DE4219669B4 - Steuergerät zur Berechnung von Steuergrößen für sich wiederholende Steuervorgänge - Google Patents
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Abstract
Steuergerät zur Berechnung
von Steuergrößen für mindestens
einen sich wiederholenden Steuervorgang in Kraftfahrzeugen, insbesondere
Zünd-, Einspritz-
oder Bremsvorgang, mit mindestens einem Mikrorechner, mit einer
Schnittstelle zur Abgabe der Steuergrößen sowie weiterer Informationen
an einen anschließbaren,
seriellen Datenbus, sowie zum Empfang von Informationen über den
seriellen Datenbus, wobei das Steuergerät die Steuergrößen oder
die weiteren Informationen zyklisch in einer bestimmten Periode
ermittelt, mit Mitteln zur Erfassung von Betriebsparametern, dadurch
gekennzeichnet, dass das Steuergerät als Betriebsparameterbedingung für einen
Steuervorgang abfragt, ob ein Wert (Dk1)
einer berechneten Steuergröße (Dk) sich nicht um mehr als einen vorgegebenen
Grenzwert (δDk) gegenüber
dem zuvor berechneten Wert (Dk0) verändert hat
und dass das Steuergerät
die Absendung der berechneten Steuergröße (Dk)
auf den seriellen Datenbus unterdrückt, wenn die berechnete Steuergröße (Dk) sich nicht um mehr als einen vorgegebenen
Grenzwert (δDk) gegenüber
dem zuvor berechneten Wert (Dk0) verändert hat.
Description
- Die Erfindung geht aus von einem an einen Bus anschließbaren Steuergerät nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon ein Steuergerät zur Berechnung von Steuergrößen für sich wiederholende Steuervorgänge aus dem Bericht „Bussysteme für KFZ-Steuergeräte „von W. Botzenhardt, M. Litschel und J. Unruh; VDI-Berichte 612 Elektronik im Kraftfahrzeugbau, 1986 bekannt, bei dem aber die Steuergrößen regelmäßig ohne Rücksicht auf den Betriebszustand über den externen Datenbus übertragen werden.
- Aus der
DE 37 12 588 A1 , derDE 40 39 005 A1 , derEP 175095 A1 EP 236694 B1 DE 35 06 118 A1 sind jeweils Steuergeräte bekannt, bei denen wiederholt Steuergrößen berechnet werden. Diese Steuergrößen werden über einen Datenbus übertragen. - Das erfindungsgemäße Steuergeräte mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass es mindestens eine Betriebsparameterbedingung für einen Steuervorgang abfragt und so eine Entscheidung herbeiführt, welche Steuergrößen überhaupt übertragen werden müssen. Dadurch können überflüssige Datenübertragungen vermieden und die Busauslastung verringert werden. Eine Verringerung der Systemlatenzzeit bei dem angeschlossenen Bussystem ist dadurch erreichbar. Als Betriebsparameterbedingung wird abgefragt, ob der Wert einer berechneten Steuergröße sich nicht um mehr als einen vorgegebenen Grenzwert gegenüber dem zuvor berechneten Wert verändert hat. Damit können Datenübertragungen bei vielen Steuergrößen auf einfache Art und Weise eingespart werden.
- Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Steuergrößen möglich. Besonders vorteilhaft ist, die Betriebsparameterbedingung schon vor der Berechnung der Steuergrößen abzufragen und dann auch die Berechnung der nicht zu übertragenden Steuergröße nicht durchzuführen. Dadurch wird die Rechenbelastung des Steuergerätes verringert. Ebenfalls vorteilhaft ist es, anstelle der nicht zu berechnenden und nicht zu übertragenden Steuergröße eine andere Steuergröße und/oder weitere Daten zu berechnen und über den Bus zu übertragen. Dadurch ist eine größere Genauigkeit bei bestimmten Steuervorgängen erreichbar. Weiterhin sind Sicherheitsfunktionen mit hohem Datenaufkommen realisierbar.
- Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
1 ein Steuergerät zur Berechnung von Steuergrößen, an das ein Zünd-, Einspritz- und Brems-Modul über einen externen Datenbus angeschlossen ist;2 den Datenverkehr auf dem externen Datenbus für drei verschiedene Betriebszustände;3 ein Struktogramm für ein Programm zur Abarbeitung vom Mikroprozessor des Steuergerätes nach1 ;4 ein Antriebschlupfregelungs-Steuergerät und ein Drosselklappen-Steuergerät, die über einen externen Datenbus miteinander verbunden sind;5a die zeitsynchronen Datenübertragungen einer Steuergröße seitens des Antriebschlupfregelungs-Steuergerätes;5b die Datenübertragung einer Steuergröße seitens des Antriebschlupfregelungs-Steuergerätes ereignisbezogen und6 ein Struktogramm für ein Programm zur Abarbeitung vom Mikroprozessor des Antriebschlupfregelungs-Steuergerätes. - In
1 bezeichnet die Bezugszahl20 ein zentrales Steuergerät, die Bezugszahl21 ein Zündmodul, die Bezugszahl22 ein Einspritz-Modul und die Bezugszahl23 ein Brems-Modul. Die genannten Bauteile sind an einen externen Datenbus24 angeschlossen. Jedes der Bauteile besitzt zum Anschluß an den externen Datenbus24 eine Schnittstelle25 . Das so gebildete Netzwerk ist zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine vorgesehen. Das zentrale Steuergerät enthält außer der Schnittstelle25 auch einen leistungsfähigen Mikrorechner20a und einen Speicherbaustein20b . Der Mikrorechner ist dabei so ausgelegt, daß er die Steuergrößen für sich wiederholende Steuervorgänge, wie Zünd-, Einspritz- und Bremsvorgänge im Kraftfahrzeug hinreichend schnell ermitteln kann. Die berechneten Steuergrößen werden dann über den externen Datenbus24 zu den einzelnen Modulen übertragen. Sich wiederholende Steuergrößen für die Zündvorgänge sind z.B. der Schließwinkel und der Zündzeitpunkt. Diese beiden Steuergrößen müssen innerhalb kürzester Zeit neu berechnet werden, um einen optimalen Betrieb der Brennkraftmaschine zu gewährleisten. Die Zeitspanne zwischen zwei Zündungen beträgt bei einem Sechszylindermotor bei 6000 U/min nur 3,3 ms, so daß innerhalb dieser Zeit die Berechnung, die Übertragung sowie die Einstellung der berechneten Werte durchgeführt werden muß. Sich wiederholende Steuergrößen für die Einspritzvorgänge sind z.B. die Einspritzdauer und der Einspritzzeitpunkt. Für sie gilt ebenfalls, daß sie je nach Betriebszustand innerhalb kürzester Zeit ermittelt werden müssen. Für das Bremsmodul führt das zentrale Steuergerät ebenfalls die Berechnung für sich wiederholende Steuergrößen, wie z.B. die Steuerwerte für angeschlossene Aktuatoren23c für die hydraulischen Regelkreise der Bremsanlage aus. Bei der Berechnung dieser Größen sind zum Teil komplizierte Differentialgleichungen zu lösen. - Die dargestellten Module
21 ,22 ,23 enthalten jeweils außer den in1 gezeigten Schnittstellen25 auch einen Mikroprozessor, einen Speicher-Baustein sowie Ein-/Ausgabe-Schaltkreise. An das Zünd-Modul21 sind z.B. Geber21a für die Motordrehzahl, die Motortemperatur und die Bezugsmarke einer Kurbel- und/oder Nockenwelle der Brennkraftmaschine angeschlossen. Als Aktuator21b ist hier z.B. eine Endstufe, die mit der Zündspule in Verbindung steht, vorgesehen. An das Einspritzmodul22 sind Geber22b für die Ansaugluftmenge, Drosselklappenstellung, Ansauglufttemperatur, sowie den Vollast-Kontakt angeschlossen. Der Geber22a für den Leerlauf-Kontakt ist gesondert dargestellt. Als Aktuatoren22c sind hier Endstufen vorgesehen, die mit der Kraftstoffpumpe und dem Einspritzventil in Verbindung stehen. Für das Brems-Modul23 sind z.B. Geber23b für die Raddrehzahl jedes Rades und als Aktuatoren23c Endstufen, die mit den Magnetventilen der hydraulischen Regelkreise in Verbindung stehen, vorgesehen. Der Geber23a für den Bremskontakt ist gesondert dargestellt. - Für die Berechnung der Steuergrößen benötigt das zentrale Steuergerät
20 die erfaßten Gebersignale der einzelnen Module21 ,22 ,23 . Die Module übertragen daher diese Werte über den angeschlossenen Datenbus24 laufend an das zentrale Steuergerät20 . Die Berechnung der Steuergrößen, als auch die Erfassung der Gebersignale seitens der Module, als auch die Einstellung der berechneten Steuergrößen sind im Stand der Technik hinreichend beschrieben, so daß im folgenden nur auf die erfindungswesentlichen Aspekte dieser Vorgänge eingegangen wird. Auch die vorgesehenen Datenübertragungen mit Hilfe der Schnittstellen und des externen Datenbusses24 sind im Stand der Technik beschrieben. Dabei kann jedes für die Datenübertragung im Kraftfahrzeug geeignete Bussystem, wie z.B. das CAN-Bussystem Verwendung finden. - Die
2 zeigt den Datenfluß auf dem externen Datenbus24 seitens des zentralen Steuergerätes20 und des Zünd-, Einspritz- und Brems-Moduls21 ,22 ,23 für die drei verschiedenen Betriebszustände "Normalbetrieb, Bremsbetrieb mit Motordrehzahl oberhalb von 1500 U/min und Bremsbetrieb mit Motordrehzahl unterhalb von 1500 U/min." Während des Normalbetriebes des Kraftfahrzeuges sendet das Einspritzmodul22 die seinerseits ermittelten Geberwerte Eg in einem bestimmten Zeitraster an das zentrale Steuergerät20 . Vom Brems-Modul23 werden keine Daten an das zentrale Steuergerät20 gesendet. Das Zündmodul sendet seinerseits die ermittelten Geberwerte Zg an das zentrale Steuergerät20 . Dabei werden die einzelnen Absendezeitpunkte aber synchron zur Drehung der Kurbelwelle der Brennkraft maschine des Kraftfahrzeuges gewählt. Die Absendezeitpunkte sind dabei winkelbezogen und brauchen nicht unbedingt äquidistant zu den vorherigen Absendezeitpunkten sein. Aus den empfangenen Geberwerten ermittelt das zentrale Steuergerät20 die Steuergrößen Z, E für die Zünd- und Einspritzvorgänge. Diese Größen werden während des Normalbetriebes ebenfalls winkelbezogen an die Zünd- und Einspritzmodule21 ,22 übertragen. Wechselt der Fahrzustand des Kraftfahrzeuges von Normalbetrieb nach Bremsbetrieb, so sendet das Bremsmodul23 seinerseits die ermittelten Geberwerte Ag an das zentrale Steuergerät20 zeitbezogen in einem bestimmten Zeitraster. Bei der ersten Absendung wird auch eine Botschaft AEin an das zentrale Steuergerät20 abgesendet, die dem zentralen Steuergerät20 anzeigt, daß der Bremskontakt nunmehr geschlossen ist und daß somit Bremsbetrieb vorliegt. Für den Fall, daß die Drehzahl des Motors oberhalb von 1500 U/min liegt, sendet das zentrale Steuergerät20 nur noch die Steuergrößen Z für das Zünd-Modul21 winkelbezogen über den externen Datenbus24 ab. Zusätzlich werden aber die berechneten Steuergrößen A für das Brems-Modul23 im kurzen Zeitraster an das Brems-Modul23 abgesendet. Diese berechneten Steuergrößen entsprechen z. B. Steuerwerten für die Magnetventile der hydraulischen Regelkreise der Bremsanlage. Durch sie wird der Bremsdruck geregelt. Das Zündmodul21 und das Einspritz-Modul22 senden weiterhin die ermittelten Geberwerte Zg und Eg, wie während des Normalbetriebes, an das zentrale Steuergerät20 . Erkennt das zentrale Steuergerät20 , daß die Motordrehzahl während des Bremsbetriebes unterhalb von 1500 U/min absinkt, so werden wieder zusätzlich die Steuergrößen E für die Einspritzvorgänge an das Einspritz-Modul22 winkelbezogen abgesendet. Ansonsten ist der Datenfluß auf dem externen Datenbus24 wie beim Bremsbetrieb mit einer Motordrehzahl oberhalb von 1500 U/min, jedoch mit erhöhter Buslast oder geringerer Zyklenzahl der Steuergröße A. -
3 soll den Ablauf der Steuervorgänge seitens des zentralen Steuergerätes20 verdeutlichen. Nach dem Programmstart30 durch Drehen des Zündschlüssels auf Stellung "Ein" wird erst im Programmteil31 eine Initialisierung des zentralen Steuergerätes20 durchgeführt. Dabei werden Testroutinen abgearbeitet und die Register des zentralen Steuergerätes20 mit bestimmten Ausgangswerten belegt. Im Programmteil32 liest das zentrale Steuergerät20 die Betriebsparameter ein. Diese Betriebsparameter entsprechen den empfangenen Geberwerten von den einzelnen Modulen21 ,22 ,23 . Sodann gelangt das Programm zu der Abfrage33 . Dort wird als Betriebsparameterbedingung abgefragt, ob die Bremse aktiviert ist. Ist dies nicht der Fall, so wird der Programmteil37 abgearbeitet. Dieser dient zur Berechnung der Zünd- und Einspritz-Steuergrößen Z, E, wie im Normalbetrieb nach2 vorgesehen. Die berechneten Größen Z, E werden anschließend im Programmteil38 winkelbezogen an die entsprechenden Module21 ,22 abgesendet. Danach wird zyklisch mit dem Programmteil32 fortgefahren. Ergibt die Abfrage33 , daß die Bremse aktiviert ist, so wird das Programm mit der Abfrage34 fortgeführt. Dort wird als Betriebsparameterbedingung abgefragt, ob der Leerlauf-Kontakt geschlossen ist und ob die Motordrehzahl oberhalb von 1500 U/min liegt. Sind beide Bedingungen erfüllt, so werden im Programmteil35 die Steuergrößen Z für die Zündung und die Steuergrößen A für die Bremsvorgänge berechnet. Die Berechnung der Steuergrößen E für den Einspritzvorgang entfällt. Im Programmteil36 werden danach die Steuergrößen Z winkelbezogen und die Steuergrößen A zeitbezogen an die entsprechenden Module21 ,23 gesendet. Danach wird das Programm wieder mit Programmteil32 fortgesetzt. War die Betriebsparameterbedingung in Abfrage34 nicht erfüllt, so werden im Programmteil39 die Steuergrößen Z, E, A für die Zünd-, Einspritz- und Bremsvorgänge berechnet und im Programmteil40 gesendet. Dabei werden die Steuergrößen Z, E wieder winkelbezogen und die Steuergrößen A zeitbezogen gesendet. Anschließend wird das Programm wieder mit Programmteil32 fortgesetzt. - In
4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Darin bezeichnet die Bezugszahl50 ein Antriebsschlupfregelungs-Steuergerät eines Kraftfahrzeuges mit einer Brennkraftmaschine, das über einen externen Datenbus24 mit einem Drosselklappen-Steuergerät51 des Kraftfahrzeuges verbunden ist. Beide Steuergeräte enthalten jeweils eine Schnittstelle25 , an die der externe Datenbus24 angeschlossen ist. Sowohl das Drosselklappen- als auch das Antriebsschlupfregelungs-Steuergerät enthält mindestens einen Mikroprozessor, einen Speicher und Ein-/Ausgabe-Schaltungen an die sowohl Geber50a ,51a als auch Aktuatoren50b ,51b angeschlossen sind. Diese Bauteile sind in der Zeichnung der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Aus den Gebersignalen ermittelt das Drosselklappen-Steuergerät51 in einem bestimmten Zeitraster einen Drosselklappenstellwert. Dieser wert entspricht einem "Fahrerwunsch", der dem Drosselklappen-Steuergerät51 durch Drücken des Gaspedals eingegeben wird. Dazu ist am Drosselklappen-Steuergerät51 ein Geber angeschlossen, der die Stellung des Gaspedals erfaßt. Dieser "Fahrerwunsch" bedarf aber einer Korrektur von Seiten des Antriebsschlupfregelungs-Steuergerätes50 , da es für einen sicheren Fahrbetrieb nicht sinnvoll sein kann, die Drosselklappe der Brennkraftmaschine weiter zu öffnen, wenn das Antriebsschlupfregelungs-Steuergerät50 mit Hilfe seiner angeschlossenen Geber feststellt, daß die Antriebsräder sowieso schon "durchdrehen". - Aus diesem Grunde wird der Drosselklappen-Stellwert bevor er vom Drosselklappen-Steuergerät
51 tatsächlich eingestellt wird, erst zum Antriebsschlupfregelungs-Steuergerät50 übertragen. Dieses berechnet dann einen Korrekturwert Dk und übermittelt seinerseits den Korrekturwert Dk an das Drosselklappen-Steuergerät51 , woraufhin das Drosselklappen-Steuergerät51 seinen ermittelten Drosselklappen-Stellwert um Dk korrigiert und dann den korrigierten Drosselklappen-Stellwert einstellt. - Die
5a zeigt einige Datenübertragungen von Korrekturwerten Dk vom Antriebsschlupfregelungs-Steuergerät50 zum Drosselklappen-Steuergerät51 . Die Absendungen erfolgen hier noch in einem festen Zeitraster mit einem zeitlichen Abstand von Δt. Die aufeinanderfolgenden Absendezeitpunkte sind äquidistant. - Die
5b zeigt einige Datenübertragungen von Korrekturwerten Dk von Seiten eines erfindungsgemäßen Antriebsschlupfregelungs-Steuergerätes50 . Dabei erfolgen die Absendungen nicht mehr in einem festen Zeitraster, sondern es werden dann Korrekturwerte Dk zum Drosselklappen-Steuergerät51 abgesendet, wenn sich der Korrekturwert Dk über einen Grenzwert ± Δ Dk hinaus gegenüber dem zuvor abgesendeten Korrekturwert Dk verändert hat. - Die Arbeitsweise eines erfindungsgemäßen Antriebsschlupfregelungs-Steuergerätes
50 bezogen auf die Absendungen der Korrekturwerte Dk ist in6 dargestellt. Nach dem Programmstart60 wird der Programmteil61 abgearbeitet. Dadurch wird das Antriebsschlupfregelungs-Steuergerät50 initialisiert und getestet. Anschließend werden im Programmteil62 die Betriebsparameter für die Steuervorgänge des Antriebsschlupfregelungs-Steuergerätes50 ermittelt. Dazu werden z.B. die Gebersignale der angeschlossenen Geber50a erfaßt. Gleichzeitig werden aber auch einige Betriebsparameter über den angeschlossenen externen Datenbus24 vom Drosselklappen-Steuergerät51 empfangen. Unter anderem wird der Drosselklappen-Stellwert in diesem Programmteil vom Drosselklappen-Steuergerät51 empfangen. Im Programmteil63 findet dann die Berechnung des Korrekturwertes Dk unter Berücksichtigung der zuvor ermittelten Betriebsparameter statt. Danach wird in Abfrage64 die Betriebsparameterbedingung abgefragt, ob der neu ermittelte Korrekturwert Dk sich gegenüber dem zuvor ermittelten Korrekturwert über einen Grenzwert ± ΔDk als Hysterese hinaus verändert hat. Ist dies der Fall, so wird in Programmschritt65 der neu ermittelte Korrekturwert Dk an das Drosselklappen-Steuergerät51 abgesendet. Anschließend wird das Programm mit Programmteil62 fortgesetzt. Wurde in der Abfrage64 keine Veränderung festgestellt, so wird kein Korrekturwert Dk an das Drosselklappen-Steuergerät51 abgesendet und das Programm mit dem Programmteil62 fortgefahren. - Das erste Ausführungsbeispiel kann einfach modifiziert werden, wenn auch eine Schubabschaltung bei längeren Bergabfahrten erreicht werden soll. Dazu muß das Programm des zentralen Steuergerätes
20 so abgeändert werden, daß die Abfrage34 im positiven Entscheidungszweig auch dann zu einer Unterdrückung der Berechnung sowie Absendung der Einspritzdaten E seitens des zentralen Steuergerätes20 führt, wenn kein Bremsbetrieb vorliegt. - Die beiden beschriebenen Ausführungsbeispiele sind keineswegs die einzigen Ausführungsformen der Erfindung. Die Erfindung kann bei allen Steuergeräten eingesetzt werden, die Steuergrößen für sich wiederholende Steuervorgänge ermitteln und über einen externen Datenbus an weitere Busteilnehmer absenden. Es muß sich dabei auch nicht unbedingt um Steuergeräte eines Kraftfahrzeuges handeln. Derartige Steuergeräte können z.B. auch bei der Fabrikautomation und der Prozeßsteuerung eingesetzt werden, wobei die Steuergeräte z.B. an Feldbussysteme angeschlossen sind. Ebenfalls kommt die Erfindung für Steuergeräte in Frage, die die Funktion einer Netzwerkmanagementinstanz innerhalb eines Netzwerkes wahrnehmen.
- Diese Steuergeräte können dann aufgrund der Abfragungen von Betriebsparameterbedingungen Entscheidungen herbeiführen, welche Steuergrößen über den Bus zu übertragen sind und diese den angeschlossenen Steuergeräten mitteilen.
Claims (5)
- Steuergerät zur Berechnung von Steuergrößen für mindestens einen sich wiederholenden Steuervorgang in Kraftfahrzeugen, insbesondere Zünd-, Einspritz- oder Bremsvorgang, mit mindestens einem Mikrorechner, mit einer Schnittstelle zur Abgabe der Steuergrößen sowie weiterer Informationen an einen anschließbaren, seriellen Datenbus, sowie zum Empfang von Informationen über den seriellen Datenbus, wobei das Steuergerät die Steuergrößen oder die weiteren Informationen zyklisch in einer bestimmten Periode ermittelt, mit Mitteln zur Erfassung von Betriebsparametern, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät als Betriebsparameterbedingung für einen Steuervorgang abfragt, ob ein Wert (Dk1) einer berechneten Steuergröße (Dk) sich nicht um mehr als einen vorgegebenen Grenzwert (δDk) gegenüber dem zuvor berechneten Wert (Dk0) verändert hat und dass das Steuergerät die Absendung der berechneten Steuergröße (Dk) auf den seriellen Datenbus unterdrückt, wenn die berechnete Steuergröße (Dk) sich nicht um mehr als einen vorgegebenen Grenzwert (δDk) gegenüber dem zuvor berechneten Wert (Dk0) verändert hat.
- Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (
50 ) Gebersignale angeschlossener Geber (50a ) als Mittel zur Erfassung von Betriebsparametern auswertet und/oder weitere Betriebsparameter über den seriellen Datenbus (24 ) empfängt. - Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (
20 ) als weitere Betriebsparameterbedingung abfragt, ob ein Bremskontaktschalter (23a ) betätigt ist (33 ). - Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (
20 ) als weitere Betriebsparameterbedingung abfragt, ob ein Leerlaufkontaktschalter (22a ) betätigt ist und ob gleichzeitig die Motordrehzahl einen vorgegebenen Wert überschritten hat (34 ). - Steuergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (
20 ) als Steuergrößen Schließwinkel, Zündzeitpunkt, Einspritzdauer, Einspritzzeitpunkt und Werte zur Einstellung mindestens eines Aktuators (23c ) des Bremssystems eines Kraftfahrzeuges berechnet.
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