DE3631200C2

DE3631200C2 - Einrichtung zur Steuerung der Leistung einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE3631200C2
Application number: DE19863631200
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl Ing Cornelius
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1986-09-13
Filing date: 1986-09-13
Publication date: 1995-04-13
Anticipated expiration: 2006-09-14
Also published as: JP2598793B2; DE3631200A1; JPS6371543A

Description

Stand der Technik

Aus der DE-OS 27 14 113 ist eine Einrichtung zum Regeln der Fahr geschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs bekannt, die im wesentlichen aus einem elektrischen Stellungsregler besteht, dessen Sollwertein gang ein Signal von einem Stellungsgeber, z.B. einem Fahrpedal samt entsprechenden Positionssensor, erhält. Als Istwert wird dem Regel kreis ein Positionssignal eines Stellungsgebers an einem Stellorgan einer elektrischen Stellvorrichtung zur Beeinflussung des Kraft stoff-Luft-Gemisches zugeführt. Es handelt sich hierbei also um ei nen einfachen Nachlaufregelkreis zur beispielhaften Übertragung ei ner Fahrpedalstellung auf die Stellung der Drosselklappe an einer Brennkraftmaschine. Jener bekannte Stellungsregelkreis weist jedoch zwei große Nachteile auf. Wenn wenigstens einer der mechanisch-elek trischen Stellungsgeber ausfällt, kann der Regelkreis zum einen nicht mehr arbeiten, und es sind folglich gefährliche Fahrzustände des Kraftfahrzeugs nicht ausgeschlossen, weil die Stellvorrichtung dann undefinierte Lagen, insbesondere an Endanschlägen, einnehmen kann. Zum anderen ist das Fahrzeug nach Eintritt eines solchen De fekts nicht mehr fahrbar. Aus den US-Patenten 37 22 492 und 43 05 359 ist bekannt, zur Erhöhung der Sicherheit eines solchen Re gelkreises beispielsweise Schaltkontakte vorzusehen, die bei Ein nahme einer extremen Stellung - (z.B. Ruhelage oder Maximalauslen kung) - besagter Soll- und Istsignale bereitstellender Positionsgeber schließen oder öffnen, und so zusätzliche Positionssignale liefern, die jedenfalls mit den Stellsignalen in plausiblem Zusammenhang stehen müssen. Wird das Fehlen einer Plausibilität erkannt, kann ein Alarmsignal gesetzt bzw. die Brennkraftmaschine abgestellt werden. Eine solche Ausbildung eines bekannten Stellregelkreises beispiels weise für die Drosselklappe an einer Brennkraftmaschine stellt je doch noch keinerlei Notfahrbarkeit des Fahrzeugs, etwa in die näch ste Werkstatt, bereit. Sie erhöht nur die Betriebssicherheit, nicht jedoch die Verfügbarkeit des Fahrzeugs im Falle eines Ausfalls ins besondere des Stellungsgebers an einer elektrischen Stellvorrichtung zur Betätigung der Drosselklappe.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Steuereinrichtung für eine Brenn kraftmaschine in einem Kraftfahrzeug zu schaffen, die bekannte Si cherheitskonzepte so weiter bildet, daß auch die Verfügbarkeit des Fahrzeugs erhöht wird; insbesondere soll die Notfahrbarkeit eines Kraftfahrzeugs verbessert werden, wenn der Stellungsgeber der Stell vorrichtung der Drosselklappe einer Brennkraftmaschine ausfällt.

Aus der EP 121 939 A1 ist eine elektronische Steuereinrichtung für die Leistung einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug bekannt, mit einer den Verbrennungsluftstrom beeinflussenden Drosselklappe, mit einem elektromotorischen Steller zur Positionierung derselben, mit einem Ist-Positionsgeber und Mitteln zur redundanten Überwachung desselben, wobei ein einen Rechner enthaltenes Hardware-Modul vorgesehen ist, das wenigstens einen Ausgang zur Ansteuerung des elektromotorischen Stellers umfaßt. Dieses Hardware-Modul weist Eingänge für den Ist-Positionsgeber, einen vorzugsweise mit dem Fahrpedal wirkverbundenen Soll-Positionsgeber, und wenigstens einen eine weitere Betriebskenngröße der Brennkraftmaschine erfassenden Sensor auf. Ferner ist ein Stellregelkreis für die Drosselklappenstellung durch ein Software-Modul implementiert, wobei dieses Software-Modul aus einem Regelalgorithmus besteht. Bei einem abnormalen Zustand des Ist-Positionsgebers oder der Mittel zur redundanten Überwachung derselben wird Regelung der Brennkraftmaschine mit korrigierten Werten weiter durchgeführt.

Vorteile der Erfindung

Ein erster Vorteil der Erfindung besteht darin, daß bei Ausfall des Stellungsgebers an einer Stellvorrichtung einer Ansteuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine diese dennoch in einem geschlossenen Re gelkreis ansteuerbar bleibt. Auf diese Weise werden gefährliche Fahrzustände vermieden, wenn beispielsweise der im Motorraum ther misch und mechanisch hoch beanspruchte Stellungsgeber an einer Dros selklappe ausfällt. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht da rin, daß ein entsprechender Defekt nicht nur angezeigt werden kann, sondern daß das Fahrzeug mit hohem Komfort notfahrbar bleibt, so daß das unverzügliche Aufsuchen einer Werkstatt zur Behebung des Defekts nicht mehr notwendig ist.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockfunktionsschaubild einer erfindungsgemäßen Einrich tung zur Steuerung der Leistung einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug und

Fig. 2 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Ab hängigkeit einer Ersatzgröße von der Stellgröße, beispielsweise des Stellungswinkels α der Drosselklappe.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Gemäß Fig. 1 umfaßt die erfindungsgemäße Einrichtung zur Steuerung der Leistung einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug ein so genanntes Hardware-Modul 10 und ein sogenanntes Software-Modul 20, welche beide zusammenwirken. Das Hardware-Modul 10 kann entweder ausschließlich zur Konfiguration der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Steuerung der Leistung einer Brennkraftmaschine in einem Kraft fahrzeug vorgesehen sein, es kann aber auch ein fester Bestandteil einer mikrocomputergestützten Steuereinrichtung in einem Kraftfahr zeug sein, die zeitabschnittsweise mit dem Software-Modul 20 zusam menwirkt und so die erfindungsgemäße Funktion sequentiell reali siert. Demgemäß sieht das Hardware-Modul 10 einen Rechnerkern 111 mit Clock- und Zeitgeberfunktionen, einen Speicherbereich 113 mit Lesespeicher (ROM) 116 und mit Schreib/Lesespeicher (RAM) 117, eine Eingangseinheit 114, eine Ausgangseinheit 115 sowie einen Adreß- und Datenbus 112 vor. Die Eingangseinheit 114 weist ver schiedene, in der Regel analoge und gemultiplexte Eingangskanäle auf, hier beispielsweise mit 118 bis 122 und 148 beziffert. Für die Aufnahme von einfachen, logischen Zustandssignalen kann ein besonde rer Port 123 vorgesehen sein. Die Eingabeeinheit 114 speist in den Bus 112 (FLAG BANK) ein. Umgekehrt speist der Bus 112 in die Aus gabeeinheit 115 ein, die hier beispielsweise bereits Treiberausgänge 124 bis 126 umfaßt, die über Ansteuerleitungen 147 und 154 und gege benenfalls weitere elektrische Steller 134 und 135 und gegebenen falls weitere ansteuern. Bei dem Steller 134 handelt es sich bei spielsweise um den elektromotorischen Antrieb der Drosselklappe an der Brennkraftmaschine, die in Wirkverbindung 136 mit einem mecha nisch-elektrischen Sensor in der Form eines Stellungswinkelgebers 127 steht. Er speist sein elektrisches Positionssignal über die An steuerleitung 138 in den Eingangsport 118 der Eingangseinheit 114 ein. Der Block 132 repräsentiert beispielhaft Schaltkontakte, die von der Drosselklappenwelle in ganz bestimmten Stellungsbereichen geschlossen oder geöffnet werden und so eine zusätzliche Plausibili tätsprüfung erlauben; sie sind über wenigstens eine Leitung 143 mit dem Zustandseingang 123 verbunden. An diesen Eingangsport können auch noch andere Zustandsleitungen 145 angeschlossen sein, die ins besondere für die Sicherheit des Fahrzeugs wesentliche Überwachungs signale einspeisen. Der Stellungssensor 128 ist vorzugsweise am Fahrpedal befestigt und setzt die Stellung desselben in ein den Fah rerwunsch repräsentierendes elektrisches Signal um, welches über die Ansteuerleitung 139 dem Eingangsport 119 der Eingangseinheit 114 zu geführt wird. Auch dieser Stellungsgeber kann mit zusätzlichen Plau sibilitätsschaltmitteln 133 verbunden sein, die ein logisches Prüf signal über eine Zustandsleitung 144 an den Zustandseingang 123 der Eingangseinheit 114 abgeben. Die Blöcke 129, 130 und 131 müssen nicht alle gleichzeitig vorhanden sein, sind aber gleichwohl als Be standteile moderner elektronischer Zentralsteuereinrichtungen für Brennkraftmaschinen in zunehmendem Maße anzutreffen. Der Block 129 repräsentiert dabei einen Druckaufnehmer im Ansaugkanal, er ist über die Ansteuerleitung 140 mit dem Eingangsport 120 der Eingangseinheit 114 verbunden. Der Block 130 repräsentiert einen Luftmengen- oder vorzugsweise einen Luftmassenmesser, welcher den Verbrennungsluft durchsatz in ein elektrisches Signal umwandelt, welches über die An steuerleitung 141 dem Eingangsport 121 der Eingangseinheit 114 zuge führt wird. Beim Block 131 handelt es sich beispielsweise um einen Strom-Spannungswandler, der den Betriebsstrom des Drosselklappen stellers 134 in eine entsprechende, die Stellung der Drosselklappe repräsentierende Meßspannung umsetzt, welche über die Ansteuerlei tung 142 dem Eingangsport 122 der Eingangseinheit 114 zugeführt wird. Im allereinfachsten Fall kann dieser Strom-Spannungswandler durch einen an ein geeignetes Bezugspotential gelegten, vom Be triebsstrom des elektromotorischen Stellers 134 durchflossenen Meß widerstand realisiert sein. Ähnlich dem angedeuteten elektrischen Steller 135 kann an den Treiberausgang 126 der Ausgabeeinheit bei spielsweise entweder direkt oder über ein Submodul der Erregungs stromkreis der Zündung angeschlossen sein, wenn die Komponenten des Hardware-Moduls 10 eine entsprechende Verarbeitungskapazität bereit stellen. Das Software-Modul 20 repräsentiert eine durch Programmvor schrift implementierte Reglerfunktion, die hardwareäquivalente Ein zelfunktionen eines herkömmlichen Reglers 210, beispielsweise eines PID-Reglers, und eines herkömmlichen Vergleichers 211 implementiert. Aus dem Wertepfad 212 werden dem den Vergleicher 211 implementieren den Algorithmus Solldaten 213 und Istdaten 214 zugeführt; das Ver gleichsergebnis wird in den den Regler 210 implementierenden Algo rithmus eingespeist, und das Regelergebnis wiederum dem Wertepfad 212 zugeführt, der die bidirektionale Verbindung zwischen dem Soft ware-Modul 20 und dem hardwaremäßig ausgeführten ROM/RAM-Speicher 116/117 herstellt. Solange ein Defekt am Stellungsgeber 127 bzw. an den Plausibitätsprüfmitteln 132 nicht vorliegt, gibt das Hard ware-Modul 10 über den Wertepfad 212 dem den Regler 210 implementie renden Algorithmus denjenigen Parametersatz vor, der unter Verwen dung des normalen Istwertsignals am Eingangsport 118 durch Abstim mung auf die Brennkraftmaschine und das betreffende Kraftfahrzeug ein optimales Betriebsverhalten gewährleistet. Das Hardware-Modul führt in sich beständig wiederholender Sequenz unter Benutzung von im Lese-Speicher (ROM) 116 abgelegten Prüfwerten ab, ob das über den Eingangsport 118 eingeholte Positionssignal des Stellungsgebers 127 mit der über die Zustandsleitung(en) 143 von Überwachungsmitteln 132 abgegebenen Prüfinformation in plausiblem Zusammenhang steht. Ist dies nicht der Fall, löst das Software-Modul per Programmschrift die Regelstrecke 137 selbstätig auf, indem eine andere Zustandsgröße der Brennkraftmaschine, beispielsweise das Ausgangssignal des Drucksen sors 129, oder des Luftmassenmessers 130, oder den Stellstrom umset zenden Strom-Spannungswandlers 131 aushilfsweise als das den Regel streckenausgang charakterisierende Istsignal herangezogen wird. In der Regel reicht hierzu eine Ersatzgröße aus; sind jedoch mehrere Sensoren für verschiedene Betriebskenngrößen ohnehin vorhanden, de ren Ausgangssignale in einer rechnergestützten Steuereinrichtung verarbeitet werden und deshalb dort zur Verfügung stehen, können auch zwei oder mehrere Ersatzgrößen im Verbund als Ersatz-Ist-Infor mation herangezogen werden. Die Erfindung sieht nun vor, daß das Hardware-Modul 10 bei Erkennen eines Defeks der Regelstrecke 137, die nicht auf einem Defekt des Stellers 134 zurückzuführen ist, ei nen an die jeweils gewählte Ersatzgröße als Istsignal und deren spe zifische Abhängigkeit von der vom Steller 134 hervorgerufenen Stell größe einen angepaßte, stationären oder aber auch dynamisch aktuali sierten Parametersatz an das Software-Modul 20 überträgt. Dies ge schieht derart, daß entweder ein für einen solchen Fehlerfall vorbe stimmter, im Lese-Speicher (ROM) 116 fest abgelegter Ersatzparame tersatz über den Wertepfad 212 in den den herkömmlichen Regler 210 implementierenden Regelalgorithmus eingespeist wird, oder daß eine solche Einspeisung von Ersatzparametern über den Schreib-Lese-Spei cher (RAM) 117 geschieht, wenn z.B. ein im Lese-Speicher (ROM) 116 fest abgelegter Ersatzparametersatz zunächst betriebszustandsabhän gig vom Rechnerkern 111 in einen aktuellen umgesetzt wird, der dann im Schreib-Lese-Speicher (RAM) 117 abgelegt wird und dort zur Verfü gung steht. Durch diese Maßnahme ist gewährleistet, daß selbst bei Ausfall des Stellungsgebers 127, der wie schon erwähnt beispiels weise drehfest mit der Stellwelle der Drosselklappe an der Brenn kraftmaschine verbunden ist, das Fahrzeug noch mit verhältnismäßig hohem Komfort fahrbar bleibt. Ausgenutzt wird hierzu ein Ersatz der mechanischen Wirkverbindung 136 zwischen dem Steller 134 und dem die Ist-Information regulär bereitstellenden Positionsgeber 127 durch einen mehr oder weniger genau abgespeicherten und beschreibbaren funktionalen Zusammenhang zwischen der vom Steller 134 erzeugten Stellgröße und den dadurch bewirkten von Ersatzgebern 129, 130 und 131 einholbaren Ersatz-Ist-Informationen.

Fig. 2 veranschaulicht in einem Diagramm den einfachsten Fall eines solchen funktionalen Zusammenhanges; aufgetragen ist über dem Stel lungswinkel der Drosselklappe α der normierte Betriebsstrom des Stellers 134 bzw. das normierte Drehmoment, das dieser beispiels weise gegen eine Rückstellfeder erzeugen muß. Es ist angenommen, daß der Betriebsstrom des Stellers 134 in dem Maße linear ansteigt, in dem sich auch das Drehmoment linear erhöht. Besonders bei Vorliegen eines solchen linearen Zusammenhanges, der sich in der Praxis gut realisieren läßt, kann eine hohe Abbildungstreue der entsprechenden "Ersatzwirkverbindung" zwischen der Stellgröße - also dem Stellungs winkel der Drosselklappe - und dem auf einfache Weise in einen aus wertbaren Spannungsabfall wandelbaren Betriebsstrom des Stellers ausgenutzt werden. Aber auch die Abhängigkeit des Stellungswinkels der Drosselklappe von beispielsweise zwei Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine, insbesondere entweder der Drehzahl und dem Druck im Ansaugrohr oder aber der Drehzahl und dem Luftmengen- oder Luft massendurchsatz, kann in einfacher Weise zur Ableitung einer Er satz-Ist-Information ausgenutzt werden, indem eine solche z.B. einem entsprechenden Wertepaar verknüpfenden Kennfeld entnommen wird, bei spielsweise einem solchen zur Vorgabe eines Sollwertes für einen Luftdurchsatzregelkreis. In einem solchen Falle gibt der Fahrer des Fahrzeugs also seinen Fahrerwunsch über den mit dem Fahrpedal gekup pelten Stellungsgeber 128 an ein entsprechendes rechnergestütztes Steuergerät weiter, welches im Fehlerfalle dann vollautomatisch durch Umbestückung des Software-Moduls mit einem angepaßten Parame tersatz von der Stellungsregelung der Drosselklappe auf eine Luft mengen- oder Luftmassenregelung im Ansaugrohr umschaltet, die bei spielsweise unabhängig davon auch von einem zweiten Software-Modul 30 mit entsprechendem algorithmierten Regler 310 für eine Benzinein spritzung regelmäßig bedient wird. Dem Fahrer kann der Ausfall der Regelstrecke 137 über eine Anzeigeeinrichtung 153, die von einem Statusausgang 151 der Ausgabeeinheit 115 über eine Steuerleitung 152 gespeist wird, angezeigt werden. Dabei kann eine differenzierte An zeige sowohl eines Defektes der Geber 127 und 132 einerseits und des Stellers 134 andererseits erfolgen, indem beispielsweise per Pro gramm und im Lese-Speicher (ROM) 116 abgelegten Prüfwerten ein Plau sibilitätsvergleich des Betriebsstromes des Stellers 134 mit der Stellanforderung gemäß Anforderung aus dem Software-Modul 20 durch geführt wird.

Das erläuterte Ausführungsbeispiel veranschaulicht eine besonders vorteilhafte Ausbildungsform der Erfindung; der Rahmen derselben wird nicht verlassen, wenn eine andere Struktur des Hardware-Moduls zur Anwendung gelangt, wie dies beispielsweise vorteilhaft sein kann dann, wenn ein solches ausschließlich für die Stellungsregelung der Drosselklappe vorgesehen wird, d.h. nicht gleichzeitig für die Er füllung anderer Funktionen an einer Brennkraftmaschine bzw. in einem Kraftfahrzeug genutzt wird. Auch kann beispielsweise der Strom-Span nungswandler 131 funktionaler Bestandteil der Treiberausgangsstufe 124 sein, so daß dann die Verbindungsleitung 146 innerhalb des Hard ware-Moduls 10 verläuft.

Claims

1. Elektronische Steuereinrichtung für die Leistung einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug, mit einer den Verbrennungsluftstrom beeinflussenden Drosselklappe, mit einem elektromotorischen Steller (134) zur Positionierung derselben, mit einem Ist-Positionsgeber (127) und Mitteln (132) zur redundanten Überwachung desselben, wobei ein einen Rechner (111) enthaltendes Hardware-Modul (10) vorgesehen ist, das wenigstens einen Ausgang (124) zur Ansteuerung des elektromotorischen Stellers (134) umfaßt und wobei das Hardware-Modul (10) Eingänge (118, 119, 120, 121, 122, 148) für den Ist-Positionsgeber (118), einen vorzugsweise mit dem Fahrpedal wirkverbundenen Soll-Positionsgeber (119), und wenigstens einen eine weitere Betriebskenngröße der Brennkraftmaschine erfassenden Sensor (129, 130, 131, 150) aufweist, und daß ein Stellregelkreis für die Drosselklappenstellung durch ein Software-Modul (20) implementiert ist, wobei dieses Software-Modul (20) aus einem Regelalgorithmus (210, 211) und austauschbaren Werte- und Parametersätzen (212) besteht, daß bei Ausfall des Ist-Positionsgebers (127) oder der Mittel (132) zur redundanten Überwachung desselben eine Regelung der wenigstens einen weiteren Betriebskenngröße der Brennkraftmaschine durchgeführt wird, bei der als Ist-Signal ersatzweise wenigstens eine Ausgangsgröße des wenigstens eine weitere Betriebskenngröße der Brennkraftmaschine erfassenden Sensors (129, 130, 131, 150) verarbeitet wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ersatzweise der vom Hardware-Modul (10) am Ausgang (124) in den elektromotorischen Steller (137) eingespeiste Betriebsstrom als Istgröße erfaßt und geregelt wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ersatzweise als Sollsignal ein Wert verarbeitet wird, der aus einem in einem Lese-Speicher (ROM 116) abgelegten Kennfeld aus Werten des Soll-Positionsgebers (128) und des Drehzahlgebers (150) entnommen wird, und daß ersatzweise der gemessene Verbrennungsluftmengen- bzw. Massendurchsatz als Ist-Größe verarbeitet und geregelt wird.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ersatzweise als Sollsignal ein Wert verarbeitet wird der aus einem in einem Lese-Speicher (ROM 116) abgelegten Kennfeld aus Werten des Soll-Positionsgebers (128) und des Drehzahlgebers (150) entnommen wird, und daß ersatzweise der gemessene Saugrohrdruck als Ist-Größe verarbeitet und geregelt wird.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein an die Regelstrecke der ersatzhalber geregelten Betriebskenngröße der Brennkraftmaschine angepaßter Werte- und Parametersatz (212) in das Software-Modul geladen wird.

6. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hardware-Modul (10) auch zur Ansteuerung anderer Steller (135) vorgesehen ist und dazu zeitabschnittsweise mit jeweils wenigstens einem weiteren Software-Modul (30) geladen wird.

7. Einrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hardware-Modul (10) durch zeitabschnittsweisen Austausch von Software-Modulen (20, 30), insbesondere zugehöriger Werte- und Parametersätze (212), zur zeitabschnittsweisen Regelung der Stellung der Drosselklappe und der Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs benutzt wird.

8. Einrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Warneinrichtung (153) nach Maßgabe wenigstens eines weiteren Software-Moduls (30) nach Eintritt des Ausfalles des Ist-Positionssensors (127) oder der Mittel (132) zur redundanten Überwachung desselben jeweils nach Erreichen einer vorbestimmten Anzahl von Kurbelwellenumdrehungen aktiviert und/oder im Sinne einer Erhöhung der Alarmintensität fortgeschaltet wird.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine bestimmte Anzahl von Kurbelwellenumdrehungen von wenigstens einer Betriebskenngröße der Brennkraftmaschine beeinflußbar ist.