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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinrichtung für Fahrzeuge.
Genauer gesagt, bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Steuereinrichtung
für Fahrzeuge,
welche in der Lage ist eine Programmentwicklungs-Arbeitslast stark zu reduzieren, um
eine Wiederverwendbarkeit von Software sogar dann zu verbessern
wenn Hardwareteile, wie beispielsweise Sensoren, Stellglieder, Antriebsschaltungen
und ein Mikrocomputer, ausgetauscht werden, indem ein Steuerprogramm
in einer Schichtform bereitgestellt wird, und ein objektorientiertes Entwicklungsverfahren
adoptiert wird.
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Eine
herkömmliche
Steuereinrichtung für Fahrzeuge
hat eine Software oder Programme wie in 9A und 9B gezeigt.
Die Software der Steuereinrichtung bestimmt eine Sequenz an Programmen
entlang eines wie in 9A gezeigten Verarbeitungsablaufes
basierend auf der vorgesehenen Verarbeitung, wie beispielsweise
eine Kraftstoffeinspritz-Verarbeitung.
Im speziellen ist bei einem Kraftstoffeinspritz-Steuerprogramm für eine Maschinensteuerung
das Programm beispielsweise auf die folgende Weise aufgebaut, und
zwar basierend auf einer Verarbeitungssequenz zum Einspritzen von Kraftstoff
in einer für
die vorliegenden Maschinenbedingungen optimalsten Menge.
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Das
heißt,
dass, wie in 9A gezeigt, bei einem Benutzerprogramm,
welches ein I/O-Programm zum Steuern einer CPU (Hardware) enthält, eine
Basisroutine ausgeführt
wird. Bei der Basisroutine wird eine Basis-Einspritzmenge derart
berechnet, um mit der vorliegenden Betriebsbedingung basierend auf
Parameter übereinzustimmen,
wie beispielsweise eine Maschinenumdrehungsgeschwindigkeit (Basis- Einspritzmengenberechnung),
wird eine Basis-Ansteuerungs-Zeitperiode
für eine
Einspritzer-Antriebsschaltung in Übereinstimmung mit der Basis-Einspritzmenge
berechnet, wird eine unwirksame Einspritz-Zeitperiode in Abhängigkeit
von den Hardwareeigenschaften des Einspritzers (Kraftstoffeinspritzventil)
berechnet (unwirksame Einspritzmengenberechnung), und wird eine
letztendliche Ansteuerungs-Zeitperiode für die Einspritzer-Antriebsschaltung
berechnet (Ansteuerungs-Zeitperioden-Berechnung), indem die unwirksame Einspritz-Zeitperiode
zur Basis-Ansteuerungs-Zeitperiode addiert wird. Eine Kraftstoffeinspritzung
wird während
der Ansteuerungs-Zeitperiode
in einer Unterbrechungsroutine bei jeder vorbestimmten Maschinenumdrehungsposition
(Kurbelwellen-Umdrehungsposition)
ausgeführt.
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Beim
Entwurf der Programmsequenz ist es erforderlich die Verarbeitungssequenz
in Reihenfolge zu bestimmen, welche eine Berechnung der Basis-Einspritzmenge,
Hinzufügung
der unwirksamen Einspritz-Periode und Ausführung der Einspritzer-Ansteuerung abdeckt,
während
die Hardwareeigenschaften des Mikrocomputers, der Sensoren, der Einspritzer
und dergleichen berücksichtigt
werden. Wenn es notwendig ist das Programm teilweise zu ändern, muss
nicht nur der entsprechende Programmteil geändert werden, sondern es muss
ebenfalls ein weiterer Programmteil überprüft und wenn notwendig geändert werden.
Daraus resultierend kann das Steuerprogramm nicht für weitere
Maschinentypen wiederverwendet werden.
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Das
heißt,
dass, wenn das Basis-Einspritzmengen-Betriebsprogramm zu ändern ist, ebenfalls das unwirksame
Einspritzmengen-Betriebsprogramm und das Ansteuerungsperioden-Betriebsprogramm
zu überprüfen und
zu ändern
sind, weil das Ende des Programms nicht klar ist. Ferner ist, wenn die
CPU geändert
wurde, das gesamte Benutzerprogramm zu überprüfen.
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Somit
ist es, jedes Mal dann wenn eine Hardware zu ändern ist, notwendig, die Programmsequenz
stets erneut zu bestimmen. Ferner hat ein Programmierer selber den
Programminhalt einer Verarbeitung zu verstehen, welche von der Hardware
abhängt,
und zwar zusätzlich
zum Steuerinhalt und Berechnungsverfahren. Daraus resultierend wird
die Programmentwicklungs-Arbeitslast enorm. Dies wird ferner detailliert
mit Bezug einer Änderung
von beispielsweise einem Einspritzer als Hardware beschrieben.
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Ein
Einspritzer hat Einspritzmengen-Eigenschaften, welche in 10 gezeigt
sind, in welcher die Abszisse und die Ordinate jeweils die Ansteuerungsperiode
T (ms) und die dynamische Einspritzmenge (q) anzeigen. Hier bedeutet
die dynamische Einspritzmenge jene Einspritzmenge bei einer bestimmten
Ansteuerungsperiode, und eine statische Einspritzmenge (Q) bedeutet
jene Einspritzmenge, welche während
einer Zeiteinheitsperiode eingespritzt wird, wenn ein Nadelventil
bei einer maximalen Anhebeposition unter einem spezifischen Druck aufrecht
erhalten wird. Ferner bedeutet die unwirksame Einspritz-Periode
(Tva, Tvb) eine Verzögerungszeit
vom Ansteuerungsbeginn des Einspritzers bis zur tatsächlichen Öffnung des
Nadelventils.
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Die
Einspritzmenge hängt
im allgemeinen vom Hub eines Nadelventils, vom Bereich eines Einspritzloches,
von einer Differenz zwischen einem Einspritzpunktdruck und einem
Kraftstoffdruck ab. Sobald jene Parameter bestimmt sind, hängt die
Einspritzmenge von der Öffnungsperiode
des Nadelventils ab, das heißt
die Ansteuerungsperiode der Solenoidspule. Daher haben die Eigenschaften
eine wie in 10 gezeigte Linearität über einen
bestimmten Bereich der Ansteuerungsperiode hinweg. Deren Steigung
wird durch die statische Einspritzmenge Q angezeigt.
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Vorausgesetzt,
dass ein Einspritzer a mit einer Eigenschaft a durch einen anderen
Einspritzer b mit einer Eigenschaft b ausgetauscht wird, wechselt die
unwirksame Einspritz-Periode von Tva auf Tvb, wie gezeigt. Dies
rührt von
Schwankungen in mechanischen Faktoren (das heißt, Hardware-Eigenschaften)
her, wie beispielsweise der Hub, das Einspritzloch und dergleichen
von Einspritzern unter den obigen Parametern.
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Das
heißt,
dass, sogar wenn der Einspritzer a durch den Einspritzer b ohne
jegliche Änderungen in
der Maschinensteuereinrichtung ausgetauscht wird (das heißt, sogar
wenn keine Änderungen
beim Kraftstoff-Einspritzmengen-Betriebsprogramm
vorgenommen werden), Änderungen
bei der unwirksamen Einspritz-Periode erforderlich sind, um in Übereinstimmung
mit dem Austausch der Einspritzer angepasst zu werden. Das heißt, dass
es erforderlich ist das gesamte Betriebsprogramm zu überprüfen und entsprechende
Sektionen zu ändern
(in diesem Fall jene Sektionen, welche sich auf die unwirksame Einspritz-Periode
beziehen).
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Eine
Lösung
für das
obige Problem ist beispielsweise in der JP-A-7-277105 vorgeschlagen. Bei
dieser Lösung
sind, wie in 9B gezeigt, ein I/O-Programm
zur Verarbeitung einer Eingabe und Ausgabe einer CPU (Hardware)
und ein Benutzerprogramm (Betriebsprogramm) zur Ausführung einer Steuerberechnung
separat bereitgestellt, um voneinander unabhängig zu sein. Somit wird die
Steuersoftware Entwicklungs-Arbeitslast reduziert, indem nur das
I/O-Programm geändert wird,
ohne dass zum Zeitpunkt der Änderung
einer Hardware das Betriebsprogramm geändert wird.
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Gemäß diesem
Stand der Technik ist es jedoch, obwohl die Arbeitslast der Entwicklung
der Betriebsprogramm-Sektion, deren Änderung nicht erforderlich
ist, erforderlich, das gesamte I/O-Programm zu überprüfen, und die Entwicklungs-Arbeitslast wird immer
noch enorm sein, sogar obwohl die Änderung nur einen Teil der
Antriebsschaltung betrifft. Dies ist so, weil das I/O-Programm in
Abfolge Programme für die
Sensoren, Stellglieder, Antriebsschaltung und dergleichen bestimmt,
sogar wenn die Änderung
nur den Teil der Antriebsschaltung betrifft (beispielsweise nur
eine Motorantriebsschaltung).
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Jede
aktuelle Steuereinrichtung für
Fahrzeuge hat eine Mehrzahl an Hardware (elektronische Bauteile),
wie beispielsweise einen Mikrocomputer, Antriebs-ICs zum Antreiben
von Stellgliedern, A/D-Umwandler als eine von Eingabeschaltungen und
dergleichen. Die Lebensdauer jeder Hardware unterscheidet sich in
Abhängigkeit
von ihrer Leistung und ihren Kosten von einer zur nächsten.
Daraus folgend ist jedes Mal, wenn eine neue Steuereinrichtung für Fahrzeuge
entwickelt wird, notwendigerweise eine Änderung bei einem Hardwareteil
erforderlich, welcher die Steuereinrichtung bildet. Somit ist sogar
beim vorgeschlagenen Stand der Technik jedes Mal dann eine große Programmänderung
notwendig, wenn die Steuereinrichtung für Fahrzeuge geändert wird.
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Ferner
ist beim obigen Stand der Technik nur eine Änderung bei der CPU (Hardware)
der Steuereinrichtung für
Fahrzeuge in Betracht gezogen. Daher ist es, wenn die Stellglieder,
wie beispielsweise ein Einspritzer und die Sensoren, wie beispielsweise ein
Kühltemperatursensor,
ausgetauscht werden, immer noch erforderlich, dass das Betriebsprogramm geändert wird.
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Beim
nachveröffentlichten
Dokument EP-A-0 892 342 ist eine elektronische Steuereinheit offenbart,
welche in der Lage ist ein objektorientiertes Programm zur Steuerung
eines Steuerziels in Echtzeit ohne Aufwendung großer Speicherressourcen durchzuführen. Wenn
eine Meldung durch Ausführung
eines Verfahrens eines Objektes ausgegeben wird, wird diese Meldung
in einem Objektmeldungs-Speicherabschnitt gespeichert (in Warteschlage
gestellt). Zu einem Zeitpunkt, bei welchem eine Ausführung des
Verfahrens eines gewissen Objektes beendet ist, wird eine Meldungslieferungs-Verarbeitung ausgeführt. Wenn
die Meldung im Objektmeldungs-Speicherabschnitt
gespeichert wurde, wird eine zuvor gespeicherte Meldung ausgelesen,
und es gibt eine Ausführungsverschiebung
des Verfahrens des Objektes, welches das Ausgabeziel dieser Meldung
ist. Daraus resultierend können
die Verfahren der mehreren Objekte in Echtzeit mit minimalem Speicheraufwand
ausgeführt
werden.
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Darüber hinaus
offenbart die US-A-5 794 165 eine Fahrzeug-Steuereinheit, welche einen Schnittstellen-Softwarespeicher
zum Speichern eines Schnittstellen-Softwareprogramms zum Verbinden
eines Anwendungssoftware-Programms mit einem Betriebssystem in einem
internen ROM, eine zentrale Verarbeitungseinheit zur Durchführung einer Berechnung
des Anwendungssoftware-Programms und des Schnittstellenergebnisses
der Berechnung, eine I/O-Einheit zur Erweiterung der Steuereinheit und
ein Erweiterungsmittel zum Kommunizieren von Speicherdaten durch
einen Bus eines LAN enthält. Ein
Einzelchip-Mikrocomputer wird bei der Fahrzeugsteuerung verwendet.
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Darüber hinaus
offenbart die US-A-5 453 933 ein CNC Werkzeugmaschinen-Steuersystem, welches
ein steuerbares, bewegbares Werkzeug zum Formen eines Werkstücks, einen
Mechanismus zum Empfangen von Steueranweisungen, welche Formungsfunktionen
beschreiben, welche beim Werkstück
durchzuführen
sind, eine Verarbeitungseinheit und einen Speicher enthält. Die
Steuersysteme enthalten Objekte, welche gemäß einem objektorientierten
Entwurf bestimmt sind. Ein Objekttyp ist ein Modell eines Formungsablaufes,
welcher bei einem Werkstück
durchzuführen
ist, welches Informationsparameter bezüglich der physikalischen Ausmaße der aus
dem Ablauf resultierenden Formung enthält. Die Ablaufobjekte kommunizieren über ein
objektorientiertes Meldungssystem mit Maschinenobjekten, welche
physikalische Vorrichtungen darstellen, welche bei der CNC-Maschine
vorliegen, auf welcher das Steuersystem arbeitet. Das System enthält ebenfalls
eine objektorientierte Bewegungssteuerung und Fehlerhandhabungsobjekte,
wobei beide über
objektorientierte Meldungen mit anderen Objekten kommunizieren können. Das
Steuersystem erlaubt es einfache Modifikationen auf das Steuersystem
durch Personen mit beschränkter
Kenntnis über das
gesamte Steuersystem vorzunehmen, und ist vollständig adaptierbar um an neue
CNC-Werkzeugmaschinen
anzusetzen.
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Zusätzlich ist
in Vadé C.: "Des Objets Pour Le
Temps Réel
Embarqué", 1. Mai 1994, Mesures Regulation
Automatisme, FR, CFE. Paris, Nr. 665, Seiten 78–80, 90, ein objektorientierter
Entwurf für Echtzeitanwendungen
beschrieben.
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Die
EP-A-0 892 342 zeigt eine Fahrzeugsteuerung unter Verwendung objektorientierter
Programmierung, welche eine erste Schicht mit Steuerwert-Berechnungen
(beispielsweise das ISC-Objekt), und eine zweite Schicht enthält, welche
modellierte Programme des Sensors und der Stellglied-Hardware hat,
wobei nicht beschrieben ist, dass die Steuerprogramme unabhängig vom
Mikrocomputer sind, auf welchem sie laut Entwurf laufen.
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Die
US-A-5 794 165 offenbart eine objektorientierte Steuerung einer
Brennkraftmaschine unter Verwendung einer ersten Schicht mit Steuerwert-Berechnungen
und einer zweiten Schicht, welche modellierte Programme der Sensor-Hardware
hat, wobei nicht beschrieben ist, dass die Steuerprogramme, als
auch jene gemäß von Vadé C.: "Des Objets Pour Le
Temps Réel
Embarqué", Mesures Regulation
Automatisme, FR, CFE. Paris, Nr. 665, 1. Mai 1994 (1994–05-01),
Seiten 78–80,
90; US-A-5 453 933 unabhängig
vom Mikrocomputer sind, auf welchem sie laut Entwurf laufen.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Programmentwicklungs-Arbeitslast
zu reduzieren und die Wiederverwendbarkeit einer Software zu verbessern,
indem, in Anbetracht eines gesamten Steuersystems für Fahrzeuge,
eine so groß wie
mögliche
Anzahl an Programmänderungen,
welche in Übereinstimmung
mit Änderungen
auf einen Teil einer System-Hardware,
wie beispielsweise Sensoren, Stellglieder und Antriebsschaltungen,
erforderlich ist, reduziert wird.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Programm in eine von der Hardware unabhängigen ersten
Schicht und eine von der Hardware abhängigen zweiten Schicht unterteilt,
wie in Anspruch 1 bestimmt.
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Ferner
wird die zweite Schicht in eine obere Schicht, welche bei den Sensoren
oder Stellgliedern angewendet wird, eine mittlere Schicht, welche
bei einer Eingangsschaltung oder Antriebsschaltung angewendet wird,
und eine unter Schicht, welche bei einem Mikrocomputer angewendet
wird, unterteilt. Somit kann das Programm derart strukturiert werden, dass
es mit der Lebensdauer von Bauteilen übereinstimmt, welches ein gesamtes
Steuersystem für Fahrzeuge
bereitstellt, und die Programmänderungen
in der zweiten Schicht können
zum großen
Teil reduziert werden.
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Die
Wiederverwendbarkeit einer Software kann zum großen Teil verbessert werden,
weil die Entwicklungs-Arbeitslast für die Programmänderungen
zum großen
Teil reduziert werden kann.
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Die
obige und weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden anhand
der folgenden detaillierten Beschreibung deutlicher, welche mit
Bezug auf die begeleitenden Zeichnungen gemacht ist. In den Zeichnungen
zeigt:
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1 ein
Blockdiagramm, welches einen Hardwareaufbau einer Maschinensteuereinheit
und deren Peripherie-Bauteile zeigt;
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2 ein
beispielhaftes Diagramm, welches ein grundlegendes Konzept einer
Steuereinrichtung für
Fahrzeuge gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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3 ein
beispielhaftes Diagramm, welches einen in 2 gezeigten
Maschinensteuerprogramm-Aufbau gemäß der vorliegenden Erfindung detailliert
zeigt;
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4A und 4B beispielhafte
Ansichten, welche Verhaltensweisen eines Einspritzers als ein Objekt
zeigen;
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5 ein
Zeitablauf-Diagramm, welches eine allgemeine Einspritz-Steuerung
zeigt;
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6 ein
Klassifizierungs-Diagramm, welches jedes Modell, wie beispielsweise
ein Einspritzer-Objekt, zeigt;
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7 ein
Meldungssequenz-Ablaufdiagramm (MSC), welches eine Verarbeitung
zur Ausführung
von Programmen zeigt, welche wie in 6 gezeigt
modelliert sind;
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8A und 8B Ablaufdiagramme,
welche eine Ausgabe einer Einspritz-Anforderungsmeldung von einer
Einspritz-Anwendung zeigen;
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9A und 9B beispielhafte
Diagramme, welche eine beispielhafte Software einer herkömmlichen
Steuereinrichtung für
Fahrzeuge zeigen; und
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10 ein
Eigenschafts-Diagramm, welches eine Einspritzmenge eines allgemeinen
Einspritzers zeigt.
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Eine
Maschinensteuereinrichtung gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen
beschrieben.
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Bezugnehmend
auf 1, welche ein Maschinensteuersystem zeigt, welches
seinen Peripherie-Hardwareaufbau enthält, ist eine Maschinensteuereinheit
(ECU) 1 mit einer Eingabeschaltung 2, einem Mikrocomputer 3 und
einer Ausgabeschaltung 4 aufgebaut.
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Die
Eingabeschaltung 2 ist durch einen A/D-Umwandler 23,
eine Wellenformungs-Schaltung 24 und dergleichen, welche
Erfassungssignale von verschiedenen Sensoren erfassen, wie beispielsweise
ein Kühltemperatursensor 21 zum
Erfassen einer Maschinen-Kühltemperatur,
ein Kurbelwellen-Sensor 22 zum Erfassen einer Maschinen-Umdrehungsgeschwindigkeit,
und dergleichen, aufgebaut. Der Mikrocomputer 3 berechnet
optimale Steuerwerte für eine
Maschine basierend auf den Erfassungssignalen von der Eingabeschaltung 2 und
erzeugt Antriebssignale zum Antreiben der Ausgabeschaltung 4 basierend
auf seinem Berechnungsergebnis. Ferner hat der Mikrocomputer 3 einen
ROM 31 zum Speichern des Berechnungsprogramms und von Referenzdaten,
und einen RAM 32 zum zeitweiligen Speichern des Berechnungsergebnisses.
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Die
Ausgabeschaltung 4 ist mit einer Einspritzer-Antriebsschaltung 43,
einer ISC-Ventil-Antriebsschaltung 44 und dergleichen zum
Antreiben der Stellglieder, wie beispielsweise ein Einspritzer 4, ein
Leerlaufgeschwindigkeits-Steuer (ICS)-Ventil 42 und dergleichen,
aufgebaut.
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Ein
Maschinensteuerprogramm, welches ein Merkmal dieser Ausführungsform
ist, wird unter Verwendung eines "objektorientierten Entwurf" Verfahrens programmiert.
Der objektorientierte Entwurf dient zum Modellieren jedes Teils als
eine Basiseinheit und bestimmt die Verarbeitung mittels ihres Verhaltens
(Betriebs), und zwar im Gegensatz zur herkömmlichen Software, welche auf
die gedachte Verarbeitung gerichtet ist (beispielsweise eine Kraftstoff-Einspritzverarbeitung).
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Diese
Basiseinheit wird Objekt genannt, und das Programm bestimmt dieses
Objekt als eine minimale Bestandseinheit. Die Objekte werden untereinander
durch Anfragen und Antworten (Meldungen) im gesamten Programm verbunden,
so dass eine Verarbeitungssequenz ausgeführt wird. Das Objekt wird als
eine integrierte Datenform (Attribut) und eine Prozedur (Verfahren)
von Verarbeitungsdaten bestimmt. Ein Verfahren wird ausgeführt, wenn
ein Objekt eine Anfrage (Meldung) von einem weiteren Objekt empfängt. Die
Betriebsanfrage an ein Objekt wird nur durch ein Verfahren ausgeführt, und
ein direkter Zugriff auf die Daten innerhalb des Objekts wird unterdrückt.
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2 ist
ein beispielhaftes Schaubild, welches ein grundlegendes Konzept
der Steuereinrichtung für
Fahrzeuge zeigt. Obwohl detailliert mit Bezug auf 3 und 4 beschrieben, wird ein Maschinensteuerprogramm
durch zwei Schichten aufgebaut, das heißt, mit einer Anwendungsschicht
und einer Plattform-Schicht. Die Plattform-Schicht wird durch eine
Sensor/Stellglied-Schicht (210 in 3), eine
Vorrichtungs-Antriebs-Schicht (220 in 3) und
eine virtuelle MPU-Schicht (230 in 3) aufgebaut.
Die Sensor/Stellglied-Schicht enthält verschiedene Objekte, welche
die Eigenschaften und Verhalten (Betriebe) der Sensoren und Stellglieder
(21, 22, 41 und 42 in 1)
durch Modellieren derselben bestimmt. Die Vorrichtungs-Antriebs-Schicht
enthält verschiedene
Objekte, welche die Eigenschaften und Betriebe der Eingabeschaltung
und Ausgabeschaltung (2, 4 in 1)
durch Modellieren derselben bestimmt. Die virtuelle MPU-Schicht
enthält
ein Objekt, welches die Eigenschaften und Betriebe des Mikrocomputers
durch Modellieren desselben bestimmt.
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Daher
braucht nur das Programm in der virtuellen MPU-Schicht geändert zu
werden, wenn der Mikrocomputer 1 geändert wird. Da keine weiteren Programme
in der Sensor/Stellglied-Schicht und der Vorrichtungs-Antriebs-Schicht
geändert
zu werden brauchen, werden die weiteren Programme nicht beeinflusst.
Das heißt,
dass, da die Merkmale beim Verhalten des Mikrocomputers in der virtuellen MPU-Schicht
bereitgestellt sind, nur die virtuelle MPU-Schicht geändert zu
werden braucht, wenn der Mikrocomputer geändert wird. Es brauchen keine weiteren
Programme in der Vorrichtungs-Antriebs-Schicht, welche das Verhalten der Antriebsschaltung
bestimmt, und in der Sensor/Stellglied-Schicht, welche das Verhalten
der Sensoren und Stellglieder bestimmt, geändert zu werden.
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In
der Figur kennzeichnen WS, OB, IB, NES, INJ, SW und WTS jeweils
eine Wellenformer-Schaltung, einen Ausgabe-Puffer, einen Eingabe-Puffer, einen
Maschinen-Umdrehungsgeschwindigkeits-Sensor
und einen Einspritzer, einen Schalter und einen Kühlwassertemperatur-Sensor.
Ferner kennzeichnet OS ein Betriebssystem, welches ein Basisprogramm
zur Ausführungsplanung
und dergleichen ist, um die Ausführungsperiode
von jedem Programm zu bestimmen. Dieses Basisprogramm bezieht sich
nicht direkt auf die vorliegende Erfindung.
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3 ist
eine beispielhafte Ansicht, welche den Aufbau des in 2 gezeigten
Maschinensteuerprogramms detailliert zeigt, und 4A und 4B sind
beispielhafte Ansichten, welche das Verhalten des Einspritzers als
ein Beispiel mittels eines Objektes zeigen. Wie in 3 gezeigt,
ist das Maschinensteuerprogramm mit einer Anwendungsschicht (AP-Schicht) 100 als
die erste Schicht, und einer Plattform-Schicht (PF-Schicht) 200 als
die zweite Schicht aufgebaut.
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In
der AP-Schicht 100 ist ein Programm als eine Steuerwert-Berechnungslogik
bereitgestellt, welche einen Steuerinhalt (Steuerwert-Berechnungslogik)
vollständig
unabhängig
von der Hardware bestimmt. Ein ENG-Objekt (ENG) 101 zur
Berechnung der optimalsten Kraftstoff-Einspritzmenge q der vorliegenden
Maschinenbetriebsbedingung, ein ECT-Objekt (ECT) 102 zur
Ausgabe einer Steueranfrage an ein Getriebe, und dergleichen sind
in der AP-Schicht unter einer klassifizierten Bedingung für jede Steuereinheit
bereitgestellt.
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Ferner
sind in der PF-Schicht 200 jene Programme bereitgestellt,
welche die Inhalte der System-Hardwareteile, wie beispielsweise
Sensoren und Stellglieder, der ECU und des Mikrocomputers bestimmen.
Hier wird das gesamte Maschinensteuersystem in Betracht gezogen,
so dass die Programme mit dem Merkmal des Maschinensteuersystems übereinstimmen
können,
das heißt,
dass die Programme in der AP-Schicht verwendet werden können, ohne
dass jegliche Änderungen
in Bezug auf jegliche mögliche Änderungen
in der Hardware benötigt
werden, welche das System bildet. Aus diesem Grund wird die PF-Schicht 200 in
drei Schichten aufgeteilt, nämlich
einer oberen Schicht, einer mittleren Schicht und einer unteren
Schicht, und zwar basierend auf den folgenden Punkten.
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Genauer
gesagt, wie in 2 gezeigt, wird die obere Schicht
als Sensor/Stellglied-Schicht (SA-Schicht) 210 bestimmt,
welche der Sensor/Stellglied-Schicht entspricht, die mittlere Schicht
wird als die Vorrichtungs-Antriebs-Schicht (DD-Schicht) 220 bestimmt,
und die untere Schicht wird als die virtuelle MPU-Schicht (VM-Schicht) 230 bestimmt.
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Die
SA-Schicht 210 dient zum Bereitstellen jedes Objektes in
der AP-Schicht 100 mit der Eingabe- und Ausgabefunktion
der verschiedenen Sensoren und Stellglieder, welche für die Maschinensteuerung
benötigt
werden. Hier liegt eine Mehrzahl an Objekten (Obj) vor, bei welchen
die Eigenschaften und Verhalten der Teile für jede Teileinheit mit Bezug
auf Teile (Triebstrang-Teile), wie beispielsweise der Kühltemperatur-Sensor 21,
Einspritzer 41, Kurbelwinkelsensor und dergleichen, welche
sich extern der Maschinen ECU 1, wie in 1 gezeigt,
befinden, modelliert werden.
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Mit
Bezug auf den Einspritzer dient beispielsweise sein Verhalten (Verfahren)
zur Kraftstoffeinspritzung. Wie anhand von 4A und 4B zu erkennen,
sind die Verhalten (Einspritzung) dieselben, sogar wenn der Einspritzer
a durch den Einspritzer b ausgetauscht wird. Das heißt, dass
ein Austauschen des Einspritzers dem Austauschen von Einspritzer-Eigenschaften entspricht,
wie beispielsweise die unwirksame Einspritz-Periode, minimale Ansteuerungsperiode,
maximale Ansteuerungsperiode und dergleichen, von jedem Einspritzer.
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Basierend
auf diesem Punkt wird jeder Teil angesichts seiner Eigenschaften
modelliert, und die Programmeinheit wird in Übereinstimmung mit dem tatsächlichen
Teil unterteilt. Daher braucht, sogar wenn der Einspritzer (Hardwareteil)
ausgetauscht wird, nur das Objekt des Einspritzers (Einspritzer-Objekt)
ausgetauscht zu werden, und die weiteren Programme brauchen nicht
ausgetauscht zu werden. Das heißt,
dass die Eigenschaften für
den Einspritzer (Hardwareteil) selber in der Einspritzer-Obj informationsverborgen
sind (ein Zustand und Verhalten eines Objektes wird verborgen, so
dass es von den weiteren Objekten nicht erkannt wird). Somit brauchen
die Einspritzer-Eigenschaften nicht hinsichtlich von Objekten in
Betracht gezogen werden, welche sich von denen des Einspritzers
unterscheiden.
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Bei
der in 3 gezeigten Ausführungsform ist die SA-Schicht 210 derart
gezeigt, dass sie ein Kühltemperatursensor-Objekt
(Kühlsensor-Obj) 211, ein Einspritzer-Objekt
(Einspritzer-Obj) und ein Kurbelwinkelsensor-Objekt (Kurbelwinkelsensor-Obj) 213 enthält.
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In
der DD-Schicht 220 sind die Objekte, welche die Verhalten
der Eingabeschaltung 2 und der Ausgabeschaltung 4 in
der in 1 gezeigten Maschinen ECU 1 modellieren,
bereitgestellt. Bei dieser Ausführungsform
sind ein Einspritzer-Antriebs-Objekt (INJ-Antriebs-Obj) 221,
welches die Einspritzer-Antriebsschaltung 43 modelliert,
und ein ISC-Antriebs-Objekt
(ISC-Antriebs-Obj) 222, welches die ISC Ventil-Antriebsschaltung 44 modelliert,
gezeigt. Die Information hinsichtlich der elektronischen Schaltungseigenschaften
der Einspritzer-Antriebsschaltung 43, das I/O-Mapping (Verbindung
zwischen dem Einspritzer und dem Mikrocomputer) und dergleichen sind
im INJ-Antriebs-Obj 221 verborgen.
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Ferner
entspricht die VM-Schicht 230 der I/O-Vorrichtung des Mikrocomputers 3,
und der Aufbau (Architektur) und die Eigenschaften des Mikrocomputers
sind darin verborgen. Hier ist ein Impulsgenerator-Objekt (Impulsgenerator-Obj) 231,
welches einen Impulsgenerator modelliert, welcher ein Impulssignal
zum Antreiben des Einspritzers 41 erzeugt, gezeigt. Weitere
Objekte, wie beispielsweise ein Anschluss-Objekt und eine Impuls-Eingabeschaltung
sind zusätzlich
zum Impulsgenerator-Obj 231 bereitgestellt.
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Somit
ist gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die PF-Schicht 200 beim Modellieren
der Hardwareteile in drei Schichten aus der oberen Schicht, mittleren
Schicht und unteren Schicht unterteilt, welche ein System hinsichtlich
der Gesamtheit des tatsächlichen
Maschinensteuersystems bilden. Daraus resultierend können die
Hardwareteile, wie beispielsweise der Einspritzer, die Einspritzer-Antriebsschaltung
und dergleichen, welche jeweilige Lebensdauer haben, welche sich
voneinander unterscheiden, lokalisiert werden. Somit können nicht
nur die Programmänderungen
auf das Anwendungsprogramm, sondern ebenfalls die Programmänderungen
auf das Plattform-Programm relativ zu Änderungen beim Maschinensteuersystem
auf ein Minimum reduziert werden.
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Die
durch die obigen Objekte aufgeführte Verarbeitung
(Prozedur) wird als nächstes
beispielhaft mit Bezug auf die in 5–8 gezeigte Einspritz-Steuerverarbeitung
beschrieben.
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5 zeigt
einen Zeitablauf, welcher eine allgemeine Einspritz-Steuerung zeigt.
Obwohl eine komplizierte Berechnung und Verarbeitung zum Einstellen
von Einspritz-Startzeiten
und dergleichen bei einer tatsächlichen
Maschinensteuerung ausgeführt werden,
bezieht sich ein solcher Teil nicht so sehr auf die vorliegende
Erfindung, und dessen Beschreibung wird hier aus Gründen der
Kürze ausgelassen.
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In 5 werden,
wenn eine Zeitaufnahme (BTDC 90° CA),
welche 90° CA
(Kurbelwinkel) vor dem Ansaug-TDC (oberer Todpunkt) liegt, durch
den Kurbelwinkelsensor erfasst wird, die Einspritz-Startzeit und
die optimale Einspritzmenge berechnet, und ein Einspritz-Startzeitpunkt
Zs und ein Einspritz-Endzeitpunkt Ze werden basierend auf der berechneten Zeitaufnahme
und Menge in einem Zeitaufnehmer eingestellt. Somit erzeugt der
Mikrocomputer 3 (Impuls-Generator),
wenn jene Zeitpunkte erreicht werden, das Antriebssignal in der
Wellenform (X) von 5, um die Einspritzer-Antriebsschaltung 43 anzutreiben.
Die Einspritzer-Antriebsschaltung 43 versorgt die Solenoid-Spule
des Einspritzers 41 mit elektrischem Strom, um das Nadelventil
im Einspritzer 41 zur Kraftstoff-Einspritzung zu öffnen.
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Hier
beträgt
die Zeitperiode, in welcher der Kraftstoff tatsächlich eingespritzt wird, gleich
der Periode (Y) von 5 relativ zur Ansteuerungsperiode Ti.
Wie anhand der Figur ersichtlich, muss der Einspritz-Startzeitpunkt
Zs und dergleichen hinsichtlich einer Antriebs-Verzögerungszeit
Tv des Einspritzers 41 und einer Betriebsstart-Verzögerungszeit
Tsd der Antriebsschaltung eingestellt werden, so dass die Einspritzung
mit optimaler Menge bewirkt wird. Die Antriebs-Verzögerungszeit
Tv hängt
von einer Zeitverzögerung
vom Beginn einer Ansteuerung der Einspritzer Solenoid-Spule an bis
zu einem tatsächlichen Öffnungsbeginn
des Nadelventils, und von Schwankungen der Hardware-Eigenschaften
der Einspritzer ab. Die Betriebsstart-Verzögerungszeit Tsd hängt von
einer Zeitverzögerung
vom Empfang des Antriebssignals vom Mikrocomputer an bis hin zum
Einschalten der Antriebsschaltung, von Schwankungen in Schaltungs-Bauteilen,
und von einer Verzögerungszeit
Ted vom Ausschalten des Antriebssignals an bis zum Ausschalten der
Antriebsschaltung ab. Wie oben beschrieben, schwanken jene Verzögerungszeiten
Tv und Tsd in Abhängigkeit von
den Hardware-Eigenschaften des Einspritzers 41 und der
Einspritzer-Antriebsschaltung 43.
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Bei
der Ausführungsform
sind jene Hardware-Eigenschaften verborgen, und jede Hardware (Objekt)
wird derart modelliert, so dass in Relation zu Änderungen der Hardware nur
eine minimale Programmänderung
erforderlich ist.
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6 ist
ein Klassifikations-Diagramm, welches jedes Modell von Einspritzer-Objekten
und dergleichen zeigt, welche durch UML (vereinigte Modellierungssprache,
ein vereinigtes Verfahren von verschiedenen Definitionen, welche
herkömmlicherweise
als Modellierungssprachen für
objektorientierte Analysen und Entwürfe verwendet wird) bestimmt sind.
Eine statische Information von jedem Objekt kann durch jene klassifizierten
Diagramme ausgedrückt
werden.
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Wie
durch die Einspritzer-Obj, INJ Antriebs-Obj und Impulserzeugungs-Obj
in 6 gezeigt (welche Objekten 212, 221 und 231 in 3 entsprechen),
sind die Objekte in Blöcke
unterteilt. In jedem Block werden ein Titel des Objektes (212, 221, 231),
die Daten (Attribut) (212a, 221a, 231a)
und das Verfahren (212b, 221b, 231b)
jeweils am oberen Teil, mittleren Teil und unteren Teil beschrieben.
Die Relation unter den Blöcken
wird durch Linien L1 und L2 angezeigt, welche die Blöcke verbinden.
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Beispielsweise
enthalten die Daten der Einspritzer-obj 212 die statische
Einspritzmenge, minimale Ansteuerungsperiode und unwirksame Einspritz-Periode,
wie in 212a gezeigt. Das Verfahren enthält die Einspritz-Anforderung
und Einspritz-Stop-Anforderung.
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7 ist
ein Meldungssequenz-Ablaufdiagramm (MSC), welches eine Verarbeitung
zur Ausführung
des modellierten Programms von 6 zeigt.
Es zeigt die Verarbeitung (Verfahren), welche tatsächlich bei
jedem Objekt ausgeführt
wird, und die Pfeile zeigen Meldungsausgaben an die weiteren Objekte
an. Ferner sind 8A und 8B Ablaufdiagramme,
welche eine Ausgabe einer Einspritz-Anforderungsmeldung von der
Einspritz-Anwendung zeigen.
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Die
in 7 gezeigte "1.
Einspritz-Anforderung" wird
als die Einspritz-Anforderungsmeldung (1) von der Einspritz-Anwendung, welche
in dem in 3 gezeigten ENG Objekt 101 bereitgestellt
ist, an das Einspritzer-Obj 212 ausgegeben. Diese Verarbeitung
wird zunächst
mit Bezug auf die in 8A und 8B gezeigten
Ablaufdiagramme beschrieben.
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Bei
einer in 8A gezeigten Basisroutine, welche
alle 8 ms ausgeführt
wird, wird eine Information von den verschiedenen Sensoren zur Erfassung von
Maschinenbedingungen (Erfassungswerte) gelesen (S1), und die dynamische
Einspritzmenge q an Kraftstoff wird berechnet (S2). Die Ansteuerungs-Startperiode
Ts wird ebenfalls basierend auf einer vorliegenden Batteriespannung
berechnet, weil die Einspritz-Eigenschaften mit der Batteriespannung
schwanken. Nachdem jene Schritte ausgeführt sind, fährt die Verarbeitung zu weiteren
Nicht-Kraftstoffsteuerungen (S4) fort, wie beispielsweise eine Einspritz-Zeitsteuerung.
Danach wird die Basisroutine wieder ausgeführt.
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Bei
einer in 8A gezeigten Unterbrechungsroutine,
welche alle 30° CA
ausgeführt
wird, wie in 5 gezeigt, wird überprüft (S11),
ob die vorliegende Unterbrechungszeit eine Zeit (BTDC 90° CA) ist,
welche 90° CA
vor dem Ansaug-TDC liegt. Wenn dies der Fall ist (JA), wird die
Einspritz-Anforderungsmeldung
(1) an das Einspritzer-Obj 212 ausgegeben (S12).
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Wieder
bezugnehmend auf 7, wird, wenn das Einspritzer-Obj 212 die
Einspritz-Anforderungsmeldung (1) von der Einspritz-Anwendung empfängt, die
Ansteuerungsperiode Ti basierend auf der folgenden Gleichung berechnet.
Diese Einspritzmenge q basiert auf der dynamischen Einspritzmenge
q, welche mit der Meldung gesendet wird, und zieht nur die Eigenschaften
des Einspritzers 41 in Betracht. Ti
= (q/Q) × 60
+ Tv
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Das
heißt,
dass die Verzögerungszeit
bis das Nadelventil öffnet,
durch eine Hinzufügung
der unwirksamen Einspritz-Periode
in Betracht gezogen wird. Hier ist die Ansteuerungsperiode Ti als
EIN der in 5 gezeigten Antriebsschaltungs-Ausgabe
gezeigt, und Q zeigt die statische Einspritzmenge an (10).
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Die
Ansteuerungsperiode Ti wird innerhalb eines Bereiches (Tmin ≤ Ti ≤ Tmax) von
der minimalen Einspritzmengenzeit Tmin und der maximalen Einspritzmengenzeit
Tmax abgeschirmt, und die Ansteuerungs-Anforderungsmeldung (2) wird
an das INJ Antriebs-Obj 221 ausgegeben. Hier schwanken ebenfalls
die minimale Einspritzmengenzeit Tmin und die maximale Einspritzmengenzeit
Tmax mit den mechanischen Eigenschaften (Hardwareeigenschaften)
des Einspritzers 41, wie beispielsweise Schwankungen beim
Anheben des Nadelventils.
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Wenn
das INJ Antriebs-Obj 221 die Ansteuerungs-Anforderungsmeldung
empfängt,
wird der Ansteuerungs-Startzeitpunkt
Zs anhand der in 8A gezeigten Ansteuerungs-Startzeitperiode
Ts berechnet, das heißt,
dass die Zeitperiode in den Zeitpunkt umgewandelt wird. Hier gilt
Zs = Zne + Ts, wie in 5 gezeigt. Ferner wird der letztendliche Ansteuerungs-Startzeitpunkt
Zp berechnet, indem die Ansteuerungs-Startzeitperiode Zs in Anbetracht der
Verzögerungszeit
Tsd der Einspritzer-Antriebsschaltung 43 korrigiert wird.
Hierbei gilt Zp = Zs – Tsd, wie
in 5 gezeigt. Dann wird die Impulserzeugungs-Anforderungsmeldung
(3) ausgegeben.
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Wenn
das Impulserzeugungs-Obj 231 die Impulserzeugungs-Anforderungsmeldung
(3) empfängt,
wird ein Vergleichsregister (nicht gezeigt) derart mit Daten eingestellt,
dass der Mikrocomputer 3 zur Zeitaufnahme des Zeitpunktes
Zp ein Hochpegel-Signal (high level signal) (Vp) erzeugt. Somit
wird die Mikrocomputer-Ausgabe zum Zeitpunkt Zp hoch, so dass der
Einspritzer eine Kraftstoffeinspritzung beginnt. Danach gibt das
Impulserzeugungs-Obj 231 eine Ansteuerungs-Startanzeigemeldung
(4) an das Einspritzer Antriebs-Obj 221 aus.
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Wenn
das INJ Antriebs-Obj 221 die Ansteuerungs-Startanzeigemeldung
(4) empfängt,
wird der Ansteuerungs- Endzeitpunkt
Ze berechnet, indem die Ansteuerungs-Periode Ti zum Ansteuerungs-Startzeitpunkt
Zp addiert wird, und der letztendliche Ansteuerungs-Startzeitpunkt
Zp wird berechnet, indem der Ansteuerungs-Startzeitpunkt Ze hinsichtlich
der Verzögerungszeit
Tsd der Einspritzer-Antriebsschaltung 43 (5)
korrigiert wird. Dann wird die Impulserzeugungs-Anforderungsmeldung (5) an das Impulserzeugungs-Obj 231 ausgegeben.
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Wenn
das Impulserzeugungs-Obj 231 die Impulserzeugungs-Anforderungsmeldung
(5) empfängt,
wird das Vergleichsregister derart mit Daten eingestellt, so dass
der Mikrocomputer 3 zur Zeitaufnahme des Zeitpunktes Zp
ein Niedrigpegel-Signal (low level Signal) (Vp) erzeugt. Somit wird
die Mikrocomputer-Ausgabe
zum Zeitpunkt Ze niedrig, so dass der Einspritzer die Kraftstoffeinspritzung
beendet.
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Hinsichtlich
der Einspritz-Stopanforderung, Ansteuerungs-Stopanforderung und Impuls-Stopanforderung
beim Verfahren jedes Objektes (Obj), wird hier keine detaillierte
Beschreibung gegeben, obwohl es Fälle gibt, bei welchen die Einspritz-Stopanforderungsmeldung
aus Gründen
eines Kraftstoff-Abschneidebetriebes ausgegeben wird.
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Wie
oben beschrieben, werden nur Steuerbetriebe bei der Verarbeitung
der Einspritz-Anwendung ausgeführt,
welche von der Hardware unabhängig
sind. Somit werden, sogar wenn der Einspritzer 41 und die
Antriebsschaltung 43 ausgetauscht werden, die Berechnungsverarbeitung
der Einspritzmenge q und Ausgabe der Einspritz-Anforderungsmeldung
auf dieselbe Weise ausgeführt.
Daher ist es möglich,
das Programm der Einspritz-Anwendung wieder
zu verwenden. Das heißt,
dass die Programme in der AP-Schicht 100, wie beispielsweise
die Einspritz-Anwendung,
nicht geändert
werden, und zwar unabhängig
von Änderungen,
welche auf die Hardwareteile (inklusive Teile, wie beispielsweise
Einspritzer, welche extern der Maschinen ECU 1 bereitgestellt
sind) vorgenommen werden, welche das gesamte Maschinensteuersystem
bilden.
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Ferner
werden, sogar wenn nur der Einspritzer 41 ausgetauscht
wird, die Meldung an das Einspritzer-Obj und die Meldung Einspritzer-Obj
nicht geändert.
Das heißt,
dass die Ausgabe der Einspritz-Anforderung der Einspritz-Anwendung
oder der Empfang der Ansteuerungs-Anforderung des INJ Antriebs-Obj 221 nicht
geändert
werden. Ferner berechnet die Einspritz-Anwendung die Einspritzmenge q, und
eine Ausgabeinformation an das Einspritzer-Obj 212 bleibt
ebenfalls unverändert.
Somit ist es in jenen Fällen
nur erforderlich, dass das Programm des Einspritzer-Obj 212 geändert wird,
und es ist nicht erforderlich, dass die Programme des INJ Antriebs-Obj 221 und
dergleichen geändert
werden.
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Somit
kann gemäß der vorliegenden
Erfindung die Programmstruktur, welche auf jedes der Hardwareteile
angepasst ist, welche bei den Maschinensteuersystemen ausgetauscht
werden können, realisiert
werden, indem sie in drei Schichten unterteilt wird, nämlich die
obere Schicht, welche die SA-Schicht 210 ist, die mittlere
Schicht, welche die DD-Schicht 220 ist, und die untere
Schicht, welche die VM-Schicht 230 ist. Ferner wird die
Anzahl an Programmänderungen
in der PF-Schicht, welche von der Hardware abhängt, auf so klein wie möglich reduziert,
und zwar relativ zur Eingabeschaltung und zur Antriebsschaltung,
welche verhältnismäßig häufig aufgrund
von Unterschieden in der Lebensdauer und der Steuerspezifikationen
der betreffenden Maschine ausgetauscht werden.
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Ferner
hat die SA-Schicht 210 lediglich Elemente, wie beispielsweise
ein Einspritzer, welcher die elektrischen Signale in die physikalischen
Mengen umwandelt, die DD-Schicht 220 hat
nur Elemente, welche die digitalen Signale des Mikrocomputers in
die elektrischen Signale umwandeln, und die VM-Schicht 230 hat
lediglich Elemente, welche die digitalen Signale erzeugen. Somit
kann, da die Informationsqualität
in jeder Schicht gleichförmig
gestaltet ist, eine Standard-Schnittstelle bereitgestellt werden. Das
heißt,
dass, wenn der objektorientierte Entwurf angewendet wird, die Meldungen,
welche Objekte verbinden, standardisiert werden können, während die
Einspritz-Steuerung und die Zünd-Steuerung nicht beschränkt werden,
so dass eine Programmierung unter Verwendung einer Dokumentenvorlage mit
Leichtigkeit erzielt werden kann.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorhergehende Ausführungsform
beschränkt,
sondern kann auf verschiedene Wege modifiziert werden, ohne von
Umfang der Erfindung abzuweichen.
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Ein
Maschinensteuersystem wird in eine Anwendungsschicht (100)
und eine Plattform-Schicht (200) unterteilt. Die Anwendungsschicht
bestimmt ein Programm, welches von einer Hardware unabhängig ist,
und wird unter einem objektorientierten Entwurf bereitgestellt.
Die Plattform-Schicht
bestimmt ein Programm, welches von der Hardware abhängt, und
wird unter dem objektorientierten Entwurf bereitgestellt, und wird
in drei Schichten unterteilt, das heißt, eine obere Schicht, eine
mittlere Schicht und eine untere Schicht. Die obere Schicht, mittlere Schicht
und die untere Schicht enthalten jeweils eine Sensor/Stellglied-Schicht (210),
eine Vorrichtungs-Antriebsschicht (220) und eine virtuelle MPU-Schicht
(230).