DE3322240C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Sicherheits-Notlaufeinrichtung
nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Es ist bekannt zur Steuerung von elektrischen oder elektromechanischen
Geräten 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 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 Notsteuerung veranlassen.
In dem SAE-Technical Paper Nr. 810157 ist eine mikrocomputergesteuerte
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.
Bei der Überwachungsschaltung nach dem SAE-Paper 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, 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 ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Überwachungsschaltung in
Verbindung mit einer Leerlauffüllungsregelung zu schaffen, die in
der Lage ist ein definiertes, sicherheitsunkritisches Ausfallverhalten
einer solchen Leerlauffüllungsregelung sicherzustellen.
Aus der DE-OS 30 46 073 ist bekannt, die Ansteuersignale für Einspritzventile
zu überwachen und im Störungsfall den Last-Stromkreis
zu unterbrechen, um Übereinspritzmengen zu vermeiden.
Aus der US-PS 43 28 547 ist bekannt, den Systemtakt einer Microprozessorsteuerung
für die Benzineinspritzung einer Brennkraftmaschine
zu überwachen und die Benzineinspritzung im Fehlerfall zu
stoppen.
Aus der GB-A-20 07 397 ist bekannt, Ausgabesignale eines Microprozessors
zu überwachen, um bei Ausbleiben dieser Signale auf eine
Fehlfunktion des Microprozessors zu schließen. Im Fehlerfall wird
die Brennkraftmaschine dann durch Back-up-Schaltungen für die Einspritz-
und Zündsteuerung weiterbetrieben.
Maßnahmen, die den Notbetrieb für eine Leerlauffüllungsregelung beschreiben,
sind nicht vorgesehen.
Die erfindungsgemäße Sicherheits-Notlaufeinrichtung mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den
Vorteil, daß durch die digitale Ansteuerung der das Stellglied ansteuernden
Endstufe ein einwandfreies Erkennen von Fehlern durch
Rückführung von Endstufen-Ausgangssignalen zum ansteuernden
Rechner möglich ist, der dann selbst ein Abschaltsignal erzeugt
und einer gesonderten Abschaltstufe für die Endstufe so zuführt,
daß die Endstufe insgesamt stromlos wird. Die Endstufenabschaltung
erfolgt daher stets dann, wenn Bauelement-Defekte auftreten,
beispielsweise durch ledierte Endstufentransistoren, Drahtbruch
am Zweiwicklungs-Drehsteller, Fehler in der Übermittlung der
Motortemperatur durch die NTC-Leitung u. dgl. Die vorhandene
Korrekturfeder stellt in diesem Fall einen unkritischen Bypaßquerschnitt
für die Leerlauffüllungsregelung ein, die ein ungewolltes
Gasgeben verhindert.
Bei internen oder externen Störungen, die auch von längerer Dauer
sein können, wird die Endstufe über eine gesonderte Fallsafe-Schaltung
mit minimalem Tastverhältnis gepulst abgeschaltet, wodurch
sich auch eine Notfunktion für einen Rechnerausfall ergibt.
Die Erfindung trägt durch Korrekturfeder oder Batteriespannungsänderungen
verursachten Linearitätsfehlern im Stellerquerschnitt
dadurch Rechnung, daß die Sicherheitsschaltung Korrekturen durch
Abfrage eines Speichers bei Mikrorechnern ermöglicht. In gleicher
Weise ist der Mikrorechner so ausgelegt, daß eine Unterbrechung
oder ein Nichtanschluß des eine Angabe über die Motortemperatur
dem Rechner zuführenden NTC-Widerstands erkannt und im Störfall
die Endstufe abgeschaltet wird, desgleichen wird eine Unterbrechung
der Zündsignale erkannt und im Störungsfall die Endstufe abgeschaltet.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind
vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch
angegebenen Notlaufeinrichtung möglich.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 das Blockschaltbild der Sicherheitsschaltung mit
externer Failsafe-Schaltung,
Fig. 2 ein erstes detailliertes Ausführungsbeispiel
des Endstufenbereichs mit zugeordneter Abschaltstufe,
Fig. 3 in detaillierter Darstellung einen Wandler zur Umsetzung
von Spannungssignalen in ein vom Rechner auswertbares
Zeitdauersignal,
Fig. 4 Signalverläufe an verschiedenen Schaltungspunkten
der Schaltung der
Fig. 5 ein weiteres detailliertes
Ausführungsbeispiel mit zusätzlichen Ergänzungen und
Fig. 6 Signalverläufe
an verschiedenen Schaltungspunkten des Ausführungsbeispiels
der Fig. 5.
In dem Blockschaltbild der Fig. 1 ist mit 10 ein Mikrocomputer
oder Mikroprozessor bezeichnet, der zur Steuerung bestimmter
Systemfunktionen, beispielsweise einer Leerlauffüllungsregelung
bei einem Kraftfahrzeug, dient. Dem Mikrocomputer 10 sind peripher
die für Sicherheit des Systems und die erforderliche Reaktion im
Fehlerfall vorgesehenen Baugruppen zugeordnet; beim speziellen
Anwendungsfall vorliegender Erfindung, der sich auf eine Leerlauffüllungsregelung
bezieht und auf welchen Anwendungsfall die nachfolgende
Beschreibung dann auch speziell gerichtet ist, werden dem
Mikrocomputer 10 an seinem Eingang 10a über eine Datenleitung 11
von einem lediglich schematisch bei 12 dargestellten Block zu verarbeitende
Signale zugeführt, die von Betriebsparametern des zu
steuernden bzw. zu kontrollierenden Systems abhängen. Diese Betriebsparameter
können beim gewählten Anwendungsfall einer Leerlauffüllungsregelung
beispielsweise Angaben über den Istwert der
momentanen Drehzahl des Kraftfahrzeugs, über den Sollwert zu
diesem Zeitpunkt, über klimatische Bedingungen wie Druck und
Außentemperatur, die Position der Drosselklappe u. dgl. sein.
Aus diesen Angaben, zu denen noch einige weitere kommen, auf die
im folgenden gleich eingegangen wird, erstellt der Mikrocomputer
10 an seinem Signalausgang 10b eine Steuersignalfolge, die über eine
Endstufe 13 der Ansteuerung von Stellgliedern dient, im vorliegenden
Fall eines sogenannten Zweiwicklungs-Drehstellers 14, der bei
der Leerlauffüllungsregelung als Luft-Bypaß parallel zur Drosselklappe
geschaltet ist und einen Schieber 14a aufweist, dessen einen
gewünschten Durchlaßquerschnitt bestimmende Position sich aus der
Art der Zuführung getakteter Signale zu den beiden Teilwicklungen
15a, 15b des Zweiwicklungs-Drehstellers 14 über die Endstufe 13
ergibt. Am Stellglied, im Anwendungsbeispiel also am Schieber 14a
des Zweiwicklungs-Drehstellers 14, greift noch eine Vorspannungsfeder
16 an, die im Fehlerfall die durch fehlerbedingte Nichtansteuerung
des Zweiwicklungs-Drehstellers mögliche Entstehung gefährlicher
Fahrsituationen, insbesondere beispielsweise im Rangier-
und Schubbetrieb, dadurch gemildert und ausschaltet, daß in diesem
Fall ein für die Fahrsicherheit erforderlicher Bypaßquerschnitt mit
minimalem Durchlaß mechanisch eingestellt wird.
Da der Zweiwicklungs-Drehsteller von einer einzigen digitalen
Steuerimpulsfolge, üblicherweise Rechteckimpulsfolge über die
Endstufe 13 vom Mikrocomputer 10 angesteuert wird, ist es das Tastverhältnis
η der Ansteuerimpulsfolge, welches die Position des
Schiebers 14a des Zweiwicklungs-Drehstellers bestimmt, wobei
die Aufteilung der einzelnen Impulse im Gegentakt von der Endstufe
13 vorgenommen wird.
Da die Vorspannungsfeder 16 zur Rückführung des Zweiwicklungs-Drehstellers
14 in die Sicherheitsposition ständig einwirkt, erhält
das Stellglied aufgrund der wegabhängigen Federkennlinie einen nichtlinearen
Verlauf sowie eine Batteriespannungsabhängigkeit, da durch
entsprechende Auslegung der Teilwicklung 15a, 15b eine Teilkompensation
der ständigen Federeinwirkung erreicht werden kann.
Es ergibt sich daher bei konstantem Ansteuertastverhältnis η als
Maß für den Bypaßquerschnitt ds die Funktion
ds=f (UBATT′ FA)
Es gehört zur Sicherheitskonzeption vorliegender Erfindung, diese
zusätzlichen Abhängigkeiten zu kompensieren und Fehleinstellungen
schon hierdurch zu vermeiden.
Dem Rechner 10 wird daher an einem Anschlußpunkt 17 ein Batteriespannungssignal
UBATT zugeführt und über einen zwischengeschalteten
Analog-Digital-Wandler 18 in ein Zeitdauersignal tB umgesetzt
und dem Eingang 10c des Rechners zugeführt. In gleicher Weise gelangt
über den Analog-Digital-Wandlerblock 19 noch ein für die
Leerlauffüllungsregelung maßgebendes Temperatursignal des Motors
ϑMot vom Anschluß 20 zum Rechnereingang 10d, von der
Wandlerschaltung 19 wiederum umgesetzt in ein entsprechendes,
temperaturbezogenes Zeitdauersignal tϑ. Auf eine bevorzugte Ausführungsform
eines Wandlers für die Blöcke 18 und 19 wird weiter
unten noch in bezug auf die Darstellung der Fig. 3 genauer eingegangen.
Die Temperatur- und Batteriespannungssignale können aber auch
mittels externer (oder interner) A/D-Wandler in den Rechner eingelesen
werden.
Im Normalbetrieb ermittelt der vorzugsweise nach Art eines PID-Reglers
ausgelegte Mikrocomputer 10 aus den Eingangsparametern
das erforderliche Grundtastverhältnis η und korrigiert es um den
Batteriespannungseinfluß und dem abgespeicherten Federkrafteinfluß
(nichtlineare Kennlinie) durch Abfrage eines externen Datenspeichers,
der im Blockschaltbild der Fig. 1 mit 21 bezeichnet ist und ein PROM,
EPROM u. dgl. sein kann; der Datenfluß vom Datenspeicher 21 nach
entsprechender Adressierung durch den Rechner 10 ist durch die
Mehrfachleitungen andeutenden Pfeile dargestellt.
Die Schaltung vervollständigt sich durch eine sozusagen rechnerinterne
erste Kontroll- und Sicherheitsfunktion, die darauf beruht,
daß entsprechenden Eingängen 10e und 10f des Rechners über Rückführleitungen
22, 23 die Stellsignale der beiden jeweils für eine der
Teilwicklungen des Zweiwicklungs-Drehstellers zuständigen Endteilstufen
zugeführt werden, so daß der Rechner bei Abweichung des
rückgeführten Tastverhältnisses η′ der Wicklungen des Zweiwicklungs-Drehstellers
von dem von ihm selbst vorgegebenen Tastverhältnis
η der Ansteuersignalfolge von seinem Ausgang 24 ein Abschaltsignal
über ein zwischengeschaltetes ODER-Glied 25 einem
die Endstufe abschaltenden Sperrblock 26 zuführen kann; da der
Rechner ferner an seinem Ausgang 27 noch sogenannte Failsafe-Impulse
oder Kontrollimpulse ausgibt, deren Auftreten ein ordnungsgemäßes
Arbeiten des Rechners gewährleistet, kann in Ergänzung
der erfindungsgemäßen Sicherheitskonzeption eine noch vorgesehene,
externe Sicherheits- oder sogenannte Failsafe-Schaltung 28 über das
gleiche ODER-Glied 25 ebenfalls dem Abschaltblock 26 im Fehlerfall
ein Abschaltsignal zuführen. Dieses Abschaltsignal dient gleichzeitig
als Reset-Signal für den Mikrocomputer 10 und wird daher dessem
Eingang 10g zugeführt.
In der detaillierteren Darstellung der Fig. 2, die die Endstufe 13,
den Abschaltblock 26 und das ODER-Glied 25 umfaßt, erkennt man,
daß die Endstufe 13 zwei Endstufenhalbleiterschalter, nämlich die
Schalttransistoren T1 und T 2 umfaßt, wobei der Kollektor von T1
über den Anschlußpunkt M1 mit der ersten Teilwicklung 15a und der
Kollektor des Schalttransistors T2 über den Anschlußpunkt M2 mit
der zweiten Teilwicklung 15b des Zweiwicklungs-Drehstellers 14
verbunden ist. Die beiden Kollektoren liegen dann jeweils noch über
in Sperrichtung gepolte Dioden D1 und D2 an positiver Batteriespannung,
mit welchem Anschlußpunkt (M+) auch die beiden zusammengeführten
Anschlüsse der Teilwicklungen 15a, 15b verbunden sind.
Die beiden Schalttransistoren T1 und T2 der Endstufe 13 werden
von einem vorgeschalteten Treibertransistor T0 angesteuert, dem
die Ansteuerimpulsfolge mit dem Tastverhältnis η vom Ausgang 10b
des Mikrocomputers 10 am Anschlußpunkt 29 zugeführt ist. Die
Ansteuersignalfolge gelangt vom Treibertransistor T10 auf den ersten
Schalttransistor T1, der mit seinem Kollektor über die Spannungsteilerwiderstände
R1, R2 dann den ihm nachgeschalteten zweiten
Schalttransistor T2 ansteuert. Entsprechend dem Tastverhältnis
der Ansteuerimpulse arbeiten die beiden Endstufentransistoren
T1 und T2 alternierend im Gegentakt auf die Teilwicklungen, wobei
sich die relative Position des Schiebers 14a am Zweiwicklungs-Drehsteller
aus den jeweiligen, relativen Zeitdauern der den entsprechenden
Teilwicklungen zugeführten Impulse (Stromzeitflächen) ergibt.
Die aktuellen Schaltzustände am Zweiwicklungs-Drehsteller 14 werden
durch Erfassen der Ansteuersignale an den Schaltungspunkten
M1 und M2 zu den Teilwicklungen 15a, 15b überwacht und gelangen
über Widerstände R7, R8 mit entsprechend zugeordneten Beruhigungs- bzw.
Impulsformerstufen aus jeweils parallelgeschalteten Dioden D5, D4, Kondensatoren
C1 und C2 sowie Widerständen R9, R10 als das aktuelle Tastverhältnis
η′ angebende Stellersignale Ü1 und Ü2 zu den Eingängen
10e, 10f des Mikrocomputers 10.
Abgeschaltet wird über die Abschaltstufe 26, die einen Längstransistor
T5 mit seinem Emitter gegen Masse umfaßt, dessen Kollektor
mit den beiden zusammengefaßten Emittern der Schalttransistoren T1
und T2 der Endstufe 13 verbunden ist. Die Ansteuerung des Längstransistors
T5, der je nachdem, ob er leitend geschaltet ist oder
sperrt, auch die Endstufe 13 stromlos schalten kann, erfolgt über
einen vorgeschalteten weiteren Transistor T4, dessem Eingangsanschluß
30 das Abschaltsignal vom Ausgang 24 des Mikrocomputers
10 zugeführt ist. Die Oderung mit dem am anderen Eingangsanschluß
31 anliegenden Reset-Signal der Sicherheitsschaltung 28 erfolgt
dadurch, daß das Reset-Signal über eine Diode D1 an dem
Verbindungspunkt zweier Widerstände R14, R13 im Ansteuerkreis
zwischen dem Vorstufentransistor T4 und der Basis des Längstransistors
T5 zugeführt ist, so daß ein auf Null- oder Massepotential
gehendes Reset-Signal den Längstransistor T5 sperrt und
dadurch die Endstufe 13 stromlos schaltet. In gleicher Weise ergibt
sich eine Abschaltfunktion für die Endstufe 13 bei hochgehendem oder
hochliegendem Abschaltsignal am Eingang 30, wodurch der Vorstufentransistor
T4 sperrt und daher das an seinem Kollektor anliegende
positive Potential wegnimmt, was den Längstransistor T5 in den Sperrzustand
bringt. Im folgenden werden zur Vereinfachung für die Potentialverteilungen
durchlaufend die sich als praktikabel erwiesenen und in der
Elektronik eingeführten Begriffe high für vereinbarungsgemäß hochliegendes
Potential und low für niederliegendes oder Massepotential verwendet.
Anhand der in Fig. 4 dargestelltenSignalverläufe an verschiedenen
Punkten der Schaltung läßt sich die Funktion in beiden Fällen der
Abschaltung (über den Mikrocomputer 10 oder die Failsafe-Schaltung
28) erläutern.
In Fig. 4 ist bei a) der Ansteuersignalverlauf mit dem Tastverhältnis
η dargestellt, wobei sich die Zeiten t₁ und t₂ jeweils relativ entsprechend
η verändern können, bei b) und c) sind die Signalverläufe
an den Schaltungspunkten M1 und M2 entsprechend den Kollektoren
von T1 und T2 gezeigt; der Signalverlauf bei d) stellt das vom Mikrocomputer
10 selbst herausgegebene Abschaltsignal dar; die Signalverläufe
entsprechend e) und f) sind die rückgeführten Stellersignale
Ü1 und Ü2 mit dem aktuellen Tastverhältnis η′; der Signalverlauf
bei g) gibt das Reset-Signal an, welches von der Failsafe-Schaltung
stammt und bei h) sind die vom Mikrocomputer 10 herausgegebenen
Failsafe- oder Kontrollimpulse gezeigt, die der Failsafe-Schaltung
28 zugeführt sind.
Man erkennt, daß bis zur dargestellten Unterbrechung die
Signalverläufe einen vom Mikrocomputer 10 selbst erfaßten Notfall
charakterisieren, während nach der Unterbrechung die Failsafe-Schaltung
in Funktion tritt.
Der Rechner 10 überprüft, ob die eingelesenen Signale Ü1, Ü2 während
der Zeiten t₁ und t₂ dem geforderten Signalverlauf mit dem
Tastverhältnis η entsprechen.
Sobald ein nichtzulässiger Zustand auftritt, beispielsweise Transistor
T1 dauernd leitend, Kurzschluß zwischen Kollektor und Emitter an
einem der Transistoren, Drahtbruch an M1 oder M2, wodurch Ü1
oder Ü2 entweder dauernd low oder dauernd high sein können, wird
dies vom Rechner erkannt (siehe den bei A im Kurvenverlauf f) der
Fig. 4 dargestellten Fehler des Stellersignals Ü2, welches vor Ablauf
von t₁* auf high gegangen ist). Der Rechner schaltet dann entweder
direkt oder anch einer zeitlichen Mittelung, je nach seiner
Programmierung, beispielsweise über drei bis fünf Periodendauern
gemittelt, die Endstufe 13 über die Abschaltstufe 26 ab. Dementsprechend
geht das Abschaltsignal entsprechend d) zum Zeitpunkt t₀
auf high und macht so die Schalttransistoren T1 und T2 stromlos,
so daß deren Kollektoren entsprechend b) und c) high-Signale annehmen.
Dieses hochliegende Signal gelangt über die Teilwicklungen
15a, 15b vom Schaltungspunkt M+ auf die Kollektoren. Diese Abschaltung
von Rechner kann nur durch Abstellen des Motors und
Neustart wieder aufgehoben werden.
Andererseits dient die Failsafe-Schaltung 28 der Kompensation
interner und externer Störungen, auch am Rechner selbst oder gegebenenfalls
einem Spannungseinbruch. Im Störungsfall unterbleiben
die der Failsafe-Schaltung 28 vom Rechner zugeführten Failsafe-Impulse
entsprechend h) in Fig. 4, so daß die Failsafe-Schaltung 28
mit ihrem auf low gehenden Reset-Signal entsprechend g) über die
ODER-Verknüpfung 25 auf den Längstransistor T5 die Endstufe abschaltet
und gleichzeitig für einen Hardware-Reset für den Rechner
sorgt.
Dabei ist die Failsafe-Schaltung so ausgelegt, daß sie im Störungsfall
dann selbst als freischwingender Oszillator arbeitet; sie umfaßt
mindestens einen von den Kontrollimpulsen des Mikrocomputers 10
durchlaufend aufgeladenen Kondensator, so daß ein über diesen Kondensator
abgegriffenes Eingangssignal zu einem Eingang einer Schwellwert-Komparatorschaltung
gelangt und bei Ausbleiben der Kontrollimpulse
eine Umschaltung des Komparatorausgangs bewirkt entsprechend
low-Potential des Reset-Signals mit einem nachfolgenden
Freigabesignal kürzerer Dauer durch Rückkopplung des Ausgangs
auf den Eingang. Im allgemeinen Fall arbeitet die Failsafe-Schaltung
daher nach Art eines Monoflops, wobei im Kurvenverlauf g) der
Fig. 4 die Freigabezeit mit t₃ und die Rücksetzzeit mit t₄ bezeichnet
ist.
Da während dieser Freigabezeit t₃, je nach Zustand des an der
Endstufe anliegenden Tastverhältnis-Ansteuersignals jeweils eine
der Wicklungen 15a, 15b des Zweiwicklungs-Drehstellers Strom
führt, ergibt sich hierdurch eine Beeinflussung des durch die Feder
16 eingestellten Bypaßquerschnittes. Daher sollte das Tastverhältnis
des Reset-Signals im realen Fehlerfall vorzugsweise unter 5%
liegen.
Ein weiterer Störfall können die zusätzlichen Abhängigkeiten des
vom Zweiwicklungs-Drehsteller eingestellten Bypaßquerschnitts von
der Batteriespannung, der Federkennlinie und der Motortemperatur
sein. Es sei zunächst angenommen, daß die entsprechend der
Umwandlung dem Mikrorechner 10 zugegangenen Zeitsignale an
seinen Eingängen 10c, 10d innerhalb üblicher Grenzwerte liegen.
In diesem Fall führt der Rechner entsprechende Korrekturen oder
Ergänzungen der Tastverhältniseinstellung durch Abfrage des
Speichers 21 durch.
Im folgenden wird zunächst anhand der Darstellung der Fig. 3 eine
Ausführungsform eines Wandlers erläutert, dem eine in eine Zeitdauer
umzusetzende Eingangsspannung Us, die die Batteriespannung
oder eine motortemperaturproportionale Spannung sein kann, zugeführt
ist. In Fig. 3 ist der Anschlußpunkt mit der umzuwandelnden
Spannung mit 32 bezeichnet; diese Spannung gelangt über den Transistor
T6, der bei fehlendem Abfragesignal durch den Mikrocomputer
am Eingang 33 leitend geschaltet ist, auf einen Kondensator C3.
Dieser Kondensator ist ständig auf die umzuwandelnde Spannung Us
aufgeladen. Erscheint der Abfrageimpuls am Anschluß 33 vom
Rechner, dann wird der Transistor T6 gesperrt und der Kondensator
C3 entlädt sich über eine Schaltung, die zunächst als einstellbarer
Widerstand R18 dargestellt ist, bis die durch die Widerstände
R19, R20 an einem nachgeschalteten Komparator K1 anstehende
Referenzspannung unterschritten ist. Der Komparator K1 ändert
zu diesem Moment sein Ausgangssignal Ua beispielsweise von high
auf low und führt dieses Signal dem Rechner zu. Der Rechner ist so
ausgebildet, daß er die Dauer vom Setzen des Abfrageimpulses bis
zum Erscheinen des Komparatorsignals auszählt, so daß sich eine
Proportionalität zwischen der ermittelten Zeit zur Spannung Us
ergibt. Ist ein linearer Zusammenhang zwischen diesen beiden
Größen erwünscht - falls der Rechner einen nichtlinearen Zusammenhang
nicht durch entsprechende Abfrage des Speichers 21 ausgleichen
kann oder soll, dann kann die Entladung des Kondensators
C3 auch über eine Konstantstromquelle erfolgen.
Dabei ist als ein weiterer wichtiger Störungsfall eine Unterbrechung
der dem Wandler 19 in Fig. 1 das Temperatursignal, etwa von einem
NTC-Widerstand in Motornähe, zuführenden Leitung anzusehen. Im
Normalfall erhöht in diesem Fall der Rechner aufgrund seines Warmlaufprogramms
den Bypaßquerschnitt entsprechend stark, so daß
es ebenfalls zu einer Drehzahlerhöhung kommen kann. Andererseits
erstreckt sich im Normalbetrieb der Widerstandsbereich des hier
beispielsweise für die Temperaturmessung verwendeten NTC-Widerstands
lediglich innerhalb vorgegebener Grenzen (bei dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel zwischen etwa 26 Kiloohm, was einer
am Wandler 19 anliegenden Maximalspannung und maximal vom
Rechner feststellbaren Zeitdauer ts entspricht, bei etwa -30°C, bis
zu weniger als 400 Ohm, was dann der Minimalspannung und dem
minimalen Zeitdauerimpuls entspricht, bei etwa +80°C). Da
sich bei einer Unterbrechung der Leitung bei oder bei einem Nichtanschluß
ein NTC-Widerstandswert von unendlich einstellt, ist in
den Mikrorechner 10 die Anweisung eingegeben, diesen irregulären
Fall zu erkennen, so daß der Rechner sofort nach Mittelung
über zwei bis fünf Abfrageperioden für die Motortemperatur einen
unkritischen Wert setzt, der beispielsweise der Raumtemperatur
von +20°C oder einem abgeregelten Wert von +80°C entspricht. Sobald
dann wieder reguläre, d. h. innerhalb des zu erwartenden Bereichs
eines Zeitdauersignals ts liegende Abfrageimpulse erscheinen,
gibt der Rechner diese Sicherheitsfunktion auf.
Ferner ist als Störfall eine Unterbrechung des Zündsignals von Bedeutung,
da in diesem Fall der dem Mikrorechner 10 zugeführte
Drehzahlistwert nist wesentlich kleiner als ein Drehzahlsollwert nsoll
ist. Dementsprechend wird dem Rechner in diesem Fall nist « nsoll
simuliert und der Rechner stellt, um ein Ausgehen des Motors zu
vermeiden, den Bypaß völlig auf, so daß es gegebenenfalls zu einer
gefährlichen Drehzahlüberhöhung kommen kann.
Diesen Störfall deckt der Rechner durch eine zusätzliche Software-Routine
dadurch ab, daß im Bereich nistnsoll-1000 n-1 das Ausbleiben
von Zündimpulsen erkannt und je nach Anforderung nach
Fehlen von zwei bis etwa fünf Zündimpulsen mit einer Abschaltung
der Endstufe reagiert wird. Diese Abschaltung kann dann aber nach
Eintreffen neuer Zündimpulse, wenn die von der Klemme 1 der
Brennkraftmaschine herrührende Leitung etwa einen Wackelkontakt
hat, mit entsprechender Drehzahllage wieder aufgehoben werden.
Das in Fig. 5 dargestellte Ausführungsbeispiel einer vervollständigten
Sicherheits-Notlaufeinrichtung mit einer Vielzahl fakultativer
Ausgestaltungen zeigt die einzelnen Baugruppen gestrichelt umrandet,
wobei mit den vorhergehenden Ausführungsbeispielen identische
und die gleichen Funktionen ausführenden Bauelemente mit
den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind; vergleichbare Bauelemente
sind mit dem gleichen Bezugszeichen und zusätzlich mit einem
Beistrich oben gekennzeichnet.
Die in Fig. 5 gezeigte Schaltung umfaßt den für die Steuerung und
Regelung der Systemfunktionen verantwortlichen, Mikroprozessoren,
Mikrorechner, logische Steuer- oder Ablaufschaltungen enthaltenden
Block 35 mit Mikrocomputer 10′, Speicher 21′ und einer Stabilisatorschaltung
36, die Endstufe 13′, den Block 26′ für die Endstufenabschaltung,
eine Failsafe- oder Sicherheitsschaltung 28′, eine Schaltung
37 zur Aufbereitung der Endstufen-Überwachungssignale Ü1
und Ü2 sowie eine Notlaufschaltung 38.
Die Notlaufschaltung 38 ist lediglich fakultativ vorgesehen; ist sie
vorhanden, dann kann und wird beim praktischen Ausführungsbeispiel
auf die Endstufenschaltung 26′ und gegebenenfalls auch auf
die Aufbereitung der Endstufenüberwachungssignale durch die Schaltung
37 verzichtet.
Unterschiedlich zu dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel
ist zunächst, daß der Failsafe-Schaltung 28′, die
auch als sogenannte Watch-dog-Schaltung bezeichnet werden kann,
als Kontrollimpulse jetzt die vom Mikrocomputer 10′ herausgegebenen
Ansteuersignalimpulse THV, die das Tastverhältnis η entsprechend
dem vom Rechner für den jeweiligen Betriebszustand
erforderlichen Bypaßquerschnitt enthalten, zugeführt sind.
Parallel hierzu gelangen die THV-Impulse über einen ergänzend
noch vorgesehenen Komparator K1 zur Endstufe 13′, wobei dem
anderen Eingang von K1 ein bei 39 erzeugtes Referenzsignal zugeführt
ist.
Die Grundfunktion ist dabei wie folgt, wobei auf den speziellen Aufbau
der Failsafe-Schaltung 28′ und des Notlaufgenerators weiter
unten noch eingegangen wird. Da die Schalttransistoren T1 und T2
nur alternierend arbeiten können, aus Sicherheitsgründen jedoch,
wie ohne weiteres einzusehen ist, nur das "Aufmachen" des Zweiwicklungs-
Drehstellers durch vereinbarungsgemäß den jeweils zuletzt
angesteuerten Transistor T2 kritisch ist, braucht der Mikrocomputer
10′ im Grunde auch nur das Kolletorsignal des Transistors
T2, impulsgeformt durch die eine Impulsformerstufe 37a aus dem
Reihenwiderstand R8, gefolgt von der Parallelschaltung der Diode
D4, des Widerstands R10 und des Kondensators C2 als Endstufen-
Überwachungssignal Ü2 zugeführt zu erhalten.
Der Rechner fragt dann zeitlich jeweils sehr kurz vor und sehr kurz
nach jeder neuen Tastverhältnisausgabe das Tastverhältnis über Ü2
auf Richtigkeit ab. Stellt der Rechner eine Abweichung der Tastverhältnisse
fest, so setzt er selbst den Ausgang EA (Endstufenabschaltung)
auf low und über den weiteren zusätzlichen Komparator
K2 und die weiter vorn schon erwähnten Transistoren T4 und T5
werden die Endstufen-Schalttransistoren T1 und T2 stromlos gemacht.
Hierdurch wird auch der Zweiwicklungs-Drehsteller, der
an die Schaltungspunkte M1, M2 und M+ angeschlossen ist, stromlos
und die Feder zieht ihn auf den vorgegebenen Sicherheitsquerschnitt
zurück, der bei warmem Motor beispielsweise einer Drehzahl von
ungefähr 1400 n-1 entspricht.
Wichtig ist hier die Einbeziehung der Failsafe-Schaltung in das
Sicherheitskonzept dahingehend, daß die Failsafe-Schaltung 28′
ihrerseits die Ausgabe der Ansteuersignalimpulsfolge THV vom
Rechner überwacht und über das von ihr herausgegebene Reset-Signal
und die Diode D3 ebenfalls die Endstufe über K2, T4 und T5
abschaltet, wenn die Failsafe-Impulse=Tastverhältnisimpulse des
Rechners ausbleiben, beispielsweise bei Rechnerstörung, beim Start
u. dgl.
Der Aufbau und die Funktion der Failsafe-Schaltung sind wie folgt.
Die THV-Ansteuerimpulse vom Rechner gelangen über eine Diode D6
zu einem Transistor T6, der einen Speicherkondensator C3 auflädt.
Der Speicherkondensator C3 liegt an einem invertierenden Eingang
einer Schwellwertstufe, die in bekannter Weise von einem
Komparator K4 mit entsprechender Beschaltung dargestellt ist.
In einem Gegenkopplungszweig zum invertierenden Eingang ist ein
Widerstand R16 und parallel zu diesem die Reihenschaltung eines
Widerstandes R17 und einer Diode D7 angeordnet. Damit wird je
nach dem logischen low- oder high-Pegel am Ausgang des
Komparators K4 der Speicherkondensator C3 entweder entladen
oder geladen, wobei die Schaltzeiten und damit das Tastverhältnis,
welches in dem von der Failsafe-Schaltung 28′ ausgegebenen Reset-Signal
enthalten ist, in weiten Bereichen frei eingestellt werden
kann. Es ist daher bei diesem Ausführungsbeispiel bei Ausbleiben
der THV-Ansteuerimpulse vom Mikrocomputer 10′, was einer
Rechnerdauerstörung entsprechen kann, die Failsafe-Schaltung 28′,
die übernimmt und als Rechteckoszillator mit einem Tastverhältnis
von low beispielsweise 135 ms und high etwa 18 ms im Reset-Signal
arbeitet. Das Reset-Signal geht dann, wie weiter vorn schon erläutert,
zur Rückstellung und zum Neuanlauf zum Mikrocomputer 10′
und gelangt über die Diode D3 zur Endstufenabschaltung 26′, wodurch
sich aufgrund der high-Phasen und der hierdurch bewirkten Beeinflussung
des Notlaufquerschnitts am Zweiwicklungs-Drehsteller
Leerlauf-Drehzahländerungen zwischen 200 bis 300 n-1 nach oben
oder unten ergeben können.
Die alternative Ausgestaltung mit dem Notlaufgenerator 38 umfaßt
einen freischwingenden Oszillator O1, gebildet von einem Komparator
K3, der über einen Widerstand R18 mitgekoppelt und über einen
Widerstand R19 gegengekoppelt ist, wobei vom invertierenden Eingang
noch ein Kondensator C4 parallel zu einem weiteren Widerstand
R20 gegen Masse geschaltet ist. Das Notlaufsignal τNOT gelangt,
wie die gestrichelte Verbindungsleitung L1 angibt, hier auf
den invertierenden Eingang des dem Treibertransistor T0 vorgeschalteten
Komparators K1, kann aber auch an anderer Stelle die
Endstufe ansteuern, beispielsweise unmittelbar an der Basis des
Treibertransistors T0. Der Notlaufgenerator 28 kann vom Reset-Signal
der Failsafe-Schaltung 28′ über eine Diode D8 angeworfen
werden, er kann aber auch ständig schwingen mit einem solchen
vorgegebenen Tastverhältnis, daß dieses im Normalbetrieb innerhalb
des typischerweise vom Mikrocomputer 10′ ausgegebenen
Tastverhältnisses der Ansteuerimpulsfolge THV liegt und in diesem
Fall daher nicht zur Auswirkung kommt. Wird der Endstufe 13′
das Notlauf-Tastverhältnis vom Generator 38 zugeführt, dann bedarf es
weder der Abschaltung über die Endstufenabschaltung 26′ noch
der Rückführung der Endstufen-Überwachungssignale Ü1, Ü2
zum Mikrocomputer 10′; eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung
kann aber beide Maßnahmen enthalten, denn bei einem Fehler
in der Endstufen-Abschaltung 26′ bringt dann das Notlaufsignal
die Position des Schiebers des Zweiwicklungs-Drehstellers in einen
unkritischen Bereich.
In einer weiteren Ausgestaltung vorliegender Erfindung sind den
Impulsformerstufen 37a, 37b vor den jeweiligen Verbindungswiderständen
R8 und R7, also jeweils ausgehend von den Schaltungspunkten
M1 und M2 Störschutz-Zenerdioden D9, D10 parallelgeschaltet;
ferner kann es mit Bezug auf das Sicherheitskonzept sinnvoll sein,
die Erzeugung der Endstufen-Überwachungssignale Ü1, Ü2 dadurch
hochohmig auszuführen, daß in die beiden Verbindungsleitungen zurück
zum Rechner, wie bei 40 angedeutet, Komparatoren
eingefügt werden, wodurch es gelingt, im abgeschalteten Fall den
Strom mindestens in der AUF-Wicklung des Zweiwicklungs-Drehstellers
entscheidend zu reduzieren. Hier ist auch eine einfache Transistorstufe
(Emitterschaltung) sinnvoll, wenn man die Halbleiter auf
einem IC oder Hybrid integriert.
Eine weitere Ausgestaltung umfaßt das Einfügen eines zusätzlichen
Emitterwiderstandes Rx vom Emitter des Endstufen-Abschaltlängswiderstandes
T5 gegen Masse und parallel zum Basis-Emitterwiderstand
bei diesem Transistor die Anordnung einer Zenerdiode D11,
gegebenenfalls in Reihe mit einer weiteren Diode D12. Hierdurch
ergibt sich eine wirksame Strombegrenzung, die unter Zugrundelegung
des vom Rechner ausgegebenen Tastverhältnisses auch einen
Steller-Kurzschluß auffängt.
In ähnlicher Weise können die Schalttransistoren T1 und T2 zu
Zwecken einer Strombegrenzung wahlweise mit einem zusätzlichen
Emitterwiderstand R21, R22 und einer begrenzenden Diodenstrecke
parallel zum von der Basis zu Masse geschalteten Widerstand entweder
aus der Reihenschaltung einer Zenerdiode D12, D13 mit
einer weiteren Diode D14, D15 oder nur aus der Zenerdiode D12, D13
ausgestattet sein.
Anhand der in Fig. 6 dargestellten Signalverläufe wird im folgenden
die Grundfunktion der Schaltung der Fig. 5 erläutert.
Das vom Mikrocomputer 10′ ausgegebene Tastverhältnis-Ansteuersignal
THV gelangt über den Komparator K1 und den Treibertransistor
T0 auf den ersten Schalttransistor T1 der Endstufe. Da an
den einzelnen Kurvenverläufen der Fig. 6 die Signalbezeichnungen
der Impulsfolgen angegeben ist, kann der weitere Funktionsablauf
durch Beobachten der Signalimpulsfolgen verfolgt werden. Bei THV=low
ist der erste Schalttransistor T1 leitend, es führt dann die
mit ihm verbundene AUF-Wicklung des Zweiwicklungs-Drehstellers
Nennstrom und der zweite Schalttransistor T2 wird durch die heruntergeteilte
Sättigungsspannung des Transistors T1 gesperrt. Die
ZU-Wicklung des Zweiwicklungs-Drehstellers ist stromlos.
Bei THV=high ist der erste Schalttransistor T1 gesperrt, die
AUF-Wicklung, die am Schaltungspunkt M1 angeschlossen ist, führt
lediglich den Basisstrom für den zweiten Schalttransistor T2, der
bei einem dargestellten Ausführungsbeispiel etwa 1/22 des Wicklungsstroms
betragen kann. Die ZU-Wicklung führt Nennstrom.
Der Öffnungsquerschnitt am Zweiwicklungs-Drehsteller ist direkt
proportional zum Verhältnis der Ströme in den Einschaltzeiten.
Die vom Basisstrom des Transistors T2 verursachte Kennlinienverschiebung
in AUF-Richtung, die darüber hinaus noch tastverhältnisabhängig
ist, läßt sich beim Aufbau des Zweiwicklungs-Drehstellers
berücksichtigen. Das Ausgangssignal am Kollektor des Transistors
T2 verläuft invertiert zum THV-Ansteuersignal; durch die
einfach aufgebaute Impulsformerstufe 37a wird dieses Signal begrenzt
und als Ü2-Endstufen-Überwachungssignal zum Mikrocomputer
10′ rückgeführt. Während einer aktiven Reset-Phase (das
Reset-Signal ist low) wird das Endstufen-Abschaltsignal EA, welches
vom Mikrocomputer 10′ ausgegeben ist, durch die direkte Verknüpfung
über die Diode D3 mit dem Ausgang der Failsafe-Schaltung
28′ auf low geklammert, wodurch über den Komparator K2 und den
Treibertransistor T4 der Reihentransistor T5 zu den Endstufen-Schalttransistoren
gesperrt wird und die Zweiwicklungs-Drehstellerwicklungen
entsprechend stromlos sind. Lediglich die Signalformerstufe
37a und gegebenenfalls 37b ziehen einen, durch wahlweise
nachgeschaltete Komparatoren 40 noch zusätzlich verringerten
Strom aus der ZU-Wicklung bzw. der AUF-Wicklung. Die eingebaute
Feder stellt am Zweiwicklungs-Drehsteller einen Notlaufquerschnitt
ein.
Nach Ablauf der Reset-Phase zum Zeitpunkt t₁ und nach Beendigung
von Initialisierungsroutinen bis zum Zeitpunkt t₂ beginnt der
Mikrocomputer 10′ zunächst mit der Ausgabe eines Notlauf-Tastverhältnisses
entsprechend seiner Auslegung, und zwar so lange,
bis er selbst die ihm zugegangenen Daten über Drehzahl, Temperatur
und sonstige Parameter ausgewertet hat. Dieses Notlauf-Tastverhältnis
vom Rechner selbst kann eine Dauer von ein bis zwei
Perioden haben und erstreckt sich bei den Signalverläufen der Fig. 6
bis zum Zeitpunkt t₆, ab welchem dann die Regelung einsetzt, ab
welchem Zeitpunkt die Impulsdauer TNOT übergeht in die errechnete
Funktionsdauer T=f(ϑ, n, . . .).
Nach jeder THV-Impulsausgabe, beispielsweise zum Zeitpunkt t₇
prüft der Rechner nach Ablauf eines vorgegebenen Zeitraums t₈-t₇
∼100 µs die Übereinstimmung der Ü2- bzw. Ü2- und Ü1-Signalpegel
mit dem THV-Signalpegel. Im Falle einer Abweichung, z. B. Störung
zum Zeitpunkt t₉ - der Transistor T2 sperrt nicht mehr, das
Ü2-Signal wird während des Zeitraums t₁₀ . . . t₁₁ nicht high -
schaltet der Rechner über seine EA-Leitung (Signal geht auf low)
und den Komparator K2 letztlich den Transistor T5 ab und macht
den Steller stromlos.
Eine Endstufen-Überwachungsroutine im Mikrocomputer 10′ prüft
dann jeweils nach vorgegebenem Zeitablauf, beispielsweise alle
2 Sekunden, durch Einschalten der EA-Leitung und entsprechendem
Abfragen der Ü2-Rückleitung nach vorgegebener Zeit, etwa nach
100 µs (dies entspricht etwa der fünffachen Dauer der Transistorschaltzeiten
inklusive Filterung), ob der Störungsfall noch relevant
ist. Eine hierbei sich ergebende Beeinflussung des Stellerstroms
durch diese kurze Abfrage führt im wesentlichen nicht zu einer
Änderung des durch die Feder eingestellten Notlaufquerschnitts
am Zweiwicklungs-Drehsteller.
Ergeben sich andererseits Rechnerdauerstörungen, dann übernimmt,
wie schon erwähnt, die Failsafe-Schaltung 28′ als Rechteckoszillator.
Sie arbeitet mit ihrem Reset-Signal auf den Mikrocomputer 10′,
um diesen gegebenenfalls Rücksetzen und wieder neu anwerfen zu
können, wobei die Reset-Phasen ebenfalls nur zu einer geringfügigen
Beeinflussung des Notlaufquerschnittes am Steller führen.
Nach Abschalten der Endstufe über das EA-Signal vom Rechner
- zum Zeitpunkt t₁₁ - muß das Ü2-Signal (und im übrigen auch das
Ü1-Signal) wieder high-Pegel annehmen; ist dies nicht der Fall,
beispielsweise bei externem Kurzschluß an Masse, dann bleibt die
Endstufe aufgrund der getroffenen Rechnerprogrammierung dauernd
abgeschaltet.
Weiter vorn anhand des Ausführungsbeispiels der Fig. 2 ist schon
die Überwachung der Endstufen-Ausgangssignale beider Schalttransistoren
dargestellt worden, wodurch insgesamt Wicklungskurzschlüsse
oder Dauerkurzschlüsse abgedeckt sind und im Fehlerfall
(Ü1- oder Ü2-Signal falsch) wird dann analog, wie soeben beschrieben,
verfahren.
Demnach ergeben sich bei der vorliegenden Erfindung die folgenden
Sicherheitsfunktionen:
Aktiv durch Schaltungsmittel, wobei zunächst die Leistungen der Failsafe-Schaltung (Watch-dog) betrachtet werden:
Aktiv durch Schaltungsmittel, wobei zunächst die Leistungen der Failsafe-Schaltung (Watch-dog) betrachtet werden:
- 1. Betriebs-Reset
- 2. Programmüberwachung
- 3. Überwachung des Tastverhältnis-Ansteuersignals für die Endstufe
- 4. Erkennung interner und externer Störungen
- 5. Erkennung von Dauerstörungen
- 6. Erkennung von Batteriespannungseinbrüchen
- 7. Steuerung eines gegebenenfalls vorhandenen Notlaufgenerators
- 8. Abschaltung der Endstufe
- 9. Abschaltung des Rechnerports
Bei vorhandenem Notlaufgenerator:
- 1. wird im Reset-Fall aktiv geschaltet
- 2. Ausgabe eines Notlauf-Tastverhältnis-Ansteuersignals
Die vorliegende Erfindung umfaßt schließlich ferner noch durch
entsprechende Ausbildung und Eingabe von Informationen an den
Mikrorechner (10, 10′) die folgenden Sicherheitsmerkmale:
- 1. Notlauf-Tatverhältnis-Ansteuerimpulsfolge, ausgegeben vom Rechner selbst bis zur ersten Drehzahlerkennung
- 2. Ausgabe eines Wertes tmin (ϑ) bei Ausfall des Temperaturgebers
- 3. Eerkennung einer NTC-Unterbrechung
- 4. Selbsttestprogramm zur Abschaltung der Endstufe bei Programmfehlern oder Störungen (Reset)
- 5. Testroutine zur Überprüfung der Endstufe, Überwachung und Abschaltung
- 6. Abschaltung der Endstufe im Störfall.
Claims (14)
1. Sicherheits-Notlaufeinrichtung für den Leerlaufbetrieb von Kraftfahrzeugen
für eine digitale Leerlauffüllungsregelung mit einem von
einer Endstufenschaltung angesteuertem Stellglied zur Einstellung
des Durchlaßquerschnittes eines Luft-Bypasses, der parallel zur
Drosselklappe angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sicherheits-
oder Failsafe-Schaltung (28, 28′) vorgesehen ist, der von
einem Mikrocomputer oder Mikroprozessor (10, 10′) entweder digitale
Ansteuersignale, die mit je nach erforderlicher Stellgliedsposition
veränderlichem Tastverhältnis (η) für die Endstufe zur Leerlauffüllungsregelung
vorgegeben sind, oder separate Failsafe-Impulse zugeführt
werden, und wobei die Failsafe-Schaltung im Falle eines Fehlers
in den zugeführten Signalen ein Reset-Signal erzeugt, das sowohl
dem Mikrocomputer (10, 10′) zu dessen Rücksetzung als auch einem
Notlaufgenerator (38) zugeführt wird, der daraufhin für die Endstufe
(13, 13′) des Stellgliedes ein Notlaufansteuersignal mit einem
Notlauf-Tastverhältnis erzeugt.
2. Notlaufeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das Reset-Ausgangssignal der Failsafe-Schaltung
(28) und das Abschaltsignal (EA) vom Rechner (10, 10′)
über ein ODER-Glied (25) der Abschaltstufe (26, 26′) für die Endstufe
(13, 13′) zugeführt sind.
3. Notlaufeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1
bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrocomputer (10, 10′)
Eingänge für Betriebsparametern (Drehzahl n, Motortemperatur ϑ,
Umgebungstemperatur, Druck, angesaugte Luftmenge Q) entsprechende
Signale sowie einen Datenspeicher (21) aufweist, zum
Ausgleich von Nichtlinearitäten der dem Rechner zur Bestimmung
der Stellgliedposition zugeführten Daten.
4. Notlaufeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Endstufe zwei hintereinander geschaltete,
jeweils eine Stellglied-Teilwicklung (15a, 15b) beaufschlagende
Schalttransistoren (T1, T2) aufweist, die über einen vorgeschalteten
Treibertransistor (T0) und gegebenenfalls einen weiteren,
vorgeschalteten Komparator (K1) vom Tastverhältnis-Ansteuer
signal (THV) des Mikrocomputers (10, 10′) angesteuert sind,
derart, daß die Schalttransistoren (T1, T2) der Endstufe (13, 13′)
jeweils alternierend ihren zugeordneten Teilwicklungen den
Nennstrom zuführen.
5. Notlaufeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Endstufen-Abschaltstufe (26, 26′) vorgesehen ist, mit
mindestens einem Längstransistor (T5) in Reihe zu den zusammen
gefaßten Schaltstrecken (Emittern) der Schalttransistoren (T1,
T2), wobei dem Längstransistor das Abschaltsignal (EA) vom
Mikrocomputer (10, 10′) über einen weiteren Vorstufentransistor
(T4) und das Reset-Signal der Failsafe-Schaltung (28, 28′) seinem
Basisspannungsteiler (R14, R13, R15) über eine Diode (D3) direkt
zugeführt ist.
6. Notlaufeinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet,
daß von mindestens einer der mit den zugeordneten Kollektoren
des jeweiligen Schalttransistors (T1, T2) der Endstufe (13,
13′) verbundenen Teilwicklungen (15a, 15b) über Impulsformer
stufen (37a, 37b) dem Ansteuertastverhältnis entsprechende Rück
führsignale (Ü1, Ü2) abgeleitet und entsprechenden Prüfanschlüssen
des Mikrocomputers (10, 10′) zugeführt sind, der bei Ab
weichungen von dem errechneten Tastverhältnis (η) das Abschalt
signal (EA) ausgibt und der Abschaltstufe (26, 26′) der Endstufe
(13, 13′) zuführt.
7. Notlaufeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1
bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens für die Zufüh
rung von Batteriespannungs- und Motortemperatursignalen zum
Mikrocomputer (10, 10′) Wandler (18, 19′) vorgesehen sind, die
entsprechende Spannungssignale in vom Mikrocomputer (10, 10′)
auswertbare, logikkompatible Zeitdauersignale umwandeln.
8. Notlaufeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Wandler (18, 19) einen Komparator (K10) umfassen, dessen
einem Eingang ein Referenzsignal und dessen anderem Ein
gang das Ausgangssignal eines von der umzuwandelnden Spannung
(Us) über einen Schalter (Längstransistor T6) aufgeladenen Energiespeichers
(Kondensator C3) zugeführt ist, daß der Mikrocomputer
(10, 10′) zur Abfrage selbst ein Abfragesignal zu einem vorgegebenen
Zeitpunkt erstellt und mit diesem den Längstransistor
(T6) sperrt und daß die Zeitdauer der Entladung des Speicherkondensators
(C3) bis zum Unterschreiten der Schwellenspannung,
zu welchem Zeitpunkt der Komparator (K10) ein Umschaltsignal
zum Mikrocomputer (10, 10′) abgibt, als Maß für die umgewandelte
Spannung ausgewertet wird.
9. Notlaufeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß der Rechner kurzzeitig vor und kurzzeitig
nach jeder neuen Tastverhältnisausgabe das Tastverhältnis der
rückgeführten Endstufen-Überwachungssignale (Ü2, Ü1) abfragt
und bei festgestellten Abweichungen im Fehlerfall über niedergehendes
Endstufen-Abschaltsignal (EA) den Zweiwicklungs-Drehsteller
stromlos schaltet.
10. Notlaufeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1
bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß von den Abfrage-Schaltungspunkten
(M1, M2) für das mindestens eine Endstufen-Überwachungssignal
(Ü1, Ü2) Störschutz-Zenerdioden (D9, D10) gegen Masse
geschaltet sind.
11. Notlaufeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß zur hochohmigen und daher stromreduzierenden
Erzeugung der Endstufen-Überwachungssignale (Ü1, Ü2)
zwischen die Impulsformerstufen (37a, 37b) und den entsprechenden
Eingängen am Mikrocomputer (10, 10′) Komparatoren (40)
oder Transistoren geschaltet sind.
12. Notlaufeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß zur Strombegrenzung, im Falle etwa eines
Steller-Kurzschlusses ein zusätzlicher Strombegrenzungswiderstand
(Rx) in Reihe zum Abschalt-Transistor (T5) der
Endstufen-Abschaltung (26, 26′) geschaltet ist, vorzugsweise
in Verbindung mit der Parallelschaltung einer Zenerdiode (D11)
in Reihe mit einer weiteren Diode (D12) parallel zum Basisableitwiderstand
geschaltet ist.
13. Notlaufeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, daß in den Emitterleitungen der Schalttransistoren
(T1, T2) der Endstufe (13, 13′) Strombegrenzungswiderstände
(R21, R22) geschaltet sind, vorzugsweise zusammen mit
parallel zum Basisableitwiderstand jedes Schalttransistors geschalteten
Diodenreihenschaltung (D12, D14; D13, D15).
14. Notlaufeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, daß bei Rechnerdauerstörungen die Failsafe-Schaltung
(28, 28′) als Rechteckoszillator arbeitet mit einem
stark eingeschränkten Tastverhältnis, derart, daß eine Beeinflussung
des federvorgespannten Notlaufquerschnitts des Stellglieds
(Zweiwicklungs-Drehstellers) geringfügig bleibt.
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