DE3504197C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Steuerungssystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit einer Vorrichtung zur Steuerung
der Winkelstellung der Drosselklappe der Brennkraftmaschine, bei dem die
Winkelstellung der Drosselklappe nicht nur von dem Grad der Betätigung des
Gashebels, sondern zusätzlich von der Differenz zwischen der tatsäçhlichen
Ausgangsdrehzahl der Brennkraftmaschine und einer gewünschten Ausgangsdrehzahl
abhängt, so daß das Leistungsverhalten der Brennkraftmaschine optimiert
wird.
Herkömmliche Drosselklappen-Steuersysteme sind in den europäischen
Patentanmeldungen EP 01 14 401, EP 01 21 937, EP 01 21 938 und EP 01 21 939 beschrieben
worden. Bei diesen herkömmlichen Vorrichtungen wird die Drosselklappenstellung
im allgemeinen mit Hilfe eines der Drosselklappe zugeordneten
elektromagnetischen Stellgliedes eingestellt. Es wird ein Drosselklappen-
Steuersignal erzeugt, das von dem anhand eines an dem Gashebel erzeugten
Signals ermittelten Grad der Betätigung des Gashebels abhängig ist.
Ein ähnliches Drosselklappen-Steuersystem ist in der japanischen Patentveröffentlichung
JP 56-1 07 925 beschrieben worden. Diese Druckschrift beschreibt
ein elektronisches Kraftstoff-Einspritzsystem für eine Funkenzündungs-
Brennkraftmaschine, das einen Drosselklappen-Servomechanismus
umfaßt, durch den die Winkelstellung der Drosselklappe in Abhängigkeit von
dem Grad der Betätigung des
Gashebels gesteuert wird.
Durch die obengenannten herkömmlichen Steuersysteme
wird die Drosselklappe in eine gewünschte Winkelstellung
eingestellt, die dem Grad der Betätigung des Gashebels
entspricht. Aus diesem Grund wird durch diese
herkömmlichen Steuersysteme der Ansaugluftdurchsatz
erfolgreich in Abhängigkeit vom Grad der Betätigung
des Gashebels gesteuert. Theoretisch ist die Winkelstellung
der Drosselklappe direkt mit der Ausgangsleistung
der Brennkraftmaschine gekoppelt, so daß
durch die Drosselklappensteuerung das gewünschte Maschinenverhalten
erzielt wird. In der Praxis entspricht
jedoch die Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine
nicht über den gesamten Winkelbereich der Drosselklappe
dem durch die Betätigung des Gashebels angezeigten
Leistungsbedarf. Dies liegt daran, daß sich die einzelnen
Brennkraftmaschinen infolge von Produktionsungenauigkeiten
voneinander unterscheiden und daß die möglichen
Umgebungsbedingungen in einem weiten Bereich
variieren. Um eine Ausgangsleistung zu erzielen, die
exakt der jeweils gewünschten Ausgangsleistung entspricht,
sind Steuersysteme vorgeschlagen worden, bei denen sowohl
die Brennkraftmaschine als auch ein der Brennkraftmaschine
nachgeschaltetes Getriebe gesteuert werden. In der Veröffentlichung
SAE Technical Papers 830 423 der Society
of Automotive Engineering wird ein derartiges Antriebszug-
Steuersystem beschreiben, bei dem die Brennkraftmaschine
stufenweise über eine Steuerung des Getriebes
gesteuert wird. Das Steuersystem tastet Daten von verschiedenen
Punkten der Brennkraftmaschine ab und bewirkt
eine Anpassung der Kraftstoffzufuhr, des Zündzeitpunktes,
des Durchsatzes durch eine Abgasrückführungsleitung
und der Ansaugluftmenge an Optimalwerte, die auf der
Grundlage der abgetasteten Daten berechnet werden. Bei
der Steuerung des Getriebes wird durch eine Getriebesteuerung
die Maschinenlast und die Fahrzeuggeschwindigkeit
abgetastet, und das in dem Getriebe einzustellende
Übersetzungsverhältnis wird anhand dieser Daten
berechnet. Zugleich wird anhand dieser Daten eine Überbrückungs-
Steuerung ausgeführt.
Ein weiterer für das Gesamtverhalten eines Fahrzeugs
wesentlicher Umstand ist ein rasches Ansprechen des
Drehmomentes auf die Betätigung des Gashebels. Damit
in diesem Sinne ein rasches Ansprechverhalten der
Brennkraftmaschine gewährleistet ist, muß das Ausgangsdrehmoment
jederzeit genau dem durch manuelle Betätigung
des Gashebels bestimmten Drehmomentbedarf entsprechen.
In der Praxis treten jedoch Fluktuationen des auf die
Antriebsräder des Fahrzeugs übertragenen Ausgangsdrehmomentes
der Brennkraftmaschine auf, die durch die Umgebungsbedingungen
und/oder Produktionsfehler bedingt
sind. Beispielsweise ist bekannt, daß die Leistungswerte
einer Brennkraftmaschine erheblichen Störungen
unterliegen, wenn sich die Brennkraftmaschine nach einem
Start bei kalter Witterung erwärmt. Darüber hinaus
treten bei vielen Fahrzeugen Erschütterungen infolge
von Änderungen der Maschinendrehzahl und damit der
Ausgangsleistung auf, wenn das Automatikgetriebe auf
eine andere Getriebestufe umschaltet. Hierdurch werden
die Fahreigenschaften und der Fahrkomfort des Fahrzeugs
beeinträchtigt.
Aus der DE-OS 32 05 556 ist ein Steuerungssystem der im Oberbegriff des
Anspruchs 1 angegebenen Gattung bekannt, bei dem anhand der gemessenen
Stellung des Gashebels ein Sollwert für die Ausgangsdrehzahl der Brennkraftmaschine
ermittelt und die Drosselklappe derart angesteuert wird, daß die
Drehzahl der Brennkraftmaschine auf den ermittelten Sollwert eingeregelt
wird. Bei diesem Verfahren ist somit jeder Stellung des Gashebels eine bestimmte
Maschinendrehzahl zugeordnet, so daß, unabhängig von Produktionsungenauigkeiten
oder Umgebungsbedingungen, eine feste Beziehung zwischen
der Betätigung des Gashebels und dem Maschinenverhalten erreicht
wird. Bei diesem herkömmlichen System besteht jedoch keine Möglichkeit,
das Ansprechverhalten der Brennkraftmaschine auf die Betätigung des Gashebels
an unterschiedliche Fahrsituationen oder Wünsche des Fahrers anzupassen.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Steuerung
der Ansaugluftmenge einer Brennkraftmaschine der obengenannten
Art derart weiterzubilden, daß das Ansprechverhalten der Brennkraftmaschine
entsprechend den Bedürfnissen der Bedienungsperson optimiert werden
kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Steuerungssystem gemäß
Patentanspruch 1.
Nach dem Grundgedanken der Erfindung sind mehrere verschiedene Charakteristiken
vorgesehen, die jeweils unterschiedliche Beziehungen zwischen
der Stellung des Gaspedals oder eines entsprechenden Bedienungsgliedes
und dem Sollwert für die Ausgangsdrehzahl festlegen, und durch den Benutzer
wird diejenige dieser Charakteristiken ausgewählt, die für die Bestimmung
des Sollwertes verwendet werden soll.
Der Benutzer hat somit eine Zugriffsmöglichkeit, durch die er das Ansprechverhalten
der Steuerung der Brennkraftmaschine in festgelegter Weise beeinflussen
kann. Beispielsweise kann der Benutzer wählen zwischen einer an
eine besonders verbrauchsgünstige Fahrweise angepaßten Charakteristik und
einer auf eine sportlichere Fahrweise abgestimmten Charakteristik.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den
abhängigen Ansprüchen angegeben.
Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand
der Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung
eines Kraftfahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung zur Steuerung
des Antriebs des Kraftfahrzeugs;
Fig. 2 ist eine Seitenansicht eines Gashebels
und eines Gashebel-Positionssensors
des erfindungsgemäßen Steuersystems;
Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht einer
Drosselklappe und eines Drosselklappen-
Servomechanismus;
Fig. 4 (A) und 4 (B) bilden zusammen ein Diagramm eines
Steuersystems, in dem die erfindungsgemäße
Vorrichtung zur Steuerung der
Drosselklappenstellung verwirklicht ist;
Fig. 5 ist ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung
einer Steuereinheit und verschiedener
Eingangs- und Ausgangssignale;
Fig. 6 veranschaulicht die Änderung des Ausgangsdrehmomentes
und des Kraftstoffverbrauches
der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit
von dem Luft/Brennstoff-Verhältnis;
Fig. 7 veranschaulicht die Änderung des Ausgangsdrehmomentes
und des Kraftstoffverbrauches
in Abhängigkeit von dem Durchsatz einer
Abgasrückführungseinrichtung;
Fig. 8 (A), 8 (B) und 8 (C) zeigen optimale Getriebe-Schaltschemata
für eine Spar-Betriebsart, eine Normal-
Betriebsart bzw. eine Leistungs-Betriebsart;
Fig. 9 zeigt optimale Betriebsbereiche für einen
Überbrückungsbetrieb in der Spar-Betriebsart,
der Normal-Betriebsart und der Leistungs-
Betriebsart gemäß Fig. 8;
Fig. 10 ist ein Blockdiagramm einer Steuereinheit
des erfindungsgemäßen Drosselklappen-Steuersystems;
Fig. 11 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung der
Arbeitsweise der Steuereinheit gemäß Fig. 10;
Fig. 12 (A) und 12 (B) bilden zusammen ein Diagramm zur Veranschaulichung
der Programmhierarchie in
der erfindungsgemäßen Steuereinheit;
Fig. 13 ist ein Flußdiagramm eines Programms zur
Berechnung von Korrekturwerten, das in der
erfindungsgemäßen Steuereinheit ausgeführt
wird;
Fig. 14 ist eine graphische Darstellung der Solldrehzahl
in Abhängigkeit von der
Stellung des Gashebels;
Fig. 15 ist ein Flußdiagramm eines Drosselklappen-
Regelprogramms gemäß der Erfindung;
Fig. 16 ist ein Flußdiagramm eines modifizierten
Programms zur Berechnung von Korrekturwerten.
Ein Kraftfahrzeug, dessen wesentliche Teile in Fig. 1
dargestellt sind, umfaßt einen Antriebszug mit Frontmotor
und Heckantrieb. Eine derartige Anordnung des Antriebszuges
soll nachfolgend als "FH-Anordnung" bezeichnet
werden. Eine Brennkraftmaschine 3 ist mit
einem Getriebe 4 verbunden, das seinerseits über eine
Kardanwelle 5 mit einem Differentialgetriebe 7 verbunden
ist. Zwei Hinterräder 2R und 2L werden durch die Ausgangsleistung
der Brennkraftmaschine angetrieben, die
über das Getriebe 4, die Kradanwelle 5, das Differentialgetriebe
7 und Antriebsachsen 8R und 8L auf die Hinterräder
übertragen wird. Die Hinterräder bilden somit
die Antriebsräder des Fahrzeugs. Zwei Vorderräder 1R und
1L sind entsprechend der Bewegung des durch die Hinterräder
angetriebenen Fahrzeugs frei drehbar. Die Vorderräder
1R und 1L sind mit einem für sich bekannten Lenksystem
zur Richtungssteuerung des Fahrzeugs verbunden.
Das Lenksystem umfaßt eine Lenksäule 9 für die manuelle
Wahl der Fortbewegungsrichtung des Fahrzeugs.
Die Brennkraftmaschine 3 ist mit einem Zündsystem versehen,
das einen Zündschalter 10 einschließt. Der Zündschalter
10 weist mehrere diskrete Schaltstellungen auf,
nämlich eine Aus-Stellung, in der eine Batterie 15 des
Fahrzeugs von Verbrauchern, wie etwa einer Klimaanlage oder einer
Audio-Anlage und von einer Zündspule, getrennt ist, eine Stand-Stellung
(ACC), in der die Batterie 15 nur mit den Verbrauchern
des Fahrzeugs, aber nicht mit der Zündspule verbunden
ist, eine Zündstellung, in der die Batterie sowohl mit
den Verbrauchern als auch mit der Zündspule verbunden
ist, und eine Start-Stellung, in der die Batterie nur
mit der Zündspule verbunden ist. Das Zündsystem umfaßt
ferner einen Verteiler, eine Anzahl in den einzelnen
Zylindern der Brennkraftmaschine angeordneter Zündkerzen
und einen Unterbrecher oder Leistungstransistor, der durch
ein Zündungs-Steuersignal gesteuert wird. Das Zündungs-
Steuersignal wird zu vorgegebenen Zeitpunkten durch
eine Steuereinheit 1000 erzeugt.
Der Brennkraftmaschine ist ferner ein Gashebel 11 zugeordnet,
etwa ein durch den Fuß des Fahrers betätigtes
Gaspedal oder ein handbetätigter Gashebel, wie er in
Krafträdern verwendet wird. Der Gashebel 11 dient allgemein
zur Steuerung der Drehzahl der Brennkraftmaschine,
etwa - bei einem Benzinmotor - durch Steuerung des Öffnungsgrades
einer Drosselklappe (Fig. 3) zur Steuerung
der Ansaugluftmenge oder - im Fall einer Diesel-Brennkraftmaschine
- durch Steuerung einer Kraftstoff-Einspritzpumpe
zur Steuerung des Kraftstoffdurchsatzes.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist dem Gashebel 11
ein Gashebel-Positionssensor 33 zugeordnet, der ein
elektrisches Signal erzeugt. Der Signalwert ist von der
Betätigungsstellung des Gashebels abhängig. Das elektrische
Signal soll nachfolgend als Gashebel-Positonssignal
bezeichnet werden. Der Positionssensor 33 ist mit einem
elektrisch betätigten Stellglied 30 verbunden, das
seinerseits mechanisch mit einer Drosselklappe 32 verbunden
ist und diese betätigt, wie in Fig. 3 gezeigt
ist. Im Fall einer Diesel-Brennkraftmaschine ist das
Stellglied 30 mit einem Kraftstoffbegrenzer verbunden,
der den Kraftstoffdurchsatz begrenzt.
Die Steuerung der Drehzahl einer Brennkraftmaschine mit
Hilfe eines Gashebel-Signals ist in den veröffentlichten
europäischen Patentanmeldungen 01 14 401, 01 06 360,
01 21 939, 01 21 938 und 01 21 937 beschrieben worden,
auf deren Inhalt hiermit Bezug genommen wird.
Die Drehzahl der Brennkraftmaschine ist somit von der
Position des Gashebels 11 abhängig. Das Ausgangsdrehmoment
der Brennkraftmaschine ändert sich entsprechend einer
Ausgangscharakteristik, die für jede einzelne Brennkraftmaschine
verschieden ist. Das Fahrzeug wird mit
Hilfe des oben beschriebenen Antriebszuges durch die
Brennkraftmaschine angetrieben. Ein Bremspedal 12 ermöglicht
es dem Fahrer, das Fahrzeug anzuhalten oder
während der Fahrt zu verzögern. Das Bremssystem umfaßt
ferner eine Parkbremse mit einem handbetätigten Parkbremshebel
oder einem Fußhebel 13.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel umfaßt das Getriebe 4
ein Automatikgetriebe, das mit einem nicht gezeigten
Drehmomentwandler verbunden ist und das eine Anzahl
diskreter Getriebestellungen, nämlich eine erste Getriebestufe,
eine zweite Getriebestufe, eine Antriebsstellung,
eine Neutralstellung, eine Rückwärts-Stellung
und eine Parkstellung aufweist. Das Automatikgetriebe
ist beispielsweise mit der Steuereinheit 1000 verbunden,
die die Schaltvorgänge entsprechend vorgegebenen Schaltmustern
in Abhängigkeit von den Fahrzeuggeschwindigkeit,
der Maschinendrehzahl, Maschinenlastbedingungen und dergleichen
steuert. Üblicherweise ist dem Automatikgetriebe
ein Getriebe-Wählhebel 14 zugeordnet, der es dem Fahrer
gestattet, eine der oben genannten Getriebestellungen
auszuwählen. Die Steuerung des Automatikgetriebes durch
einen Mikroprozessor, etwa durch die Steuereinheit 1000
ist an sich bekannt und braucht nicht im einzelnen beschrieben
zu werden. Diesbezüglich wird Bezug genommen
auf die US-Patentanmeldung 6 78 886, eingereicht
am 6. Dezember 1984.
Die Steuereinheit 1000 ist zur Spannungsversorgung über
eine Verbindungsleitung 16a mit der Batterie 15 verbunden.
In der Verbindungsleitung 16a ist ein Batterie-
Relais 17 angeordnet, das mit dem Zündschalter verbunden
ist und eine elektrische Verbindung zwischen der Batterie
15 und der Steuereinheit 1000 herstellt, wenn sich der
Zündschalter 10 entweder in der Zündstellung oder in
der Start-Stellung befindet. Die Steuereinheit 1000
ist ferner über eine Hilfs-Verbindungsleitung 16b mit
der Batterie 15 verbunden. Die Hilfs-Verbindungsleitung
gewährleistet eine dauernde elektrische Verbindung zwischen
der Batterie und der Steuereinheit. Die über die
Hilfs-Verbindungsleitung 16b zugeführte Batteriespannung
dient beispielsweise als Hilfsspannung zur Aufrechterhaltung
von Daten in Speichern der Steuereinheit.
Der Zündschalter 10 erzeugt in der Start-Stellung ein
Signal, das den Anlaßvorgang der Brennkraftmaschine
anzeigt und nachfolgend als "Anlaß-Signal" bezeichnet
werden soll. Das Anlaß-Signal des Zündschalters 10 wird
der Steuereinheit 1000 über eine Leitung 18 zugeführt.
Die Stellung des Gashebels wird mit Hilfe des Gashebel-
Positionssensors 33 an die Steuereinheit 1000 gemeldet.
Der Positionssensor umfaßt beispielsweise ein Potentiometer
und ist zur Eingabe des Gashebel-Positionssignals
in die Steuereinheit 1000 über eine Leitung 19 mit
der Steuereinheit verbunden. Ein dem Bremspedal 12
zugeordneter Bremsschalter 34 erzeugt ein Bremssignal,
wenn das Bremspedal betätigt wird. Der an sich bekannte
Bremsschalter 34 dient zum Einschalten der nicht gezeigten
Bremsleuchten des Fahrzeugs während eines
Bremsvorgangs und ist ferner über eine Leitung 20 mit
der Steuereinheit 1000 verbunden, so daß das Bremssignal
an die Steuereinheit übertragen wird. Der Parkbremse
13 ist ein Parkbrems-Schalter 35 zugeordnet, der
bei Betätigung der Parkbremse 13 geschlossen wird und
ein Parkbrems-Signal erzeugt, das der Steuereinheit 1000
über eine Leitung 21 zugeführt wird.
Ein Getriebepositionssensor 36 ist dem Getriebe-Wählhebel
14 zugeordnet und erzeugt ein für die ausgewählte
Getriebestellung repräsentatives Getriebepositionssignal.
Der Getriebepositionssensor 36 ist über eine Leitung
22 mit der Steuereinheit 1000 verbunden. Die
Steuereinheit 1000 ist ferner mit einem in Fig. 5
gezeigten Kurbelwellen-Drehmomentsensor 120 verbunden,
der das Ausgangsdrehmoment an der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine
abtastet und ein für dieses Ausgangsmoment
repräsentatives Kurbelwellen-Drehmomentsignal erzeugt.
Ein derartiger Kurbelwellen-Drehmomentsensor wird beispielsweise
in der japanischen Patentveröffentlichung
(Tokko) 35-12 447 beschrieben, auf deren Inhalt hiermit
Bezug genommen wird.
Die Steuereinheit 1000 ist mit einem weiteren Drehmomentsensor
141 verbunden, der das Drehmoment an der Ausgangswelle
des Getriebes überwacht und ein für das Ausgangsdrehmoment
des Getriebes repräsentatives Signal erzeugt.
Dieser Drehmomentsensor soll nachfolgend als
"Ausgangs-Drehmomentsensor" und das von ihm erzeugte
Signal als "Ausgangs-Drehmomentsignal" bezeichnet werden.
Die Ausgangswelle des Getriebes ist mit einem Getriebe-
Ausgangsdrehzahlsensor 140 versehen, der ein
Getriebeausgangs-Drehzahlsignal erzeugt. Der Ausgangs-
Drehmomentsensor 141 und der Getriebeausgangs-Drehzahlsensor
140 sind über eine Datenleitung 24 mit der Steuereinheit
1000 verbunden.
Ein Kühlmittel-Temperatursensor 122, ein Kurbelwinkelsensor
120 und ein Luftmengensensor 122 sind über eine
Datenleitung 23 mit der Steuereinheit 1000 verbunden.
Diese drei Sensoren sollen nachfolgend im Zusammenhang
mit Fig. 5 näher beschrieben werden.
Eine von Hand zu bedienende Eingabeeinheit 25 mit einer
Betriebsart-Wähleinrichtung gestattet es dem Fahrer,
zwischen einer Spar-Betriebsart, einer Normal-Betriebsfahrt
und einer Leistungs-Betriebsart des gesamten
Antriebssystems des Fahrzeugs zu wählen. Die in den
einzelnen Betriebsarten ablaufenden Steuervorgänge
sollen weiter unten beschrieben werden. Die Eingabeeinheit
25 ist mit der Steuereinheit 1000 über eine
Datenleitung 26 verbunden. Die Steuereinheit 1000 ist
ferner über eine Datenleitung 27 mit einer Anzeigeeinheit
28 zur Anzeige verschiedenartiger Informationen
verbunden.
Fig. 4 ist eine schematische Darstellung einer elektronisch
gesteuerten Brennkraftmaschine.
Das elektronische Steuersystem umfaßt die Steuereinheit
1000, die einen Mikroprozessor aufweist und der ein
als Fahrzeug-Informationssystem dienender weiterer
Mikroprozessor 2500 zugeordnet ist. Das Steuersystem
für die Brennkraftmaschine umfaßt zahlreiche Sensoren
und Detektoren wie etwa einen Maschinen-Drehzahlsensor,
einen Luftmengenmesser und verschiedene Temperatursensoren
zur Erzeugung von Steuerparametern, eine Steuereinheit
und Stellglieder zur Steuerung verschiedener
Funktionsabläufe in der Brennkraftmaschine wie etwa die
Zumessung von Kraftstoff, die Leerlauf-Luftmenge und
den Zündzeitpunkt. Das Steuersystem umfaßt weiterhin
einen Fehlerwächter zur Abtastung von Fehlern in dem
Steuersystem. Der Fehlerwächter überprüft die Arbeitsweise
der Steuereinheit sowie die Eingangsdaten von
den verschiedenen Sensoren. Die Ergebnisse des Prüfvorgangs
werden in einem der Steuereinheit 1000 zugeordneten
Permanentspeicher 1450 gespeichert. Das
Fahrzeuginformationssystem dient im beschriebenen Ausführungsbeispiel
zur Berechnung einer Anzahl von Informationen,
die sich auf eine mit dem Fahrzeug unternommene
Fahrt beziehen, wie etwa die Länge der Fahrtstrecke,
die Fahrtzeit, die mittlere Fahrzeuggeschwindigkeit
und dergleichen. Dem Fahrzeuginformationssystem
ist die Eingabeeinheit 25, die beispielsweise durch
eine Tastatur gebildet wird, und die Anzeigeeinheit 28
zugeordnet, auf der die errechneten Informationen
dargestellt werden.
Die Daten aus dem Permanentspeicher 1450 werden über
den Fehlerwächter 1002 der Steuereinheit 1000 und über
die Datenübertragungsleitung zu dem Fahrzeuginformationssystem
übertragen. Das Fahrzeuginformationssystem unterscheidet,
welcher Sensor oder welches Bauteil der
Steuereinheit des Maschinen-Steuersystems eine Fehlfunktion
aufweist. Auf der Grundlage der Abtastung des
fehlerhaften Bauelements oder Sensors liefert das Fahrzeuginformationssystem
ein Fehler-Anzeigesignal an
die Anzeigeeinheit 28. Durch die Anzeige wird das
fehlerhafte Bauelement oder der fehlerhafte Sensor entsprechend
dem Fehler-Anzeigesignal angezeigt, und entsprechend
dem Signalwert des Fehleranzeigesignals wird
der Grad des Fehlers oder der Abweichung angezeigt.
Die Datenausgabe durch den Fehlerwächter erfolgt auf
einen Lesebefehl, und die Ergebnisse des Prüfprogramms
werden gespeichert, bis der nächste Lesebefehl eintrifft.
Der in dieser Weise mit dem Fahrzeuginformationssystem
verbundene Fehlerwächter ist nicht nur zur Überwachung
der Funktion des oben beschriebenen Maschinen-Steuersystems
einsetzbar, sondern kann ebenso zur Überwachung
elektronischer Steuersysteme für das Automatikgetriebe
oder zur Überwachung eines Antiblockiersystems oder dergleichen
eingesetzt werden.
Fig. 4 zeigt das elektronische Steuersystem für die
Brennkraftmaschine, bei dem es sich um ein sogenanntes
zentralisiertes elektronisches Steuersystem (ECCS) für
eine Sechszylinder-Hubkolben-Brennkraftmaschine handelt, der
unter der Typenbezeichnung Datsun L bekannt ist. Durch
das gezeigte Steuersystem werden die Kraftstoffeinspritzung,
die Zündung, der Durchsatz eines Abgas-Rückführungssystems
und die Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine
gesteuert. Ferner erfolgt eine Steuerung des
Kraftstoffdruckes durch eine Steuerung des Betriebes
einer Kraftstoffpumpe.
Gemäß Fig. 4 steht jeder der Zylinder 112 der Brennkraftmaschine
110 mit einem Luft-Ansaugsystem in
Verbindung. Das Luft-Ansaugsystem umfaßt eine
Ansaugleitung 121 mit einem Luftfilter 124 zur Reinigung
der angesaugten Umgebungsluft, einen als Ansaug-
Luftmengensensor 122 dienenden Luftmengenmesser stromabwärts
der Ansaugleitung 121 zur Messung des Ansaugluft-
Durchsatzes, eine Drosselkammer 128, in der eine operativ
mit dem nicht gezeigten Gashebel gekoppelte Drosselklappe
32 zur Steuerung des Ansaugluft-Durchsatzes
angeordnet ist, und einen Ansaugkrümmer 132. Der Luftmengensensor
122 umfaßt eine Luftklappe 125 und einen
Rheostaten 127. Die Luftklappe 125 ist schwenkbar in
dem Ansaugkanal angeordnet, so daß sich ihre Winkelstellung
entsprechend dem Luftdurchsatz ändert. Wenn
der Luftdurchsatz zunimmt, wird die Luftklappe 125
im Uhrzeigersinn in Fig. 4 geschwenkt. Der Rheostat
127 liegt der Luftklappe 125 gegenüber und erzeugt
ein Analogsignal, dessen Spannungswert zu dem Ansaugluft-
Durchsatz proportional ist. Der Rheostat 127 ist
mit einer elektrischen Spannungsquelle verbunden, und
sein Widerstandswert ist entsprechend der Winkelstellung
der Luftklappe 125 und somit in Abhängigkeit von dem
Luftdurchsatz veränderlich.
In einer modifizierten Ausführungsform der Erfindung
ist anstelle des Luftklappen-Sensors ein anderer Sensor
zur Abtastung des Luftdurchsatzes wie etwa ein
Hitzdraht-Sensor oder ein Karman-Wirbelsensor vorgesehen.
Die Drosselklappe 32 ist mit einem Drosselklappensensor
31 versehen. Der Drosselklappensensor 31 umfaßt
einen Vollgasschalter, der geschlossen ist, wenn die
Drosselklappe über einen vorgegebenen Öffnungswinkel
hinaus geöffnet ist, und einen Leerlaufschalter, der
geschlossen ist, wenn der Öffnungsgrad der Drosselklappe
kleiner als ein vorgegebener Mindestwert ist.
Ein Drosselklappenschalter der beschriebenen Art wird
in der veröffentlichten europäischen Patentanmeldung
00 58 826 beschrieben.
Die Kraftstoff-Einspritzung mit Hilfe von Kraftstoff-
Einspritzdüsen 134 wird durch nicht gezeigte elektromagnetische
Stellglieder gesteuert, die in die einzelnen
Einspritzdüsen integriert sind. Die Stellglieder
werden elektrisch durch ein Einspritz-Steuersystem
gesteuert, das die Einspritzmengen, die Einspritzzeitpunkte
und dergleichen entsprechend Betriebsbedingungen
der Brennkraftmaschine auf der Grundlage gemessener
Betriebsparameter wie etwa Maschinenlast, Maschinendrehzahl
und dergleichen ermittelt. Die Einspritzdüsen 134
sind über eine Kraftstoffleitung, die einen Druckregler
139 aufweist, mit einer Kraftstoffpumpe 137 verbunden.
Die Kraftstoffpumpe wird durch ein Kraftstoffpumpen-
Relais 135 gesteuert. Ein Beispiel für ein Verfahren
zur Steuerung des Kraftstoffdruckes wird in der US-Patentanmeldung
3 55 157 vom 05. März 1982 und in der DE-OS
29 49 988 beschrieben. Ein weiteres Beispiel für die
Steuerung des Kraftstoffdruckes wird in der japanischen
Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 58-52 096 beschrieben.
Im gezeigten Beispiel sind die Kraftstoff-Einspritzdüsen
134 in dem Ansaugkrümmer 132 angeordnet. In
einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung
können die Einspritzdüsen jedoch auch in den Brennkammern
der Zylinder 112 der Brennkraftmaschine angeordnet
sein.
Das Luft-Ansaugsystem umfaßt einen Leerlauf- oder
Hilfs-Ansaugkanal 144, dessen eines Ende 146 zwischen
dem Luftmengensensor 122 und der Drosselklappe 32 in
die Ansaugleitung mündet, während das andere Ende 148
stromabwärts der Drosselklappe 32 in der Nähe des Ansaugkrümmers
132 in die Ansaugleitung mündet. In dem
Leerlauf-Ansaugkanal 144 ist ein Leerlauf-Steuerventil
150 zur Steuerung des Luftdruchsatzes durch den Hilfs-
Ansaugkanal angeordnet. Das Leerlauf-Steuerventil 150
umfaßt zwei Kammern 152 und 154, die durch eine Membran
156 voneinander getrennt sind, sowie ein Kegelventil
158, das derart in einer Öffnung 157 angeordnet und
zwischen zwei Positionen bewegbar ist, daß es die Verbindung
zwischen einem stromaufwärtigen Abschnitt 143
und einem stromabwärtigen Abschnitt 145 des Hilfs-Ansaugkanals
144 entweder geöffnet oder geschlossen hält.
Der Hilfs-Ansaugkanal 144 wird somit durch das Leerlauf-
Steuerventil 150 in zwei Bereiche 143, 145 unterteilt,
die stromaufwärts bzw. stromabwärts der Öffnung
157 des Steuerventils angeordnet sind. Ein Schaft 160
des Kegelventils 158 ist an der Membran 156 befestigt
und mit der Membran beweglich. Die Membran 156 ist
mit Hilfe einer in der Kammer 152 des Steuerventils 150
angeordneten Schraubendruckfeder 164 nach unten in der
Zeichnung vorgespannt, so daß das Kegelventil 158 von
einem Ventilsitz 162 abgehoben wird. Auf diese Weise
wird das Steuerventil 150 normalerweise in der geöffneten
Stellung gehalten, in der es die beiden Abschnitte
143 und 145 des Hilfs-Ansaugkanals 144 über die Ventil-
Öffnung 157 miteinander verbindet.
Die Kammer 154 des Leerlauf-Steuerventils 150 ist zur
Atmosphäre hin geöffnet, während die andere Kammer 152
des Steuerventils 150 über einen Vakuumkanal 167 mit
einem als Steuer-Vakuumquelle dienenden Druckregelventil
168 verbunden ist. Das Druckregelventil 168 wird durch
eine Membran 172 in zwei Kammern 166, 170 unterteilt.
Die Kammer 166 ist über einen Vakuumkanal 169 mit der
stromabwärtigen Seite der Drosselklappe 32 verbunden,
so daß der Druck in der Kammer 166 dem Ansaugunterdruck
entspricht. Die Kammer 170 des Druckregelventils 168
ist zur Atmosphäre hin geöffnet. An der Membran 172 ist
ein Ventilglied 176 befestigt, das einem am Ende des
Vakuumkanals 169 ausgebildeten Ventilsitz 178 gegenüberliegt.
Die Kammern 166, 170 nehmen jeweils eine
Schraubendruckfeder 171 bzw. 173 auf. Die Stellung
der Membran 172, in der die beiden Schraubendruckfedern
171, 173 miteinander im Gleichgewicht sind, soll als
Neutralstellung bezeichnet werden. Die Kammer 166 kann
auch mit einem Abgasrückführungs-Steuerventil 216
verbunden sein, durch das ein Teil des Abgases aus dem
Abgaskanal der Brennkraftmaschine über eine Abgasrückführungsleitung
in den Ansaugkrümmer 132 zurückgeleitet
wird.
Die Membran 172 bewegt sich aufwärts oder abwärts entsprechend
Änderungen des Gleichgewichtes zwischen dem
Vakuum in der Kamer 166 und dem in die Kammer 170
eingeleiteten Atmosphärendruck. Durch diese Bewegung
der Membran 172 wird das Ventilglied 176 auf den Ventilsitz
178 zu oder von diesem weg bewegt.
In dem Druckregelventil 168 ist eine weitere Kammer
180 ausgebildet, die mit der Kammer 166 über einen
Kanal 182 verbunden ist. Der Kanal 182 ist über einen
Steuer-Vakuumkanal 184 mit der Kammer 152 des Vakuum-
Steuerventils 150 verbunden. Andererseits ist die
Kammer 180 über einen Kanal 186 und einen Abschnitt
des Luft-Ansaugsystems stromaufwärts der Drosselklappe
32 mit der Atmosphäre verbunden. Die Kammer 180 wird
geteilt durch eine Membran 188, an der ein magnetisches
Ventilglied 190 befestigt ist. Das Ventilglied 190
liegt einem Ventilsitz 192 gegenüber, der am Ende des
Kanals 182 ausgebildet ist. Ferner ist das Ventilglied
190 einer Erregerspule 194 zugewandt, deren mittlere
Stromstärke oder Tastverhältnis durch ein von der Steuereinheit
1000 erzeugtes Steuer-Impulssignal gesteuert
wird. Das Steuer-Vakuum zur Steuerung des Öffnungsgrades
des Kegelventils 158 des Leerlauf-Steuerventils
150, das dem Leerlauf-Steuerventil über den Vakuumkanal
167 zugeführt wird, wird somit durch das Ausmaß bestimmt,
in dem dem Kanal 182 Luft unter Atmosphärendruck aus
der Kammer 180 zugeführt wird. Das Ausmaß der Luftzufuhr
in den Kanal 182 wird wiederum durch das Tastverhältnis
des Steuer-Impulssignals bestimmt.
In den Zylindern 112 der Brennkraftmaschine sind Zündkerzen
199 angeordnet, die entsprechend einer zeitlichen
Steuerung Funkenzündungen auslösen. Jede der Zündkerzen
199 ist mit einem Verteiler 198 verbunden, der
Hochspannung von einer Zündspule 196 aufnimmt. Der
Verteiler 198 wird durch eine Vorrichtung zur Zündvorverstellung
gesteuert, durch die der Zündzeitpunkt
entsprechend Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine
in Richtung auf Frühzündung oder Spätzündung
verschoben wird.
Das Abgassystem der Brennkraftmaschine umfaßt einen
Auspuffkrümmer 200, eine Abgasleitung 202, einen Abgasreiniger
204, einen Auspufftopf 206 und ein Endrohr
208. Der Auspuffkrümmer 200 ist zu den Zylindern
der Brennkraftmaschine geöffnet und nimmt die aus den
Zylindern ausgestoßenen Abgase auf. Die Abgasleitung
202 steht mit dem Auspuffkrümmer 200 in Verbindung und
schließt den Abgasreiniger 204 und den Auspufftopf 206
ein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel umfaßt der Abgasreiniger
204 ein Gehäuse 210 und einen in dem Gehäuse
angeordneten Dreiwege-Katalysator 212. Der Katalysator
212 oxydiert Kohlenmonoxyd CO und Kohlenwasserstoffe
HC und reduziert Stickoxyde NOx.
Ein Abgasrückführungskanal 214 ist stromaufwärts des
Abgasreinigers 204 an die Abgasleitung 202 angeschlossen.
Der Abgasrückführungskanal 214 steht über das Abgasrückführungs-
Steuerventil 216 mit dem Ansaugkrümmer 132
in Verbindung. Das Abgasrückführungs-Steuerventil 216
umfaßt ein Ventilglied 218, das mit einem Ventilsitz
220 zusammenwirkt, der an dem dem Ansaugkrümmer 132
zugewandten Ende des Abgasrückführungskanals 214 angeordnet
ist. Dem Ventilglied 218 ist ein Vakuum-Stellglied
222 zugeordnet. Eine Membran 224 des Stellgliedes 222
ist über einen Schaft 226 mit dem Ventilglied 218 verbunden.
Die Membran 224 teilt das Innere des Stellgliedes
222 in zwei Kammern 228 und 230. Die Kammer 228 ist über
einen Kanal 232 mit dem Abgasrückführungskanal 214 verbunden,
während die Kammr 230 über einen Steuer-Vakuumkanal
234 mit dem Druckregelventil 168 verbunden ist.
Eine Einstellfeder 233 zum Vorspannen der Membran 224
ist in der Kammer 230 angeordnet. Der Steuer-Vakuumkanal
224 ist an einen Kanal 236 angeschlossen, der die
Kammer 166 des Druckregelventils mit einer Kammer 238
verbindet. Ein Ende des Kanals 236 liegt einem Ventilglied
240 gegenüber, das an einer Membran 242 befestigt
ist. An dem Ende des Kanals 236 ist ein Ventilsitz 243
ausgebildet, so daß der Kanal 236 mit Hilfe des Ventilgliedes
240 verschließbar ist. Das Ventilglied 240 weist
einen Schaft 244 auf, der in eine Erregerspule 246
ragt.
Das Tastverhältnis der Erregerspule 246 wird entsprechend
einem Steuersignal gesteuert, das durch eine nachfolgend
beschriebene Steuervorrichtung erzeugt wird. Durch das
Tastverhältnis der Erregerspule wird die Bewegung des
Ventilgliedes 240 in bezug auf den Ventilsitz 243 gesteuert.
Je nach der augenblicklichen Stellung des
Ventilgliedes 240 wird Ansaugluft dosiert über den
Kanal 186 in den Kanal 236 eingeleitet. Durch die in den
Kanal 236 eingeleitete Ansaugluft wird das Vakuum, das
aus dem Abschnitt des Ansaugkanals 120 stromabwärts der
Drosselklappe 32 über den Vakuumkanal 169 in die Kammer
166 gelangt, teilweise entspannt, so daß ein Steuer-
Vakuum erzeugt wird. Das auf diese Weise erzeugte Steuer-
Vakuum wird zur Steuerung des Betriebes des Abgasrückführungs-
Steuerventils 216 über den Steuer-Vakuumkanal 234
in die Kammer 230 des Vakuum-Stellgliedes 222 eingeleitet.
Auf diese Weise wird eine dosierte Rückführung des Abgases
in den Ansaugkrümmer gewährleistet.
Ein Luftregler 250 ist in der Nähe der Drosselkammer
128 angeordnet und regelt den Luftdurchsatz durch die
Drosselkammer. Ferner ist im Ansaugsystem ein Kohlekanister
252 zugeordnet, in dem Kohlenwasserstoffdämpfe
zurückgehalten werden, bis sie bei laufender Brennkraftmaschine
mit Hilfe von Spülluft über eine Spülleitung
254 in den Ansaugkrümmer eingeleitet werden. Ein Spülluft-
Steuerventil 256 ist geschlossen, wenn die Brennkraftmaschine
im Leerlauf betrieben wird. Durch eine
ständig geöffnete Spülungs-Engstelle fließt nur eine
kleine Menge an Spülluft in Richtung auf den Ansaugkrümmer.
Wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine zunimmt,
wird der Ansaugunterdruck größer und das Spülluft-
Steuerventil 256 öffnet, so daß die Dämpfe sowohl
durch die Spülluft-Engstelle als auch über die feste Engstelle
abgesaugt werden. Die Kohlenwasserstoffe werden
in dem Kohlebehälter 252 aufgrund chemischer Wechselwirkung
mit der in dem Kohlebehälter enthaltenen Aktivkohle
zurückgehalten.
Die in Fig. 4B gezeigte Steuereinheit 1000 steuert das
Kraftstoff-Einspritzsystem, die Zündanlage, das Abgasrückführungssystem
und die Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine.
Die Steuereinheit 1000 ist mit dem
Kühlmittel-Temperatursensor 123 verbunden. Der Temperatursensor
123 ist üblicherweise in einer Kühlmittelkammer
322 eines Zylinderblockes 324 der Brennkraftmaschine
angeordnet, so daß die Kühlmitteltemperatur
der Brennkraftmaschine gemessen wird. Bei dem Kühlmittel-
Temperatursignal handelt es sich um ein Analogsignal,
dessen Spannungswert zu der gemessenen Kühlmitteltemperatur
proportional ist und das in ein digitales
Signal umgewandelt wird.
Der Temperatursensor 123 umfaßt einen Thermistor, der
auf einem in dem Kühlmittelkreislauf angeordneten Thermostat-
Gehäuse 326 angeordnet ist.
Der Kurbelwinkelsensor 120 ist ebenfalls mit der Steuereinheit
1000 verbunden und umfaßt eine an der Kurbelwelle
334 der Brennkraftmaschine befestigte Signalgeberscheibe
332 und eine elektromagnetische Abtasteinrichtung
336. Der Kurbelwinkelsensor 120 erzeugt
ein Bezugssignal und ein Kurbelwinkelsignal. Das Bezugssignal
wird erzeugt, wenn ein Kolben der Brennkraftmaschine
den oberen Totpunkt erreicht, und das
Kurbelwinkelsignal wird jeweils nach einer Drehung
der Kurbelwelle um einen vorgegebenen Winkel von beispielsweise
einem Grad erzeugt.
Ein Beispiel eines derartigen Kurbelwinkelsensors ist
in der US-Patentanmeldung 4 45 552 beschrieben. Wahlweise
kann das erfindungsgemäße Steuersystem ferner
eine Einrichtung zur Berechnung der Zündzeitpunkte
gemäß der europäischen Patentanmeldung 00 85 909 und
ein Unterstützungssystem gemäß der europäischen Patentanmeldung
00 81 648 aufweisen.
Der mit der Steuereinheit 1000 verbundene Getriebestellungssensor
36 ist an dem Getriebe 4 befestigt.
Ein Abgas-Temperatursensor 356 ist an dem Gehäuse 310
des Abgasreinigers befestigt und dient zur Überwachung
der Abgastemperatur und zur Erzeugung eines der abgetasteten
Temperatur entsprechenden Analogsignals, das
der Steuereinheit 1000 zugeführt wird. Ein Abgassensor
354, beispielsweise ein Sauerstoffsensor, ist in der
Abgasleitung 202 stromaufwärts der Mündung des Abgasrückführungskanals
214 angeordnet. Der Abgassensor
354 überwacht die Sauerstoffkonzentration des Abgases.
Das Ausgangssignal des Abgassensors nimmt einen hohen
Wert an, wenn die abgetastete Sauerstoffkonzentration
einem Luft/Brennstoff-Verhältnis oberhalb des stöchiometrischen
Wertes oder eines geeignet gewählten Wertes
liegt, und weist andernfalls einen niedrigen Wert auf.
Das Ausgangssignal des Abgassensors wird über einen
Multiplexer 305 und einen Analog/Digital-Wandler 306
als λ-Signal in die Steuereinheit 1000 eingegeben.
Der Luftmengensensor 122 ist ebenfalls mit der Steuereinheit
1000 verbunden. Der Rheostat 127 des Luftmengensensors
122 liefert ein Analogsignal, dessen Spannung
zu der Ansaugluftmenge proportional ist. Die Steuereinheit
1000 nimmt ferner die Ausgangssignale des Vollgas-
Schalters und des Leerlauf-Schalters des Drosselklappensensors
31 auf.
Gemäß Fig. 4B ist die Steuereinheit 1000 ferner mit
einem Klimaanlagen-Schalter 360, dem Zündschalter 10
und einem Batteriespannungssensor 364 verbunden. Der
Klimaanlagen-Schalter 360 ist geschlossen, wenn die
Klimaanlage in Betrieb ist. Der Zündschalter 10 erzeugt
ein Anlaßsignal, wenn der Anlasser in Betrieb
ist. Der Batteriespannungssensor 364 überwacht die
Spannung der Batterie des Fahrzeugs und liefert an
die Steuereinheit 1000 ein Signal, das zu der abgetasteten
Batteriespannung proportional ist.
Der Abgassensor 354 dient zur Steuerung der Kraftstoff-
Einspritzmenge unter stabilen Betriebsbedingungen der
Brennkraftmaschine, die im Hinblick auf die Maschinendrehzahl,
die durch den Drosselklappensensor 31 abgetastete
Winkelstellung der Drosselklappe, die Fahrzeuggeschwindigkeit
und dergleichen ermittelt werden. Unter
stabilen Betriebsbedingungen wird eine rückgekoppelte
Regelung der Einspritzmenge auf der Grundlage des Signals
des Abgassensors durchgeführt, so daß das Luft/Brennstoff-
Verhältnis auf den stöchiometrischen Wert eingeregelt
werden kann. Dieses Verfahren der Einspritzregelung
ist als λ-Regelung bekannt. Unter instabilen Betriebsbedingungen
der Brennkraftmaschine wird die Einspritzmenge
im wesentlichen auf der Grundlage der Maschinendrehzahl
und der Ansaugluftmenge bestimmt. Anstelle
der Ansaugluftmenge kann auch der Ansaugunterdruck
stromabwärts der Drosselklappe als Parameter berücksichtigt
werden. Unter instabilen Betriebsbedingungen
wird eine Grund-Einspritzmenge anhand der Maschinendrehzahl
und des Ansaugluftdurchsatzes ermittelt und entsprechend
anderen Betriebsparametern wie etwa der Stellung des
Klimaanlagen-Schalters, der Getriebestellung, der Kühlmitteltemperatur
und dergleichen korrigiert.
Die Zündvorverstellung wird allgemein auf der Grundlage
der Maschinendrehzahl, des Ansaugluftdurchsatzes, der
Kühlmitteltemperatur der Maschine und dergleichen gesteuert.
Die Steuerung der Abgasrückführung erfolgt auf der Grundlage
der Maschinendrehzahl, der Kühlmitteltemperatur
der Brennkraftmaschine, der Stellung des Zündschalters
und der Batteriespannung. Der Abgas-Durchsatz durch
den Abgasrückführungskanal wird anhand der Maschinendrehzahl
und der Grund-Einspritzmenge für die Kraftstoffeinspritzung
berechnet, die ihrerseits anhand der Maschinendrehzahl
und -last ermittelt wurde. Das Tastverhältnis
des Abgasrückführungs-Steuerventils wird entsprechend
dem ermittelten Abgas-Durchsatz gesteuert.
Die Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine wird vorwiegend
auf der Grundlage der Kühlmitteltemperatur
und der Lastbedingungen der Brennkraftmaschine gesteuert.
Bei niedriger Temperatur wird die Leerlaufdrehzahl auf
einem von der Kühlmitteltemperatur abhängigen, verhältnismäßig
hohen Wert gehalten. In einem der normalen
Betriebstemperatur entsprechenden Temperaturbereich
wird eine rückgekoppelte Regelung der Leerlaufdrehzahl
anhand der Differenz zwischen der Ist-Drehzahl
und einer auf der Grundlage der Maschinentemperatur,
der Lastbedingungen und anderer Parameter ermittelten
Soll-Drehzahl durchgeführt.
Gemäß Fig. 4A und 4B umfaßt die Steuereinheit 1000
einen Fehlerwächter 1002. In der Praxis handelt es
sich bei dem Fehlerwächter 1002 um ein Programm, das
in einem Speicher gespeichert ist und durch eine
Zentraleinheit 1300 abgearbeitet wird. Die Steuereinheit
1000 ist mit Hilfe eines Prüfanschlusses 2010
mit einer externen Prüfeinheit 2000 verbindbar. Die
Prüfeinheit 2000 liefert ein Signal an die Steuereinheit
1000, durch das der Fehlerwächter in Betrieb gesetzt
wird, so daß eine Folge von Einzelprüfungen durchgeführt
werden kann, die anhand von Eingangssignalen
identifiziert werden. Die externe Prüfeinheit 2000
ist in der japanischen Patentveröffentlichung 56-1 41 534
beschrieben, auf die hiermit Bezug genommen wird.
Über einen weiteren Anschluß ist die Steuereinheit 1000
mit dem Fahrzeuginformationssystem verbunden.
Der Fehlerwächter 1002 der Steuereinheit 1000 ist mit
einer Fehleranzeige 1008 verbunden. Der Fehlerwächter
1002 erzeugt ein Fehlersignal, wenn bei einer der Einzelprüfungen
ein Fehler festgestellt wird. Auf das
Fehlersignal hin wird durch die Fehleranzeige die
Fehlfunktion des Steuersystems angezeigt. Bei der
Durchführung des Prüfprogramms werden die bei einer
Serie von Einzelprüfungen ermittelten Prüfdaten in
dem Permanentspeicher 1450 gespeichert. Wenn die Fehleranzeige
1008 aktiviert wird, liefert die Eingabeeinheit
25 des Fahrzeuginformationssystems einen Lesebefehl an
das Maschinen-Steuersystem, so daß die Prüfdaten aus
dem Permanentspeicher 1450 gelesen werden. Auf der
Grundlage der zurückgewonnenen Prüfdaten liefert das
Fahrzeuginformationssystem das Fehler-Anzeigesignal
an die Anzeigeeinheit 28, so daß das fehlerhafte Bauelement
und die Fehlerbedingung angezeigt werden.
In Fig. 5 sind die Eingangs- und Ausgangsdaten des
Steuersystems zusammengefaßt. Die Steuereinheit 1000
ist mit dem Zündschalter 10, dem Getriebestellungssensor
36, dem Gashebel-Positionssensor 33, dem Bremsschalter
34, dem Parkbrems-Schalter 35, dem Kurbelwinkelsensor
120, dem Luftmengensensor 122 und dem Kühlmittel-
Temperatursensor 123 verbunden und nimmt das Anlaß-Signal,
das Getriebepositionssignal, das Gashebel-Positionssignal,
das Bremssignal, das Parkbrems-Signal, das Kurbelwinkel-
Bezugssignal und das Kurbelwinkelsignal, das Ansaugluftdurchsatz-
Signal und das Kühlmittel-Temperatursignal
auf. Die Steuereinheit 1000 ist weiterhin mit dem
Kurbelwellen-Drehmomentsensor 121, dem Ausgangs-Drehmomentsensor
141 und dem Ausgangs-Drehzahlsensor 140 verbunden
und nimmt von diesen Sensoren das Kurbelwellen-
Drehmomentsignal, das Ausgangs-Drehmomentsignal und das
Ausgangs-Drehzahlsignal auf. Weiterhin ist die Steuereinheit
1000 mit der Eingabeeinheit 25 verbunden, die
die manuelle Eingabe verschiedener Daten einschließlich
der Betriebsart-Wähldaten ermöglicht. Das Funktionsschema
des Antriebszuges einschließlich der Brennkraftmaschine
und des Getriebes wird entsprechend den Betriebsart-
Wähldaten verändert. Im gezeigten Ausführungsbeispiel
kann zwischen der Leistungs-Betriebsart, der Normal-
Betriebsart und der Spar-Betriebsart gewählt werden.
Ein derartiger Betrieb eines Antriebssystems in veränderbaren
Betriebsarten ist in der japanischen Patentveröffentlichung
58-13 140 beschrieben worden.
Mit der Spannungsquelle 15 ist die Steuereinheit 1000
einerseits unmittelbar und andererseits über das Batterie-
Relais 17 verbunden.
Die Steuereinheit 1000 steuert das Batterie-Relais 17
mit Hilfe eines Batterie-Relaissteuersignals. Bei diesem
Steuersignal handelt es sich um Ein/Aus-Signal, durch
das das Relais 17 erregt oder entregt wird. Wenn sich
der Zündschalter in der Zündstellung oder der Startstellung
befindet, liefert die Steuereinheit 1000 das
Ein-Signal an das Batterie-Relais 17, so daß das Relais
erregt wird. Wenn sich der Zündschalter 10 in der Zündstellung
oder Startstellung befindet, ist daher die
Steuereinheit an die Haupt-Spannungsversorgung angeschlossen.
Wenn sich dagegen der Zündschalter in der
Stand-Stellung, der Aus-Stellung oder einer Verriegelungsstelung
befindet, in der zur Diebstahlsicherung
die Lenkung des Fahrzeugs blockiert ist, so ist die
Steuereinheit 1000 nur über die Hilfs-Spannungsversorgung
mit der Spannungsquelle verbunden, so daß die
Löschung des Inhaltes der Speicher der Steuereinheit
verhindert wird.
Die Steuereinheit 1000 liefert Ausgabedaten an die
Anzeigeeinheit 28. Die an die Anzeigeeinheit 28 übertragenen
Ausgabedaten umfassen beispielsweise Daten
über die Betriebsart, die Getriebeposition und dergleichen.
Ferner kann es sich bei diesen Daten um
die Ergebnisse einer Diagnose des Steuersystems für
den Antriebszug handeln. Ein Beispiel einer solchen
Datenausgabe ist in der japanischen Patentveröffentlichung
58-13 140 beschrieben worden.
Die Ansaugluftmenge wird durch die Steuereinheit 1000
in Abhängigkeit von dem Signal des Gashebel-Positionssensors
33 gesteuert. Das Luftmengen-Steuersignal wird
dem Drosselklappen-Stellglied 30 zugeführt, das in der
japanischen Patentveröffentlichung 58-25 853 beschrieben
ist.
Bei der Regelung des Ansaugluftdurchsatzes erzeugt die
Steuereinheit 1000 anhand des Gashebel-Positionssignals
ein Luftmengen-Steuersignal, das für den gewünschten,
mit Hilfe des Stellgliedes 30 einzustellenden Öffnungsgrad
der Drosselklappe 32 repräsentativ ist. Allgemein
entspricht der Öffnungsgrad der Drosselklappe 30 dem
Grad der Betätigung des Gashebels 11, der durch das
Gashebel-Positionssignal repräsentiert wird. Eine Verzögerung
zwischen der Eingabe des Gashebel-Positionssignals
und der Ausgabe des Luftmengen-Steuersignals
beruht zum Teil auf der Tatsache, daß die Geschwindigkeit
der Änderung des Öffnungsgrades der Drosselklappe in
der Normal-Betriebsart auf eine Standard-Änderungsgeschwindigkeit
begrenzt ist. In diesem Fall ist daher
das Beschleunigungs- und Verzögerungsverhalten der
Brennkraftmaschine in einem normalen Ausmaß von den
Änderungen der Position des Gashebels abhängig. Wenn
die Spar-Betriebsart gewählt wurde, ist die Öffnungsgeschwindigkeit
der Drosselklappe kleiner als in der
Normal-Betriebsart. Durch diese Maßnahme wird die Möglichkeit
einer Gemisch-Anreicherung im Rahmen der
Einspritzsteuerung verringert, so daß sich insgesamt
ein niedrigerer Kraftstoffverbrauch ergibt.
In der Leistungs-Betriebsart ist die Öffnungsgeschwindigkeit
der Drosselklappe größer als in der Normal-
Betriebsart. Dies hat zur Folge, daß die Öffnungsbewegung
der Drosselklappe direkter auf die Betätigung
des Gashebels anspricht, so daß der Fahrer ein rasches
Beschleunigungs- oder Verzögerungsverhalten der Brennkraftmaschine
ausnutzen kann.
Im Leerlauf oder bei auslaufender Brennkraftmaschine
wird der Öffnungswinkel der Drosselklappe mit Hilfe
des auf das Stellglied 30 wirkenden Steuersignals
derart gesteuert, daß die Drehzahl der Brennkraftmaschine
konstant bleibt, wie in der japanischen Patentveröffentlichung
55-1 60 137 beschrieben wird. Wenn
dagegen ein automatisches Geschwindigkeitsregelungssystem
in Betrieb ist, durch das die Maschinendrehzahl
oder die Ausgangsdrehzahl des Getriebes derart gesteuert
wird, daß die Fahrzeuggeschwindigkeit auf einem
gewünschten Wert gehalten wird, so ermittelt die
Steuereinheit 1000 das Luftmengen-Steuersignal anhand
der Differenz zwischen der gemessenen Fahrzeuggeschwindigkeit
und der voreingestellten Fahrzeuggeschwindigkeit.
Ein derartiges automatisches Geschwindigkeits-Regelungssystem
ist beschrieben worden in den US-Patentschriften
44 34 469, 43 49 739 und 44 51 890.
Die erfindungsgemäße Steuereinheit 1000 ermöglicht
ferner eine Steuerung der Drosselklappe in Abhängigkeit
vom Ausgangsdrehmoment des Antriebssystems. Die Einzelheiten
einer derartigen drehmomentabhängigen Regelung
der Luftmenge sollen weiter unten erläutert werden.
Das die Kraftstoff-Einspritzung steuernde Signal (Einspritzsignal)
ist ein Impulssignal, das die Öffnungszeit
des Einspritzventils steuert und das über die
Datenleitung 23 von der Steuereinheit 1000 an das Einspritzventil
übermittelt wird. Wie in der offengelegten
japanischen Patentanmeldung 55-1 25 334 beschrieben wird,
besteht das Grundkonzept der Regelung der Kraftstoff-
Einspritzung darin, daß die Öffnungsdauer des Einspritzventils
(Einspritzmenge) die zu dem Einspritzdurchsatz
proportional ist, auf der Grundlage des Kurbelwinkelsignals
und des Luftmengensignals berechnet und anschließend
in unterschiedlicher Weise korrigiert wird,
und daß das Ergebnis als Einspritz-Steuersignal synchron
zu dem Betrieb der Brennkraftmaschine ausgegeben
wird. In der Normal-Betriebsart sind die die Kraftstoff-
Einspritzmenge betreffenden Informationen, die durch das
Einspritz-Steuersignal widergespiegelt werden, derart
gewählt, daß das Luft/Brennstoff-Verhältnis auf dem
Wert AN in Fig. 6 gehalten wird. In der Leistungs-
Betriebsart und in der Spar-Betriebsart werden durch
das Einspritz-Steuersignal abweichende Informationen
wiedergegeben, wie nachfolgend unter Bezugnahme auf
Fig. 6 erläutert werden soll. In Fig. 6 ist die
Veränderung des Ausgangsdrehmomentes TrA und des Kraftstoffverbrauches
FcA in Abhängigkeit von dem Luft/Brennstoff-
Verhältnis (A/F) dargestellt. In der Leistungs-
Betriebsart wird die Kraftstoffeinspritzung derart
gesteuert, daß sich das Luft/Brennstoff-Verhältnis
At ergibt, das einem maximalen Drehmoment TrA entspricht.
Das Einspritz-Steuersignal für diese Betriebsart wird
erzeugt, indem man den Grundwert für die Öffnungsdauer
des Einspritzventils mit einem bestimmten Wert multipliziert
oder zu diesem Grundwert einen bestimmten Wert
hinzuaddiert. In der Spar-Betriebsart wird die Kraftstoffeinspritzung
derart gesteuert, daß sich das mit AE bezeichnete
Luft/Brennstoff-Verhältnis ergibt, das einem
minimalen Kraftstoffverbrauch FcA entspricht. Das Einspritz-
Steuersignal für diese Betriebsart wird erzeugt,
indem man den Grundwert der Öffnungsdauer des Einspritzventils
mit Hilfe eines Korrekturkoeffizienten verringert.
Wie in den offengelegten japanischen Patentanmeldungen
57-1 85 501 und 54-58 165 beschrieben wird, steuert das
Zündungs-Steuersignal die Zündenergie und die Zündzeitpunkte,
indem synchron mit dem Kurbelwinkel-Bezugssignal
die Zeit, während der ein Strom durch eine Primärspule
der Zündspule fließt, und der Zeitpunkt der Beendigung
dieser Stromzufuhr gesteuert werden. Dieses Steuersignal
wird von der Steuereinheit 1000 über die Datenleitung
23 übermittelt. Die Zündenergie wird unabhängig von
Änderungen der Maschinendrehzahl (Zyklus oder Frequenz
des Kurbelwinkelsignals) und von Änderungen der Batteriespannung
konstant gehalten, und die Zündzeitpunkte werden
anhand der Maschinendrehzahl, des Kurbelwellen-Drehmomentes
als Ausgangsdrehmoment der Brennkraftmaschine ermittelt,
wobei Abgas-Gesichtspunkte und der Kraftstoffverbrauch
berücksichtigt werden. Der Zündzeitpunkt wird auf einen
optimalen Zeitpunkt festgelegt, an dem sich ein maximales
Drehmoment und ein minimaler Kraftstoffverbrauch ergibt.
Es ist daher nicht erforderlich, den Zündzeitpunkt bei
einem Wechsel der Betriebsart zu ändern. Der genaue
Zündzeitpunkt, bei dem das Drehmoment maximal und der
Kraftstoffverbrauch minimal ist, ändert sich jedoch in
Abhängigkeit von der obenerwähnten Änderung des Einspritz-
Steuersignals und des Luftmengen-Steuersignals und in
Abhängigkeit von der nachfolgend beschriebenen Änderung
eines Abgasrückführungs-Steuersignals, eines Getriebepositions-
Steuersignals und eines Kupplungs-Steuersignals
bei einem Wechsel der Betriebsart. Der Zündzeitpunkt
muß daher entsprechend angepaßt werden. Zu diesem Zweck
wird eine Anzahl von Tabellen der Zündzeitpunkte erstellt.
Die Anzahl der Tabellen entspricht der Anzahl der wählbaren
Betriebsarten. Eine der ausgewählten Betriebsarten
entsprechende Tabelle wird ausgewählt und der Berechnung
der durch das Zündungs-Steuersignal 222 angegebenen
Zündzeitpunkte zugrunde gelegt. In einer alternativen
Ausführungsform wird das für die jeweilige Betriebsart
geeignete Zündzeitpunkt-Signal dadurch erzeugt, daß die
in einer Tabelle zusammengestellten Grund-Zündzeitpunktwerte
einheitlich entsprechend der ausgewählten Betriebsart
korrigiert werden.
Wie in der offengelegten japanischen Patentanmeldung
55-32 918 beschrieben wird, enthält das Abgasrückführungs-
Steuersignal Informationen, die sich auf den
Öffnungsgrad des Abgasrückführungs-Steuerventils (und
damit auf den Abgasdurchsatz im Rückführungskanal)
beziehen. Dieses Steuersignal wird von der Steuereinheit
1000 über die Datenleitung 23 übermittelt. In
der Normal-Betriebsart wird der Öffnungsgrad des Abgasrückführungs-
Steuerventils, d. h., die zurückgeführte
Abgasmenge (Abgasdurchsatz) auf der Grundlage der
Maschinendrehzahl und des Kurbelwellendrehmoments ermittelt,
wobei die Abgaszusammensetzung und der Kraftstoffverbrauch
berücksichtigt werden, so daß sich der
in Fig. 7 durch EN angegebene Abgasrückführungs-Durchsatz
ergibt. In der Leistungs-Betriebsart und der Spar-
Betriebsart enthält das Abgasrückführungs-Steuersignal
abweichende Informationen, wie nachfolgend unter Bezugnahme
auf Fig. 7 erläutert werden soll. Fig. 7 veranschaulicht,
wie sich das Ausgangsdrehmoment TrE der
Brennkraftmaschine und der Kraftstoffverbrauch FcE
in Abhängigkeit vom Abgasrückführungs-Durchsatz ändern.
In der Leistungs-Betriebsart entspricht das Abgasrückführungs-
Steuersignal einem Durchsatz Ep, bei dem das
Drehmoment TrE maximal ist, während dieses Signal in der
Spar-Betriebsart einem Abgasrückführungs-Durchsatz entspricht,
bei dem der Kraftstoffverbrauch FcE minimal
ist. Die Änderung des Abgasrückführungs-Steuersignals
SEGR beim Umschalten von einer Betriebsart auf eine
andere wird beispielsweise mit Hilfe mehrerer Tabellen
ausgeführt, deren Anzahl der Anzahl der Betriebsarten
entspricht.
Durch ein Getriebepositions-Steuersignal werden Informationen
übermittelt, die sich auf ein gewünschtes Übersetzungsverhältnis
(Getriebesposition) des Getriebes 4
beziehen. Dieses Signal wird von der Steuereinheit 1000
über die Datenleitung 24 an ein bekanntes Stellglied 402
zur Auswahl der Getriebestufe übermittelt. Das Übersetzungsverhältnis
wird auf der Grundlage des Eingangsdrehmomentes
des Getriebes (Kurbelwellen-Drehmoment) und
der Fahrzeuggeschwindigkeit (Ausgangs-Drehzahl des Getriebes)
bestimmt, wobei das Antriebsdrehmoment, der
Kraftstoffverbrauch und Motorvibrationen berücksichtigt
werden. Wie in den offengelegten japanischen Patentanmeldungen
57-47 056, 56-24 255 und 56-24 256 beschrieben
wird, steuert das Getriebepositions-Steuersignal eine
Anzahl von Gangwechsel-Spulen des Getriebes 4, so daß
die gewünschte Getriebeposition eingestellt wird. Die
in dem Getriebepositions-Steuersignal Str kodierte Information
wird aus verschiedenen Getriebepositions-
Tabellen (Schaltmustern) hergeleitet, wie in Fig. 8 (A),
8 (B) und 8 (C) gezeigt ist. Die Tabelle in Fig. 8 (A)
entspricht der Spar-Betriebsart, während die Tabelle gemäß
Fig. 8 (B) der Normal-Betriebsart und die Tabelle gemäß
Fig. 8 (C) der Leistungs-Betriebsart entspricht. Wie
sich aus den in diesen Figuren angegebenen Schaltmustern
ergibt, verschieben sich die Schaltschwellen
1-2, 2-3, 3-2 und 2-1 beim Übergang von Fig. 8 (A)
über Fig. 8 (B) zu der Fig. 8 (C) zu höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten,
so daß eine zunehmende Tendenz besteht,
die untere Getriebestufe beizubehalten, bis eine
höhere Fahrzeuggeschwindigkeit erreicht ist. Somit
steht bei dem Schaltschema gemäß Fig. 8 (A) die Kraftstoffersparnis
im Vordergrund, während bei dem Schaltschema
gemäß Fig. 8 (C) die Leistungssteigerung im
Vordergrund steht und das Schaltschema gemäß Fig. 8 (B)
eine mittlere Charakteristik aufweist.
Ein Überbrückungs-Steuersignal steuert die Verbindung und
Trennung von Eingangs- und Ausgangselementen des Drehmomentwandlers
des Getriebes 4. Dieses Signal wird von der
Steuereinheit 1000 über die Datenleitung 24 an ein herkömmliches
Kupplungs-Stellglied 104 übertragen. Wie in
den offengelegten japanischen Patentanmeldungen 56-24 255,
56-24 256 und 57-33 253 beschrieben wird, wird das Überbrückungs-
Steuersignal auf der Grundlage des Kurbelwellen-
Drehmomentes und der Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt,
wobei der Kraftstoffverbrauch und Vibrationen des
Fahrzeugs berücksichtigt werden. Wie beispielsweise
in Fig. 9 gezeigt ist, wird der Drehmomentwandler in der Normal-
Betriebsart innerhalb eines Betriebsbereiches überbrückt, der durch
die durchgezogene Linie LN eingeschlossen ist. In der
Leistungs-Betriebsart erfolgt die Überbrückung des Drehmomentwandlers
innerhalb eines von der gestrichelten
Linie Lp eingeschlossenen Betriebsbereiches, und in
der Spar-Betriebsart erfolgt die Überbrückung innerhalb
eines durch die strichpunktierte Linie LE eingeschlossenen
Betriebsbereiches. Der Überbrückungs-Bereich für
die Normal-Betriebsart deckt denjenigen Bereich ab,
in dem keine nennenswerten Fahrzeugvibrationen während
der Beschleunigung und Verzögerung auftreten. Der Überbrückungs-
Bereich für die Leistungs-Betriebsart deckt
eine kleinere Fläche des Kennfeldes ab als der Überbrückungs-
Bereich für die Normal-Betriebsart schließt
jedoch den Betriebsbereich ein, in welchem eine Überbrückung
des Drehmomentwandlers für eine wirksame Abbremsung
des Fahrzeugs mit Hilfe der Brennkraftmaschine
erforderlich ist, so daß die drehmomentverstärkende
Wirkung für eine verbesserte Beschleunigung ausgenutzt
wird. Der Überbrückungsbereich für die Spar-Betriebsart
deckt eine hinreichend große Fläche des Kennfeldes ab,
so daß keine nennenswerten Vibrationen bei der Beschleunigung
und Verzögerung des Fahrzeugs auftreten.
Das Überbrückungs-Steuersignal steuert die relative Drehung
(den Schlupf) zwischen den Eingangs- und Ausgangselementen,
indem die Verbindung oder Kupplung zwischen den Eingangs-
und Ausgangselementen innerhalb des Drehmomentwandlers
hergestellt oder gelöst wird, so daß der
Drehmomentwandler jeweils in dem Zustand betrieben wird,
der für die ausgewählte Betriebsart am besten geeignet
ist.
Fig. 10 zeigt den Aufbau der Steuereinheit 1000. Eine
Signalformer-Schaltung 1100 ist mit der Eingangsseite
einer Eingabeschaltung 1200 eines die eigentliche Steuereinheit
bildenden Mikroprozessors verbunden. Die Signalformer-
Schaltung nimmt das Kurbelwinkel-Bezugssignal
und das Kurbelwinkelsignal des Kurbelwinkelsensors 120,
das Getriebepositions-Signal des Getriebestellungs-Sensors
36, das Gashebel-Positionssignal des Gashebel-Positionssensors
33, das Bremssignal des Bremsschalters 34, das
Parkbrems-Signal des Parkbrems-Schalters 35, das Kurbelwellen-
Drehmomentsignal des Kurbelwellen-Drehmomentsensors
121, das Zündschalter-Positionssignal einschließlich
des Anlaß-Signals, das Ansaugluft-Durchsatzsignal, das
Kühlmittel-Temperatursignal des Temperatursensors 123,
das Ausgangs-Drehmomentsignal des Ausgangs-Drehmomentsensors
141 und das Getriebeausgangs-Drehzahlsignal des
Ausgangs-Drehzahlsensors 140 auf. Darüber hinaus werden
manuell eingegebene Daten einschließlich der Betriebsart-
Wähldaten von der Eingabeeinheit 25 über die Signalformer-
Schaltung 1100 eingegeben. Die Signalformer-
Schaltung dient zur Unterdrückung des Rausches in den
eingegebenen Signalen und zur Dämpfung von Schwingungen
dieser Signale, so daß Fehlfunktionen der Steuereinheit
1000 infolge von Rauschen oder Störimpulsen verhindert
werden. Darüber hinaus werden die Eingangssignale verstärkt
und umgeformt, so daß sie mit der Eingabeschaltung
1200 kompatibel sind.
Die Eingabeschaltung 1200 wandelt sämtliche analogen
Eingangssignale wie das Ansaugluft-Durchsatzsignal,
das Gashebel-Positionssignal und dergleichen in Digitalsignale
um. Darüber hinaus zählt die Eingabeschaltung
1200 Frequenzimpulse während eines vorgegebenen Zeitraumes,
um die Signale in digital kodierte Signale
umzuwandeln, die als Eingabedaten von der Zentraleinheit
1300 gelesen werden können, und speichert die
Signale in entsprechenden internen Registern.
Die Zentraleinheit 1200 arbeitet in diskreten, einheitlichen
Zeiteinheiten, die durch ein Taktsignal vorgegeben
werden. Das Taktsignal wird von einem oszillierenden
Signal abgeleitet, das von einem Kristall-Oszillator
1310 erzeugt wird. Die Zentraleinheit 1300 ist über
einen Datenbus 1320 mit der Eingabeschaltung 1200, einem
Speicher 1400, einer Ausgabeschaltung 1500 und einem
Operations-Zeitgeber 1350 verbunden. Im Betrieb arbeitet
die Zentraleinheit ein Steuerprogramm ab, das in einem
Masken-ROM 1410 und einem PROM 1420 des Speichers 1400
gespeichert ist, liest verschiedene Eingabedaten aus
den entsprechenden Registern der Eingabeschaltung 1200,
führt arithmetische Operationen mit diesen Eingabedaten
aus, durch die Ausgabedaten erzeugt werden, und übermittelt
diese Ausgabedaten an entsprechende Register
in der Ausgabeschaltung 1500. Der Speicher 1400 ist
eine Speichereinrichtung, die zusätzlich zu dem oben
erwähnten Masken-ROM (Nur-Lese-Speicher 1410) und dem
PROM (Permanent-Nur-Lese-Speicher) 1420 einen Speicher
mit wahlfreiem Zugriff (RAM 1430) und einen Haltespeicher
1450 umfaßt. Der Masken-ROM 1410 dient zur
dauerhaften Speicherung von Steuerprogrammen und Daten,
die für die Ausführung des Programms benötigt werden.
Der PROM 1420 dient zur dauerhaften Speicherung von
Werten der Fahrzeuggschwindigkeit und von Steuerprogrammen,
die je nach Ausführung und Typ der Brennkraftmaschine
und des Getriebes geändert werden. Die Daten
werden in dem PROM 1420 gespeichert, wenn dieser in
dem Steuersystem installiert wird. Der Speicher mit
wahlfreiem Zugriff RAM 1430 gestattet eine freie
Löschung und Änderung der Speicherwerte und wird zur
vorübergehenden Speicherung von Zwischenergebnissen
der arithmetischen Operationen der Zentraleinheit
1300 und zur vorübergehenden Speicherung der Endergebnisse
dieser Operationen benutzt, bevor die Endergebnisse
an die Ausgabeschaltung 1500 übermittelt werden.
Die Speicherinhalte werden gelöscht, sobald der Mikroprozessor
beim Umschalten des Zündschalters 10 in die
Aus-Stellung von der Haupt-Spannungsversorgung 107
getrennt wird. Der Haltespeicher 1450 dient zur Speicherung
von Daten wie etwa solchen Zwischenwerten und Endwerten
der arithmetischen Operationen der Zentraleinheit
1300, die auch nach dem Anhalten des Fahrzeugs noch
gespeichert werden sollen. Aufgrund der ständigen
Verbindung dieses Speichers mit der Hilfs-Spannungsversorgung
108 wird der Inhalt dieses Speichers auch
dann nicht gelöscht, wenn der Mikroprozessor von der
Haupt-Spannungsversorgung 107 getrennt wird.
Der Operations-Zeitgeber 1350 dient zur Erweiterung der
Kapazität der Zentraleinheit 1300 und umfaßt eine Multiplikationsschaltung
zur Beschleunigung der Datenverarbeitung
in der Zentraleinheit 1300, ein Intervall-Zeitglied
zur Erzeugung eines Unterbrechungssignals nach Ablauf
eines vorgegebenen Zeitintervalls und einen freilaufenden
Zähler zum Messen der abgelaufenen Zeit zur Auslösung
von Verschiebungen zwischen aufeinanderfolgenden
Ereignissen und zur Speicherung der Zeitpunkte solcher
Ereignisse. Die Ausgabeschaltung 1500 speichert die
Ausgabedaten der Zentraleinheit 1300 in entsprechenden
internen Registern. Ferner dient die Ausgabeschaltung
zur Umwandlung dieser Daten in Impulssignale oder
binäre Schaltsignale, bevor die Daten an eine Treiberschaltung
1600 übermittelt werden. Die Treiberschaltung
1600 ist ein Leistungsverstärker zur Spannungs- oder
Stromverstärkung der Signale der Ausgabeschaltung 1500
und zur Erzeugung der verschiedenen Ausgangssignale.
Eine Notschaltung 1700 wird durch ein Überwachungssignal
1710 aktiviert, das durch Überwachung der
von der Treiberschaltung 1600 erzeugten Signale gewonnen
wird. Wenn die Notschaltung aktiviert wird, so bedeutet
dies, daß die Zentraleinheit 1300 oder der Speicher
1400 eine Fehlfunktion aufweist. Die Notschaltung
1700 nimmt einige der Signale von der Signalformer-
Schaltung 1100 auf und erzeugt Ausgangssignale 1720, die
den weiteren Betrieb der Brennkraftmaschine 3 und des
Getriebes 4 ermöglichen, so daß das Fahrzeug seine Fahrt
fortsetzen kann. Darüber hinaus erzeugt die Notschaltung
ein Schaltsignal 1730, das das Auftreten einer Fehlfunktion
anzeigt. Die Signale 1720 und 1730 gelangen
an eine Schalteinheit 1750 und bewirken, daß die Schalteinheit
1750 die Signale der Ausgabeschaltung 1500
blockiert und statt dessen die Ausgangssignale 1720
der Notschaltung 1700 an die Treiberschaltung 1600
weiterleitet, so daß die Fahrt ungefährdet zumindest
bis zur nächsten Reparaturwerkstatt fortgesetzt werden
kann. Die Bauelemente der Notschaltung dienen
zugleich als Fehlerwächter gemäß Fig. 5.
Eine Spannungsversorgungsschaltung 1800 ist an die
Haupt-Spannungsquelle 17 und an die Hilfs-Spannungsquelle
16 angeschlossen. Die Spannungsversorgungsschaltung
1800 liefert eine konstante 5-V-Spannung 1810 von
der Haupt-Spannungsquelle 17 an die Eingabeschaltung
1200, die Zentraleinheit 1330, den Speicher 1400,
die Ausgabeschaltung 1500 und den Operations-Zeitgeber
1350. Ferner liefert die Spannungsversorgungsschaltung
eine weitere konstante 5-V-Spannung 1820 an die Notschaltung
1700. Die Spannungsversorgungsschaltung liefert
ferner ein für den Ein- oder Aus-Zustand des
Zündschalters repräsentatives Signal 1830 an die Eingabeschaltung
1200, ein Rückstellsignal 1840 und ein
Halt-Signal 1850, um einen Zugriff der Zentraleinheit
1300 auf den Datenbus 1320 vorübergehend zu verhindern, und
eine konstante Spannung 1860 für einen internen Analog/
Digital-Wandler an die Eingabeschaltung 1200 und eine
Hauptspannung 1870 an die Signalformer-Schaltung 1100,
die Treiberschaltung 1600 und die Schalteinheit 1750.
Weiterhin liefert die Spannungsversorgungsschaltung
1800 eine konstante Spannung 1880 von 5 V von der Hilfs-
Spannungsquelle 16 an den Haltespeicher 1440, so daß
dieser auch nach dem Abschalten der Zündung noch in
Betrieb bleibt.
Nachfolgend soll der grundlegende Aufbau der Steuerprogramme
für die Arbeitsweise der Steuereinheit anhand
von Fig. 11 erläutert werden.
Die Steuerprogramme lassen sich im wesentlichen in
vier Gruppen unterteilen, nämlich in Initialisierungsprogramm
3000, eine Hintergrund-Programmgruppe 4000,
eine Unterbrechungs-Steuerprogrammgruppe 5000 und eine
Unterprogrammgruppe 3100.
Wenn der Zündschalter 10 auf Ein geschaltet wird und
die Haupt-Spannungsquelle 17 mit der Steuereinheit verbunden
wird, so erzeugt die Spannungsversorgungsschaltung
1800 das Rückstellsignal 1840, durch das die Steuerprogramme,
beginnend bei der Marke RESET in Fig. 11, in Lauf
gesetzt werden. Zunächst wird das Initialisierungsprogramm
3000 in Lauf gesetzt, so daß Anfangswerte in dem RAM
1430 und in den Eingabe- und Ausgabeschaltungen 1200
und 1500 voreingestellt werden (Initialisierung). Nach
der Initialisierung wird die wiederholte Durchführung
des Hintergrundprogramms 4000 ausgelöst. Diese Programmgruppe
umfaßt eine Vielzahl von Programmen, die nacheinander,
in einer ihrer Priorität entsprechenden Reihenfolge
ablaufen. Bei Eintreffen eines Unterbrechungssignals
wird das Hintergrundprogramm 4000 unterbrochen,
wie durch einen gestrichelten Pfeil (1) in Fig. 11 veanschaulicht
wird. Der Pfeil (1) führt zu der Unterbrechungs-
Steuerprogrammgruppe 5000, die bei der Marke
INTERRUPT beginnt. In einer abgewandelten Ausführungsform
der Erfindung ist auch eine Unterbrechung des
Initialisierungsprogramms 3000 möglich.
Nachdem die Ursache für das Unterbrechungssignal identifiziert
ist, wählt die Programmgruppe 5000 aus einer
Vielzahl von Programmen dasjenige Programm aus, das
zu der erkannten Ursache der Unterbrechung gehört und
setzt dieses Programm in Lauf. Nach der Durchführung
des ausgewählten Programms kehrt die Steuerung zu der
Stelle zurück, an der die Abarbeitung der Hintergrund-
Programmgruppe 4000 unterbrochen wurde, wie durch einen
gestrichelten Pfeil (2) veranschaulicht wird. Das Hintergrundprogramm
wird daraufhin von der Unterbrechungsstelle
an fortgesetzt.
Wenn während der Ausführung der Unterbrechungs-Steuerprogrammgruppe
5000 ein weiteres Unterbrechungssignal
eintrifft, springt die Steuerung erneut zu der Marke
INTERRUPT, wie durch den gestrichelten Pfeil (3) veranschaulicht
wird, und die Priorität des unterbrochenen
Unterbrechungs-Steuerprogramms wird mit der Priorität
desjenigen Unterbrechungs-Steuerprogramms verglichen,
die dem neuen Unterbrechungssignal entspricht. Auf
diese Weise wird entschieden, welches Programm als
nächstes ausgeführt wird. Je nach dem Ergebnis dieses
Vergleichs führt das neue Unterbrechungssignal entweder
zum Umschalten auf das diesem Signal entsprechende
neue Programm, wie durch den gestrichelten Pfeil (4)
veranschaulicht wird, und das ursprüngliche Unterbrechungs-
Programm wird anschließend wieder aufgenommen,
oder es wird zunächst das ursprüngliche Unterbrechungs-
Programm zu Ende geführt, und die Steuerung springt anschließend
unmittelbar zu dem Unterbrechungs-Programm,
das dem neuen Unterbrechungssignal entspricht, wie
durch den gestrichelten Pfeil (5) veranschaulicht
wird.
Von den verschiedenen Programmen der Hintergrund-Programmgruppe
4000 und der Unterbrechungs-Steuerprogrammgruppe
5000 können die am häufigsten benötigten Programme
in die Unterprogrammgruppe 3100 ausgegliedert
werden. Wenn während der Durchführung eines Programms
der Hintergrund-Programmgruppe 4000 oder der Unterbrechungs-
Steuerprogrammgruppe 5000 Bedarf für eines
der obengenannten Unterprogramme besteht, so springt
die Steuerung zu dem Unterprogramm 3100, wie durch
die gestrichelten Pfeile (6), (8) und (10) veranschaulicht
wird. Nach der Durchführung dieses Unterprogramms
kehrt die Steuerung unmittelbar zu derselben Stelle
des ursprünglichen Programms zurück, wie durch die
gestrichelten Pfeile (7), (9) und (11) veranschaulicht
wird. Obgleich dies in der Zeichnung nicht dargestellt
ist, kann auch die Durchführung eines Unterprogramms
unterbrochen werden.
Wenn die Unterbrechung eines Programms zu Schwierigkeiten
führen würde, kann die Befolgung des Unterbrechungssignals
bis zum Ende dieses Programms verhindert werden.
Bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der
Steuerprogramme soll auf die in Fig. 12 aufgelisteten
Steuerprogramme Bezug genommen werden.
Wenn der Zündschalter 10 auf Ein geschaltet wird und
die Haupt-Spannungsquelle 17 mit der Steuereinheit
verbunden wird, wird das Rückstellsignal 1840 erzeugt,
so daß das Initialisierungsprogramm 3000 bei einer
bestimmten, als "Rückstellvektor-Adresse" bezeichneten
Adresse gestartet wird. Das Initialisierungsprogramm
3000 dient zur Vorbereitung der Durchführung verschiedener
nachfolgender Programme, indem Anfangswerte in
der Zentraleinheit 1300, dem RAM 1430 und den Eingabe-
und Ausgabeschaltungen 1200 und 1500 voreingestellt
werden. Dieses Programm löscht alle Speicherplätze des
RAM-Speichers, zu denen der Mikrocomputer Zugriff hat,
und erzeugt alle die Befehle, die erforderlich sind,
um die Eingabeschaltung 1200, die Ausgabeschaltung 1500
und den Operations-Zeitgeber 1350 in Betrieb zu setzen.
Die entsprechenden Befehle enthalten einen Befehl zur
Freigabe einer Befehlsmaske für die Behandlung der Unterbrechungssignale,
einen Befehl zum Einstellen einer
Frequenzzeitgeber-Unterbrechung, einen Befehl zum Einstellen
einer Meßzeit für die Messung verschiedener
Drehzahlen und Fahrzeuggeschwindigkeiten und einen
Befehl zum Einstellen eines Anfangszustandes für die
einzelnen Ausgaberegister. Nach der Initialisierung
wird ein Befehl, der die Durchführung von Unterbrechungen
ermöglicht, an die Zentraleinheit 1300 übermittelt.
Die Durchführung des Hintergrundprogramms 4000 wird
während des normalen Betriebes der Zentraleinheit 1300
fortgesetzt, d. h., solange kein Erfordernis für Unterbrechungen
besteht. Die Hintergrund-Programmgruppe 4000
besteht aus Arbeitsprogrammen mit niedriger Dringlichkeit
wie etwa Arbeitsprogrammen, die eine lange Rechenzeit
benötigen, oder Arbeitsprogrammen zur Berechnung stationärer
Steuerkonstanten. Die Hintergrund-Programmgruppe 4000
umfaßt ein Berechnungsprogramm 4100 zur Berechnung von
Steuerdaten für stationäre Maschinenzustände, ein Berechnungsprogramm
4200 für Niedriggeschwindigkeits-Korrekturdaten, ein Lern- oder
Programmierungs-Steuerprogramm 4300 und ein Prüfprogramm
4400. Diese Programme werden zyklisch in einer vorgegebenen
Reihenfolge abgearbeitet. Auf diese Weise erzeugt
die Steuereinheit 1000 kontinuierlich Ausgangssignale
während des stationären oder stabilen Btriebes des Kraftfahrzeugs.
Die Unterbrechungs-Steuerprogrammgruppe 5000 wird in
Betrieb gesetzt, nachdem der Betrieb der Hintergrund-
Programmgruppe 4000 (oder gegebenenfalls des Initialisierungsprogramms
3000) unterbrochen wurde. Die Unterbrechungs-
Steuerprogrammgruppe 5000 umfaßt ein Zeitgeber-Unterbrechungsprogramm
5100 (5110, 5120, 5130), ein Winkelübereinstimmungs-
Unterbrechungsprogramm 5200 (5210), ein
Analog/Digital-Umwandlungsprogramm 5300, ein Extern-
Unterbrechungsprogramm oder privilegiertes Unterbrechungsprogramm
5400 (5410), ein Umdrehungsmessungs-Unterbrechungsprogramm
5500 (5510), ein Impuls-Unterbrechungsprogramm
5600, ein Überlastungs-Unterbrechungsprogramm
5700 und ein Dateneingangs-Unterbrechungsprogramm 5800
(5810). Sämtliche dieser Unterbrechungsprogramme werden
durch entsprechende Unterbrechungsbefehle ausgelöst.
Die Unterbrechungs-Steuerprogrammgruppe umfaßt ferner
eine Gruppe von Programmen, die nach Prioritäten geordnet
sind. Die Prioritäten werden durch ein Vorrang-
Entscheidungsprogramm 6000 ermittelt. Diese nach Prioritäten
geordneten Programme umfassen ein Beschleunigungs-
Steuerprogramm 6100, ein Verzögerungs-Steuerprogramm
6200, ein Anfahr-Steuerprogramm 6300, ein Schalt-
Steuerprogramm 6400, ein Überbrückungs-Steuerprogramm 6500,
ein Maschinenstillstands-Verhinderungsprogramm 6600, ein
Zeit-Synchron-Programm 6700, ein Winkel-Synchron-
Programm 6750 und ein Dateneingabe/Ausgabe-Programm
6800.
Das Eintreffen eines Zeitgeber-Unterbrechungsbefehls
führt zur Auswahl des Zeitgeber-Unterbrechungsprogramms
5100, in welchem ein Programm 5120 zur Aktivierung der
Analog/Digital-Umwandlung ausgeführt wird. Dieses Programm
5120 steuert die Messung von analogen Eingabesignalen,
indem es den Analog/Digital-Wandler und den Multiplexer
aktiviert, so daß die analogen Eingabesignale
zur weiteren Verwendung in nachfolgenden Steuerzyklen
in Digitalsignale umgewandelt werden. Anschließend wird
ein Taktsignal-Ausgabeprogramm 5110 ausgeführt. Dieses
Programm erzeugt ein Taktsignal mit einer vorgegebenen
Periode, das den normalen Betrieb der Zentraleinheit
1300, des Speichers 1400 und der Ausgabeschaltung 1500
anzeigt. Schließlich wird ein Programm 5130 zur Reservierung
des Zeit-Synchron-Programms ausgeführt. Dieses
Programm liefert einen Aufruf zur Aktivierung des
Zeit-Synchron-Programms 6700 an das Vorrang-Entscheidungsprogramm
6000. Das Zeit-Synchron-Programm
legt fest, welche Arbeitsprogramme synchron mit dem
Taktsignal ausgeführt werden sollen.
Das Eintreffen eines Winkelübereinstimmungs-Unterbrechungsbefehls
(d. h., eines Unterbrechungsbefehls, der
immer dann auftritt, wenn der Kurbelwinkel der Brennkraftmaschine
einen vorgegebenen Wert erreicht) führt zum Aufruf
des Winkelübereinstimmungs-Unterbrechungsprogramms
5200. Dieses Programm veranlaßt ein Programm 5210, etwa
ein Winkelsynchronisierungs-Reservierungsprogramm 5210 zur
Erzeugung einer Aufforderung zur Aktivierung eines
Arbeitsprogramms, das synchron mit der Drehzahl der
Brennkraftmaschine durchgeführt werden muß (Winkelsynchron-
Programm 6750). Diese Aufforderung wird ebenfalls
durch das Vorrang-Entscheidungsprogramm 6000 berücksichtigt.
Ein Unterbrechungsbefehl zur Abtastung des Betriebszustandes
des Analog/Digital-Wandlers führt zum Aufruf eines Programms
5300 zur Steuerung des Endes der Analog/Digital-Umwandlung.
In diesem Programm wird im Anschluß an eine Überprüfung,
ob ein den Betrieb des Analog/Digital-Wandlers anzeigendes
Programmflag gesetzt ist oder nicht, eine Entscheidung
getroffen, ob die Analog/Digital-Umwandlung abgeschlossen
ist. Wenn dies geschehen ist, steuert ein Reservierungsprogramm
zur Aktivierung eines vom Betriebszustand
abhängigen Arbeitsprogramms die Speicherung der in
Digitalsignale umgewandelten Daten in entsprechenden Speicherplätzen
des RAM-Speichers 1430 in Übereinstimmung mit
Daten des Analog/Digital-Umwandlungskanals. Dieses Programm
ermittelt den Betriebszustand des Fahrzeugs auf der Grundlage
des Verhaltens der letzten Werte des Gashebel-Positionssignals
und liefert eine Aufforderung zur Aktivierung
eines dem betreffenden Betriebszustand entsprechenden Arbeitsprogramms
unter den vom Betriebszustand abhängigen Arbeitsprogrammen
(beispielsweise das Beschleunigungs-Steuerprogramm,
das Verzögerungs-Steuerprogramm und das Anlaß-
Steuerprogramm) an das Vorrang-Entscheidungsprogramm 6000.
Bei Eintreffen eines externen Unterbrechungsbefehls wird
das Extern-Unterbrechungsprogramm 5400 aufgerufen. Der
externe Unterbrechungsbefehl ist ein Not-Unterbrechungsbefehl,
der dann erzeugt wird, wenn die Haupt-Spannungsquelle
17 von der Steuereinheit getrennt ist. Das Programm
5400 ruft ein Programm 5410 zum Halten von Daten bei abgeschalteter
Spannung auf, durch das Daten, die für die
Lern- oder Programmier-Steuerung und dergleichen zurückgehalten
werden sollen, von dem RAM-Speicher 1430 in den
Haltespeicher 1450 überschrieben werden.
Bei Eintreffen eines Unterbrechungsbefehls, der das Ende
einer Messung der Umdrehung der Brennkraftmaschine anzeigt,
wird das Umdrehungsmessungs-Unterbrechungsprogramm
5500 aufgerufen. Dieses Programm aktiviert ein Berechnungsprogramm
5510, durch das die Drehzahl der Brennkraftmaschine
gelesen und entschieden wird oder die Gefahr besteht,
daß die Brennkraftmaschine stehenbleibt, und erzeugt eine
Anforderung, das Maschinenstillstand-Verhinderungsprogramm
6600 in die Reihe der nach Priorität geordneten Programme
aufzunehmen, wenn die Gefahr eines Maschinenstillstandes
besteht.
Das Impuls-Unterbrechungsprogramm 5600 wird aufgerufen, wenn
eine Taste einer Tastatur betätigt wird und in ein Impulssignal
von einer externen Einrichtung eintrifft. Dieses
Programm ruft ein dem Impulssignal entsprechendes Steuerprogramm
auf. Das Überlastungs-Unterbrechungsprogramm 5700
wird durch einen Unterbrechungsbefehl ausgelöst, der bei
Kapazitätsüberschreitung des Zeitgebers erzeugt wird und
führt eine vorgegebene Folge von Programmschritten aus.
Das Dateneingangs-Unterbrechungsprogramm 5800 wird durch
einen Dateneingangs-Unterbrechungsbefehl ausgelöst und
ruft ein Aktivierungsprogramm 5810 für Arbeitsprogramme zur
Behandlung von Eingangsdaten auf. Das Programm 5810 speichert
die Eingangsdaten in vorgegebenen Speicherplätzen
des RAM-Speichers 1430 und liefert ein Aufrufsignal zur
Aktivierung des betreffenden Programms zur Verarbeitung
der eingegebenen Daten an die Schlange der nach Priorität
geordneten Einzelprogramme.
Das Vorrang-Entscheidungsprogram 6000 nimmt die verschiedenen
Aktivierungs-Aufrufe oder Anforderungen für die
durch die oben beschriebenen Unterbrechungs-Steuerprogramme
ausgewählten Arbeitsprogramme auf und ändert die
binären Signalwerte (Flags) in dem RAM-Speicher 1430,
die den angeforderten Arbeitsprogrammen entsprechen, von
0 auf 1. Jedem Arbeitsprogramm
ist anfänglich eine vorgegebene Priorität zugewiesen,
und die Reihenfolge der Bit-Stellungen, die diesen Arbeitsprogrammen
entsprechen, wird anhand der vorgegebenen
Priorität festgelegt. Dieses Programm führt eine
Überprüfung durch, beginnend mit den Bits höchster Ordnung
und fortschreitend zu Bits niedrigerer Ordnung in
dem RAM-Speicher 1430, und wenn ein Aufruf zur Aktivierung
eines Programms vorliegt, wird dieses Programm
ausgeführt, und die Nachfrage-Anzeige wird gelöscht,
indem das entsprechende Flag wieder auf 0 gesetzt wird.
Wenn das betreffende Arbeitsprogramm beendet ist, wird
das Vorrang-Entscheidungsprogramm 6000 erneut in Betrieb
gesetzt, und es wird das angeforderte Programm mit
der nächstniedrigen Priorität abgearbeitet, und das entsprechende
Anforderungssignal wird gelöscht. Nach der
Abarbeitung sämtlicher angeforderten Programme kehrt
die Steuerung zu dem Hintergrundprogramm 4000 zurück.
Nachfolgend soll eine Gruppe jener
Arbeitsprogramme beschrieben werden, die in der Reihenfolge
ihrer durch das Programm 6000 festgelegten Prioritäten
ausgeführt werden. Das Beschleunigungs-Steuerprogramm
6100 berechnet Ausgabe-Steuerdaten, die sich auf die
optimale Kraftstoff-Einspritzmenge, den Zündzeitpunkt,
den Abgasrückführungs-Durchsatz, die Ansaugluftmenge,
das Übersetzungsverhältnis und das Drehmomentwandler-
Überbrückungsschema für den jeweiligen Grad der Beschleunigung
beziehen. Beispielsweise werden diese Parameter
bei einer raschen Beschleunigung (d. h., einer
raschen Zunahme des Gashebel-Positionssignals) derart
gesteuert, daß sich die Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine
erhöht. Zu diesem Zweck wird die Einspritzmenge
erhöht, die Zündung in Richtung Frühzündung
verstellt, der Abgasrückführungs-Durchsatz
verringert und die Ansaugluftmenge erhöht. Zusätzlich
wird die Überbrückung des Drehmomentwandlers aufgehoben,
und das Übersetzungsverhältnis der Eingangsdrehzahl
zur Ausgangsdrehzahl des Getriebes wird erhöht,
um das Ausgangsdrehmoment des Getriebes 4 zu
steigern.
Das Verzögerungs-Steuerprogramm 6200 berechnet während
der Verzögerung des Fahrzeugs verschiedene Ausgangs-
Steuerdaten, die für den abgetasteten Grad der Verzögerung,
der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Maschinendrehzahl
optimal sind. Während der Verzögerung
wird die Brennkraftmaschine 3 derart gesteuert, daß
die Kraftstoff-Einspritzmenge den Wert 0 oder einen
sehr kleinen Wert aufweist, und das Getriebe 4 wird
derart gesteuert, daß das Übersetzungsverhältnis und
der Betriebszustand des Drehmomentwandlers derart
aufeinander abgestimmt sind, daß sich die günstigste
Verzögerungsrate ergibt.
Das Anfahr-Steuerprogramm 6300 berechnet verschiedene
Ausgangsdaten zur Steuerung der Brennkraftmaschine
3 und des Getriebes 4, so daß beim Anfahren des Fahrzeugs
ein ausreichend hohes Anfahrdrehmoment zur Verfügung
steht, ohne daß die Antriebsräder 2L, 2R durchdrehen.
Das Schalt-Steuerprogramm 6400 berechnet zahlreiche
Ausgangsdaten, die die Wahl der Getriebestufe des
Getriebes 4, das Ausgangsdrehmoment und die Drehzahl
der Brennkraftmaschine 3 steuern um zu verhindern,
daß beim Wechsel der Getriebestufe spürbare Erschütterungen
auf die Insassen des Fahrzeugs übertragen werden.
Das Überbrückungs-Steuerprogramm 6500 berechnet verschiedene
Ausgabedaten zur Steuerung der Überbrückung
des Drehmomentwandlers und zur Steuerung der Ausgangsleistung
der Brennkraftmaschine, so daß Stöße bei der
Überbrückung des Drehmomentwandlers und bei der Aufhebung
dieser Überbrückung verringert werden.
Das Maschinenstillstands-Verhinderungsprogramm 6600
wird aufgerufen, wenn bei der Durchführung des Programms
5510 ein Zustand festgestellt wird, bei dem übermäßige
Änderungen der Maschinendrehzahl auftreten, so daß die
Gefahr eines Maschinenstillstandes abzusehen ist. Das
Programm 5510 berechnet eine kritische Drehzahl als
Entscheidungsgrundlage für die Feststellung der Gefahr
des Maschinenstillstandes. Das Programm 6600 berechnet
verschiedene Ausgabe-Steuerdaten, durch die die Brennkraftmaschine
3 und das Getriebe 4 derart gesteuert
werden, daß durch eine sofortige Erhöhung der Ausgangsleistung
der Maschine und eine Verringerung der Last
ein Stillstand der Brennkraftmaschine verhindert wird.
Das Zeitsynchron-Programm 6700, das am Ende
eines jeden Arbeitszyklus aufgerufen und ausgeführt
wird, aktualisiert verschiedene Daten und überschreibt
die bei dem vorausgehenden Arbeitszyklus berechneten
Steuerdaten in die Ausgabeschaltung 1500.
Das Winkelsynchron-Programm 6750, das immer
dann aufgerufen und ausgeführt wird, wenn der Kurbelwinkel
der Brennkraftmaschine 3 einen vorgegebenen Wert
erreicht, aktualisiert vrschiedene Daten und überschreibt
Steuerdaten in die Ausgabeschaltung 1500.
Das Dateneingabe/Ausgabe-Steuerprogramm 6800, das immer
dann aufgerufen und ausgeführt wird, wenn ein vorgegebenes
Zeitintervall vergangen ist oder wenn ein Dateneingangs-
Unterbrechungsbefehl auftritt, identifiziert die Inhalte
der eintreffenden Daten, speichert die eintreffenden
Daten, ändert den Zustand der Steuerung und gibt die
Daten aus.
Zur Erläuterung der Arbeitsweise des oben beschriebenen
Ausführungsbeispiels der Erfindung soll als typisches
Beispiel der Fall betrachtet werden, daß der Fahrer
die Dateneingabeeinheit 25 betätigt und eine andere
Betriebsart wählt. Wenn sich die Betriebsart ändert,
nimmt das Unterbrechungs-Steuerprogramm 5000 einen
Dateneingangs-Unterbrechungsbefehl auf und wählt das
Dateneingangs-Unterbrechungsprogramm 5800 aus. Das
Programm 5800 löst das Programm 5810 aus, das eine
Anforderung zur Reservierung eines Arbeitsprogramms
zur Verarbeitung der eingetroffenen Daten erzeugt, und
speichert die ausgewählte Betriebsart, d. h., die Normal-
Betriebsart, die Leistungs-Betriebsart oder die Spar-
Betriebsart in einem vorgegebenen Speicherplatz des
RAM-Speichers 1430 und erzeugt eine Anforderung zur
Aktivierung des zu den eingegebenen Daten (der ausgewählten
Betriebsart) gehörenden Arbeitsprogramms in
dem Vorrang-Entscheidungsprogramm 6000. Bei Eintreffen
dieses Aufrufes setzt das Programm ein vorgegebenes
Bit (Flag) an einem dem betreffenden Arbeitsprogramm
entsprechenden Speicherplatz des RAM-Speichers 1430
von 0 auf 1. Das Programm 6000 veranlaßt die Ausführung
des Dateneingabe-Ausgabe-Programms 6800 und setzt gleichzeitig
das Flag auf den Wert 0 zurück. Das Dateneingabe/
Ausgabe-Programm 6800 erzeugt Befehle, die andere Routinen
in Betrieb setzen, so daß das Luftmengen-Steuersignal,
das Einspritz-Steuersignal, das Zündzeitpunkt-
Steuersignal, das Abgasrückführungs-Steuersignal und
das Überbrückungs-Steuersignal in der richtigen Weise
erzeugt werden.
Anschließend, nachdem die Steuerung zu dem Hintergrundprogramm
4000 zurückgekehrt ist, werden das Steuerdaten-
Berechnungsprogramm für den stationären Zustand, das
Korrekturdaten-Berechnungsprogramm 4200 für niedrige
Geschwindigkeiten, das Lernprogramm 4300 und das Prüfprogramm
4400< 10934 00070 552 001000280000000200012000285911082300040 0002003504197 00004 10815/BOL< auf der Grundlage der obengenannten Befehle
ausgeführt, so daß die Brennkraftmaschine 3 und das Getriebe
4 entsprechend den Anweisungen des Fahrers gesteuert
werden.
Wenn die Daten-Eingabeeinheit 25 nicht in der Lage ist,
das Dateneingangs-Unterbrechungssignal zu erzeugen,
so können die Funktionen des Programms 5800 (5810) in
dem Zeitgeber-Unterbrechungsprogramm 5100 implementiert
sein. In diesem Fall führt das Eintreffen eines Zeitgeber-
Unterbrechungsbefehls dazu, daß die Steuereinheit
1000 einen Befehl zur Übertragung eines für die ausgewählte
Betriebsart repräsentativen Wertes an die Eingabeeinheit
25 liefert. Der die ausgewählte Betriebsart
anzeigende Wert löst in der zuvor beschriebenen Weise
das Dateneingabe/Ausgabe-Programm 6800 aus. Obgleich
bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel von drei
verschiedenen Betriebsarten (Normal, Leistung und Spar-
Betrieb) ausgegangen wurde, ist die Erfindung auch in
solchen Fällen anwendbar, in denen mehr als drei Betriebsarten
vorgesehen sind. In diesem Fall ist es jedoch vorzuziehen,
die Betriebsart anhand von Zahlenwerten, die mit
Hilfe eines einzigen Schalters erzeugt werden, auszuwählen,
statt eine der Anzahl der Betriebsarten entsprechende
Anzahl von Schaltern vorzusehen. Ferner
kann der Wechsel zwischen Betriebsarten weniger abrupt
gestaltet werden, indem einfach eine feinere Abstufung
der Betriebsarten vorgenommen wird. Darüber hinaus ist
es möglich, einen kontinuierlichen Übergang zwischen
Betriebsarten in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal
eines Potentiometers vorzusehen. Dabei müssen die Beschränkungen
im Hinblick auf Rauschen, Vibrationen und
Abgasbestimmungen berücksichtigt werden.
Anhand von Fig. 13 bis 15 soll das bevorzugte Verfahren
zur Steuerung der Winkelstellung der Drosselklappe
mit Hilfe des erfindungsgemäßen Steuersystems
im einzelnen erläutert werden.
Fig. 13 zeigt ein Programm zur Erzeugung eines Korrekturwertes,
der bei der Steuerung der Drosselklappe in
Abhängigkeit von der Ausgangsdrehzahl verwendet wird.
Dieses Programm ist in dem obenerwähnten Steuerdaten-
Berechnungsprogramm 4100 für den stationären Zustand
enthalten, das seinerseits Teil der Hintergrund-Programmgruppe
4000 ist. Unmittelbar nach dem Start dieses Korrekturwert-
Programms wird in einem Block 4110 ein für
die Stellung des Gashebels repräsentativer Wert gelesen.
Auf der Grundlage des in dem Block 4110 gelesenen Wertes
wird ein zugehöriger Funktionswert in einer in Fig. 14
gezeigten, in dem PROM-Speicher 1420 gemäß Fig. 10 gespeicherten
Tabelle aufgesucht. Die in Fig. 14 gezeigten
Werte für die Solldrehzahl in Abhängigkeit
von der Stellung des Gashebels wurden experimentell
ermittelt und in Form einer Datentabelle in dem PROM-
Speicher 1420 gespeichert. Die Solldrehzahl-Gashebelpositions-
Charakteristik ist je nach der ausgewählten
Betriebsart verschieden, wie durch die drei Kurven A, B
und C in Fig. 14 veranschaulicht wird. Die betriebsartabhängige
Änderung der Ermittlung der Solldrehzahl soll
weiter unten unter Bezugnahme auf Fig. 16 näher erläutert
werden.
Bei dem in Fig. 13 gezeigten Programm wird die Charakteristik
gemäß der Kurve A in Fig. 14 verwendet, um das
gewünschte Drehmoment anhand der Stellung des Gashebels
in der Normal-Betriebsart zu ermitteln. Das Aufsuchen
des von der Gashebelstellung abhängigen Tabellenwertes
erfolgt im Programmblock 4120. Anschließend wird in einem
Block 4130 ein für die augenblickliche Ausgangsdrehzahl
repräsentativer Signalwert gelesen. Dieser von dem Ausgangs-
Drehzahlsensor 140 erzeugte Signalwert repräsentiert
die tatsächliche Ausgangsdrehzahl, die in dem betreffenden
Augenblick am Ausgang des aus Brennkraftmaschine
und Getriebe bestehenden Antriebszuges vorliegt.
Die Differenz zwischen dem in Block 4120 gelesenen
Sollwert und dem in Block 4130 gelesenen Istwert wird
in einem Programmblock 4140 berechnet. Diese Differenz
wird beispielsweise vorübergehend in einem geeigneten
Register oder einem Speicherblock des RAM-Speichers 1430
gespeichert. Damit ist das Programm zur Berechnung der
Korrekturwerte beendet.
Auf der Grundlage der durch das oben beschriebene Programm
berechneten Differenzwerte wird der Signalwert eines die
Position der Drosselklappe steuernden Drosselklappen-
Steuersignals, der in einem in Fig. 15 gezeigten Drosselklappen-
Steuerprogramm ermittelt wurde, durch dasselbe
Drosselklappen-Steuerprogramm korrigiert. Das Drosselklappen-
Steuerprogramm ist Teil des zeitsynchronisierenden
Steuerprogramms 6700. Das in Fig. 15 gezeigte Drosselklappen-
Steuerprogramm ist ein bekanntes Rückkopplungs-
oder Regelprogramm, durch das der Signalwert des Steuersignals
im Zuge einer bekannten PID-Regelung ermittelt
wird.
Nach dem Start des Drosselklappen-Steuerprogramms (Fig. 15)
wird in einem Programmblock 6701 ein Proportionalanteil
P des durch das Programm gemäß Fig. 13 erzeugten
Differenzwertes bestimmt. Ein Integralanteil I wird in
einem Programmblock 6702 berechnet. Anschließend wird
in einem Programmblock 6703 ein Differentialanteil D
des Differenzwertes berechnet. Aus den Proportional-, Integral-
und Differentialanteilen wird in einem Programmblock
6704 eine Summe (P+I+D) gebildet. In einem Block
6705 wird ein Drosselklappen-Steuersignal erzeugt, dessen
Signalwert der in Block 6704 erhaltenen Summe entspricht.
Auf diese Weise dient die Summe (P+I+D) als Rückkopplungs-
Steuersignal zum Einstellen der Winkelstellung der
Drosselklappe. In Block 6705 wird das Drosselklappen-
Steuersignal an das Drosselklappen-Stellglied 30 ausgegeben,
so daß dieses bis zu einem dem Signalwert entsprechenden
Grad betätigt wird. Durch Einstellung der
Winkelstellung der Drosselklappe mit Hilfe des Rückkopplungs-
Steuersignals wird die Ansaugluftmenge in Abhängigkeit
von der Differenz zwischen der Solldrehzahl und
der tatsächlichen Ausgangsdrehzahl erhöht oder gesenkt,
so daß die Differenz zwischen Ist- und Solldrehzahl
auf 0 verringert wird.
Indem somit das Gashebel-Positionssignal als Parameter
zur Bestimmung der gewünschten Drehzahl oder Solldrehzahl
benutzt wird, wird das Beschleunigungs-Ansprechverhalten
erheblich verbessert und eine Abweichung zwischen dem
Grad der Betätigung des Gashebels und der Ausgangsdrehzahl
durch die die Fahreigenschaften des Fahrzeugs
beeinträchtigt werden, wird wirksam verhindert. Beispielsweise
ist ein gleichmäßiges Ansprechen der Ausgangsdrehzahl
auf den Grad der Betätigung des Gashebels
auch dann gewährleistet, wenn sich die Umgebungsbedingungen
der Brennkraftmaschine ändern.
Fig. 16 zeigt eine Abwandlung des zuvor anhand von
Fig. 13 beschriebenen Programms zur Berechnung von
Korrekturwerten. Bei diesem Programm wird die ausgewählte
Betriebsart als ein Parameter bei der Berechnung
des Rückkopplungs-Steuersignals berücksichtigt. Beispielsweise
wird je nach der eingestellten Betriebsart (Normal,
Leistung oder Sparbetrieb) die Solldrehzahl nach einer
der Kurven A, B oder C in Fig. 14 ermittelt.
Bei dem in Fig. 16 gezeigten Programm wird ähnlich wie
bei dem Programm gemäß Fig. 13 ein für die Stellung
des Gashebels repräsentativer Signalwert in dem Block
4110 gelesen. Anschließend wird in einem Block 4121
ein Betriebsart-Signal der Eingabeeinheit 25 gelesen.
Anhand des Betriebsart-Signals wird in einem Block 4122
unter den obengenannten drei Kurven A, B und C diejenige
Kurve ausgewählt, die die Abhängigkeit der Solldrehzahl
von der Winkelstellung des Gashebels in der betreffenden
Betriebsart angibt. Wenn die Spar-Betriebsart eingeschaltet
ist, wird in einem Block 4123 der durch die Kurve B in
Fig. 14 angegebene Funktionswert der Gashebelstellung
in einer Tabelle aufgesucht. In der Normal-Betriebsart
wird zur Ermittlung der Solldrehzahl die Kurve A gemäß
Fig. 14 verwendet. In diesem Fall wird daher in einem
Block 4124 der durch die Kurve A angegebene Funktionswert
der Gashebelstellung in einer Tabelle aufgesucht.
In der Leistungs-Betriebsart wird die Kennlinie C gemäß
Fig. 14 verwendet, und in einem Block 4125 wird der
durch die Kurve C angegebene Funktionswert der Gashebelstellung
in einer Tabelle aufgesucht.
Wie bei dem in Fig. 13 gezeigten Programm wird in dem
Block 4130 der für die tatsächliche Ausgangsdrehzahl
repräsentative Signalwert des Ausgangs-Drehzahlsensors
140 gelesen, und anschließend wird die Differenz zwischen
der Solldrehzahl und der tatsächlichen Ausgangsdrehzahl
in dem Block 4140 berechnet.
Gemäß dieser abgewandelten Ausführungsform wird über die
Eingabeeinheit die Spar-Betriebsart ausgewählt, wenn ein
sparsamer Betrieb des Fahrzeugs gewünscht wird. Wenn
dementsprechend die Kurve B in Fig. 14 verwendet wird,
so ist die Solldrehzahl insbesondere im Bereich kleiner
Auslenkungen des Gashebels verhältnismäßig klein. Daher
wird eine geringere Luftmenge und eine geringere Kraftstoffzufuhr
als in der Leistungs- oder der Normal-Betriebsart
angefordert. Wenn andererseits ein rasches Ansprechverhalten
des Fahrzeugs auf die Bewegung des Gashebels
gewünscht wird, so wird die Leistungs-Betriebsart eingeschaltet.
In dieser Betriebsart ist der Grad der Änderung
der Solldrehzahl in Abhängigkeit von der Gashebelstellung
verhältnismäßig groß, so daß die Solldrehzahl
schneller erhöht wird. Diese Tendenz ist besonders ausgeprägt
im Bereich kleiner Auslenkungen des Gashebels.
Aus diesem Grund wird eine bessere Beschleunigungs- und
Verzögerungscharakteristik als in der Spar-Betriebsart
und der Normal-Betriebsart erreicht. In der Normal-Betriebsart
liegt die Beschleunigungs- und Verzögerungscharakteristik
zwischen den entsprechenden Charakteristika
für die Spar-Betriebsart und die Leistungs-Betriebsart,
und der Kraftstoffverbrauch ist größer als in der Spar-
Betriebsart, aber kleiner als in der Leistungs-Betriebsart.
Die Normal-Betriebsart ist derart ausgelegt, daß
sie dem Standard-Leistungsverhalten jeder einzelnen
Brennkraftmaschine entspricht.
Claims (6)
1. Steuerungssystem für die Ansaugluftmenge einer Brennkraftmaschine eines
Fahrzeugs, mit einem vom Benutzer zu betätigenden Geschwindigkeits-
Sollwertgeber (11, 33),
- - einem Ausgangs-Drehzahlsensor (140), der einem die Brennkraftmaschine (3) einschließenden Antriebszug (3, 4) des Fahrzeugs zugeordnet ist und ein für die tatsächliche Ausgangsdrehzahl des Antriebszuges repräsentatives Ist-Drehzahlsignal erzeugt,
- - einer ein Steuersignal abgebenden Steuereinheit (1000) und
- - einer an einem Ansaugrohr der Brennkraftmaschine (3) angeordneten Einrichtung (30, 32) zur Steuerung der Ansaugluftmenge entsprechend dem Steuersignal,
wobei die Steuereinheit (1000) ein Solldrehzahlsignal mit dem von dem Ausgangs-
Drehzahlsensor (140) erzeugten Ist-Drehzahlsignal vergleicht, die Differenz
der Signalwerte dieser beiden Signale berechnet und unter Berücksichtigung
verschiedener Charakteristiken anhand dieser Differenz das
Steuersignal zur Einregelung der tatsächlichen Drehzahl auf den Sollwert erzeugt,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß das vom Geschwindigkeits-Sollwertgeber (11, 33) erzeugte Solldrehzahlsignal aufgrund einer ausgewählten Betriebsart-Charakteristik modifiziert wird,
- - daß mehrere verschiedene Charakteristiken in der Steuereinheit (1000) abgelegt sind und
- - daß eine Betriebsart-Wähleinrichtung (25) zur Auswahl der jeweils durch den Benutzer gewünschten Charakteristik vorgesehen ist.
2. Steuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Geschwindigkeits-Sollwertgeber einen Gashebel (11) und einen Gashebel-Positionssensor
(33) umfaßt.
3. Steuerungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung (30, 32) zur Steuerung der Ansaugluftmenge eine im Ansaugrohr
angeordnete Drosselklappe (32) und ein elektrisch betätigtes Drosselklappen-
Stellglied (30) umfaßt.
4. Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3 für Brennkraftmaschinen
mit einem nachgeschalteten Getriebe, dadurch gekennzeichnet,
daß der Ausgangsdrehzahlsensor (140) an einer Ausgangswelle des Getriebes
(4) angeordnet ist.
5. Steuerungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Gashebel-Positionssensor ein elektrischer Signalgenerator
ist und daß ein Teil des Gashebels (11) ein bewegliches elektromechanisches
Bauteil des Signalgenerators bildet.
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