DE4002389A1

DE4002389A1 - Kraftstoffzumesssystem mit redundanter regeleinrichtung

Info

Publication number: DE4002389A1
Application number: DE4002389A
Authority: DE
Inventors: Franz Ing Grad Eidler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1989-05-02
Filing date: 1990-01-27
Publication date: 1990-11-08
Also published as: US4989569A; FR2646687A1; FR2646687B1; JPH02305349A

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein System zum Zumessen von Kraftstoff zu ei ner Brennkraftmaschine. Das System steuert ein Stellglied an, das eine Kraftstoffstelleinrichtung verstellt, die den Kraftstoff zu mißt. Die Stelleinrichtung kann zum Beispiel die Regelstange in ei ner Diesel-Kraftstoffpumpe sein oder es kann eine Einspritzventil einrichtung beliebiger Ausführung sein.

Stand der Technik

Aus DE 35 31 198 A1 ist ein redundantes Kraftstoffzumeßsystem be kannt, das einen analogen Hauptregler und einen analogen Ersatzreg ler aufweist. Ein Vergleicher untersucht dauernd, ob die Regelabwei chung innerhalb einer vorgegebenen Grenze bleibt. Stellt der Ver gleicher fest, daß dies nicht der Fall ist, gibt er ein Umschaltsig nal aus, das eine Umschalteinrichtung dahingehend betätigt, daß nicht mehr das Ausgangssignal vom Hauptregler, sondern dasjenige vom Ersatzregler an das Stellglied zum Verstellen der Regelstange der Kraftstoffpumpe gegeben wird. Der Sollwert für die beiden Regler wird von einem Mikrorechner geliefert.

Aus der DE 35 39 407 A1 ist ein Kraftstoffzumeßsystem mit zwei Mik roprozessoren bekannt, die zugleich als digitale Regler arbeiten können. Im Normalbetrieb teilen sich die beiden Prozessoren die Rechnerbelastung. Der eine berechnet den Sollwert für die Kraft stoffregelung und der andere berechnet die Regelabweichung und den Sollwert. Im Störungsfall ist jeder der beiden Prozessoren dazu in der Lage, als Notrechner einen Notbetrieb aufrechtzuerhalten. Er be rechnet dann u.a. mit einem vereinfachten Programm sowohl den Soll wert wie auch den Stellwert für die Kraftstoffregelung.

Seit einigen Jahren in Serie ist ein Kraftstoffzumeßsystem, das über einen analogen Regler und über zwei Mikroprozessoren verfügt, von denen der eine die Funktion des digitalen Reglers übernehmen kann, wenn der analoge Regler ausfällt. Der zweite Mikrorechner gibt ein Umschaltsignal aus, sobald der erste Mikrorechner oder der analoge Regler ausgefallen ist. Das Umschaltsignal schaltet eine Umschalt einrichtung um, damit nicht mehr das Ausgangssignal vom analogen Regler dem Stellglied für die Kraftstoffstelleinrichtung zugeführt wird.

Bei Kraftstoffzumeßsystemen mit einer Umschalteinrichtung und einem Hilfs-Regler für den oben genannten Zweck besteht das Problem, daß auch die Umschalteinrichtung oder der Hilfs-Regler ausfallen kann. Dies stellt einen Sicherheitsmangel dar, der beseitigt werden soll.

Darstellung der Erfindung

Das erfindungsgemäße Kraftstoffzumeßsystem verfügt über einen Haupt-Regler, zwei Mikrorechner, ein Hilfs-Regler, einen D/A-Wand ler, eine Umschalteinrichtung und ein Stellglied zum Verstellen ei ner Kraftstoffstelleinrichtung.

Wie beim bekannten System gibt der zweite Mikrorechner das Umschalt signal zum Umschalten der Umschalteinrichtung aus, sobald der erste Mikrorechner oder der Haupt-Regler ausgefallen ist. Zusätzlich gibt der zweite Mikrorechner das Umschaltsignal auch bei Eintritt minde stens einer weiteren Bedingung aus als der eben genannten. Insbeson dere während der Startphase einer Brennkraftmaschine zwischen dem Zeitpunkt des Einschaltens der Zündung und dem Zeitpunkt des Errei chens einer vorgegebenen Drehzahl.

Zum Erhöhen der Fehlersicherheit auch in bezug auf die Umschaltein richtung geht die Erfindung somit den Weg, nicht auch die Umschalt einrichtung doppelt auszuführen wie die Rechner und die Regler, son dern die Funktionsfähigkeit der Umschalteinrichtung und des Hilfs-Reglers immer wieder zu überprüfen. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß ein Kraftstoffzumeßsystem zwar ausfällt, wenn der Rechner oder der Regler ausfällt und kein Hilfsrechner bzw. kein Hilfsregler vorhanden ist, daß aber das System noch weiterbe treibbar ist, wenn nur die Umschalteinrichtung ausfällt. Sie bleibt dann in ihrer letzten Stellung stehen, gibt aber in jeder Stellung ein Signal weiter, mit dem die Kraftstoffmenge geregelt werden kann. Bei Ausfall des Hilfs-Reglers ist der Normalbetrieb mit dem Haupt-Regler weiterhin möglich, bei einem auftretenden Notfall, ist aber kein Notbetrieb mehr möglich.

Das erfindungsgemäße Kraftstoffzumeßsystem weist somit besonders ho he Betriebssicherheit auf, ohne teurer zu sein als ein herkömmliches System. Der Testvorgang für die Umschalteinrichtung und den Hilfs-Regler stört den Ablauf der Kraftstoffregelung kaum oder gar nicht. Jeweils für kurze Zeitabschnitte verschlechtert wird die Qua lität der Kraftstoffregelung dann, wenn der Testvorgang in vorgege benen Zeitabständen jeweils für eine kurze Zeitspanne ausgeführt wird. Keinerlei Verschlechterung ergibt sich dagegen dann, wenn der Testvorgang im Startbetrieb oder in Schubphasen ausgeführt wird.

Zeichnung

Die Fig. 1a und 1b zeigen je ein Blockschaltbild eines Kraft stoffzumeßsystems, das ein Umschaltsignal zum Betätigen einer Um schalteinrichtung beim Eintreten unterschiedlicher Bedingungen aus gibt. Fig. 2 zeigt ein Flußplan eines Prüfablaufs, wie er im Mikro rechner im System gemäß Fig. 1 ausgeführt wird.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Das Kraftstoffzumeßsystem gemäß Fig. 1a verfügt über einen ersten Mikrorechner 10, einen zweiten Mikrorechner 11, einen Haupt-Reg ler 12, einen Hilfs-Regler 17, eine Umschalteinrichtung 14, ein Stellglied 15 und eine Kraftstoffzumeßeinrichtung 16. Es ist auch denkbar, daß nur ein Mikrorechner vorhanden ist. In diesem Fall übt ein Bereich des Mikrorechners die Funktion des ersten Mikrorechners und ein anderer Bereich die Funktion des zweiten Mikrorechners aus. Bei ordnungsgemäßem Betrieb des Systems berechnet der erste Mikro rechner 10 den Sollwert für die Kraftstoffregelung und leitet diesen an den Haupt-Regler 12. Zum Errechnen des Sollwertes erhält der er ste Mikrorechner 10 - und auch der zweite Mikrorechner 11 - dauernd aktuelle Meßwerte von der zu regelnden Brennkraftmaschine. Der Haupt-Regler 12 erhält außerdem den zugehörigen Istwert von der Kraftstoffzumeßeinrichtung 16. Aus den beiden Werten berechnet der Haupt-Regler 12 einen Stellwert, den er über die Umschalteinrichtung 14 an das Stellglied 15 weitergibt. Dieses Stellglied ist z. B. der Antrieb für die Regelstange in einer Diesel-Einspritzpumpe oder es ist ein Treiber für ein Einspritzventil.

Der Istwert von der Kraftstoffzumeßeinrichtung 16 wird auch dem zweiten Mikrorechner 11 zugeführt. Dieser zweite Mikrorechner kann ein reiner Notbetriebsrechner sein oder es kann ein solcher sein, der dauernd wesentliche Regelungsaufgaben mit übernimmt. In jedem Fall tauschen die beiden Rechner dauernd Daten miteinander aus, im ersten Fall weniger, im zweiten Fall mehr. Der Datenaustausch ist durch einen Doppelpfeil dargestellt.

Von der Leitung, die den Sollwert vom ersten Rechner 10 an den Haupt-Regler 12 weiterleitet, zweigt ein Signalleitung ab. Über die se Signalleitung erhält der zweite Mikrorechner 11 den ausgegebenen Sollwert für die Kraftstoffregelung. Der zweite Mikrorechner erhält auch dauernd den Istwert von der Kraftstoffzumeßeinrichtung 16 zuge führt. Der zweite Mikrorechner untersucht, ob zwischen Soll- und Istwert nur eine Regelabweichung vorgegebener Größe besteht, z.B. ob eine Differenz von 10% nicht überschritten wird. Bei der Über prüfung werden Einschwingvorgänge mitberücksichtigt. Solange sich der jeweilige Istwert in vorgegebenen Grenzen zum jeweiligen Soll wert bewegt, findet die oben beschriebene Regelung mit Hilfe des Haupt-Reglers 12 statt. Werden jedoch die vorgegebenen Grenzen über schritten, beginnt der Hilfs-Regler 17 zu arbeiten. Er gibt ein Stellsignal aus. Gleichzeitig führt der zweite Mikrorechner 11 der Umschalteinrichtung 14 ein Umschaltsignal zu, das dafür sorgt, daß die Umschalteinrichtung auf das Stellsignal vom Hilfs-Regler 11 um schaltet. Dies bedeutet, daß anstatt des Ausgangssignals vom Haupt-Regler das Ausgangssignal vom Hilfs-Regler dem Stellglied als Stellsignal zugeführt wird.

Die Regler 12, 17 können als analoge Regler oder als digitale Regler ausgeführt sein. Im letzteren Fall können die digitalen Regler in die Mikrorechner integriert werden. Je nach Auslegung der Regler als analoge oder digitale Regler, ist vor oder nach dem Regler ein D/A-Wandler angeordnet.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in der Fig. 1b dargestellt. Hier ist der Hilfs-Regler als digitaler Regler ausgeführt und in den zweiten Mikrorechner 11 integriert. Der Haupt-Regler ist dagegen analog aufgebaut. Diesem analogen Regler wird das Ausgangssignal des Mikrorechners 10 über einen D/A-Wand ler 13 zugeführt. Entsprechende Elemente in den Fig. 1a und 1b sind gleich bezeichnet. Die Funktion dieser Elemente ist schon in Fig. 1a beschrieben.

Wesentlich ist, daß der zweite Mikrorechner so ausgebildet ist, daß er das Umschaltsignal auch bei Eintritt einer anderen Bedingung aus gibt als der oben genannten, nämlich immer in der Startphase der Brennkraftmaschine, wenn die Kraftstoffmenge geregelt wird.

Der Prüfablauf gemäß Fig. 2 wird bei jedem Durchlauf des Hauptpro gramms abgearbeitet. In einem Schritt s 1 wird überprüft, ob eine Prüfbedingung erreicht ist. Im Beispielsfall ist dies die Bedingung, ob die Startphase vorliegt. Die Startphase liegt in demjenigen Zeit raum vor, der zwischen dem Zeitpunkt des Betätigens des Zündschlüs sels und dem Zeitpunkt des Erreichens einer vorgegebenen Drehzahl liegt. Diese Drehzahl liegt typischerweise 50-100% über der Leer laufdrehzahl. Sobald diese erhöhte Drehzahl erreicht ist, wird von einer Kraftstoffsteuerung mit erhöhter Kraftstoffmenge zum Starten der Brennkraftmaschine auf Leerlaufregelung umgeschaltet. Immer dann, wenn die Prüfbedingung nicht erreicht ist, also nach Beendigen der Startphase, wird zum weiteren Abarbeiten des Hauptprogramms übergegangen.

Ist dagegen die Prüfbedingung erreicht, d.h. liegt die Startphase vor, wird in einem Schritt s 2 das Umschaltsignal ausgegeben und es wird überprüft, ob die für den Startfall vorgegebene Kraftstoffmenge erreicht wird. Zu diesem Zweck wird vorteilhafterweise nicht der tatsächliche Kraftstoffmenge-Istwert gemessen, wie im Blockschalt bild von Fig. 1 angedeutet, sondern es werden Hilfsgrößen über prüft. Bei einem Dieselmotor wird überprüft, ob das Stellglied eine vorgegebene Lage erreicht.

Diese Lage ist durch den Sollwert vorbestimmt, der also nicht unmit telbar die Kraftstoffmenge, sondern vielmehr den Sollstellweg der Regelstange bestimmt. Bei einer Brennkraftmaschine mit Benzinein spritzung wird dagegen überprüft, ob ein vorgegebenes Einspritzven til tatsächlich über diejenige Zeitspanne öffnet, die durch einen Sollwert vorgegeben ist.

In einem Schritt s 3 wird überprüft, ob ein Fehler aufgetreten ist. Ein Fehler tritt immer dann auf, wenn die Umschalteinrichtung 14 nicht ordnungsgemäß umschaltet oder der Hilfs-Regler defekt ist. Dann gelangt das Ausgangssignal vom Mikrorechner 11 nicht oder ver fälscht zum Stellglied 15, so daß sich bei der oben genannten Mes sung ein Istwert einstellt, der nicht mit dem vom zweiten Mikrorech ner 11 ausgegebenen Wert übereinstimmt. In diesem Fall erfolgt in einem Schritt s 4 eine Fehleranzeige und die Prüfung wird beendet. Das Fahrzeug kann dann voll ordnungsgemäß weiterbetrieben werden, da ja der erste Mikrorechner 10 und der Haupt-Regler 12 noch betriebs fähig sind und die Umschalteinrichtung 14 das Ausgangssignal vom Haupt-Regler 12 auf das Stellglied 15 weiterleitet. Es ist jedoch festgestellt, daß dann, wenn der erste Mikrorechner 10 oder der Haupt-Regler 12 ausfallen würde, die Brennkraftmaschine nicht mehr betrieben werden könnte, da eines der Schaltungsteile zwischen dem jenigen Ausgangsanschluß des zweiten Mikrorechners 11 und dem Stell glied 15 defekt ist. Daher erfolgt die Fehleranzeige, damit ein Re parieren des Kraftstoffzumeßsystems veranlaßt werden kann.

Wird im Schritt s 3 kein Fehler festgestellt, wird in einem Schritt s 5 überprüft, ob inzwischen eine Prüfschlußbedingung er reicht ist. Im Beispielsfall ist dies die genannte Bedingung, daß eine vorgegebene Drehzahl überschritten worden ist. Ist diese Schlußbedingung noch nicht erreicht, werden weitere Schritte im Hauptprogramm ausgeführt, bis wieder der Prüfablauf gemäß Fig. 2 erreicht wird. In dieser Zeit wird dauernd das Umschaltsignal ausge geben, um den Stellwert vom Haupt-Regelkreis auf das Stellglied 15 zu führen. Ergibt sich im Schritt s 5 dagegen, daß die Prüfschlußbe dingung erreicht ist, wird die Prüfung in einem Schritt s 6 beendet, d.h. das Umschaltsignal wird nicht mehr ausgegeben, was die Um schalteinrichtung 14 dazu veranlaßt, wieder auf das Ausgangssignal vom Haupt-Regeler 12 umzuschalten.

Der Hilfs-Regler und der zweite Mikrorechner 11 sind nur als Notein richtungen ausgeführt, die nicht so schnell arbeitet wie der erste Mikrorechner 11 oder der Haupt-Regler 12. Bei der Berechnung dieses Sollwerts werden weniger Bedingungen berücksichtigt, als bei dem vom ersten Mikrorechner 10 errechneten Sollwert. Diese schlechteren Re geleigenschaften im Hilfs-Regelkreis stören jedoch in der Startphase nicht, da in dieser Phase gar keine Drehzahlregelung stattfindet.

Nicht störend ist der Prüfablauf gemäß Fig. 2 auch dann, wenn die Prüfbedingung diejenige ist, ob Schubbetrieb vorliegt, und wenn der Prüfschluß dann erreicht ist, wenn der Schubbetrieb wieder aufgeho ben ist. Während des Schubbetriebs wird im Schritt s 2 eine kleine Kraftstoffmenge vorgegeben, und es wird im Schritt s 3 überprüft, ob diese geringe Kraftstoffmenge auch eingestellt wurde.

Insbesondere dann, wenn der zweite Mikrorechner 11 und der Hilfs-Reg ler 17 so leistungsfähig und schnell sind, daß sie einen Regelbe trieb mit derselben Qualität aufweisen können wie der Haupt-Regel kreis mit dem ersten Mikrorechner 10 und dem Haupt-Regler 12, kann der Prüfablauf gemäß Fig. 2 auch ohne jede Inkaufnahme von ver schlechterter Regeleigenschaften in Zeiträumen ausgeführt werden, in denen Regelung ausgeführt wird. Die Prüfbedingung im Schritt s 1 be steht dann darin, ob eine vorgegebene Zeitspanne seit dem letzten Prüfablauf verstrichen ist.

Sind die Regeleigenschaften im Hilfs-Kreis schlechter als im Haupt-Kreis, ist es von Vorteil, die eben genannte erste Zeitspanne möglichst groß und die zweite Zeitspanne möglichst kurz zu wählen, nur so lange, daß sicher festgestellt werden kann, ob der vom Hilfs-Regelkreis ausgegebene Sollwert ordnungsgemäß an das Stell glied 15 gelangt. Dazu reicht ein Zeitraum im Bereich einer Sekunde.

Das Umschaltsignal wird unabhängig davon, wie eine jeweilige Prüfbe dingung zum Testen der Schaltungsteile zwischen dem zweiten Mikro rechner 11 und dem Stellglied 15 beschaffen ist, ausgegeben, wenn festgestellt wird, daß der Haupt-Regelkreis nicht mehr ordnungsgemäß arbeitet, sei es durch einen Fehler im ersten Mikrorechner 10 oder durch einen Fehler im Haupt-Regler 12. Um einen Fehler im Haupt-Kreis festzustellen, überprüft der zweite Mikrorechner 11 dauernd, ob der ihm zugeführte Istwert mit dem Sollwert vom ersten Mikrorechner 10 innerhalb der oben genannten Grenzen in Einklang ist. Fehlt der Einklang, wird das Umschaltsignal ausgegeben. In die sem Fall zeigt dieses Signal also tatsächlich einen Fehler an, wäh rend es im Prüfungsfall nur hilfsweise ausgegeben wird, wobei in der Regel kein Fehler vorliegt.

Claims

1. Kraftstoffzumeßsystem mit

- einem Stellglied (15) zum Einstellen einer Kraftstoffstelleinrich tung (16), die den einer Brennkraftmaschine zuzuführenden Kraft stoff bemißt,
- einem Haupt-Regler (12) und einem Hilfs-Regler (17) zum Ausgeben eines Stellsignals an das Stellglied,
- einem ersten Mittel (10), zur Ausgabe eines Kraftstoffmengen-Soll wertsignals,
- einem zweiten Mittel (11) zur Ausgabe eines Umschaltsignals,
- einem Mittel zum Umschalten (14), welches bei vorliegendem Um schaltsignal anstatt des Ausgangssignals vom Haupt-Regler das Aus gangssignal vom Hilfs-Regler dem Stellglied als Stellsignal zu führt, dadurch gekennzeichnet, daß
- das zweite Mittel (11) so ausgebildet ist, daß es das Umschaltsig nal zu Testzwecken ausgeben kann, um dadurch den Hilfs-Regler und/oder die Mittel zum Umschalten (14) auf Funktionsfähigkeit zu prüfen.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Haupt-Regler analog und der Hilfs-Regler digital ausgeführt ist.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfs-Regler in das zweite Mittel (11) integriert ist.

4. System nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeich net, daß das zweite Mittel (11) so ausgebildet ist, daß es das Um schaltsignal beim Start der Brennkraftmaschine ausgibt.

5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Umschalt signal so lange ausgegeben wird, bis eine vorgegebene Drehzahl er reicht ist.

6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Mittel (11) so ausgebildet ist, daß es das Umschalt signal für eine kurze Zeitspanne im Schubbetrieb ausgibt.

7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dies das Zu führen einer geringen Kraftstoffmenge bewirkt, wenn die genannten angesteuerten Schaltungsteile ordnungsgemäß arbeiten.

8. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Mittel (11) so ausgebildet ist, daß es das Umschalt signal in vorgegebenen Zeitabständen jeweils für eine kurze Zeit spanne ausgibt.