DE4103840B4

DE4103840B4 - Fehler-Überwachungsverfahren

Info

Publication number: DE4103840B4
Application number: DE19914103840
Authority: DE
Inventors: Wolf Ing.(Grad.) Wessel; Joachim Dipl.-Ing. Berger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1991-02-08
Filing date: 1991-02-08
Publication date: 2011-02-10
Anticipated expiration: 2011-02-09
Also published as: FR2672640B1; FR2672640A1; JPH04314948A; DE4103840A1

Abstract

Überwachungsverfahren für das Auffinden von Fehlern in Regelkreisen, insbesondere in Regelkreisen für die Kraftstoffzumessung bei Brennkraftmaschinen, bei dem mindestens eine Stellgröße (uR) des Regelkreises auf Überschreiten einer vorgebbaren Grenze überwacht wird, dadurch gekennzeichnet, dass für einen Fehlermeldebetrieb die Größe des Sollwerts (u_soll) des Regelkreises innerhalb eines Vorgabebereichs liegen muss und dass beim Überschreiten oder Unterschreiten der Grenzen (maximale Grenze u_soll- Schwelle 1; minimale Grenze u-soll-Schwelle 2) des Vorgabebereichs keine Fehlermeldung erfolgt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Überwachungsverfahren für das Auffinden von Fehlern in Regelkreisen, insbesondere in Regelkreisen für die Kraftstoffzumessung bei Brennkraftmaschinen, wobei mindestens eine Regelkreisgröße auf Überschreiten einer vorgebbaren Grenze überwacht wird.
Das erfindungsgemäße Überwachungsverfahren lässt sich in Regelkreisen beliebiger Art einsetzen. Zur Verdeutlichung soll es anhand eines Regelkreises für die Kraftstoffzumessung bei Brennkraftmaschinen erläutert werden. Bei derartigen Regelkreisen, insbesondere bei Einspritzpumpen, stellt sich das Problem der Verhinderung von gefährlichen Betriebszuständen, wie zu hohe Drehzahlen und zu große Einspritzmengen infolge von Defekten einzelner oder mehrerer Bauteile sowohl im Elektronikteil als auch in der Mengenstellwerkmechanik. Um gefährliche Betriebszustände zu vermeiden, ist es notwendig, Überwachungsverfahren für das Auffinden von Fehlern einzusetzen. Wird ein Fehler erkannt, so ist die Brennkraftmaschine in einen ungefährlichen Betriebszustand zu überführen; vorzugsweise wird sie ausgeschaltet.
Aus der DE 28 41 750 A1 und der DE 35 31 198 A1 sind Verfahren zum Erkennen von Störungen und Fehlern in Regelkreisen bekannt. Dort wird die Regelabweichung, das heißt die Differenz zwischen Soll- und Istwert, überwacht. Diese Überwachungsmaßnahmen sind – je nach Regelkreis – relativ träge; auch werden kleine Regelabweichungen, die längere Zeit anliegen, nicht als Fehler erkannt. Ferner wird in bestimmten Betriebszuständen auf Fehler erkannt, obwohl kein Fehler vorliegt.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den im Hauptanspruch genannten Merkmalen hat demgegenüber den Vorteil, dass im Fehlermeldebetrieb, also in einem Zustand, in dem eine Fehlermeldung abgesetzt werden kann, die Größe des Sollwerts des Regelkreises innerhalb eines Vorgabebereichs liegt und das beim Überschreiten der Grenzen des Vorgabebereichs der Fehlermeldebetrieb eingestellt wird, also keine Fehlermeldung abgegeben wird.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die Stellgröße für eine Fehlermeldung den Zustand des Überschreitens bzw. Unterschreitens innerhalb eines Prüfintervalls für eine vorgebbare Mindestfchlerzeit innehat. Die Mindestfehlerzeit stellt also eine Grenze dar. Liegt ein Fehler länger als die Mindestfehlerzeit innerhalb eines Prüfintervalls an, ist also die Fehlerzeit größer oder gleich der Mindestfehlerzeit, so erfolgt eine Fehlermeldung.
Nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung entspricht das Prüfintervall einer Prüfzeit, insbesondere 0...5 s, wobei die Mindestfehlerzeit maximal ebenso groß wie die Prüfzeit ist. Zu einer Fehlermeldung kommt es stets dann, wenn innerhalb der Prüfzeit die vorgebbare Mindestfehlerzeit überschritten wird.
Sofern innerhalb eines Prüfintervalls mehrmals Zustände angenommen werden, die auf einen Fehler zurückzuführen sind und über jedoch auch Zustände vorliegen, die nicht auf einen Fehler schließen lassen, kommt es für eine Fehlermeldung auf die innerhalb eines Prüfintervalls insgesamt angefallene Fehlerzeit an. Die Fehlerzeit setzt sich dabei aus der Summe mehrerer, aufgrund erfüllter Fehlerkriterien anfallender Fehlerzeitabschnitte zusammen. Ist die Summa der Fehlerzeitabschnittegrößer als die vorgebbare Mindestfehlerzeit, so wird die Fehlermeldung abgegeben.
Bevorzugt wird im Falle einer Fehlermeldung die Kraftstoffzufuhr zur Brennkraftmaschine unterbrochen. Alternativ oder zusätzlich ist es jedoch auch möglich, daß im Falle einer Fehlermeldung der Sollwert den Wert ”0” annimmt.
Zeichnung
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Blockdiagramm eines Regelkreises mit einer erfindungsgemäßen Fehlerüberwachung,
2 ein weiteres Blockdiagramm und
3 mehrere Diagramme.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Die 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Regelkreises für die Kraftstoffzumessung einer Brennkraftmaschine. Der Regelkreis weist einen Rechner 1 auf, der vorzugsweise Bestandteil eines elektronischen Steuergeräts ist. Der Rechner 1 stellt – unter Berücksichtigung von für die optimale Betriebsführung der Brennkraftmaschine ausschlaggebenden Parametern – einen Sollwert für die an der Einspritzpumpe einzustellende Regelschieberlage, zum Beispiel Kraftstoffmenge ME, am Ausgang 2 zur Verfügung. Der am Ausgang 2 anliegende digitale Wert wird einem Digital/Analog-Konverter 3 zugeführt, der den nunmehr in analoger Form vorliegenden Sollwert u_soll einer Additionsstelle 4 zuleitet. Als weitere Eingangsgröße wird der Additionsstelle 4 – mit negativem Vorzeichen – ein Istwert u_ist zugeleitet. Die Additionsstelle 4 bildet aus der Differenz zwischen dem Sollwert u_soll und dem Istwert u_ist eine Regelabweichung Δu. Die Regelabweichung Δu wird einem Regler 5 zugeführt, der vorzugsweise als PID-Regler ausgebildet ist. Dieser stellt an seinem Ausgang 6 die Stellgröße u_R zur Verfügung. Diese wird einem schnellen, unterlagerten Stromregelkreis 7 zugeleitet.
Hierzu ist eine Summierstelle 8 vorgesehen, die als Eingangsgröße die bereits genannte Stellgröße u_R erhält. An den Ausgang 9 der Summierstelle 8 ist ein Stromregler STR angeschlossen, dem eine Endstufe ES folgt. Der Ausgang 10 der Endstufe ES liegt an einem Summenpunkt 11. Der Summenpunkt 11 erhält als weitere Eingangsgrößen Störgrößen St. Dies sind zum Beispiel die Batteriespannung U_BATT des Bordnetzes eines die Brennkraftmaschine aufweisenden Fahrzeugs und die Temperatur Temp. der Brennkraftmaschine. An den Ausgang 12 des Summenpunktes 11 ist ein Spannungs/Strom-Umsetzer 13 angeschlossen, dessen Ausgang 14 – mit negativem Vorzeichen – als Eingangsgröße an der Summierstelle 8 liegt.
Ferner führt der Ausgang 12 des Summenpunktes 11 zum Eingang 14 eines Stellwerks STW, das ein aus der Kraftfahrzeugtechnik bekanntes Mengenstellwerk bildet. Am Ausgang 15 des Stellwerks STW steht ein Schieberweg W, zum Beispiel für den Schieber einer Diesel-Einspritzpumpe, zur Verfügung. In Abhängigkeit von dem Schieberweg W wird die einzuspritzende Kraftstoffmenge eingestellt.
Der tatsächlich vorliegende Schieberweg W wird von einem Schieberweggeber SWG erfaßt, der beispielsweise als Potentiometer ausgebildet ist. Der Ausgang 16 des Schieberweggebers SWG führt zur einem Additionspunkt 17, der als weiterer Eingangsgröße – mit positivem Vorzeichen – Störgrößen St erhält. Am Ausgang 18 des Additionspunkt 17 ist eine Auswerteschaltung 19 angeschlossen, an deren Ausgang 20 der bereits vorstehend genannte Istwert u_ist zur Verfügung steht. Letzterer wird ferner einem Analog/Digital-Konverter 21 zugeleitet, dessen Ausgang 22 an den Rechner 1 angeschlossen ist.
Erfindungsgemäß wird die am Ausgang 6 des Reglers 5 zur Verfügung stehende Stellgröße u_R – vorzugsweise über einen Analog/Digital-Konverter 23 – dem Rechner 1 zugeführt, der eine Fehlerüberwachung vornimmt. Hierauf wird nachfolgend noch näher eingegangen.
Der Rechner 1 ist ferner über eine Leitung 24 mit einer elektrischen Abstellvorrichtung 25 (ELAB) verbunden. Beim Aktivieren dieser elektrischen Abstellvorrichtung 25 wird die Kraftstoffzufuhr zur Brennkraftmaschine unterbrochen.
Die 2 zeigt eine Ausführungsvariante, die das erfindungsgemäße Überwachungsverfahren in einer Realisierung ohne Rechner und mit einer analogen Schaltung wiedergibt. In Abweichung zum Ausführungsbeispiel der 1 ist dem als PID-Regler ausgebildeten Regler 5 noch ein PI-Regelkreis 26 vorgeschaltet. Da dies jedoch nicht erfindungswesentlich ist, soll hierauf nicht im einzelnen eingegangen werden. Aus der 2 ist ersichtlich, daß der Istwert u_ist und die Stellgröße u_R einer Fehler-Überwachungsschaltung 27 zugeführt werden.
Die Fehler-Überwachungschaltung 27 weist zwei Komparatoren 28 und 29 auf. An einen Minus-Eingang 30 des Komparators 28 ist der Istwert u_ist angeschlossen. An einem Plus-Eingang 31 wird eine maximale Grenze für den Istwert, nämlich u_ist-Schwelle 1 vorgegeben. Der Ausgang 32 des Komparators 28 führt zu einem Und-Glied 33.
Die Stellgröße u_R wird auf einen Plus-Eingang 34 des Komparators 29 geleitet. An einen Minus-Eingang 35 des Komparators 29 ist ein Stellgrößen-Maximalwert u_R-Schwelle 1 angeschlossen. Der Ausgang 36 des Komparators 29 führt zu einem Eingang des Und-Glieds 33.
Ferner zeigt die 3 eine Sicherheitsschaltung 37, die mehrere, hier nicht näher zur definierende Eingangsgrößen x erhält. Der Ausgang 38 der Sicherheitsschaltung 37 führt zur Endstufe ES sowie zu einem invertierenden Eingang des Und-Glieds 33.
Der Ausgang 39 führt über eine RC-Glied zu einem weiteren Eingang 40 der Endstufe ES. In der 2 ist der Steller (Stellwerk STW) und der Schiebeweggeber SWG in einem Block zusammengefaßt, an dessen Ausgang die Kraftstoffeinspritzmenge M_E zur Verfügung steht.
Es ergibt sich folgende Funktion:
Um einen Fehler des Regelkreises zu erkennen (zum Beispiel ein defektes Stellglied, ein nicht geschlossener, also offener, Regelkreis oder eine Verschiebung des Arbeitsbereichs, zum Beispiel wenn die Stellcharakteristik der Rückmeldung verstimmt ist) wird von der Sicherheitsschaltung 27 in Zusammenhang mit dem Rechner 1 folgende Prüfung vorgenommen:
Sofern gleichzeitig folgende Bedingungen vorliegen:
u_R > u_R-Schwelle 1 und
Zeit t seit Überschreiten der u_R-Schwelle 1 > t-Schwelle und
u_ist < u_ist-Schwelle 1 während der zugehörigen Zeit t,
so liegt ein Fehler vor. In den bevorstehenden Beziehungen bedeuten

uR: = Stellgröße
uR-Schwelle 1: = vorgebbarer Stellgrößen-Maximalwert
t: = Zeit
t-Schwelle: = vorgebbare Mindestfehlerzeit
uist: = Istwert
uist-Schwelle 1: = vorgegebene maximale Grenze des Istwerts.

Es kommt bei der Realisierung gemäß 1 außerdem zu einer Fehlermeldung, wenn nachstehende Verhältnisse gleichzeitig gegeben sind:
u_R < u_R-Schwelle 2 und
Zeit t seit Unterschreiten der u_R-Schwelle 2 > t-Schwelle und
u_soll > u_soll-Schwelle 2 während der zugehörigen Zeit t.
Hierin bedeuten:

uR-Schwelle 2: = Stellgrößen-Minimalwert
usoll-Schwelle 2: = vorgebbare minimale Grenze des Sollwerts.

Zur schaltungstechnischen Realisierung sind in 2 entsprechende Komparatoren usw. vorzusehen.
Das vorstehende soll anhand der Diagramme der 3 näher verdeutlicht werden: Im obersten Diagramm der 3 ist die Stellgröße u_R in Abhängigkeit von der Zeit t dargestellt. Das Diagramm darunter zeigt ein Prüfintervall (Prüfzeit T) innerhalb dessen eine Fehlererkennung erfolgt. Im darunterstehenden Diagramm ist das Auftreten eines Fehlers F in Abhängigkeit von der Zeit t dargestellt. Schließlich zeigt das unterste Diagramm den Verlauf des Sollwertes u_soll in Abhängigkeit von der Zeit t.
Es sei davon ausgegangen, daß die Stellgröße u_R den in dem obersten Diagramm der 3 dargestellten Verlauf aufweist. Die Überwachung auf Fehler erfolgt in einem Abtast-Takt TK, der ganz oben in der 3 dargestellt ist.
Es sei unterstellt, daß zum Zeitpunkt t1 ein Fehler im Regelkreis auftritt. Dies ist durch den Blitz-Pfeil gekennzeichnet. Bis zum Zeitpunkt t2 steigt die Stellgröße u_R etwa linear an und überschreitet dabei den Stellgrößen-Maximalwert u_R-Schwelle 1. Kurz nach dem Zeitpunkt t3 unterschreitet die Stellgröße u_R den Stellgrößen-Maximalwert u_R-Schwelle 1 und fällt dabei etwa linear ab, wobei ein Stellgrößen-Minimalwert u_R-Schwelle 2 unterschritten wird. Zum Zeitpunkt t5 nimmt die Stellgröße u_R wieder zu und überschreitet dabei den Stellgrößen-Minimalwert u_R-Schwelle 2 und wird wieder größer als der Stellgrößen-Maximalwert u_R-Schwelle 1.
Betrachtet man in den einzelnen Abtast-Zeitpunkten des Abtast-Taktes TK den jeweiligen Zustand der Stellgröße u_R, so wird deutlich, daß im Zeitpunkt t2 der Stellgrößen-Maximalwert u_R überschritten wird. Dies führt dazu, daß hier ein Prüfintervall mit der Prüfzeit T gestartet wird (dies entspricht einer Integration, das heißt, es ergibt sich eine linear ansteigende, mit T gekennzeichnete Flanke, die nachfolgend in eine Sägezahnkurve übergeht, sofern weitere Prüfintervalle folgen). Eine Fehlermeldung erfolgt, wenn innerhalb der Prüfzeit T ein auf einen Fehler hindeutenden Zustand mindestens so lange vorliegt, daß eine vorgebbare Mindestfehlerzeit t-Schwelle überschritten wird. Immer dann, wenn die Stellgröße u_R den Stellgrößen-Maximalwert u_R-Schwelle 1 überschreitet beziehungsweise den Stellgrößen-Minimalwert u_R-Schwelle 2 unterschreitet, wird die Fehlerzeit t^* aufintegriert, wobei sie zum Zeitpunkt t6 die Mindestfehlerzeit t-Schwelle überschreitet. Dies erfolgt innerhalb der Prüfzeit T. Da aus dem untersten Diagramm der 2 hervorgeht, daß sich der Sollwert u_soll innerhalb eines Vorgabebereichs bewegt, das heißt, die maximale Grenze u_soll-Schwelle 1 des Sollwerts nicht überschreitet und die minimale Grenze u_soll-Schwelle 2 des Sollwerts nicht unterschreitet, wird – gemäß vorstehender Beziehungen – auf einen Fehler geschlossen. Im Diagramm F (t) ergibt sich daher eine Sprungfunktion. Dies führt – gemäß 1 – zur Aktivierung der elektrischen Abstellvorrichtung 25 durch den Rechner 1, so daß die Kraftstoffzufuhr zur Brennkraftmaschine unterbrochen wird.
Unterstellt man – gemäß dem untersten Diagramm der 3 – unter sonst gleichen Voraussetzungen, daß – gemäß der strichpunktierten Linie – der Sollwert u_soll zum Zeitpunkt t2 die maximale Grenze u_soll Schwelle 1 überschreitet, so führt dies nicht zu einem Ansteigen der Fehlerkurve t^*. Dies ist ebenfalls mit einer strichpunktierten Linie in dem Diagramm T (t) dargestellt.
Eine weitere Variante besteht darin, daß der Sollwert u_soll – gemäß der gepunkteten Linie – die minimale Grenze u_soll-Schwelle2 unterschreitet. Aus dem Diagramm T (t) ist erkennbar, daß sich dann die Funktion t^* ebenfalls nicht im Wert vergrößert.
Das erfindungsgemäße Überwachungsverfahren hat gegenüber dem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren der Überwachung der Regelabweichung die Vorteile, daß keine Totzone bezüglich der Regelabweichung Δu zu definieren ist. Überdies werden auch kleine Regelabweichungen Δu, die längere Zeit anliegen, als Fehler erkannt.

Claims

Überwachungsverfahren für das Auffinden von Fehlern in Regelkreisen, insbesondere in Regelkreisen für die Kraftstoffzumessung bei Brennkraftmaschinen, bei dem mindestens eine Stellgröße (uR) des Regelkreises auf Überschreiten einer vorgebbaren Grenze überwacht wird, dadurch gekennzeichnet, dass für einen Fehlermeldebetrieb die Größe des Sollwerts (u_soll) des Regelkreises innerhalb eines Vorgabebereichs liegen muss und dass beim Überschreiten oder Unterschreiten der Grenzen (maximale Grenze u_soll- Schwelle 1; minimale Grenze u-soll-Schwelle 2) des Vorgabebereichs keine Fehlermeldung erfolgt.
Überwachungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellgröße (uR) auf das Überschreiten eines Stellgrößen-Maximalwerts (uR- Schwelle 1) und das Unterschreiten eines Stellgrößen-Minimalwerts (uR-Schwelle 2) überwacht wird.
Überwachungsverfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellgröße (uR) für eine Fehlermeldung den Zustand des Überschreitens beziehungsweise Unterschreitens innerhalb eines Prüfintervalls (Prüfzeit T) eine vorgebbare Mindestfehlerzeit (t-Schwelle) innehaben muss.
Überwachungsverfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Prüfintervall eine Prüfzeit (T), insbesondere 0 bis 5 s, entspricht und dass die Mindestfehlerzeit (t-Schwelle) maximal ebenso groß wie die Prüfzeit (T) ist.
Überwachungsverfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fehler vorliegt, wenn innerhalb eines Prüfintervalls (Prüfzeit T) die Fehlerzeit (t^*) größer als die Mindestfehlerzeit (t-Schwelle) ist.
Überwachungsverfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die einem Prüfintervall (Prüfzeit T) zugeordnete Fehlerzeit (t^*) aus der Summe mehrerer, aufgrund erfüllter Fehlerkriterien anfallender Fehlerzeitabschnitte zusammensetzen kann.
Überwachungsverfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer Fehlermeldung die Kraftstoffzufuhr zur Brennkraftmaschine unterbrochen wird.
Überwachungsverfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer Fehlermeldung der Sollwert (usoll) den Wert ”0” annimmt.