DE19757334A1 - Verfahren zum Überwachen einer Steuerung eines Stellgliedes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen einer Steuerung eines Stellgliedes gemäß dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruchs 1.

Verfahren zum Überwachen einer Steuerung eines Stellgliedes sind insbesondere im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik notwen­ dig, wenn sicherheitskritische Funktionen durch das Stell­ glied gesteuert werden. Dies ist beispielsweise bei der Steuerung der Motorleistung oder bei der Steuerung des auto­ matischen Bremssystems notwendig.

Aus DE 42 20 247 A1 ist eine Steuereinrichtung für Fahrzeuge bekannt, bei der zwei Rechenelemente zur Durchführung wenig­ stens derselben Steuerfunktion vorgesehen sind. Zusätzlich zur Steuerfunktion verfügt jedes Rechenelement über eine Maß­ nahme zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit, wobei jedes Re­ chenelement die Überwachungsmaßnahme ausschließlich und unab­ hängig von dem anderen Rechenelement ausführt. Die bekannte Steuereinrichtung ist somit relativ aufwendig.

Die Aufgabe der Erfindung beruht darin, ein besonders einfa­ ches Verfahren zum Überwachen einer Steuerung eines Stell­ gliedes bereitzustellen.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Patent­ anspruchs 1 gelöst. Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung beruht darin, daß ein erstes Steuergerät die Regelung des Stellgliedes durchführt und ein zweites Steuergerät die Funk­ tionsfähigkeit der Regelung dadurch überwacht, daß ein vom ersten Steuergerät vorgegebener Sollwert des Stellgliedes dem zweiten Steuergerät mitgeteilt wird, daß das zweite Steuerge­ rät den Sollwert mit einem gemessenen Istwert des Stellglie­ des vergleicht und bei einer vorgegebenen Abweichung eine Fehlfunktion erkennt.

Weitere vorteilhafte Ausbildungen und Verbesserungen der Er­ findung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher er­ läutert; Es zeigen

Fig. 1: eine Schaltungsanordnung mit einem ersten und einem zweiten Steuergerät und

Fig. 2: ein Verfahren zum Überwachen der Steuerung eines Stellgliedes.

Fig. 1 zeigt ein erstes Steuergerät 1, das über eine seriel­ le Datenleitung 3 mit einem zweiten Steuergerät 2 verbunden ist. Das erste Steuergerät 1 ist über eine erste Signallei­ tung 4 mit einem ersten Pedalwertgeber 5 und über eine zweite Signalleitung 6 mit einem zweiten Pedalwertgeber 7 verbunden. Das zweite Steuergerät 2 ist über eine dritte und eine vierte Signalleitung 8, 9 ebenfalls mit dem ersten Pedalwertgeber 5 und dem zweiten Pedalwertgeber 7 verbunden. Der erste und der zweite Pedalwertgeber 5, 7 erfassen parallel die Stellung des Gaspedals und geben die Stellung des Gaspedals, das den Fah­ rerwunsch darstellt, an das erste und zweite Steuergerät 1, 2.

Das erste Steuergerät 1 ist zudem über eine fünfte und eine sechste Signalleitung 10, 11 an einen ersten und an einen zweiten Potentiometer 12, 13 angeschlossen. Der erste und der zweite Potentiometer sind zudem über eine siebte und eine achte Signalleitung 14, 15 an das zweite Steuergerät 2 ange­ schlossen. Der erste und der zweite Potentiometer 12, 13 sind einer Drosselklappe 16 zugeordnet und messen die Stellpositi­ on der Drosselklappe und geben die Stellposition der Drossel­ klappe 16 an das erste und das zweite Steuergerät 1, 2.

Das erste Steuergerät 1 steuert über eine erste Steuerleitung 17 eine Endstufe 18, die die Einspritzventile 19 steuert. Weiterhin ist das erste Steuergerät 1 über eine zweite Steu­ erleitung 20 mit einer Steuerschaltung 21 verbunden, die wie­ derum mit einem Stellmotor 22 in Verbindung steht, der die Drosselklappe 16 bewegt. Das erste Steuergerät 1 und das zweite Steuergerät 2 sind über eine erste und eine zweite En­ ableleitung 23, 24 mit der Endstufe 18 verbunden. Zudem ist das erste und das zweite Steuergerät 1, 2 über eine dritte und vierte Enableleitung 25, 26 mit der Steuerschaltung 21 verbun­ den. Über die Enableleitungen kann jedes Steuergerät 1, 2 die Steuerschaltung 21 oder die Endstufe 18 beispielsweise bei einer Fehlfunktion abschalten und damit das Einspritzventil 19 schließen, so daß kein Kraftstoff eingespritzt wird bzw. die Drosselklappe 16 schließen, so daß wenig Luft angesaugt wird.

Das erste Steuergerät 1 ist über eine erste Resetleitung 27 an einen Reseteingang des zweiten Steuergerätes 2 und das zweite Steuergerät 2 ist über eine zweite Resetleitung 28 an einen Reseteingang des ersten Steuergerätes 1 angeschlossen. Über die Resetleitungen 27, 28 können sich die zwei Steuerge­ räte gegenseitig in einen Resetzustand versetzen.

Es ist ein Resetgenerator 29 vorgesehen, der über eine dritte Resetleitung 30 an einen zweiten Reseteingang des Steuergerä­ tes 1 und über eine vierte Resetleitung 31 an einen zweiten Reseteingang des zweiten Steuergerätes 2 angeschlossen ist. Der Resetgenerator 29 mißt die Höhe der Versorgungsspannung und gibt ein Resetsignal an das erste und an das zweite Steu­ ergerät 1, 2, wenn die Versorgungsspannung unter einen vorge­ gebenen Mindestwert fällt. Durch das Resetsignal wird er­ reicht, daß das erste und das zweite Steuergerät 1, 2 in einen definierten Anfangszustand übergehen und nicht durch den Ab­ fall der Versorgungsspannung in einen undefinierten Zustand übergehen.

Es ist ein erster Spannungsmesser 32 vorgesehen, der die Ver­ sorgungsspannung des ersten und des zweiten Pedalwertgebers 5, 7 mißt und über eine neunte Signalleitung 33 an das erste und über eine zehnte Signalleitung 34 an das zweite Steuerge­ rät 1, 2 führt. Weiterhin ist ein zweiter Spannungsmesser 35 vorgesehen, der die Versorgungsspannung des ersten und des zweiten Potentiometers 12, 13 mißt und über eine elfte und ei­ ne zwölfte Signalleitung 51, 52 an das erste und an das zweite Steuergerät 1,2 weitergibt. Das erste Steuergerät 1 ist zudem mit einem Datenspeicher 38 verbunden. Das erste Steuergerät 1 ist über einen Datenbus 39 und Sensoren 40 mit dem Kraftfahr­ zeug 41, insbesondere mit der Brennkraftmaschine des Kraft­ fahrzeuges, verbunden. Die Sensoren 40 erfassen Betriebszu­ stände des Kraftfahrzeuges, insbesondere Betriebszustände der Brennkraftmaschine, und geben die Betriebszustände an das er­ ste Steuergerät 1, das die Betriebsbedingungen für die Steue­ rung der Stellglieder, wie beispielsweise die Einspritzventi­ le 19 oder die Drosselklappe 16 berücksichtigt. Diese Be­ triebsbedingungen sind beispielsweise die Drehzahl, der Vollastbetrieb, der Startbetrieb der Brennkraftmaschine, eine eingeschaltete Motorschlupfregelung oder die Wahl der Getrie­ beübersetzung usw.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 funktioniert folgender­ maßen: Das Steuergerät 1 erfaßt die Gaspedalstellung des Fahrzeuges über den ersten und zweiten Pedalwertgeber 5, 7. Das erste Pedalwertsignal PWG1 und das zweite Pedalwertsignal PWG2 werden einem Analog-Digitalwandler im ersten Steuergerät 1 zugeführt, der die analogen Pedalwerte in digitale Pedal­ werte umwandelt und dem ersten Steuergerät 1 zur Verfügung stellt.

Das erste Steuergerät 1 berechnet aus dem Mittelwert des er­ sten und des zweiten Pedalwertes PWG1, PWG2, der den Fahrer­ wunsch darstellt, und weiteren Betriebsbedingungen des Kraft­ fahrzeuges, wie z. B. der Drehzahl, einen Sollwert für die Stellung der Drosselklappe 16. Dieser Sollwert wird über die zweite Steuerleitung 20 der Steuerschaltung 21 zugeführt, die entsprechend dem Sollwert den Stellmotor 22 ansteuert, der die Drosselklappe 16 in einem dem Sollwert entsprechende Stellung bringt.

Die Stellung der Drosselklappe 16 wird mit dem ersten und dem zweiten Potentiometer 12, 13 gemessen und als erster Istwert DK1 bzw. als zweiter Istwert DK2 dem ersten und dem zweiten Steuergerät 1, 2 zugeführt. Das erste Steuergerät 1 vergleicht den Sollwert S mit dem Istwert I der Drosselklappenstellung und regelt entsprechend der Differenz D (D=S-I) zwischen dem Istwert und dem Sollwert nach bekannten Regelverfahren die Stellung der Drosselklappe 16. Somit regelt das erste Steuer­ gerät 1 unabhängig vom zweiten Steuergerät 2 die Stellung der Drosselklappe 16.

Das erste Steuergerät 1 gibt dem zweiten Steuergerät 2 in vorgegebenen Zeitabständen den berechneten Sollwert für die Stellung der Drosselklappe 16 über die Datenleitung 3 weiter. Das zweite Steuergerät 2 vergleicht den Sollwert mit dem Ist­ wert der Stellung der Drosselklappe, der dem Mittelwert aus dem ersten und dem zweiten Istwert DK1, DK2 der Stellung der Drosselklappe 16 gebildet wird. Ergibt der Vergleich, daß der Istwert um mehr als einen vorgegebenen Grenzwert, beispiels­ weise mehr als 15% vom Sollwert abweicht, so erkennt das zweite Steuergerät 2 eine Fehlfunktion und gibt über die zweite Resetleitung 28 ein Resetsignal an den ersten Eingang des ersten Steuergerätes 1. Nach Erkennen einer Fehlfunktion schaltet das erste oder das zweite Steuergerät in eine Not­ lauffunktion, bei der nur noch eine geringe Leistungsabgabe möglich ist. Vorzugsweise wird die Öffnung der Drosselklappe auf einen Maximalbereich begrenzt. Eine weitere Reaktion auf eine Fehlfunktion besteht darin, daß die Einspritzventile ab­ geschaltet werden.

Vorzugsweise überprüft das zweite Steuergerät 2 die Differenz zwischen dem ersten Istwert und dem zweiten Istwert DK1, DK2 für die Stellung der Drosselklappe 16 und erkennt eine Fehl­ funktion des ersten und des zweiten Potentiometers 12, 13, wenn die Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Ist­ wert DK1, DK2 mehr als 10% beträgt. Erkennt das zweite Steu­ ergerät 2 eine entsprechende Fehlfunktion des ersten und des zweiten Potentiometers 12, 13, so gibt das zweite Steuergerät 2 ein Resetsignal an das erste Steuergerät 1.

Das erste Steuergerät 1 steuert in einem zweiten Verfahren in Abhängigkeit vom Fahrerwunsch, der über den ersten und den zweiten Pedalwertgeber 5, 6 ermittelt wird, und in Abhängig­ keit von weiteren Betriebsbedingungen des Kraftfahrzeuges 41 wie z. B. der Drehzahl, einen Sollwert für den Einspritzbe­ ginn und die Einspritzdauer. Der Sollwert für den Einspritz­ beginn und die Einspritzdauer wird über die erste Steuerlei­ tung 17 an die Endstufe 18 gegeben, die entsprechend die Ein­ spritzventile 19 steuert. Zugleich wird der Sollwert für den Einspritzbeginn und der Sollwert für die Einspritzdauer an das zweite Steuergerät 2 übergeben.

Am Einspritzventil 19 ist eine Ventilmeßeinrichtung 42 vorge­ sehen, die den Einspritzvorgang des Einspritzventils 19 und insbesondere den Istwert für den tatsächlichen Einspritzbe­ ginn und den Istwert für die tatsächliche Einspritzdauer mißt und an das zweite Steuergerät 2 übermittelt. Das zweite Steu­ ergerät 2 vergleicht den Istwert für den Einspritzbeginn und den Istwert für die Einspritzdauer mit den vorgegebenen Soll­ werten für den Einspritzbeginn und die Einspritzdauer. Ergibt der Vergleich, daß der Istwert für den Einspritzbeginn oder der Istwert für die Einspritzdauer mehr als vorgegebene Grenzwerte von den entsprechenden Sollwerten abweichen, so wird eine Fehlfunktion des Regelverfahrens, insbesondere eine Fehlfunktion des ersten Steuergerätes, der Endstufe 18 und des Einspritzventiles 19 erkannt und die Endstufe 18 über die zweite Enableleitung 24 vom zweiten Steuergerät 2 abgeschal­ tet. Vorzugsweise wird ein Resetsignal an das erste Steuerge­ rät 1 abgegeben, das das erste Steuergerät 1 in einen defi­ nierten Ruhezustand versetzt.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das zweite Steuerge­ rät 2 an den Datenbus 39 angeschlossen und ermittelt somit Meßsignale, aus denen Istwerte für den Einspritzzeitpunkt und die Einspritzdauer ermittelt werden können. Dabei entfällt die Ventilmeßeinrichtung 42. Beispielsweise wird durch einen Drehmomentsensor die Höhe des Drehmomentes und der Zeitpunkt der Abgabe des Drehmomentes ermittelt werden und somit der Istwert des Einspritzbeginns und der Istwert der Einspritz­ dauer ermittelt. Das zweite Steuergerät 2 vergleicht nun den vom ersten Steuergerät 1 zugeführten Sollwert für den Ein­ spritzbeginn und/oder für die Einspritzdauer mit den entspre­ chenden ermittelten Istwerten. Ergibt der Vergleich, daß der ermittelte Istwert des Einspritzbeginns und/oder der ermit­ telte Istwert der Einspritzdauer mehr als vorgegebene Grenz­ werte von den Sollwerten für den Einspritzbeginn bzw. für die Einspritzdauer abweichen, so erkennt das zweite Steuergerät 2 eine Fehlfunktion der Regelung und schaltet beispielsweise die Endstufe 18 über die zweite Enableleitung 24 ab. Zudem gibt das zweite Steuergerät 2 ein Resetsignal über die zweite Resetleitung 28 an das erste Steuergerät 1, das das erste Steuergerät 1 in einen Ruhezustand oder in ein Notlaufpro­ gramm schaltet.

Der Istwert des Einspritzbeginns und der Einspritzdauer wer­ den vorzugsweise mit einem Körperschallsensor ermittelt. Da­ bei wird das Ansteigen des Körperschalls als Signal für den Einspritzbeginn und die Zeitdauer eines hohen Körperschallsi­ gnals als Einspritzdauer gewertet. Dieses Verfahren ist auch anwendbar, wenn keine Drosselklappe vorgesehen ist, wie bei­ spielsweise bei einer Dieselbrennkraftmaschine.

Die wesentliche Idee der Erfindung beruht darin, daß das er­ ste Steuergerät 1 im wesentlichen nur die Regelung eines Stellgliedes, insbesondere die Regelung der Drosselklappe 16 und/oder der Einspritzventile 19 durchführt. Dabei berechnet das erste Steuergerät 1 einen Sollwert, erfaßt einen Istwert und steuert nach der Differenz zwischen Istwert und Sollwert das Stellglied. Der Sollwert wird dem zweiten Steuergerät 2 übergeben. Das zweite Steuergerät 2 mißt ebenfalls selbst den Istwert des Stellgliedes und vergleicht den Istwert mit dem Sollwert. Ist die Differenz zwischen dem Istwert und dem Sollwert größer als ein vorgegebener Grenzwert, so wird eine Fehlfunktion des Regelungsverfahrens erkannt. Das zweite Steuergerät führt dabei keine Steuerungs- oder Regelungsver­ fahren des Stellgliedes durch.

In einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung sind das erste und das zweite Steuergerät 1, 2 als Funktionseinheiten ausge­ bildet und können beispielsweise auch in Form von Software unabhängig voneinander auch in einem einzigen Steuergerät realisiert werden.

Fig. 2 zeigt schematisch den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens. Nach dem Start bei Programmpunkt 10 führt das er­ ste Steuergerät 1 das Regelungsverfahren des Stellgliedes durch. Dabei wird aus Betriebsbedingungen des Kraftfahrzeuges und dem Fahrerwunsch ein Sollwert für das Stellglied ermit­ telt. Zudem wird die tatsächliche Stellung des Stellgliedes erfaßt und als Istwert mit dem Sollwert verglichen. Aus der Differenz zwischen dem Istwert und dem Sollwert wird ein Steuersignal berechnet, das an das Stellglied 19, 16 geführt wird.

Anschließend gibt bei Programmpunkt 12 das erste Steuergerät 1 den Sollwert an das zweite Steuergerät 2. Das zweite Steu­ ergerät 2 mißt bei Programmpunkt 13 den Istwert des Stell­ gliedes 16, 19 oder berechnet den Istwert des Stellgliedes 16, 19 und vergleicht diesen Istwert mit dem vom ersten Steu­ ergerät 1 vorgegebenen Sollwert.

Daraufhin erfolgt bei Programmpunkt 14 im zweiten Steuergerät 2 die Abfrage, ob der Istwert mehr als einen Grenzwert vom Sollwert abweicht. Ist dies der Fall, so erkennt das zweite Steuergerät 2 eine Fehlfunktion und verzweigt nach Programm­ punkt 15. Bei Programmpunkt 15 gibt das zweite Steuergerät 2 ein Resetsignal an das erste Steuergerät 1, das das erste Steuergerät 1 in eine Notlauffunktion schaltet, bei der bei­ spielsweise die Drehmomentabgabe begrenzt ist.

Vorzugsweise gibt das zweite Steuergerät 2 bei Programmpunkt 15 ein Enablesignal an die Steuerschaltung 21 oder an die Endstufe 18 des Stellgliedes, wodurch die weitere Steuerung des Stellgliedes begrenzt oder unterdrückt wird.

Ergibt die Abfrage bei Programmpunkt 14, daß der vom zweiten Steuergerät 2 gemessene Istwert weniger als den vorgegebenen Grenzwert vom Sollwert abweicht, so wird eine korrekte Funk­ tionsweise des Regelungsverfahrens durch das erste Steuerge­ rät 1 erkannt und anschließend nach Programmpunkt 11 zurück­ verzweigt und das Programm erneut durchlaufen.

Claims (6)

1. Verfahren zum Überwachen einer Steuerung eines Stellglie­ des, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, mit folgenden Merkmalen:
eine erste Recheneinheit ermittelt aus Eingangswerten einen Sollwert für ein Stellglied,
die erste Recheneinheit erfaßt den Istwert des Stellgliedes und steuert das Stellglied nach der Differenz zwischen dem Istwert und dem Sollwert,
die erste Recheneinheit übergibt den Sollwert einer zweiten Recheneinheit,
die zweite Recheneinheit erfaßt den Istwert des Stellgliedes und vergleicht den Istwert mit dem zugeführten Sollwert,
die zweite Recheneinheit erkennt aus dem Vergleich eine Fehl­ funktion der ersten Recheneinheit, wenn sich der Istwert vom Sollwert mehr als einen vorgegebenen Grenzwert unter­ scheidet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Stellglied eine Drosselklappe gesteuert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Stellglied ein Einspritzventil gesteuert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Recheneinheit über einen ersten Istwertgeber ein er­ stes Istwertsignal erfaßt, daß die erste Recheneinheit über einen zweiten Istwertgeber ein zweites Istwertsignal er­ faßt, daß die erste Recheneinheit das erste und das zweite Istwertsignal miteinander vergleicht, daß die erste Rechen­ einheit eine Fehlfunktion erkennt, wenn die Differenz zwi­ schen dem ersten und dem zweiten Istwertsignal größer als ein Grenzwert ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Recheneinheit über einen dritten Istwertgeber ein drittes Istwertsignal erfaßt, daß die zweite Recheneinheit über einen vierten Istwertgeber ein viertes Istwertsignal erfaßt, daß die zweite Recheneinheit das dritte und das vierte Istwertsignal miteinander vergleicht, daß die zweite Recheneinheit eine Fehlfunktion erkennt, wenn die Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Istwertsignal größer als ein Grenzwert ist.

6. Verfahren nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Recheneinheit den Istwert des Stellgliedes zu dem Zeitpunkt erfaßt, zu dem das Stellglied entsprechend dem zugeführten Sollwert angesteuert wird.