DE4231432A1 - Digitally controlling power output of IC engine - using register latch set to predetermined non-critical value for PWM upon microprocessor failure - Google Patents

Digitally controlling power output of IC engine - using register latch set to predetermined non-critical value for PWM upon microprocessor failure

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Abstract

The throttle flap (7) is rotated by a motor (6) driven by the output stage (5) of a regulator (4) which responds to a square-wave signal (12) from a pulse width modulator (11) in the control circuit (3) clocked by a microprocessor (1). A set-point value is computed and applied over a 10-bit parallel data line (2) to a register (10), which is read out to the modulator and then reset by another output from the clock generator (13). ADVANTAGE - Set-point held at safe level allowing engine to be stopped or run at emergency speed after failure of program execution by microprocessor.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur digitalen Steuerung eines Leistungs-Stellgliedes einer Brennkraftmaschine, wobei von einem Mikrocomputer ein digitaler Sollwert berechnet wird, der in ein pulsbreitenmoduliertes Signal umgewandelt wird.The invention relates to a method and a device for digital control of a power actuator Internal combustion engine, being from a microcomputer digital setpoint is calculated in a pulse width modulated signal is converted.

In bekannten Systemen zur digitalen Steuerung von Leistungs-Stellgliedern, beispielsweise der Drosselklappe einer Brennkraftmaschine wird ein Sollwert für die Stellung des Leistungs-Stellgliedes berechnet und bereits im Mikrocomputer in ein pulsbreitenmoduliertes Signal umgewandelt. Dieses wird über einen Regler und eine Endstufe dem Stellglied zugeführt. Über einen Stellungssensor, dessen Ausgang mit dem Regler verbunden ist, wird dann der sogenannte Nachführregelkreis geschlossen. In known systems for the digital control of Power actuators, such as the throttle valve an internal combustion engine becomes a setpoint for the position of the power actuator calculated and already in Microcomputer into a pulse width modulated signal converted. This is done via a controller and an output stage fed to the actuator. Via a position sensor, the Output is connected to the controller, then the so-called tracking control loop closed.  

Um gefährliche Situationen beim Betrieb des Kraftfahrzeugs zu vermeiden, sind verschiedene Sicherheitseinrichtungen bekanntgeworden, bei welchen im Fehlerfall das Stellglied in eine Stellung geführt wird, von welcher keine Gefahr ausgeht. Im Falle einer Fehlsteuerung des im Mikrocomputer vorhandenen Programms ist es möglich, daß der Mikrocomputer fortlaufend einen falschen Sollwert ausgibt. Ist dieser Sollwert zu hoch, das heißt, höher als die vom Fahrer gewünschte Motorleistung, kann es zu gefährlichen Situationen kommen.To dangerous situations when operating the motor vehicle Various safety devices are to be avoided become known, in which the actuator in the event of a fault a position is held from which no danger going out. In the event of a malfunction in the microcomputer existing program it is possible that the microcomputer continuously outputs an incorrect setpoint. Is this Setpoint too high, that is, higher than that of the driver desired engine power, it can be dangerous Situations come.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Abschalten bzw. einen Notlauf der Brennkraftmaschine zu ermöglichen, wenn sich Fehler im Programmablauf des Mikrocomputers ergeben.The object of the present invention is to switch off or to enable emergency running of the internal combustion engine, if there are errors in the program flow of the microcomputer surrender.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß der digitale Sollwert vom Mikrocomputer in ein Register eingeschrieben wird, daß das pulsbreitenmodulierte Signal aus dem jeweiligen Inhalt des Registers abgeleitet wird und daß das Register im Takt des pulsbreitenmodulierten Signals auf einen vorgegebenen sicherheitsunkritischen Wert gesetzt wird.The method according to the invention is characterized in that that the digital setpoint from the microcomputer into a register is written that the pulse width modulated signal is derived from the respective content of the register and that the register in time with the pulse width modulated signal set to a predetermined non-critical value becomes.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß bei einem großen Teil der mit dem Verfahren erfaßbaren Fehler von vornherein ein niedriger Sollwert ausgegeben wird - ein zu hoher Sollwert also nicht erst durch weitere Maßnahmen begrenzt bzw. herabgesetzt werden muß. Ferner kann das erfindungsgemäße Verfahren in vorteilhafter Weise mit weiteren Sicherheitsmaßnahmen kombiniert werden.The inventive method has the advantage that at a large part of the errors detectable by the method a low setpoint is output from the start - on too high a setpoint, not only through further measures must be limited or reduced. Furthermore, that inventive method in an advantageous manner further security measures can be combined.

Vorzugsweise ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, daß der Takt des pulsbreitenmodulierten Signals mit der Ausgabe des Sollwertes synchronisiert ist. An sich kann im Rahmen der Erfindung das Register auf jeden sicherheitsunkritischen Wert gesetzt werden, besonders einfach ist es jedoch, daß das Register im Takt des pulsbreitenmodulierten Signals auf Null rückgesetzt wird.Is preferred in the method according to the invention provided that the clock of the pulse width modulated signal is synchronized with the output of the setpoint. Per se can within the scope of the invention on everyone  safety-critical value, especially however, it is simple that the register is in time with the pulse width modulated signal is reset to zero.

Eine vorteilhafte Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß das Register über ein Bus-System mit dem Mikrocomputer verbunden ist, daß am Ausgang des Registers ein Pulsbreitenmodulator angeschlossen ist, der ferner von einem Taktgeber gesteuert ist, und daß ein Ausgangssignal des Taktgebers dem Rücksetzeingang des Registers zuführbar ist. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, daß an das Bus-System ferner Eingänge eines Adressen-Decoders angeschlossen sind und daß ein Ausgang des Adressen-Decoders mit einem Steuereingang des Registers verbunden ist.An advantageous device for carrying out the The method according to the invention is characterized in that the register via a bus system with the microcomputer is connected that at the output of the register Pulse width modulator is connected, which is also from a Clock is controlled, and that an output signal of the Clock generator can be fed to the reset input of the register. It is preferably provided that the bus system furthermore inputs of an address decoder are connected and that an output of the address decoder with a Control input of the register is connected.

Die Anzahl der verschiedenen möglichen Fehlfunktionen bei der Abarbeitung eines Programms im Mikrocomputer ist derart groß, daß mit einer einzelnen Maßnahme nicht alle Fehlermöglichkeiten erfaßt werden können. Die im folgenden aufgeführten Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Einrichtung gestatten jedoch, jeweils einen großen Teil der möglichen Fehler zu erfassen und im Fehlerfall das pulsbreitenmodulierte Signal auf einen sicherheitsunkritischen Wert zu setzen.The number of different possible malfunctions The execution of a program in the microcomputer is such great that not all with a single measure Possible errors can be detected. The following further developments of the invention However, facilities allow a large part of each to record possible errors and, in the event of an error, the pulse width modulated signal to one safety-critical value.

Die eine Weiterbildung besteht darin, daß der Ausgang des Adressen-Decoders über eine Logikschaltung mit dem Steuereingang des Registers verbunden ist und daß die Logikschaltung von einem vom Taktgeber synchronisierten Fensterimpulsgenerator steuerbar ist.A further training is that the outcome of the Address decoder via a logic circuit with the Control input of the register is connected and that the Logic circuit from one synchronized by the clock Window pulse generator is controllable.

Bei einer anderen Weiterbildung ist vorgesehen, daß der Ausgang des Adressen-Decoders über eine Logikschaltung mit dem Steuereingang des Registers verbunden ist und daß die Logikschaltung von einer den Mikrocomputer überwachenden Schaltung (Watchdog) steuerbar ist.Another development provides that the Output of the address decoder via a logic circuit with is connected to the control input of the register and that the Logic circuit from a monitoring the microcomputer  Circuit (watchdog) is controllable.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon ist schematisch in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und nachfolgend beschrieben. Es zeigt jeweils als Blockschaltbild:The invention permits numerous embodiments. A of which is schematic in the drawing based on several Figures shown and described below. It shows each as a block diagram:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel, Fig. 1 shows a first embodiment,

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel und Fig. 2 shows a second embodiment and

Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel. Fig. 3 shows a third embodiment.

Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.Identical parts are given the same reference symbols in the figures Mistake.

Bei allen Ausführungsbeispielen ist ein Mikrocomputer 1 Teil einer digitalen Steuereinrichtung zur Steuerung eines Leistungs-Stellgliedes, beispielsweise der Drosselklappe einer Brennkraftmaschine. Über eine Datenleitung 2 (beispielsweise 10 Bit parallel) wird der vom Mikrocomputer 1 berechnete Sollwert einer Steuerschaltung 3 zugeführt, welche pulsbreitenmodulierte Impulse an einen Regler 4 gibt, der über eine Endstufe 5 einen Motor 6 zum Antrieb der Drosselklappe 7 steuert, wobei ein Stellungssensor 8 einen Istwert an den Regler 4 zurückgibt. Der Einfachheit halber wurden die Teile 4 bis 7 nur in Fig. 1 dargestellt.In all the exemplary embodiments, a microcomputer 1 is part of a digital control device for controlling a power actuator, for example the throttle valve of an internal combustion engine. The setpoint calculated by the microcomputer 1 is fed via a data line 2 (for example 10 bits in parallel) to a control circuit 3 , which gives pulse-width-modulated pulses to a controller 4 , which controls a motor 6 for driving the throttle valve 7 via an output stage 5, a position sensor 8 returns an actual value to controller 4 . For the sake of simplicity, parts 4 to 7 were only shown in FIG. 1.

Bei bekannten digitalen Steuereinrichtungen werden häufig Mikrocomputer mit einem integrierten Pulsbreitenmodulator versehen, so daß an einen entsprechenden Ausgang des Mikrocomputers der Regler 4 direkt angeschlossen werden kann. Dieses hat jedoch den Nachteil, daß im Falle einer Fehlfunktion des Mikrocomputers 1, bei welcher ein zu hoher Sollwert ausgegeben wird, ein Eingriff in die Sollwertausgabe nicht erfolgen kann. In known digital control devices, microcomputers are often provided with an integrated pulse width modulator, so that controller 4 can be connected directly to a corresponding output of the microcomputer. However, this has the disadvantage that in the event of a malfunction of the microcomputer 1 , in which an excessively high setpoint is output, an intervention in the setpoint output cannot take place.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung wird jedoch der vom Mikrocomputer 1 berechnete Sollwert in digitaler Form in ein Register 10 eingeschrieben. Ausgänge des Registers 10 sind mit Eingängen eines Pulsbreitenmodulators 11 verbunden, an dessen Ausgang 12 ein rechteckförmiges Signal ansteht, dessen Frequenz an sich konstant ist und dessen Impulsbreite vom digitalen Sollwert abhängt. Dem Pulsbreitenmodulator 11 wird von einem Taktgenerator 13 ein Taktsignal zugeführt. Der Taktgenerator 13 wird vom Mikrocomputer 1 derart synchronisiert, daß die Ausgabe des Sollwertes an das Register 10 und das ausgegebene pulsbreitenmodulierte Signal zeitlich aufeinander abgestimmt sind. Unterbleibt eine Synchronisierung durch den Mikrocomputer 1, so läuft der Taktgenerator mit seiner Eigenfrequenz weiter. Nachdem der Pulsbreitenmodulator 11 den Inhalt des Registers 10 übernommen hat, wird das Register 10 durch ein weiteres Ausgangssignal des Taktgenerators 13 rückgesetzt.In the device according to the invention, however, the setpoint calculated by the microcomputer 1 is written into a register 10 in digital form. Outputs of register 10 are connected to inputs of a pulse width modulator 11 , at the output 12 of which there is a rectangular signal, the frequency of which is constant per se and the pulse width of which depends on the digital setpoint. The pulse width modulator 11 is supplied with a clock signal by a clock generator 13 . The clock generator 13 is synchronized by the microcomputer 1 in such a way that the output of the setpoint to the register 10 and the output pulse-width-modulated signal are coordinated with one another in time. If synchronization is not carried out by the microcomputer 1 , the clock generator continues to run at its natural frequency. After the pulse width modulator 11 has taken over the content of the register 10 , the register 10 is reset by a further output signal from the clock generator 13 .

Bei den bekannten Steuereinrichtungen kann es vorkommen, daß durch einen Fehler im Programmablauf des Mikrocomputers 1 zwar ständig neue und richtige Werte für den Sollwert berechnet werden, ein dem internen Pulsbreitenmodulator zugeordnetes Register jedoch nicht mit den neuen Werten geladen wird. Es wird dann der letzte vor dem Fehler eingeschriebene Inhalt des Registers als Impulsbreite ausgegeben.In the known control devices it can happen that, due to an error in the program sequence of the microcomputer 1 , new and correct values for the setpoint are constantly being calculated, but a register assigned to the internal pulse width modulator is not loaded with the new values. The last content of the register that was written before the error is then output as pulse width.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung wird jedoch durch das periodische Rücksetzen des Registers bei Ausbleiben eines neuen Wertes die Impulsbreite auf den geringsten möglichen Wert eingestellt.In the device according to the invention, however, by Periodic resetting of the register if there is no new value the pulse width to the smallest possible Value set.

Während bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 eine parallele Datenleitung zwischen dem Mikrocomputer 1 und dem Register 10 vorgesehen ist, erfolgt bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 2 und 3 die Übertragung des Sollwertes vom Mikrocomputer 1 zum Register über einen Adressen-Daten-Bus 15, an dem noch weitere Funktionseinheiten angeschlossen sein können, was im einzelnen nicht dargestellt ist.While it is provided in the embodiment of Fig. 1, a parallel data line between the microcomputer 1 and the register 10, the transfer of the set value is performed in the embodiments of FIGS. 2 and 3 from the microcomputer 1 to the register via an address data bus 15 , to which further functional units can be connected, which is not shown in detail.

Um die in das Register 10 einzuschreibenden Daten von anderen zu unterscheiden, wird eine zugeordnete Adresse über den Bus 15 übertragen, die in einem Adressen-Decoder 16 decodiert und somit zu einem Steuersignal (CS = chip select) umgewandelt wird. Das Signal CS wird über eine Und-Schaltung 17 dem CS-Eingang des Registers 10 zugeführt. Nur wenn das Signal CS einen vorgegebenen logischen Pegel aufweist, kann das Register 10 am Bus 15 Daten übernehmen. Dieses in der Datentechnik häufig angewandte Verfahren wird im Rahmen der Erfindung dadurch abgewandelt, daß über die Und-Schaltung 17 das Signal CS im Fehlerfall gesperrt wird, so daß das Register 10 nicht mehr geladen werden kann. Nach dem ersten darauffolgenden Rücksetzen bleibt das Register 10 also stets auf dem Wert 0 stehen.In order to distinguish the data to be written into the register 10 from others, an assigned address is transmitted via the bus 15 , which is decoded in an address decoder 16 and thus converted into a control signal (CS = chip select). The signal CS is fed to the CS input of the register 10 via an AND circuit 17 . Only when the signal CS has a predetermined logic level can the register 10 on the bus 15 take over data. This method, which is frequently used in data technology, is modified within the scope of the invention in that the signal CS is blocked in the event of an error via the AND circuit 17 , so that the register 10 can no longer be loaded. After the first subsequent reset, the register 10 always remains at the value 0.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 wird die Und-Schaltung 17 von einem Fensterimpulsgenerator 18 gesteuert, der einen Impuls erzeugt, der eine vorgegebene Impulsbreite und einen vorgegebenen zeitlichen Abstand vom Ausgangssignal des Taktgenerators 13 aufweist. Der Fensterimpulsgenerator 18 öffnet die Und-Schaltung 17 zu denjenigen Zeitpunkten, zu denen bei ungestörtem Programmablauf die Adresse für das Register 10 auf dem Bus 15 übertragen wird. Bei einer Reihe von möglichen Fehlfunktionen des Mikrocomputers 1 ist dieses nicht der Fall, so daß ein Laden des Registers 10 unterbleibt.In the exemplary embodiment according to FIG. 2, the AND circuit 17 is controlled by a window pulse generator 18 which generates a pulse which has a predetermined pulse width and a predetermined time interval from the output signal of the clock generator 13 . The window pulse generator 18 opens the AND circuit 17 at those times at which the address for the register 10 is transmitted on the bus 15 in the event of an undisturbed program run. In the case of a number of possible malfunctions of the microcomputer 1 , this is not the case, so that the register 10 is not loaded.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 wird die Und-Schaltung 17 von einer an sich bekannten Überwachungsschaltung 19 des Mikrocomputers 1 gesteuert. In the exemplary embodiment according to FIG. 3, the AND circuit 17 is controlled by a monitoring circuit 19 of the microcomputer 1 which is known per se.

Diese Überwachungsschaltung - auch Watchdog genannt - stellt fest, ob in vorgegebenen Abständen vom Mikrocomputer Signale ausgegeben werden. Solange dieses der Fall ist, gibt die Überwachungsschaltung 19 ein Signal an die Und-Schaltung 17, das eine Weiterleitung des Signals CS bewirkt, so daß das Register 10 bei jedem Auftreten der entsprechenden Adresse mit dem über den Bus 15 übertragenen Sollwert geladen wird. Liegt jedoch eine Störung im Mikrocomputer 1 vor - bleibt er "hängen" -, so wird von der Überwachungsschaltung 19 die Und-Schaltung 17 für das Signal CS gesperrt. Selbst wenn in diesem Fall vom Mikrocomputer 1 noch ein Sollwert über den Bus 15 ausgegeben werden sollte, wird dieser nicht in das Register geladen, was nach dem erstmaligen Rücksetzen auf dem Wert Null verbleibt.This monitoring circuit - also called watchdog - determines whether signals are output by the microcomputer at predetermined intervals. As long as this is the case, the monitoring circuit 19 sends a signal to the AND circuit 17 , which causes the signal CS to be forwarded, so that the register 10 is loaded with the desired value transmitted via the bus 15 whenever the corresponding address occurs. However, if there is a malfunction in the microcomputer 1 - it "gets stuck" - the monitoring circuit 19 blocks the AND circuit 17 for the signal CS. Even if in this case a setpoint should still be output by the microcomputer 1 via the bus 15 , it is not loaded into the register, which remains at the value zero after the initial reset.

Claims (7)

1. Verfahren zur digitalen Steuerung eines Leistungs-Stellgliedes einer Brennkraftmaschine, wobei von einem Mikrocomputer ein digitaler Sollwert berechnet wird, der in ein pulsbreitenmoduliertes Signal umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der digitale Sollwert vom Mikrocomputer in ein Register eingeschrieben wird, daß das pulsbreitenmodulierte Signal aus dem jeweiligen Inhalt des Registers abgeleitet wird und daß das Register im Takt des pulsbreitenmodulierten Signals auf einen vorgegebenen sicherheitsunkritischen Wert gesetzt wird.1. A method for digital control of a power actuator of an internal combustion engine, wherein a digital setpoint is calculated by a microcomputer, which is converted into a pulse width modulated signal, characterized in that the digital setpoint is written into a register by the microcomputer that the pulse width modulated signal is derived from the respective content of the register and that the register is set to a predetermined safety-uncritical value in time with the pulse-width-modulated signal. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Takt des pulsbreitenmodulierten Signals mit der Ausgabe des Sollwertes synchronisiert ist.2. The method according to claim 1, characterized in that the clock of the pulse width modulated signal with the output of the setpoint is synchronized. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Register im Takt des pulsbreitenmodulierten Signals auf Null rückgesetzt wird. 3. The method according to claim 1, characterized in that the register in time with the pulse width modulated signal Zero is reset.   4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Register (10) über ein Bus-System mit dem Mikrocomputer (1) verbunden ist, daß am Ausgang des Registers (10) ein Pulsbreitenmodulator (11) angeschlossen ist, der ferner von einem Taktgeber (13) gesteuert ist, und daß ein Ausgangssignal des Taktgebers (13) dem Rücksetzeingang des Registers (10) zuführbar ist.4. Device for performing the method according to claim 1, characterized in that the register ( 10 ) is connected via a bus system to the microcomputer ( 1 ), that a pulse width modulator ( 11 ) is connected to the output of the register ( 10 ), which is further controlled by a clock generator ( 13 ) and that an output signal of the clock generator ( 13 ) can be fed to the reset input of the register ( 10 ). 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an das Bus-System (15) ferner Eingänge eines Adressen-Decoders (16) angeschlossen sind und daß ein Ausgang des Adressen-Decoders (16) mit einem Steuereingang des Registers (10) verbunden ist.5. Device according to claim 4, characterized in that the bus system ( 15 ) further inputs of an address decoder ( 16 ) are connected and that an output of the address decoder ( 16 ) is connected to a control input of the register ( 10 ) is. 6. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Adressen-Decoders über eine Logikschaltung (17) mit dem Steuereingang des Registers (10) verbunden ist und daß die Logikschaltung (17) von einem vom Taktgeber (13) synchronisierten Fensterimpulsgenerator (18) steuerbar ist.6. Device according to claim 4, characterized in that the output of the address decoder is connected via a logic circuit ( 17 ) to the control input of the register ( 10 ) and that the logic circuit ( 17 ) from a window pulse generator synchronized by the clock generator ( 13 ) ( 18 ) is controllable. 7. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Adressen-Decoders über eine Logikschaltung (17) mit dem Steuereingang des Registers (10) verbunden ist und daß die Logikschaltung (17) von einer den Mikrocomputer (1) überwachenden Schaltung (19) (Watchdog) steuerbar ist.7. Device according to claim 4, characterized in that the output of the address decoder is connected via a logic circuit ( 17 ) to the control input of the register ( 10 ) and that the logic circuit ( 17 ) of a circuit monitoring the microcomputer ( 1 ) ( 19 ) (watchdog) is controllable.
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