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Bordrechner für Kraftfahrzeuge
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Stand der Technik Die Erfindung betrifft einen Bordrechner gemäß dem
Oberbegriff des Anspruches 1. Derartige Bordrechner werden zunehmend zur Steuerung
der verschiedensten Vorgänge in einem Kraftfahrzeug und zur Berechnung verschiedener
interessierender Werte verwendet, beispielsweise zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung
zwecks Erzielung einer optimalen Treibstoffverbrennung, um hierdurch einen niedrigen
reibstoffverbrauch und einen niedrigen Schadstoffgehalt in den Abgasen zu erhalten,
Berechnung des durchschnittlichen Treibstoffverbrauchs auf einer bestimmten Fahrstrecke,
oder ähnliches. Das Programm dieser Rechner und für die Berechnung benötigte konstante
Größen sind in einem Halbleiter-Lesespeicher (ROM) gespeichert, der z. B. beim Fahrzeughersteller
programmiert wird und für eine sichere Speicherung der Daten auch dann sorgt, wenn
beispielsweise beim Abstellen des Fahrzeugs für Reparaturzwecke die Stromversorgung
des Rechners längere Zeit unterbrochen wird.
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Halbleiterspeicher werden deswegen verwendet, weil diese als integrierte
Schaltungen zu geringen kosten mit sehr kleinen Abmessungen hergestellt werden können.
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Soll bei derartigen bekannten Bordrechnern das Programm bei bereits
fertiggestellten Rechnern,z. B. auch in bereits ausgelieferten Fahrzeugen, geändert
werden, weil sich aufgrund von Versuchen und aufgrund der Praxiserfahrungen gezeigt
hat, daß Verbesserungen in irgendeiner Einsicht zweckmäßig sind, z. B. daß die Beschleunigung
des Eraftfahrzeugs bei einer durch den Rechner gesteuerten Einspritzung bei bestimmten
Betriebszuständen ungenügend ist, so kann das Programm dadurch geändert werden,
daß der Festwertspeicher im Rechner durch einen anders programmierten Festwert speicher
ersetzt wird. Zur Vorbereitung der Rerstellung derartiger Lesespeicher mit geändertem
Programm ist es jedoch erforderlich, die für die Atz- und Aufdampfvorgänge erforderlichen
Masken herzustellen, und von dem Zeitpunkt an, zu dem eine erforderliche Änderung
bekannt ist, bis zur Auslieferung der entsprechend geänderten Lesespeicher können
daher mehrere Monate vergehen.
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Vorteile der Erfindung Demgegenüber weist die Erfindung mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruches 1 den Vorteil auf, daß die als Speicher verwendeten EPROMS,
obwohl sie programmierte Information auch ohne Anliegen einer Spannung halten, durch
besondere Maßnahmen gelöscht werden und erneut programmiert werden können. Bekannte
derartige EPROMS enthalten MOS-Feldeffekttransistoren, die neben einem normalen
Gate,
dessen Anschluß nach außen geführt ist, ein gesondertes schwimmendes
Gate aufweisen, das nicht nach außen geführt ist#, und auf das eine Ladung dadurch
aufbringbar ist, daß man zwischen den Gateanschluß und den Sourceanschluß eine hohe
Spannung, beispielsweise 25 Volt, legt. Derartige EPROMS können daher auf Vorrat
gefertigt und bei Bedarf mittels programmierter Einrichtungen schnell programmiert
werden. Die aus dem Rechner zwecks Austausch ausgebauten EPROMS können nach dem
Löschen erneut programmiert und somit wiederverwendet werden. Die Auffrischschaltung,
die gemäß Anspruch 1 vorgesehen ist, gestattet die Verwendung derartiger EPROMS
in einem Kraftfahrzeug, insbesondere Kraftwagen, mit Verbrennungskraftmaschine trotz
der in der Nähe der Verbrennungskraftmaschine auftretenden hohen Temperaturn. Ohne
eine derartige Maßnahme wären diese EPROMS aus folgenden Gründen nicht verwendbar:
Die Zeitdauer, während der das schwimmende Gate die ihm zugeführte Ladung und damit
den eingespeicherten Zustand hält, wird bei Zimmertemperatur häufig mit etwa hundert
Jahren angegeben. Im Kraftfahrzeug muß man für den Speicher jedoch mit einer Umgebungstemperatur
von bis zu ca.1300C rechnen, und die Kristalltemperatur des als integrierte Schaltung
aufgebauten Speichers kann noch erheblich höher liegen, beispielsweise bei 1600
C. Bei einer derartigen Temperatur nimmt die Ladung des schwimmenden Gates im Vergleich
zu den Verhältnissen bei Umgebungstemperatur verhältnismäßig schnell ab, so daß
der EPROM nach einer gewissen Zeit das in ihm gespeicherte Programm verliert und
daher der Rechner funktionsunfähig wird.
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Durch die Erfindung wird für eine Auffrischung in geeigneten Zeitabständen
gesorgt, es wird also der Ladungszustand des schwimmenden Gates der einzelnen MOS-Feldeffekttransistoren
des
Speichers angehoben, bevor die Ladungsverluste so groß geworden sind, daß sich bei
der digitalen Auswertung Fehler ergeben.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Rechners möglich.
So gestattet es die Ausführungsform nach Anspruch 2, die zum Auffrischen benötigte
relativ hohe Spannung auch dann zu gewinnen, wenn im Kraftfahrzeug eine derartig
hohe Spannung nicht zur Verfügung steht, sondern beispielsweise lediglich die Fahrzeugbatterie
mit 12 Volt zur Verfügung steht. Besonders einfach kann die Schaltungsanordnung
zur Erzeugung der hohen Spannung (Programmierspannung) einen Sperrwandler aufweisen.
Dieser kann gemäß den Merkmalen des Anspruchs 4 besonders einfach aufgebaut sein.
Bei einem derartigen Sperrwandler, der lediglich eine einzige Induktivität aufweist,
kann gemäß Anspruch 5 eine im Kraftfahrzeug ohnehin vorhandene Induktivität in die
erfindungsgemäße Schaltungsanordnung einbezogen sein, so daß hierdurch die Kosten
und die Anzahl der für den erfindungsgemäßen Rechner benötigten Bauelemente klein
gehalten werden. Diese im Kraftfahrzeug ohnehin vorhandene Induktivität kann beispielsweise
die Magnetspule irgendeines Relais, oder die Magnetwicklung einer magnetischen Einspritzpumpe
sein.
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Ein zur Störung der Funktion des Rechners ausreichender Ladungsverlust
der schwimmenden Gates des Speichers wird üblicherweise nicht innerhalb weniger
Minuten oder Stunden eintreten. Man kann im allgemeinen davon ausgehen, daß bei
den obengenannten Umgebungstemperaturen im Kraft fahrzeug die Funktionsfähigkeit
des Speichers ohne Auffrischen
viele Monate erhalten bleibt, wobei
beachtet werden muß, daß bei einem zeitweilig stillgelegten Fahrzeug, bei dem also
die Verbrennungskraftmaschine nicht betrieben wird, die obengenannten hohen Temperaturen
nicht auftreten (wenn man von einer möglichen Erwärmung durch starke Sonneneinstrahlung
einmal absieht) und daher in diesen genannten Zeiten keine nennenswerte Entladung
der schwimmenden Gates eintritt.
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Die Zeitpunkte für das Auffrischen können in unterschiedlicher Weise
festgelegt sein. So reicht die im Anspruch 6 beschriebene Maßnahme zum Auffrischen
auf jeden Fall aus, und ein Auffrischen, das häufiger stattfindet als erforderlich,
führt nicht zu Störungen. Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 7 ist vorgesehen, das
Auffrischen erst dann vorzunehmen, wenn sich aufgrund einer Messung ergibt, daß
das schwimmende Gate mindestens einer der Speicherzellen einen gewissen Betrag seiner
Ladungsmenge verloren hat. Diese Messung kann aufgrund der folgenden Zusammenhänge
vorgenommen werden: Ein MOS-Feideffekttransistor des Speichers, dessen schwimmendes
Gate nicht aufgeladen ist, verhält sich bei einer Ansteuerung an dem normalen Gate
wie ein üblicher Feldeffekttransistor. Ist dagegen das schwimmende Gate auf seinen
vollen Wert aufgeladen, so ändert der Transistor seinen Schaltzustand nicht, wenn
ihm am normalen Gate Steuerspannungen der üblichen Größe zugeführt werden. Zur Messung
des Entladungszustands des schwimmenden Gates ist es nun möglich, beispielsweise
bei einer lediglich für diesen MeB-zweck reservierten Speicherzelle durch eine stetig
sich ändernde Gatespannung festzustellen, bei welchem Wert dieser Gatespnnnung der
Transistor seinen Schaltzustand ändert,
und aus diesem Wert der
Gatespannung im Vergleich zu den für den Speicher üblicherweise verwendeten Ansteuerspannungen
zu ermitteln, welcher Sicherheitsspielraum für eine sichere Funktionsweise noch
besteht. Da aber in den meisten Fällen lediglich interessieren dürfte, ob die Ladung
des schwimmenden Gates bereits unter einen vorbestimmten Schwellenwert abgesunken
ist, bei dem die Funktionsfähigkeit noch nicht beeinträchtigt ist, genügt es, zur
Feststellung dieser Tatsache dem normalen Gate einen Ansteuerimpuls einer solchen
Größe zuzuführen, daß der Feldeffekttransistor seinen Schaltzustand ändert, falls
die Ladung bereits unter die genannte Grenze abgesunken ist.
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Zeichnung Die Erfindung wird anhand der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel
beschrieben und erläutert. Die Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung den
Bordrechner eines Kraftfahrzeugs mit dem Speicher und einer Schaltungsanordnung
zum Auffrischen des Speichers.
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Beschreibung des Busfuhrunasbeispiels Ein Rechner 1 ist über Leitungen
2 mit einem EPROM 3 verbunden, der zum Speichern des Programms des Rechners 1 und
zum Speichern anderer Daten dient. Eine Leitung 4 des nicht dargestellten Kraftwagens
mit Verbrennungskraftmaschine ist über einen mit dem Zündschloß gekoppelten Schalter
5 mit dem positiven Pol der Starterbatterie 6 des Kraftfahrzeugs verbunden. An die
Leitung 4 ist die Magnetspule 10 einer Einspritzpumpe der Verbrennungskraftmaschine
mit
ihrem einen Pol angeschlossen, und ihr anderer Pol ist über
einen gesteuerten Schalter 11 mit Masse verbindbar.
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Der andere Pol der Magnetspule 10 ist über einen zur Strommessung
eingeschalteten kleinen Widerstand 11 mit dem Kollektor eines ersten npn-Transistors
TI verbunden, dessen Emitter mit Masse verbunden ist. Die Basis ist mit dem Ausgang
eines UND-Glieds 12 verbunden. Der Verbindungspunkt zwischen der Magnetspule 10
und dem Widerstand 11 ist mit dem negativen Eingang eines Komparators 13 verbunden,
dessen positiver Eingang über einen Widerstand 14 mit dem Kollektor des Transistors
21 verbunden ist. Der positive Eingang des Komparators 13 ist außerdem mit dem Verbindungspunkt
zweier Widerstände 14 und 15 verbunden, der Widerstand 14 ist mit seinem anderen
Anschluß mit dem Ausgang des Kollektors und mit einem Eingang des UNG-Glieds 12
verbunden, der andere Anschluß des Widerstands 15 ist mit einer positiven Referenz
spannung verbunden. Der Kollektor des Transistors 21 ist über einen Koppelkondensator
20 mit einem Anschluß eines Ladekondensators 21 verbunden, dessen anderer Anschluß
mit Masse verbunden ist. Parallel zum Kondensator 21 ist eine Zenerdiode 22 zur
Spannungsbegrenzung geschaltet. Der Verbindungspunkt des Kondensators 21 mit dem
Kondensator 20 ist mit dem Kollektor eines npn-Transistors 22 und mit einem Eingang
des Rechners 1 verbunden. Die Basis ist mit einem Ausgang des Rechners 1 verbunden,
und der Emitter ist mit einem Eingang des Rechners 1 verbunden; ein weiterer Ausgang
des Rechners 1 ist mit dem anderen Eingang des UND-Glieds 12 verbunden. Der Rechner
1 ist auch mit der Leitung 4 verbunden.
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Wird das Kraftfahrzeug neu gestartet, so muß hierzu zunächst der Schalter
5 geschlossen werden, hierdurch entsteht ein Spannungsstoß auf der Leitung 4, der
von dem Rechner 1 erkannt wird. Der Rechner 1 gibt einen kurzen Impuls mit dem logischen
Pegel 1 an das UND-Glied 12.
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Dem anderen Eingang des UND-Glieds wird ebenfalls der Wert 1 zugeführt,
weil durch den Widerstand 11 deswegen, weil der Transistor 21 noch gesperrt ist,
in diesem Augenblick kein Strom fließt, und daher die über den Widerstand 15 dem
positiven Eingang des Komparators 13 zugeführte Referenzspannung ein positives Ausgangssignal
des Komparators erzeugt. Der Transistor TI wird höchstens für die Dauer des vom
Rechner 1 abgegebenen Impulses leitend, dadurch wird in der Magnetspule 10 magnetische
Energie gespeichert, die beim Sperren des Transistors 21 in bekannter Weise einen
Impuls hoher Spannung erzeugt, und dieser Impuls wird über den Kondensator 20 übertragen
und lädt den Kondensator 21 auf, wobei die Zenerdiode 22 die am Kondensator 21 anstehende
Spannung auf z.B. 17 Volt begrenzt. Beim Einschalten des Transistors TI steigt der
Strom im Widerstand 11 vom Wert Null beginnend an und demzufolge steigt auch die
dem negativen Eingang des Komparators 13 zugeführte Spannung. Die Anordnung ist
so getroffen, daß dann, ~wenn der durch den Transistor 21 fließende Strom eine Schwelle
überschreitet, die durch die Belastbarkeit des Transistors TI gegeben ist, der Komparator
13 das UND-Glied 12 sperrt und somit ebenfalls den Transistor 21 sperrt. Der durch
den Transistor 21 fließende Strom ist außerdem so bemessen, daß er weder das Anziehen
des nicht dargestellten Ankers der Magnetspule 10 noch das Halten des Ankers in
der angezogenen Stellung bewirken
kann. Nach dem Sperren des Transistors
1 gibt der Rechner 1 weitere Impulse an das UND-Glied 12 ab, und dies so lange,
bis der Rechner 1 am Kollektor des Transistors 22 eine zum Auffrischen ausreichend
hohe Spannung fe tstellt.
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Sobald diese Spannung von z.B. 25 Volt vorhanden ist, gibt der Rechner
an die Basis des Transistors T2 ein Signal ab, das diesen Transistor durchschaltet.
Die dem Rechner 1 vom Emitter des Transistors 2 zugeführte Spannung Ua wird vom
Rechner 1 denjenigen MOS-Feldeffekttransistoren des EPROM 3 zugeführt, deren schwimmende
Gates aufgeladen sind. Die auf diese Weise aufzufrischenden Ladungen der schwimmenden
Gates werden dadurch ermittelt, daß der Rechner 1 ein Wort des EPROM 3 ausliest
und diejenigen Feldeffekttransistoren die den in dem ausgelesenen Wort enthaltenen
Einsen entsprechen, die Spannung Ua in geeigneter Weise zur Auffrischung der Ladung
der schwimmenden Gates zuführt. Auf diese Weise werden nacheinander alle aufzufrischenden
Speicherzellen aufgefrischt. Dieser Vorgang kann in äußerst kurzer Zeit, beispielsweise
wenigen Millisekunden, abgeschlossen sein. Der Speicher 3 ist im ausführungsbeispiel
durch die integrierte Schaltung der Firma Intel 2716 (NMOS-EPROM) gebildet.