werden sie im folgenden anhand der Beschreibung der Auswertung nach Fig. 2 näher erläutert.

In Block 23 wird aus dem Hauptfüllungssignal HFS und dem Nebenfüllungssignal NFS der Umgebungsdruck PU1 generiert, wobei ein Vergleich des Haupt- und des Nebenfüllungssignales stattfindet. Die genaue Vorgehensweise bei der Berechnung des Umgebungsdrucks PU1 soll an dieser Stelle nicht näher erläutert werden, da sie prinzipiell bereits bekannt ist.

Beispielsweise wird in der DE-C2 32 38 190 ein Lösungsweg angegeben, wie der Umgebungsdruck durch Vergleich von Haupt- und Nebenfüllungssignal berechnet werden kann. Die Berechnung des Umgebungsdrucks PU1 aus dem Haupt- und Nebenfüllungssignal ist allerdings auch beim Saugmotor nicht unter allen Betriebsbedingungen möglich.

Da beim Saugmotor üblicherweise der Drucksensor zur Abgasrückführ-Ventil-Diagnose bezogen auf die Strömungsrichtung der Luft nach der Drosselklappe angeordnet ist, kann nur bei weit geöffneter Drosselklappe, also bei entdrosseltem Motor, der Umgebungsdruck ermittelt werden. Es wird daher ein Gültigkeitsbit notwendig, das den aktiven Bereich der Umgebungsdruckadaption über den Drucksensor am Saugrohr anzeigt. Dieses Gültigkeitsbit GB1 für den Umgebungsdruck, generiert aus Haupt- und Nebenfüllung wird dem Block 26 zugeführt. Im Block 26 wird die Auswertung der drei Umgebungsdrucksignale PU1, PU2 und PU3 mit Hilfe eines Fensterdiskriminators für jedes Drucksignal nur dann vorgenommen, wenn kein Gültigkeitsbit gesetzt ist. Die Plausibilitätsprüfung der Umgebungsdrucksignale erfolgt also unter Berücksichtigung des Gültigkeitsbits für den Umgebungsdruck, generiert aus dem Saugrohrdruck.

Bei Motorsteuersystemen mit Turbomotor entspricht der Druck vor der Drosselklappe 12 im Saugbetrieb dem Umgebungsdruck. Durch einen Vergleich des Haupt- mit dem Nebenfüllungssignal kann daher im Saugbetrieb des Turbomotors ebenfalls ein Umgebungsdrucksignal PU1 abgeleitet werden. Da beim Drucksensor vor der Drosselklappe und beim Vergleich von Haupt- und Nebenfüllungssignal im Turbobetrieb kein vorhersehbares Drucksignal entnommen werden kann, wird hier jeweils ein Gültigkeitskriterium eingeführt. Es wird daher ein Gültigkeitsbit GB2 für Umgebungsdruck PU1 generiert aus Haupt- und Nebenfüllung und ein Gültigkeitsbit GB2 für Umgebungsdruck generiert aus Drucksensor vor der Drosselklappe definiert, das vom Block 23 bzw. vom Block 25 zum Block 26 geleitet wird. Wird der Motor im Saugbetrieb gefahren, sind beide Gültigkeitsbedingungen erfüllt und entsprechend sind die Gültigkeitsflags gesetzt bzw. das Gültigkeitsbit nimmt einen entsprechenden Wert an.

Da der Umgebungsdrucksensor 17 üblicherweise ein richtiges Signal liefert, kann beim Turbomotor im Saugbetrieb die Plausibilitätsüberprüfung durchgeführt werden. Es wird dann geprüft, ob die Signale PU1, PU2 und PU3 innerhalb eines Toleranzbandes zueinander passen. Ist ein Signal der verglichenen drei außerhalb des zulässigen Toleranzbandes, wird dieses Signal als unplausibel erkannt.

Diese Plausibilitätsuntersuchung im Block 26 wird sowohl beim Turbomotor als auch beim Saugmotor jeweils unter Berücksichtigung der Gültigkeitsbits durchgeführt und liefert am Ausgang des Blocks 26 ein Signal, beispielsweise wird ein Plausibilitätserrorbit P gesetzt, das erkennen läßt, ob ein Defekt vorliegt.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Plausibilitätsprüfung der Umgebungsdruckgrößen läßt sich eine zuverlässige Überprüfung durchführen, die auch noch funktioniert, wenn die erhaltenen Meßgrößen innerhalb an sich zulässiger Werte liegen. Für die Überprüfung des Umgebungsdrucksensors 17 bedeutet dies, daß eine Plausibilitätsprüfung an jeder Stelle innerhalb der Sensorkennlinie UA = f(PA) nach Fig. 3 möglich ist. Es können somit konstante Druckabweichungen, die beispielsweise durch Nebenschlüsse am Sensor verursacht werden, erkannt werden. Diese Fehler könnten nicht erkannt werden, wenn lediglich überprüft würde, ob das Ausgangssignal des Drucksensors zwischen einer unteren und einer oberen Grenze liegt. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können also Fehler in den Spannungsbereichen 27, 28 und 29 erkannt werden, während bei herkömmlichen Verfahren nur die Bereiche 27 und 28 einer Plausibilitätsüberprüfung zugänglich waren.

Claims (7)

1. Verfahren zur Erkennung eins fehlerhaften Signales, insbesonders bei einem Motorsteuersystem, mit ersten und zweiten Signalerzeugungsmitteln, die die gleich Meßgröße erfassen und ein erstes und ein zweites Signal liefern, dadurch gekennzeichnet, daß ein drittes Signal für die gleiche Meßgröße generiert wird und ein Fehler erkannt wird, wenn eines der drei Signale von den beiden anderen in vorgebbarer Weise abweicht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Signalerzeugungsmittel die Meßgröße durch Vergleich von Haupt- und Nebenfüllungssignal bei einer Brennkraftmaschine generieren, daß die zweiten Signalerzeugungsmittel die Meßgröße aus der Ausgangsspannung eines Umgebungsdrucksensors generieren und daß das dritte Signal für die Meßgröße aus der Ausgangsspannung eines Saugrohrdrucksensors oder eines Drucksensors vor der Drosselklappe der Brennkraftmaschine generiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßgröße der Umgebungsdruck ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Fehlererkennung Gültigkeitsbits berücksichtigt werden, die eine Auswertung nur unter vorgebbaren Bedingungen erlauben.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertung der drei Umgebungsdrucksignale mittels eines Fensterdiskriminators für jedes der Signale erfolgt und daß die Plausibilitätsprüfung der Umgebungsdrucksignale unter Berücksichtigung der Gültigkeitsbits Umgebungsdruckadaption aus Vergleich Haupt- und Nebenfüllungssignal möglich und Umgebungsdruckadaption aus Saugrohrdruck bzw. aus Drucksensor vor Drosselklappe möglich, erfolgt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei erkanntem Fehler ein Plausibilitätserrorbit (P) insbesonders für den Umgebungsdrucksensor gesetzt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es im Steuergerät einer Brennkraftmaschine, insbesonders eines Motors mit Turboaufladung oder eines Saugmotors abläuft.