DE3100887A1

DE3100887A1 - Einrichtung zur erfassung und aufbereitung von betriebsparametern fuer eine mikrorechnersteuerung in einem kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE3100887A1
Application number: DE3100887A
Authority: DE
Inventors: Rolf 7252 Weil der Stadt Däumer; Winfried Dipl.-Ing. 7133 Maulbronn Klötzner; Manfred 7012 Fellbach Schenk
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1981-01-14
Filing date: 1981-01-14
Publication date: 1982-08-05

Description

¹J S w" iJP

15.12.1980 Ve/Hm

ROBERT BOSCH GMBH, TOOO STUTTGART 1

Einrichtung zur Erfassung und Aufbereitung von Betriebsparametern für eine Mikrorechnersteuerung in einem Kraftfahrzeug '__

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Mikroprozessoren enthaltende Steuereinrichtungen in Kraftfahrzeugen sind z.B. bereits aus folgenden Literaturstellen bekannt:

Electronics, January 20, 1977, Seite 102 ff, Electronic Design 1, January k, 1977_S Seite 3^ ff, Elektronik, 1977, Heft h, Seite U8 ff, SAE-Paper Nr. 750 ^32, Application of Microprocessors to the Automobile, Seite 65 ff, etz-b, Band 28, 1976, Heft 15, Seite 1*96 ff, Computer, August 19T¹+ ₉ Seite 33 ff.

ν » O ^σ

·— Ot₁₁ _

Weiterhin sind fest verdrahtete Rechner zur Steuerung von Vorgängen im Kraftfahrzeug, bzw. in der Brennkraftmascyhine, z.B. aus der DE-PS 2 50U 8^3 (US-PS k O63 539) bekannt. Ein solcher fest verdrahteter Rechner hat gegenüber einem Mikroprozssor-System den Nachteil schlechterer Variabilität, während die bekannten Mikroprozessor-Systeme in Abhängigkeit von der notwendigen Eingabe/Ausgabe-Einheit und der davon wiederum abhängigen notwendigen Speicherwerte im Festspeicher aufgrund aufwendiger Programme zur Aufbereitung und Verarbeitung der extern angelegten Signale mehr oder weniger langwierige und damit langsame Rechenprozesse ausführen müssen, die insbesondere bei höheren Drehzahlen eine Beschränkung auf Kosten der Rechengenauigkeit erfahren müssen, oder sie müssen eine entsprechend hohe Anzahl von bits aufweisen, insbesondere für die Kraftstoffeinspritzung, bei der üblicherweise mehr als 8 bit benötigt werden.

In den DE-OS 2 732.781, 2 83^4- 796, 2 85Ο 53l· sowie 2 900 111 sind bereits Eingabe/Ausgabe-Einheiten beschrieben, in denen zur Entlastung des Mikrorechners Rechenoperationen und Zählvorgänge ablaufen. Bei diesen Eingabe/Ausgabe-Einheiten besteht grundsätzlich das Problem, daß bei den verschiedenen Typen von Brennkraftmaschinen, insbesondere auch in Abhängigkeit der Wünsche der Hersteller, verschiedene' Parameter der Brennkraftmaschine erfaßt und auf die unterschiedlichste Art aufbereitet werden müssen. Dennoch sollte aus Gründen der Wirtschaftlichkeit eine einheitliche Eingabe/Ausgabe-Einheit für sämtliche Möglichkeiten konzipiert werden.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß durch weitgehende Verlagerung von Rechenoperationen, Zählvorgängen, Erfassung von Meßwerten und Ausgabe von Stellgrößen aus dem Mikrorechner in die Eingabe/Ausgabe-Einheit eine Entlastung des Mikrorechners stattfindet, sowie ein schnellerer Zugriff zu Parametern gewährleistet ist und daß weiterhin eine große Variabilität in der Aufbereitung und Verarbeitung von Parametern gegeben ist. Diese Variationen können vom Mikrorechner aus über das Bussystem gesteuert werden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Einrichtung möglich. Besonders vorteilhaft ist die Erzeugung parameterabhängiger Torzeiten durch einen Analog-Torzeit-Wandler. Dadurch können über denselben Zähler nach Betätigung von Umschaltvorrichtungen sowohl als Impulsfolgen vorliegende Parameter wie auch als analoge Signale vorliegende Parameter erfaßt werden. Durch eine Auswahlschaltung im Analog-Torzeit-Wandler können eine Vielzahl von analogen, parameterabhängigen Signalen angelegt werden, die über den Datenbus anwählbar sind. Über die gleichen Leitungen kann vorteilhaft auch eine Multiplexexnrichtung gesteuert werden, an der eine Vielzahl von SchaltSignalen anliegt. Somit können mit geringem Aufwand und einer geringen Anzahl von Steuerleitungen eine Vielzahl von Parametern alternativ erfaßt werden.

Noch variabler und vielseitiger einsetzbar wird die Anordnung, wenn die Torzeit alternativ auch durch parameterabhängige Impulsfolgen einstellbar ist. Diese Tor-

'7λ

zeit wird durch einen Auszählvorgang eines vorgegebenen Zahlenwerts in einen weiteren Zähler erzeugt, dem als Auszählfreq.uenz alternativ feste und parameterabhängige Zählfrequenzen zugeführt werden können.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein Blockschaltbild eines bekannten Mikrorechner-Systems für eine Brennkraftmaschine und Figur 2 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Eingabe/Ausgabe-Einheit im Blockschaltbild.

Beschreibung des Ausführungsbeispieles

Bei dem in Figur 1 dargestellten Mikrorechner-System ist ein Mikroprozessor 10 mit einem Arbeitsspeicher (RAM) 11, mit einem Festwertspeicher (ROM, PROM oder EPROM) 12 sowie mit einer Eingabe/Ausgabe-Einheit 13 über einen Datenbus lh und - mit Ausnahme der Eingabe/Ausgabe-Einheit 13 - über einen Adressenbus 15 verbunden. In Abhängigkeit von dem zu übertragenden Informationsgehalt kann ein solcher Datenbus "\k z,B, aus acht Einzelleitungen bestehen. Ferner kann eine Auswahlleitung (Chip Select) nötig sein, um eine aus mehreren Eingabe/Ausgabe-E-inheit auszuwählen. Die Bauteile 10 bis 12 sind über eine Lese-Befehlsleitung 16 miteinander verbunden um anliegende oder gespeicherte Informationen abzurufen. Eine die Bauteile 10, 11 verbindende Schreib-Befehlsleitung 18 dient dazu, Informationen in Zwischenspeicher einzulesen; Eine Programmunterbrechungs-Befehlsleitung (Interrupt)

- y-

20 führt von der Eingabe/Ausgabe-Einheit 13 über eine Klemme 21 zum Mikroprozessor 10. Diese Leitung dient dazu, bei Vorliegen bestimmter Informationen ein gerade im Mikroprozessor ablaufendes Programm zu unterbrechen. Von einer Rücksetzschaltung 22 führt eine LöschBefehlsleituhg (Clear) 23 zur Eingabe/ Ausgabe-Einheit und zum Mikroprozessor 10. Sie dient dazu, bestimmte Anfangsbedingungen, z.B. bei einem Programmbeginn zu schaffen. Ein Frequenzgenerator 2.\ ist mit dem Mikroprozessor 10 verbunden. Vorzugsweise eine daraus durch Teilung gewonnene Frequenz wird über die Klemme 25 (Takt) der Eingabe/Ausgabe-Einheit zugeführt. Eine eine Versorgungsspannung führende Klemme 26 ist mit einer Spannungsstabilisierungsschaltung 27 verbunden, deren stabilisierte Ausgangsspannung einer Klemme 28, sowie sämtlichen Bauelementen zugeführt ist, die Elektronik beinhalten.

Die Eingabe/Ausgabe-Einheit 13 ist über eine Eingangsschaltung 29 und zwölf Eingangsklemmen 3 5 bis k6 mit externen Signalgebern verbunden. Dadurch wird der jeweilige Zustand, z.B. einer Brennkraftmaschine oder eines Getriebes an das Rechensystem gemeldet. Eine mit den Eingängen 35» 36 verbundene Geberanordnung 30 besteht aus einer mit der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine verbundenen Zahnscheibe 300, auf der umfangsseitig eine Vielzahl von Zähnen 301 angebracht sind. Diese Zähne werden durch einen ersten Aufnehmer 302 abgetastet, indem jeder ferromagnetische Zahn in diesem induktiven Aufnehmer 302 eine Flußänderung hervorruft, die ein Spannungssignal zur Folge hat. Die dadurch erzeugte drehzahlabhängige Signalfolge wird dem Eingang 35 zugeführt. Statt ferromagnetischer Zähne können auch andere Marken vorgesehen sein, die durch andere Aufnehmer abtastbar sind. So kann z.B. die Scheibe in Umfangsrichtung streifenförmig magne-

tisiert sein oder eine Loehanordnung aufweisen, die durch optische Vorrichtungen abtastbar ist. Eine Bezugsmarke ist ebenfalls auf der Scheibe 300 angeordnet. Die Bezugsmarke 303 wird von einem zweiten Aufnehmer 30¹+ abgetastet und das Bezugsmarkensignal dem Eingang 36 zugeführt.

Weitere Informationen der Brennkraftmaschine, bzw. des Fahrzeugs liegen als angesaugte Luftmenge L, Motortemperatur Tm, Außentemperatur Ta, Bordnetzspannung U, Saugrohrdruck pi, Außendruck pa, Signal eines Abgassensors 31, und Stellung eines Lastschalters 32, eines Leerlaufsehalters 35 sowie eines Startschalters 3^· an den Eingangsklemmen 3T bis k6 an. Dabei sind z.B. die an den Klemmen 35 bis 37 anliegenden Informationen digitale Informationen in Form von parameterabhängigen Frequenzen und die an den übrigen Klemmen 38 bis k6 anliegenden Informationen analoge Informationen. Die Zahl dieser weiteren Informationen ist noch beliebig erweiterbar und nicht auf die dargestellten Informationen beschränkt. Eingangsinformationen werden in der Eingangsschaltung aufbereitet, entstört und soweit erforderlich oder gewünscht, digitalisiert. Eine Signalaufbereitung kann z.B. mit Hilfe von Schmitt-Triggern erfolgen. Zur Entstörung können an sich bekannte Entprell-Schaltungen sowie Schaltungen zum Schutz gegen Überspannung und Spannungsspitzen eingesetzt werden.

Zwei Endstufenausgänge der Eingabe/Ausgabe-Einheit sind über Klemmen hj, kQ mit Schaltendstufen k9, 50 verbunden, die als Zündungsendstufen ausgebildet sind. Solche Zündungsendstufen enthalten in bekannter Weise einen Halbleiterschalter im Primärstromkreis einer Zündspule, in deren Sekundärstromkreis wenigstens eine Zündstrecke 51? 52, bzw. Zündkerze geschaltet ist. Eine weitere Schaltendstufe 5^ zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung über vier dargestellte Einspritzdüsen 55 bis 58 ist ebenfalls mit der Eingabe/Ausgabe-Einheit 13 über eine Klemme 53

- 40-

verbunden. Schließlich können noch -weitere Schaltendstufen, z.B. zur Getriebesteuerung mit der Einheit 13 verbunden sein. Zur Vereinfachung wurde dabei auf weitere Darstellung verzichtet.

Die Wirkungsweise des dargestellten Mikroprozessors-Systems ist an sich bekannt und vielfach in der Literatur beschrieben. Neben dem eingangs genannten Stand der Technik sei in diesem Zusammenhang vor allem auf die Gebrauchshandbücher der verschiedenen Mikroprozessor-Hersteller verwiesen, in denen detailliert sowohl der Aufbau und die Beschaltung der einzelnen Bausteine, wie auch deren Wirkungsweise und Progammierung beschrieben ist. Aufbauvarianten und Schaltungsmöglichkeiten, bzw. -Vorschläge sind sehr detailliert angegeben. Als Beispiel sei auf die Handbücher der Firma RCA "User Manual for the CDP 18O2 Cosmac Microprocessor MPM-201A" und "RCA, Integrated Circuits, SSD-210, U-76" verwiesen.

Im Rahmen eines im Festwertspeicher 12 gespeicherten Programms werden vom Mikroprozessor 10 extern an der Eingabe/ Ausgabe-Einheit 13 anligende Informationen verarbeitet. Das errechnete Ergebnis, im vorliegenden Fall die Signale zur Steuerung von Zündung und Einspritzung, werden den Schaltendstufen \9, 50, 5^ weitergegeben zur Ausführung der gewünschten Schaltbefehle. Endergebnisse und Zwischenergebnisse werden zum Teil im Arbeitsspeicher 11 zwischengespeichert, um dann bei Bedarf durch den Mikroprozessor wieder abgerufen zu werden.

Die Anzahl der verwendeten Mikroprozessoren, Festwertspeicher und Arbeitsspeicher ist nicht gemäß der Darstellung beschränkt, sondern kann in Abhängigkeit der zu verarbeitenden Informationen, dem Umfang des Programms

310;

und dem Umgang der gespeicherten Daten beliebig erweitert werden. Diese Anzahl hängt natürlich auch vom jeweils verwendeten Bauteiltyp ab, bzw. von dessen Arbeits- und Speichermöglichkeiten.

In dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind drei Festfrequenzen f1 bis f3» die an der Klemme 35 anliegende drehzahlabhängige Frequenz sowie die an der Klemme 37 anliegende luftmengenabhängige Frequenz über einen Umschalter 6O wahlweise dem Takteingang C einer Zählvorrichtung 61 zuführbar. Der Umschalter 60 kann beispielsweise durch Transmissions-Gatter realisiert werden und ist vom Datenbus λ\ aus über eine Umschalt-Dekodierstufe

62 steuerbar. Die Dekodierstufe 62 weist eine Steuerklemme

63 auf. Der Datenbus 1^ ist über einen Zwischenspeicher 6k, dessen Übernahmeeingang über eine Klemme 65 gesteuert wird, an die'Zahleneingänge des Zählers 61 angeschlossen. Die Zahlenausgänge des Zählers 61 sind mit Zahleneingängen eines Zwischenspeichers 66 verbunden, dessen Zahlenausgänge über eine Torstufe 67, die eine Steuerklemme 68 aufweist, mit dem Datenbus 1k verbunden sind.

Drei Festfrequenzen fk bis f6, die z.B. mit den Frequenzen f1 bis f3 übereinstimmen können, sowie die an den Klemmen 35 bis 37 anliegenden parameterabhängigen Frequenzen sind über einen weiteren Umschalter 69 alternativ dem Takteingang C eines Torzeitzählers 70 zuführbar. Der Umschalter 69 ist über eine Umschalt-Dekodierstufe 71 steuerbar, die eine Steuerklemme 72 aufweist. Der Datenbus 1^ ist über einen Zwischenspeicher 73, dessen Übernahmeeingang über eine Klemme 7^ gesteuert wird, an die Zahleneingänge des Torzeitzählers 70 angeschlossen. Der Überlaufausgang CO des Zählers 70 ist sowohl mit dem eigenen Setzeingang S, wie auch über einen Umschalter 76 mit dem Setzeingang S

Torzeit und gibt am Ende derselben ein Kücksetzsignal an das Flipflop 86. Mit dem ausgangsseitigem Signalwechsel wird ein Setzsignal für den Zwischenspeicher 66 erzeugt, der den ermittelten Zahlenwert übernimmt. Gleichzeitig wird der Zähler 61 für weitere Zählvorgänge gesperrt. Wahlweise kann er zu diesem Zeitpunkt wieder rückgesetzt werden - dies hängt von der Wahl der Flanke ab, mit der der Rücksetzvorgang erfolgt. Auch das Sperren des Zählers zu diesem Zeitpunkt· ist nicht unbedingt erforderlich, da der ermittelte Zahlenwert bereits in den Zwischenspeicher 66 übernommen wurde. Prinzipiell könnte der Zähler nun beliebig weitere Zählvorgänge vornehmen. Der im Zwischenspeicher 66 zwischengespeicherte, parameterabhängige Zahlenwert steht nun auf Abruf über die Torstufe 67 bereit. Durch Wechsel des Datenworts der Dekodierstufe 79 können nun weitere parameterabhängige Analogsignale abgefragt werden, wobei die Auszählung entweder durch die gleiche oder durch andere Frequenzen erfolgen kann.

Durch das gleiche Datenwort der Dekodierstufe 79 können auch anliegende Schaltsignale der Klemmen U3 bis k6 ausgewählt werden. Der Schaltzustand wird dabei durch ein 1-Signal oder durch ein O-Signal erfaßt und kann über die Torstufe 83 abgefragt werden. Auf diese Weise können durch ein einziges Datenwort eine Vielzahl verschiedenartiger Informationen ausgewählt werden.

Die Aufbereitung einer parameterabhängigen Frequenz zu einem parameterabhängigen Zahlenwert kann auf zweierlei Weise erfolgen. Bei der ersten Methode wird eine der parameterabhängigen Frequenzen an den Klemmen 35s 37 über den Umschalter 6θ auf den Takt eingang der Zählvorrichtung 61 gegeben. Der Umschalter 76 wird in die dargestellte Schalt stellung gelegt, und im Torzeitzähler 70 wird nun eine Torzeit gebildet, indem ein über den

Zwischenspeicher 73 vom Mikrorechner vorgegebenes Datenwort durch eine der Festfrequenzen fH "bis f6 ausgezählt wird. Die Auswahl der Frequenzen erfolgt rechnergesteuert über die Umschalt-Dekodierstufe 71· Jeweils am Auszählende gibt der Zähler 70 ein Überlaufsignal an seinem Ausgang CO ab, durch das einmal dieser Zähler 70 erneut auf den auszuzählenden Zahlenwert gesetzt wird, weiterhin der im Zähler 61 während der Auszählzeit des Zählers 70 ermittelte Zahlenwert in den Zwischenspeicher 66 übernommen wird und schließlich der Zähler 61 wieder rückgesetzt wird und erneut zu zählen beginnt. Im Zwischenspeicher 66 liegt somit ständig ein aktueller Zahlenwert vor, der der parameterabhängigen Frequenz an der Klemme 35 bzw. 37 entspricht.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Torzeit parameterabhängig vorzugeben, indem über die Dekodierstufe 71 der Umschalter 69 auf eine der Klemmen 35 oder 37 gelegt wird. Dadurch wird im Zähler 70 eine drehzahlabhängige, bzw. luftmengenabhängige Torzeit gebildet. Diese Torzeit gibt die Zählzeit im Zähler 61 vor, wobei der Zählvorgang durch eine der Festfrequenzen f1 bis f3 erfolgt. Schließlich besteht noch die Möglichkeit eine parameterabhängige Zählfrequenz während einer parameterabhängigen Torzeit auszuzählen. Ein solcher Zählvorgang wird z.B. bei der Ermittlung der Einspritzzeit bei Kraftstoffeinsprit zanlagen benötigt. Dabei wird vorteilhaft eine luftmengenabhängige Zählfrequenz während einer drehzahlabhängigen Torzeit ausgezählt. Um dies zu realisieren, muß der Umschalter 60 auf die Klemme 37 und der Umschalter 69 auf die .Klemme 35 gelegt werden. Weitere Verknüpfungen zwischen Parametern - auch als Analog-Signale anliegende Parameter - sind ebenfalls in beliebiger Variation denkbar .

- 4-3 -

In einer Eingabe/Ausgabe-Einheit 13 für Brennkraftmaschinen bzw. für Kraftfahrzeuge werden vorteilhaft noch weitere Funktionen realisiert, wie sie im angegebenen Stand der Technik dargestellt sind. Eine Verknüpfung dieser Funktionen mit den. hier beschriebenen Funktionen, bzw. eine entsprechende Erweiterung ist beliebig möglich.

Leerseite

Claims

*- 6739

15.12.1980 Ve/Hm

ROBERT BOSCH GMBH, TOOO STUTTGART 1

Ansprüche

1 . Einrichtung zur Erfassung und Aufbereitung von Betriebsparametern für eine Mikrorechnersteuerung in einem Kraftfahrzeug, insbesondere zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, mit einer über ein Bus-System mit dem Mikrorechner verbundenen Eingabe/Ausgabe-Einheit, in der wenigstens eine Zählvorrichtung zur Ermittlung parameterabhängiger Zahlenwerte vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Takteingang der Zählvorrichtung (61) über eine erste, vom Datenbus (lh) steuerbare Umschaltvorrichtung (60) parameterabhängige und konstante Impulsfolgen zuführbar sind und daß die Zählzeiten der Zählvorrichtung (61) über eine weitere Umschaltvorrichtung (76 bzw. 69) durch konstante oder parameterabhängige Torzeitsignale vorgebbar sind.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung parameterabhängiger Torzeiten mindestens ein Analog-Torzeit-Wandler (81) vorgesehen ist.
3. Einrichtang nach. Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Analog-Torzeit-Wandler eine Vielzahl von Analog-Eingängen aufweist, wobei die den anliegenden Analogsignalen entsprechenden Torzeitsignale über den Datenbus (1*0 alternativ auswählbar sind.
k. Einrichtung nach Anspruch 2,oder 3,. dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Analog-Torzeitwandler (81) vorgesehen sind, deren Ausgangssignale über Multiplexeinrichtungen geführt sind.
5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder k, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahlsignale vom Datenbus gleichzeitig mindestens einer Multiplexeinrichtung (82) zuführbar sind, und daß an einer Vielzahl von Eingängen Schaltsignale von Zustandsschaltern anliegen, die durch die Auswahlsignale alternativ auswählbar und über einen Ausgang auf den Datenbus übertragbar sind.
6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung konstanter Torzeitsignale eine weitere Zählvorrichtung (70) vorgesehen ist, wobei die Torzeiten durch die Auszählzeit vorgebbarer Zahlenwerte mit Fest-freq.uenzen einstellbar sind.

Ö/3S
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur alternativen Erzeugung konstanter und parameterabhängiger Torzeitsignale der weiteren Zählvorrichtung (TO) über eine weitere Umschaltvorrichtung (69) feste und parameterabhängige Zählfrequenzen zuführbar sind.