DE3322073A1 - Sicherheits-notlaufeinrichtung fuer den leerlaufbetrieb eines kraftfahrzeugs - Google Patents

Description

1714/ot/wl Müller
16. Mai 1983

ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 1

Sicherheits-Notlaufeinrichtung für den Leerlaufbetrieb eines Kraftfahrzeugs

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Es ist bekannt zur Steuerung von elektrischen oder elektromechanisctenGeraten oder zur Steuerung von Systemfunktionen Mikroprozessoren oder Mikrocomputer zu verwenden, die aus einem oder mehreren Betriebsparametern des Systems Steuersignale zum Betätigen von Stellgliedern, ableiten. Derartige Einrichtungen werden in Kraftfahrzeugen beispielsweise zum Betreiben von Einspritzanlagen, Zündanlagen, Getriebesteuerungen oder einer Le. erlauffüllungs rege lung, jeweils getrennt oder auch, kombiniert in einer Zentrallogik, verwendet. Es ist auch bekannt, in diesem

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Zusammenhang Überwachungseinrichtungen vorzusehen, die die einwandfreie Funktion des .Gerätes überwachen und bei Auftreten einer Fehlfunktion ein Alarmsignal abgeben und/oder eine Notsteuerung veranlassen.

Indem SAE-Technical Paper Nr. 810157 ist eine mikr ο computergesteuerte Brennkraftmaschinenregelung beschrieben. Der dabei verwendete Mikrocomputer oder Mikroprozessor erzeugt in seinem Steuerprogramm eingebaute Kontrollimpulse, die vom Mikroprozessor abgearbeitet werden und daher bei einwandfreier'Funktion regelmäßig auftreten. Eine Fehlfunktion des Programms oder der Einrichtung kann dann von einer Speicherschaltung oder einer sonstigen Einrichtung erfaßt werden, da in diesem Fall, etwa bei Stillstand des Rechners, keine Kontrollimpulse mehr abgegeben werden. Beider Überwachungsschaltung nach dem S AE-Pa per ist eine monostabile Kippstufe vorgesehen, deren Ausgangssignal der Einspritzanlage und der Zündeinrichtung zuführbar ist. Unterhalb einer vorgeschriebenen Drehzahl der Brennkraftmaschine werden die regelmäßigen Kontrollimpulse unterdrückt, insbesondere bei der Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine.

Eine Resetschaltung für einen Mikrocomputer ist ferner bekannt aus der DE-OS.30 35 896, bei der die Kontrollimpulse mittelbar das Auf- bzw. Entladen eines Kondensators bewirken, so daß das Ausbleiben der Kontrollimpulse durch überwachen der Kondensatorspannung erkannt werden kann. Ergeben sich Veränderungen in der Abfolge der Kontrollimpulse oberhalb eines vorgegebenen Masses, dann erzeugt die Überwachungsschaltung ein Resetsignal,

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welches den Mikrocomputer zurückstellt. An die Rückstellphase schließt sich dann eine Freigabephase an, in der das System wieder anlaufen kann.

Probleme können sich bei den bekannten Einrichtungen zur Überwachung von Systemfunktionen dann ergeben, wenn eine Funktion überwacht werden muß, die bei Undefiniertem Fehlverhalten sicherheitskritisch sein kann, beispielsweise also etwa bei einer Leerlauffüllungsregelung die Möglichkeit, daß ein für eine solche Regelung verwendeter Zweiwicklungs-Drehsteller eine Position einnimmt, die einem ungewollten Gasgeben entspricht.

Es besteht daher 3edarf nach einer Überwachungsschaltung in Verbindung mit einer Leerlauffüllungsregelung, die in der Lage ist, ein definiertes, sicherheitsunkritisches Ausfallverhalten einer solchen Leerlauffüllungsregelung sicherzustellen.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß Defekte beliebiger Art im Bereich der Le er la uffüllungs regelung erkannt werden und dazu führen, daß das Stellglied, im speziellen Fall also der Zweiwicklungs-Drehsteller abgeschaltet wird. In sinnvoller Ausgestaltung dieser Erfindung wird die Stromlos schaltung des Zweiwicklungs-Drehstellers ergänzt durch eine mechanisch wirksam werdende Einrichtung zur Positionsbestimmung des Zweiwicklungs-Drehstellers, und zwar durch die Anordnung einer

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Feder, die das Stellglied im stromlosen Zustand in eine Vorzugslage bringt, die auf jeden Fall sicherstellt, daß es nicht zu einem ungewollten Gasgeben und daher zu einem sicherheitskritischen Fehlverhalten kommt, sondern sich in der Weise auswirkt, daß sich eine etwas erhöhte Leerlaufdrehzahl der Brennkraftrra schine ergibt.

Die Erfindung ist in der Lage, alle wesentlichen groben elektrischen Defekte im Bereich der Endstufenansteuerung sowie des Zweiwicklungs-Drehsteller s der Leerlauffüllungsregelung zu erkennen und die Stromversorgung des Stellglieds im Fehlerfall über einen Unterbrecherschalter, der vorzugsweise ein in Reihe mit einer stromführenden Leitung geschalteter Leistungstransistor ist, abzuschalten. . .

Im einzelnen gelingt es der Erfindung Fehler zu erkennen, die hervorgerufen sind durch eine Unterbrechung in einer oder mehreren Leitungen zum Zweiwicklungs-Drehsteller, durch Kurzschluß einer oder beider Endstufen oder durch Kurzschluß der beiden Ansteuerleitungen zu den Wicklungen des Drehstellers. In gleiche.,.· Weise ergibt sich eine Abschaltung des Zweiwicklungs-Drehstellers dann, wenn sich in der die Endstufe ansteuernden Steuer log ikschaltung, die üblicherweise ein Mikroprozessor oder dgl. ist, ein Undefinierter Zustand ergibt, der zur Unterbrechung der Ansteuerimpulse für die Endstufe oder zu einer solchen Fehlansteuerung der Impulsfolge führt, daß diese außerhalb des für eine Leerlauffüllungsregelung sinnvollen Tastverhältnisses bei der Ansteuerung eines Z weiwicklungs-Drehstellers liegt.

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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Einrichtung möglich.

Besonders vorteilhaft und einfach ist die Auswertung der Taktung des einen, von einem ersten Endstufenteil angesteuerten zweiten Endstufenteil; da diese jeweils gegenläufig arbeiten, läßt sich hierdurch die gesamte Endstufe überwachen.

Die Überwachung kann eine einfache Schwellwertschaltung übernehmen, die bei Unterschreiten eines vorgegebenen Signalpegels an ihrem einen Eingang ein zur Unterbrechung der Stromzufuhr zum Zweiwicklungsdrehsteller führendes Ausschaltsignal abgibt.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Zeichnung stellt, gleichzeitig durch gestrichelte Umrandungen in Blockbildfelder aufgeteilt, ein bevorzugtes detailliertes Ausführungsbeispiel einer Überwachungsschaltung für einen Zweiwicklungs-Drehsteller und seine Ansteuerung bei der Le e r lauf füllung sre ge lung einer Brennkraftmaschine dar.

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Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In der Zeichnung ist die Endstufe mit 10, das von der Endstufe angesteuerte Stellglied in Form eines Zweiwicklungs-Drehstellers mit 11'und eine Züsatzschaltung, die im wesentlichen die erfindungsgemäße Sicherheits - Notlaufe inr ichtun g darstellt, mit 12 bezeichnet. Ferner ist in der Zeichnung noch gesondert dargestellt und mit 13 bezeichnet die ein Arbeitssignal der Endstufe auswertende und ein Sperr- oder Unterbrechungssignal erzeugende Sicherheits-S chwe Uwe rt schaltung 13, gesondert zur Zusatz schaltung 12, da die Schaltung 13 auch von einem Teil der gesamten Regeleinrichtung., vom Rechner oder Mikroprozessor selbst dargestellt sein kann. Nachgeschaltet sein kann der Schwellwert sicherheits schaltung 13 eine alarmgebende Schaltung 14 für akustischen und/oder optische Alarmgabe, etwa durch ein Blinklicht am Armaturenbrett.

Der Zweiwicklungs-Drehsteller 11 ist ein bei einer Leerlauffüllungsregelung eingesetztes Stellglied und arbeitet üblicherweise als Luft-Bypass parallel zur Drosselklappe. Der Zweiwicklungs-Drehsteller umfaßt eine erste Wicklung lla und eine zweite Wicklung lib, wobei die einen Anschlüsse beider Wicklungen am Schaltungspunkt M+ zusammengeführt sind und bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel über ein Schaltungsglied der Zusatzschaltung 12 an hier positiver Versorgungsspannung +U'ß liegen. Die beiden anderen Anschlüsse Ml und M2 jeder Wicklung werden getrennt von der Endstufe angesteuert. Die Wicklungen bestimmen je nach ihrer Ansteuerung die relative Stellung eines Schiebers im erwähnten Luft-Bypass.

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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Ansteuerung der beiden Teilwicklungen 11a und 11b von der Endstufe 10 aus mit einem getakteten Signal, und zwar speziell über jeweils einen, für eine der Wicklungen zuständigen Halbleiterschalter, nämlich einen ersten Schalttransistor 10a für die Ansteuerung der Wicklung 11a und einem zweiten Transistor 10b, zuständig für die Ansteuerung der anderen Teilwicklung 11b. Die Ansteuerung der beiden Teilwicklungen 11a, 11b über jeweils einen eigenen Halbleiterschalter erfolgt so, daß die Halbleiterschalter im Gegentakt arbeiten, der eine Halbleiterschalter oder Transistor 10a immer dann gesperrt ist, wenn der andere Transistor 10b geöffnet ist. Hierdurch ergibt sich eine, wie ohne weiteres erkennbar, gemittelte, von dem Tastverhältnis der einen Steuerimpulsfolge 15 abhängige Position des Schiebers des Zweiwicklungs-Drehstellers.

Der Schaltungsaufbau der Endstufe ist im einzelnen so, daß die Emitter beider Schalttransistoren 10a, 10b unmittelbar mit Masse bzw. mit der negatives Potential führenden Schiene 16 verbunden sind während die Kollektoren über zwischengeschaltete, in Sperrrichtung bezüglich der positiven Versorgungsspannung +U liegende Dioden 17 und 18 an diese Spannung angeschlossen sind. Parallel zur Emitter-Kollektor-Strecke jedes Schalttransistors 10a, 10b liegt noch eine Zenerdiode 19, 20; die Ansteuerung des zweiten, nachgeschalteten Transistors 10b erfolgt über eine für positive Spannungen durchlässige und daher den Basis strom für den Schalttransistor 10b ermöglichende Diode 21 in Reihe mit einem Widerstand 22 und einem weiteren Widerstand 23 gegen Masse. Die Kollektoren der beiden Schalttransistoren 10a, 10b sind unmittel-

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bar mit den beiden getrennten Anschlüssen Ml und MZ des Zweiwicklungs-Drehstellers verbunden, so daß sich folgende Funktion ergibt.

Ist durch die entsprechende Polarität der Ansteuer-Impulsfolge als Rechteckimpulsfolge mit vorgebbarem Tastverhältnis, beispielsweise der erste Endstufentransistor 10a leitend geschaltet, dann ergibt sich der volle Stromfluß über die eine Teilwicklung lla von positiver Versorgungsspannung über die durchgeschaltete Kollektor-Emitter-Strecke gegen Masse, wobei zunächst vorausgesetzt sei, daß der Unterbrechungsschalter der Zusatzschaltung 12 geschlossen, bei Realisation durch einen Trenntransistor dieser also durchgeschaltet ist. Gleichzeitig sperrt der erste Endstufentransistor 10a hierdurch den ihm nachgeschaltenten Endstufentransistor 10b, da er die Anode der Ansteuerdiode 21 praktisch auf Massepotential legt.

Ist andererseits der erste Endstufentransistor 10a durch eine negative Halbwelle der Ansteuer-Impulsfolge 15 gesperrt·, dann ergibt sich der geringfügige Basisstrom für den zweiten Endstufentransistor lob als Stromfluß von positiver Ve rs orgung s spannung über die erste Teilwicklung lla des Zweiwicklungs-Drehstellers und die in diesem Fall dann leitende Diode 21 zur Basis des Transistors 10b, der daher dann die zweite Teilwicklung lib voll an Spannung legt. Es ergibt sich somit am Kollektor des zweiten Endstufentransistors 10b immer ein getaktete s Ausgangs signal, jedenfalls unter der Voraussetzung einer einwandfreien Funktion.

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Die Zusatzschaltung 12 ist nun so aufgebaut, daß sie das einwandfreie Takten am Kollektor des zweiten Transistors 10b der Endstufe überwacht, im dargestellten Ausführungsbeispiel mittels einer geeigneten Gleichrichter- und Ladeschaltung 24, an deren Ausgang 25 ein logikkompatibles Ausgangs signal erzeugt wird, welches dann, wenn der Takt in Ordnung ist, einen vorgegebenen Schwellwert erreicht und im Fehlerfall im wesentlichen Nullpotential annimmt. Das am Schaltungspunkt 25 gebildete Ausgangssignal der Zusatzschaltung 12 wird einer Schwellwert-Sicherheitsschaltung 13 zugeführt, die im einfachsten Fall auch lediglich ein •üblicherweise aus einem Operationsverstärker gebildeter Komparator sein kann, der bei Unterschreiten einer vorgegebenen Schaltschwelle durch das logikkcmpatible Ausgangs signal einem Eingang 26 der Zusatzschaltung ein Sperrsignal zuführt, welches mindestens mittelbar dafür sorgt, daß die Stromzuführung zum gemeinsamen Schaltungspunkt M+ der beiden Teilwicklungen 11a, 11b des Zweiwicklungs-Drehstellers 11 unterbrochen wird.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfaßt der Unterbrecherschalter einen Leistungs-Längstransistor 27, mit seiner Kollektor-Emitter-S tr ecke in Reihe geschaltet zwischen die Versorgungsspannung +U und dem gemeinsamen Schaltungspunkt M+ und angesteuert von einem Treibertransistor 28, jeweils mit entsprechender Widerstandsbeschaltung aus den Widerständen 29 für den Leistungs-Längstransistor und den Widerständen 30 für den Treibertransistor.

Die Gleichrichter-Ladeschaltung umfaßt im einzelnen eine negative Impulse gegen Masse ableitende Querdiode 31, eine für positive

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Spannungen in Durchlaßrichtung geschaltete Gleichrichterdiode 32, einen dieser nachgeschalteten Ladekondensator 33 und eine Widerstand steiler schaltung 34 parallel zu einer weiteren Zenerdiode 35. Das am Ladekondensator 33 gebildete Potential muß bei einwandfreier Taktung innerhalb des vorgegebenen Tastverhältnisses eine bestimmte S pannungs schwelle überschreiten, sonst wird auf Fehler von der Schweliwert-Sicherheits schaltung erkannt. Es ergibt sich dann folgende Funktion. Unterschreitet das gleichgerichtete Siehe rheits signal am Ausgang 25 einen vorgegebenen Schwellwert, der beispielsweise bei 5 Volt im praktischen Anwendungsfall liegen kann, dann erkennt die Schwellwert-Sicherheitsschaltung auf Fehler und steuert den Treibertransistor 28 entsprechend an, woraufhin der Längstransistor 27 die Stromversorgung von der Versorgungsspannung +U zum Zweiwicklungs-Drehsteller auftrennt. Durch die Strombegrenzung des Schalttransistors ergibt sich diese Funktion auch bei Kurzschluß nach Masse. In diesem stromlosen Zustand bringt die im Zweiwicklungs-Drehsteller vorgesehene, eingebaute Feder 36 den Schieber in eine Vorzugslage, die einer etwas erhöhten Leerlaufdrehzahl entsprechen kann. Es versteht sich, daß die Schwellwert-Sicherheitsschaltung 13 auch ein Mikroprozes :or sein kann, beispielsweise auch der Mikroprozessor, der an einem seiner Ausgänge 37 selbst das Ansteuersignal mit vorgegebenem Tastverhältnis für die Endstufe 10 erzeugt.

Man erkennt, daß die erfindungsgemäße Schaltung im wesentlichen alle groben elektrischen Defekte im Bereich der Endstufen und des Zweiwicklungs-Drehstellers erkennt und die Stromversorgung im Fehlerfall über den zusätzlichen Leistungs-Langstransistor ab-

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schalten kann, worauf dann die Feder die Schieber stellung bestimmt.

Erkannt werden beispielsweise die folgenden Fehler:

a) Unterbrechung in einer oder mehreren Leitungen zum Zweiwicklungs-Drehsteller

b) Kurzschluß einer oder beider Endstufen

c) Kurzschluß der beiden Ansteuerleitungen zum Zweiwicklung s-Drehsteller bis zu den Schaltungspunkten Ml und M2.

Auch Undefinierte Zustände im die Ansteuer-Impulsfolge erzeugenden Mikroprozessor selbst werden erkannt, denn wenn diese Impulsfolge ausbleibt, bleibt auch die Taktung des zweiten Endstufentransistors 10b aus und die Schaltung geht auf Fehler. Es ist auch möglich, daß die Schwellwert-S icher he its schaltung in diesem Fall ein Einschalt-Resetsignal für den Mikroprozessor erzeugt, wenn sie nicht selbst der Mikroprozessor ist oder nach Art einer Watch-Dog-Schaltung reagiert.

Claims (1)

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   Patentansprüche

   ( 1 .ySicherheits-Notlaufeinrichtung für den Leerlaufbetrieb eines
   Kraftfahrzeugs, insbesondere bei einer Leerlauffüllungsregelung mit einem von einer Endstufenschaltung (10) angesteuertem Zweiwicklungs-Drehsteller (11) als Luft-Bypass parallel zur Drosselklappe, dadurch gekennzeichnet, daß von einem
   der jeder Wicklung (Ha, Hb) des Zweiwicklungs-Drehstellers (11) zugeordneten, im Gegentakt mit Impulsen mit je nach gewünschtem, freigebbarem Luftquerschnitt vorgebbarem Tastverhältnis angesteuerten Endstufen-Halbleiter schalter (Transistoren 10a, 10b) die getaktete An Steuer-Impulsfolge erfaßt und entsprechend der Auswertung im Fehlerfall ein. in die
   Stromzuführung zu einem gemeinsamen Schaltungspunkt (M+)
   des Zweiwicklungs-Drehstellers (11) geschalteter Unterbrecherschalter (27, 28) angesteuert ist derart, daß Zweiwicklungs-Drehsteller mit angeschlossener Endstufe stromlos geschaltet sind.

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   2. Notlaufeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Stromlos schaltung des Zweiwicklungs-Drehstellers (11) im Fehlerfall eine den Schieber des Zweiwicklungs-Drehstellers in eine Sicherheits-Vorzugslage bewegende, mechanische Vor spannung seinrichtung (Feder 36) vorgesehen ist.

   3. Notlaufeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Endstufentransistor (10b),dessen Taktung für den Fehlerfall ausgewertet wird, von einem ersten Endstufentransistor (10a) angesteuert ist, dem die Ansteuer-Impulsfolge mit vorgebbarem Tastverhältnis für den Zweiwicklungs-Drehsteller zugeführt ist.

   4. Notlaufeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung der ordnungsgemäßen Taktung des zweiten Endstufentransistors (10b) eine Gleichrichte r-Lade schaltung (24) mit einem Ladekondensator (33) vorgegeben ist, an derem Ausgang (25) bei ordnungsgemäßer Ansteuerung ein vorzugsweise logikkcPipatibles Ausgangs signal unter Überschreitung eines vorgegebenen Schwellenwerts gebildet ist, welches einer Schwellwert-Sicherheitsschaltung (13) zugeführt ist.

   5. Notlaufeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellwert-Sicherheits schaltung einen Komperator enthält, der einem als Unterbrecherschalter ausgebildeten Leistungs-Längstransistor (27) ein Sperrsignal zur Stromlosschaltung des Zweiwicklungs-Drehstellers zuführt.

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   6, Notlaufeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die das logikkompatible Ausgangssignal der Gleichrichter-Lade schaltung (24) auswertende Schwellwert-Sicherheitsschaltung ein Mikroprozessor ist.