DE3322073C2

DE3322073C2 -

Info

Publication number: DE3322073C2
Application number: DE19833322073
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dipl.-Phys. Dr. 7250 Leonberg De Knapp; Cornelius Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart De Peter
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1982-07-23
Filing date: 1983-06-20
Publication date: 1991-10-17
Also published as: DE3322073A1

Description

Stand der Technik

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

Es ist bekannt zur Steuerung von elektrischen oder elektromecha nischen Geräten oder zur Steuerung von Systemfunktionen Mikro prozessoren 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 Leerlauffüllungsregelung, jeweils getrennt oder auch kombiniert in einer Zentrallogik, verwendet. Es ist auch bekannt, in diesem Zusammenhang Überwachungseinrichtungen vorzusehen, die die einwandfreie Funktion des Gerätes überwachen und bei Auftreten einer Fehlfunktion ein Alarmsignal abgeben und/oder eine Not steuerung veranlassen.

In dem SAE-Technical Paper Nr. 810157 ist eine mikrocomputer gesteuerte Brennkraftmaschinenregelung beschrieben. Der dabei verwendete Mikrocomputer oder Mikroprozessor erzeugt in seinem Steuerprogramm eingebaute Kontrollimpulse, die vom Mikropro zessor abgearbeitet werden und daher bei einwandfreier Funktion regelmäßig auftreten. Eine Fehlfunktion des Programms oder der Einrichtung kann dann von einer Speicherschaltung oder einer son stigen Einrichtung erfaßt werden, da in diesem Fall, etwa bei Stillstand des Rechners, keine Kontrollimpulse mehr abgegeben werden. Bei der Überwachungsschaltung nach dem SAE-Paper ist eine monostabile Kippstufe vorgesehen, deren Ausgangssignal der Einspritzanlage und der Zündeinrichtung zuführbar ist. Unter halb 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 30 35 896 A1, bei der die Kontrollimpulse mittelbar das Auf- bzw. Entladen eines Kondensators bewirken, so daß das Ausbleiben der Kontrollimpulse durch Überwachen der Kondensa torspannung erkannt werden kann. Ergeben sich Veränderungen in der Abfolge der Kontrollimpulse oberhalb eines vorgegebenen Maßes, dann erzeugt die Überwachungsschaltung ein Resetsignal, 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 Über wachung 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 Bedarf nach einer Überwachungsschaltung in Ver bindung mit einer Leerlauffüllungsregelung, die in der Lage ist, ein definiertes, sicherheitsunkritisches Ausfallverhalten einer solchen Leerlauffüllungsregelung sicherzustellen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, für einen Zweiwicklungs-Dreh steller einer Leerlauffüllungsregelung eine Überwachungsschaltung anzugeben, die ein definiertes, sicherheitsunkritisches Ausfallver halten der Leerlauffüllungsregelung sicherstellt.

In diesem Zusammenhang ist aus der DE 30 46 073 A1 eine Über wachungsschaltung bekannt, die Ansteuersignale für Einspritzventile überwacht und im Störungsfall deren Laststromkreis unterbricht, um Übereinspritzmengen zu vermeiden.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den kennzeichnenden Merk malen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß Defekte beliebiger Art im Bereich der Leerlauffüllungsregelung erkannt werden und dazu führen, daß das Stellglied, im speziellen Fall also der Zweiwicklungs-Drehsteller abgeschaltet wird. In sinnvoller Ausgestaltung dieser Erfindung wird die Stromlosschal tung des Zweiwicklungs-Drehstellers ergänzt durch eine mecha nisch wirksam werdende Einrichtung zur Positionsbestimmung des Zweiwicklungs-Drehstellers, und zwar durch die Anordnung einer Feder, die das Stellglied im stromlosen Zustand in eine Vorzugs lage 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 Brennkraftmaschine ergibt.

Die Erfindung ist in der Lage, alle wesentlichen groben elektri schen Defekte im Bereich der Endstufenansteuerung sowie des Zweiwicklungs-Drehstellers der Leerlauffüllungsregelung zu erkennen und die Stromversorgung des Stellglieds im Fehlerfall über einen Unterbrecherschalter, der vorzugsweise ein in Reihe mit einer stromführenden Leitung geschalteter Leistungstransi stor 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 Kurz schluß einer oder beider Endstufen oder durch Kurzschluß der beiden Ansteuerleitungen zu den Wicklungen des Drehstellers. In gleicher Weise ergibt sich eine Abschaltung des Zweiwicklungs- Drehstellers dann, wenn sich in der die Endstufe ansteuernden Steuerlogikschaltung, die üblicherweise ein Mikroprozessor o. dgl. ist, ein undefinierter Zustand ergibt, der zur Unterbrechung der Ansteuerimpulse für die Endstufe oder zu einer solchen Fehl ansteuerung der Impulsfolge führt, daß diese außerhalb des für eine Leerlauffüllungsregelung sinnvollen Tastverhältnisses bei der Ansteuerung eines Zweiwicklungs-Drehstellers liegt.

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 über nehmen, die bei Unterschreiten eines vorgegebenen Signalpegels an ihrem einen Eingang ein zur Unterbrechung der Stromzufuhr zum Zweiwicklungs-Drehsteller führendes Ausschaltsignal abgibt.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge stellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Zeichnung stellt, gleichzeitig durch gestrichelte Umrandungen in Blockbildfelder aufgeteilt, ein bevorzugtes detailliertes Aus führungsbeispiel einer Überwachungsschaltung für einen Zweiwick lungs-Drehsteller und seine Ansteuerung bei der Leerlauffüllungs regelung einer Brennkraftmaschine dar.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In der Zeichnung ist die Endstufe mit 10, das von der Endstufe an gesteuerte Stellglied in Form eines Zweiwicklungs-Drehstellers mit 11 und eine Zusatzschaltung, die im wesentlichen die erfindungs gemäße Sicherheits-Notlaufeinrichtung darstellt, mit 12 bezeich net. 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- Schwellwertschaltung 13, gesondert zur Zusatzschaltung 12, da die Schaltung 13 auch von einem Teil der gesamten Regeleinrichtung, vom Rechner oder Mikroprozessor selbst dargestellt sein kann. Nachgeschaltet sein kann der Schwellwertsicherheitsschaltung 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 Leerlauffüllungs regelung eingesetztes Stellglied und arbeitet überlicherweie als Luft-Bypass parallel zur Drosselklappe. Der Zweiwicklungs- Drehsteller umfaßt eine erste Wicklung 11a und eine zweite Wick lung 11b, wobei die einen Anschlüsse beider Wicklungen am Schaltungspunkt M+ zusammengeführt sind und bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel über ein Schaltungsglied der Zusatzschal tung 12 an hier positiver Versorgungsspannung +U_B liegen. Die beiden anderen Anschlüsse M1 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.

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 Ansteue rung der anderen Teilwicklung 11b. Die Ansteuerung der beiden Teilwicklungen 11a, 11b über jeweils einen eigenen Halbleiterschal ter erfolgt so, daß die Halbleiterschalter im Gegentakt arbeiten, der eine Halbleiterschalter oder Tansistor 10a immer dann ge sperrt 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 Sperrichtung bezüglich der positiven Versorgungsspannung +U_B 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 Basisstrom für den Schalt transistor 10b ermöglichende Diode 21 in Reihe mit einem Wider stand 22 und einem weiteren Widerstand 23 gegen Masse. Die Kollektoren der beiden Schalttransistoren 10a, 10b sind unmittel bar mit den beiden getrennten Anschlüssen M1 und M2 des Zweiwicklungs-Drehstellers verbunden, so daß sich folgende Funktion ergibt.

Ist durch die entsprechende Polarität der Ansteuer-Impulsfolge als Rechteckimpulsfolge mit vorgebbarem Tastverhältnis, bei spielsweise der erste Endstufentransistor 10a leitend geschaltet, dann ergibt sich der volle Stromfluß über die eine Teilwicklung 11a von positiver Versorgungsspannung über die durchgeschaltete Kollektor-Emitter-Strecke gegen Masse, wobei zunächst voraus gesetzt sei, daß der Unterbrechungsschalter der Zusatzschaltung 12 geschlossen, bei Realisation durch einen Trenntransistor die ser also durchgeschaltet ist. Gleichzeitig sperrt der erste End stufentransistor 10a hierdurch den ihm nachgeschalteten End stufentransistor 10b, da er die Anode der Ansteuerdiode 21 prak tisch auf Massepotential legt.

Ist andererseits der erste Endstufentransistor 10a durch eine nega tive Halbwelle der Ansteuer-Impulsfolge 15 gesperrt, dann ergibt sich der geringfügige Basisstrom für den zweiten Endstufentransi stor 10b als Stromfluß von positiver Versorgungsspannung über die erste Teilwicklung 11a des Zweiwicklungs-Drehstellers und die in diesem Fall dann leitende Diode 21 zur Basis des Transistors 10b, der daher dann die zweite Teilwicklung 11b voll an Spannung legt. Es ergibt sich somit am Kollektor des zweiten Endstufentransistors 10b immer ein getaktetes Ausgangssignal, jedenfalls unter der Vor aussetzung einer einwandfreien Funktion.

Die Zusatzschaltung 12 ist nun so aufgebaut, daß sie das einwand freie Takten am Kollektor des zweiten Transistors 10b der End stufe überwacht, im dargestellten Ausführungsbeispiel mittels einer geeigneten Gleichrichter- und Ladeschaltung 24, an deren Ausgang 25 ein logikkompatibles Ausgangssignal erzeugt wird, welches dann, wen der Takt in Ordnung ist, einen vorgegebenen Schwellwert erreicht und im Fehlerfall im wesentlichen Nullpoten tial annimmt. Das am Schaltungspunkt 25 gebildete Ausgangs signal der Zusatzschaltung 12 wird einer Schwellwert-Sicherheits schaltung 13 zugeführt, die im einfachsten Fall auch lediglich ein üblicherweise aus einem Operationsverstärker gebildeter Kompa rator sein kann, der bei Unterschreiten einer vorgegebenen Schalt schwelle durch das logikkompatible Ausgangssignal einem Eingang 26 der Zusatzschaltung ein Sperrsignal zuführt, welches mindestens mittelbar dafür sorgt, daß die Stromzuführung zum gemein samen Schaltungspunkt M+ der beiden Teilwicklungen 11a, 11b des Zweiwicklungs-Drehstellers 11 unterbrochen wird.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfaßt der Unterbrecher schalter einen Leistungs-Längstransistor 27, mit seiner Kollektor- Emitter-Strecke in Reihe geschaltet zwischen die Versorgungs spannung +U_B und dem gemeinsamen Schaltungspunkt M+ und ange steuert von einem Treibertransistor 28, jeweils mit entsprechen der Widerstandsbeschaltung aus den Widerständen 29 für den Leistungs- Längstransistor und den Widerständen 30 für den Treiber transistor.

Die Gleichrichter-Ladeschaltung umfaßt im einzelnen eine negative Impulse gegen Masse ableitende Querdiode 31, eine für positive Spannungen in Durchlaßrichtung geschaltete Gleichrichterdiode 32, einen dieser nachgeschalteten Ladekondensator 33 und eine Wider standsteilerschaltung 34 parallel zu einer weiteren Zenerdiode 35. Das am Ladekondensator 33 gebildete Potential muß bei einwand freier Taktung innerhalb des vorgegebenen Tastverhältnisses eine bestimmte Spannungsschwelle überschreiten, sonst wird auf Fehler von der Schwellwert-Sicherheitsschaltung erkannt. Es ergibt sich dann folgende Funktion. Unterschreitet das gleichgerichtete Sicherheitssignal 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_B 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 Mikro prozessor sein kann, beispielsweie 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-Längstransistor ab schalten kann, worauf dann die Feder die Schieberstellung be stimmt.

Erkannt werden beispielsweise die folgenden Fehler:

a) Unterbrechung in einer oder mehreren Leitungen zum Zwei wicklungs-Drehsteller
b) Kurzschluß einer oder beider Endstufen
c) Kurzschluß der beiden Ansteuerleitungen zum Zweiwicklungs- Drehsteller bis zu den Schaltungspunkten M1 und M2.

Auch undefinierte Zustände im die Ansteuer-Impulsfolge erzeu genden Mikroprozessor selbst werden erkannt, denn wenn diese Impulsfolge ausbleibt, bleibt auch die Taktung des zweiten End stufentransistors 10b aus und die Schaltung geht auf Fehler. Es ist auch möglich, daß die Schwellwert-Sicherheitsschaltung 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. Sicherheits-Notlaufeinrichtung für den Leerlaufbetrieb eines Kraft fahrzeugs bei einer Leerlauffüllungsregelung mit einem von einer Endstufenschaltung (10) angesteuertem Zweiwicklungs-Drehsteller (11) zur Einstellung des Durchlaßquerschnittes eines Luft-Bypasses, der parallel zur Drosselklappe angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß jede Wicklung (11a, 11b) des Zweiwicklungs-Drehstellers (11) im Gegentakt mit Impulsen mit vorgebbarem Tastverhältnis dem gewünschten, freizugebenden Durchlaßquerschnitt entsprechend von je wenig stens einem Endstufen-Halbleiterschalter (Transistoren 10a, 10b) an gesteuert wird, wobei das Ausgangssignal eines der Endstufen-/Halb leiterschalter überwacht wird und entsprechend der Überwachung im Fehlerfall ein in der Stromzuführung zu einem gemeinsamen Schal tungspunkt (M+) des Zweiwicklungs-Drehstellers (11) geschalteter Unterbrecherschalter (27, 28) derart angesteuert wird, daß der Zweiwicklungs-Drehsteller dann stromlos geschaltet wird.

2. Notlaufeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Stromlosschaltung des Zweiwicklungs-Drehstellers (11) im Fehlerfall eine den Schieber des Zweiwicklungs-Dreh stellers in eine Sicherheits-Vorzugslage bewegende, mechanische Vorspannungseinrichtung (Feder 36) vorgesehen ist.

3. Notlaufeinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der Endstufentransistor (10b), dessen Taktung für den Fehlerfall ausgewertet wird, von einem ersten Endstufen transistor (10a) angesteuert ist, dem die Ansteuer-Impuls folge 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 Endstufentransistor (10b) eine Gleichrichter- Ladeschaltung (24) mit einem Ladekondensator (33) vorgegeben ist, an derem Ausgang (25) bei ordnungsgemäßer Ansteuerung ein Ausgangssignal unter Über schreitung eines vorgegebenen Schwellenwerts gebildet ist, welches einer Schwellwert-Sicherheitsschaltung (13) zugeführt ist.

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

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