EP0298960B1 - Verfahren und digitales steuergerät zur bestimmung und steuerung von pulsbreitenmodulierten betriebsgrössen bei einer brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren und digitales steuergerät zur bestimmung und steuerung von pulsbreitenmodulierten betriebsgrössen bei einer brennkraftmaschine Download PDF

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EP0298960B1
EP0298960B1 EP87900053A EP87900053A EP0298960B1 EP 0298960 B1 EP0298960 B1 EP 0298960B1 EP 87900053 A EP87900053 A EP 87900053A EP 87900053 A EP87900053 A EP 87900053A EP 0298960 B1 EP0298960 B1 EP 0298960B1
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EP
European Patent Office
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timer
signal
interrupt
output
pulse
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EP87900053A
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English (en)
French (fr)
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EP0298960A1 (de
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Rüdiger Jautelat
Werner Jundt
Norbert Miller
Peter Werner
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/24—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means
    • F02D41/26—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means using computer, e.g. microprocessor
    • F02D41/263—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means using computer, e.g. microprocessor the program execution being modifiable by physical parameters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1401—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method
    • F02D41/1406—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method with use of a optimisation method, e.g. iteration

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of the main claim or a digital control device according to the preamble of claim 7.
  • the use of digital control devices for determining, controlling and regulating pulse-width-modulated signals as operating variables for an internal combustion engine is known;
  • the applicant's so-called aln-Mono-Jetronic uses a single-chip processor or microcomputer ( ⁇ C) for the generation of output signals and for time measurement, the control being carried out via so-called interrupt-capable timers (timers), which can be components of the single-chip processor or can also be arranged on the control unit board.
  • Such a single-chip processor provides the user with two 15-bit timers, namely timer T0, timer T1, both of which can be interrupted, it being possible for one of the timers, namely timer T0, to be split into two 8-bit timers. However, the consequence then is that the remaining 16-bit timer T1 loses its interrupt capability.
  • the control and the output of the pulse-width-modulated signals are fundamentally carried out in such a way that counting registers, each loaded with certain signal values, can be controlled via timer interrupts that occur, so that this timer control results in a signal duration output in real time.
  • the procedure for a known timer assignment is to split a known 16-bit timer TO into two 8-bit timers (timer 0 low; timer 0 high), their respective use in the following using the illustration Figures 1-3 are given both for the basic explanation of a possible, but known exemplary embodiment for a timer occupancy concept in a digital control device for better understanding as a whole, and also for creating the possibility, on the other hand, to present the invention in a delimited and sufficiently understandable manner.
  • the split-off low part of the timer T0 as shown in a) in FIG. 1, generates a 512 ⁇ sec raster with a quantization of 2 (tsec.
  • an additional ALS counting register is deactivated, as in c), for outputting the ALS signal (signal adaptive idle control) shown in its time course as well as the deactivation of the additional counter register or counter for tank ventilation, as shown in e), with the resulting tank ventilation signal (TE signal ), as shown at d) in Fig. 1.
  • the high part of timer 0 then generates the same time pattern as the low part, so that the high part in conjunction with an additional Ti counting register, as in c) shown, the output of the Ti pulse (among other things) controls.
  • the signal to be output is divided into a multiple of 512 ⁇ sec (see course of the counting register, which is decremented or steered each time the high part of timer 0 overflows and is interrupted by the interrupt generated thereby) and the remaining remainder of the total value with the complement value of which the high part of the timer T0 is precharged at the beginning of an external timer interrupt (ignition pulse as indicated at a) as a TD pulse). Every time the high section overflows, this results from the interrupt generated as a result of the Ti count register until its content is zero and the Ti pulse is driven off.
  • the task of the second 16-bit timer T1 which is used in the period measurement for the speed calculation, will be discussed, as shown in FIG. 3. Since only a maximum time acquisition of 131 msec is possible with a 16-bit timer by quantizing 2 ⁇ sec per timer increment, an additional counting register, as shown at b) in FIG. 3, must be used. The quantization of this register is 2 msec, so that time recording by the timer T1 of a maximum of 512 msec can be achieved.
  • the memory expenditure in the PROM of the digital control device is considerable with regard to the preparation for the output control. It cannot be ruled out that there is a loss of accuracy due to the frequent interrupts, especially with the important output signals for the Ti pulse and a so-called consumption signal.
  • FR-A-2 535 396 (DE-A 33 36 990) relates to an electronic device for controlling the injection in a multi-cylinder internal combustion engine.
  • a nesting of pulse outputs is described in the event that different injection pulses overlap one another. This is done via the determination and corresponding expenditure of remaining times.
  • the invention is therefore based on the object in such a digital control device to improve the method and the basic structure of the timer operating concept in such a way that without the need for a division of the available timers (16-bit timers) with a significantly lower interrupt load nevertheless, a higher accuracy is achieved at least for the important output signals (consumption signal, injection Ti pulse).
  • the inventive method and the digital control device according to the invention each achieve this task with the characterizing features of the main claim and of claim 7 and have the advantage that the timer that performs the output control for the injection Ti pulse and the consumption signal only then triggers an interrupt if the desired signal is to be switched off, therefore both the counting register, which would otherwise have to be decremented with each intermediate interrupt, is eliminated and no prior division, for example, of the Ti time into a multiple of the previous 512 ⁇ sec time grid and a residual value is required.
  • any time grid up to a maximum of 131 msec can now be set.
  • the significantly lower interrupt load not only affects the output of the Ti pulse and the consumption pulse, but also results from the output of the other signals already mentioned above, such as ALS signal or signal for tank ventilation, since not necessarily as with the split 8-bit timer is triggered every 512 ⁇ sec of the time grid interrupt, but a desired grid can be specified by appropriately loading the 16 bit timer responsible for this, for example with a 2 ⁇ sec quantization of the time grid interrupt only all 2 msec can be triggered. In this case the timer must be loaded with a value of 1,000 increments.
  • the quantization of 2 microseconds of the unchanged 16-bit timer achieves greater accuracy in that the interrupts are only generated when the signals are switched off, whereby then the corresponding interrupt has the highest priority.
  • the basic idea of the invention is to generate certain pulse-width-modulated signals without splitting the two existing timers designed as 16-bit timers, namely specifically to generate the consumption and the injection Ti signal without any intermediate timer interrupt, that is to say continuously, so that the The first interrupt that occurs in this timer also causes the generated signal to be switched off, and the other timer that is still available to be interpreted in such a way that, with a freely definable grid, which is done by loading this timer when the timer interrupt occurs, both the period duration count and that Output of the remaining pulse width modulated signals.
  • the procedure is such that the signals VS and Ti to be output are sorted according to their size, that is to say the signal duration to be expected, which requires a selection logic that checks at the respective time of sorting which memory location assigned to the respective signal Ti or VS has the higher value .
  • the smallest signal value (VS or Ti) is loaded into the timer register in the event of a TD interrupt (external interrupt), which can be, for example, the occurrence of the ignition signal, a speed signal or a signal resulting at terminal 1 of the motor vehicle as a complement value in the process described here; then the timer is started.
  • TD interrupt external interrupt
  • a so-called FLAG is set in the structure of the digital control device, which indicates that the signal values of Ti and VS are greater than a timer register overflow (generation of the corresponding timer interrupt).
  • this overflow FLAG must first be processed by the timer, ie reset, before a first timer interrupt can be given to switch off one of the two signals Ti or VS.
  • the task of the other timer TO ' which is still present then consists in generating any time grid, for example and, as in the exemplary embodiment shown, chosen to be 2 msec.
  • the timer register of this timer TO ' is preloaded with a corresponding value for each timer interrupt. This value is, for example, 1,000 increments with the desired 2 msec raster and with an underlying quantization of 2 i isec.
  • the 2 msec time grid generated with this timer TO 'and shown in a) of FIG. 5 is first used with the aid of an additional counting register (see b) in FIG. 5), the quantization of which corresponds to the quantization of the time grid, ie 2 msec, and the timer register of the period duration measurement required for the speed calculation and also serves to control the respectively provided counting register for the ALS signal, the tank ventilation signal and possibly for the generation of intermediate sprayer signals, provided the quantization selected here is sufficient.
  • the speed is calculated using the following formula:
  • Fig. 5 you can see at a) that the timer T0 'is free running, d. H. the TD pulses shown as ignition pulse symbols (lightning symbols) can occur at any time, that is, they are not related to the timer interrupts of T0 '.
  • the additional counting register required for this period measurement is shown;
  • the course d) shows the ALS counter or counting register for generating the ALS signal shown in c), while the corresponding counting register courses and signal courses for the tank ventilation signal and the tank ventilation counter are shown at f) and e).
  • the external interrupt resulting in this flowchart is first used via function blocks 10, 11, 12 to calculate the period duration for determining the speed of the internal combustion engine and then at decision block 13 effects the pre-sorting of the signals to be output, namely the check as to whether the consumption time is greater or is equal to the injection time.
  • the timer T1 ' is loaded either with the complement of the injection time or with the complement of the consumption time (function blocks 14a, 14b), the two outputs are set, i. H. the VS signal and the injection Ti signal begin and the timer T1 'is started, then the input of the next internal interrupt (TD signal) is waited for, corresponding to function blocks 15, 16 and 17.
  • the flow chart given below relates to the routine that results when an interrupt occurs at the timer TO '- this then relates to the repeated loading of this timer with each timer TO interrupt in order to ensure the desired grid on function block 20 and the incrementing of the counting register on function block 21 , which still belongs to the period measurement.
  • the count register for the ALS signal is decremented at 22, with the decision check at 23 as to whether this count register is driven down to zero, in which case the throttle valve motor control is then switched off by removing this signal.
  • the tank ventilation counter register is decremented at 24 and it is checked whether an injection signal is present at this point in time. Only if this is not the case can a subroutine with regard to an intermediate spray output in area 25 still be carried out, which need not be dealt with in more detail, since the respective function blocks indicate the sequence in their labeling, and then return to the subsequent timer TO interrupt .
  • the first occurring timer T1 interrupt means immediately that - After processing a possible overflow FLAG via decision block 30 and function blocks 31 and 32, the respectively active signal output is reset, i.e. either function block 33a or 33b is addressed and then either, via decision blocks 34a, 34b of this timer T1 ', if the output of a second signal is still pending, is loaded with the complement of the consumption-injection time difference (at time t1) or, if it was the second timer Ti interrupt (time t2) that the timer is stopped and decreased.

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Description

    - Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einem Verfahren nach der Gattung des Hauptanspruchs bzw. einem digitalen Steuergerät nach der Gattung des Anspruchs 7.
  • Die Verwendung von digitalen Steuergeräten zur Bestimmung, Steuerung und Regelung von pulsbreitenmodulierten Signalen als Betriebsgrößen für eine Brennkraftmaschine ist bekannt ; beispielsweise benutzt die sogenannte aln-Mono-Jetronic der Anmelderin einen Einchip-Prozessor oder Mikrorechner (µC) für die Erzeugung von Ausgabesignalen sowie zur Zeitmessung, wobei die Steuerung über sogenannte interruptfähige Zeitgeber (Timer) erfolgt, die Komponenten des Einchip-Prozessors sein können oder auch zusätzlich auf der Steuergeräteplatine angeordnet werden können.
  • Zur Klarstellung der Erfindung wird im folgenden der Stand der Technik anhand eines speziellen, für sich gesehen bekannten Ausführungsbeispiels erläutert, wobei die Verwendung eines solchen Einchip-Prozessors, und hier wieder speziell der 8051-Familie zugrundegelegt wird. Ein solcher Einchip-Prozessor stellt dem Anwender zwei 15-Bit-Timer, nämlich Timer T0, Timer T1, die beide interruptfähig sind, zur Verfügung, wobei einer der Timer, nämlich Timer T0, in zwei 8-Bit-Timer aufgespalten werden kann. Allerdings ergibt sich dann als Konsequenz, daß der verbleibende 16-Bit-Timer T1 seine Interruptfähigkeit verliert. Grundsätzlich erfolgt bei solchen digitalen Steuergeräten die Steuerung und die Ausgabe der pulsbreitenmodulierten Signale so, daß über jeweils auftretende Timer-lnterrupts Zählregister abgesteuert werden können, die jeweils mit bestimmten Signalwerten geladen sind, so daß sich durch diese Timer-Steuerung eine Signaldauerausgabe in Realzeit ergibt.
  • Die Timer-Belegungskonzeption solcher digitaler Steuergeräte ist dann so durchzuführen, daß beispielsweise die folgenden Aufgaben gelöst werden können :
    • - Ausgabe von zwei pulsbreitenmodulierten Signalen mit einer Quantisierung von 2 µsec (wie beispielsweise Verbrauchssignal, Einspritzsignal Ti), wobei die Ausgabe dieser beiden Signale zeitsynchron zu einem sogenannten TD-Impuls zu erfolgen hat, der als extemes Interrupt-Signal beispielsweise von den Zündsignalen, von Drehzahlsignalen der Brennkraftmaschine oder von einem sich an der Klemme 1 der Brennkraftmaschine ergebenden Signal abgeleitet sein kann ;
    • - Ausgabe von drei weiteren pulsbreitenmodulierten Signalen mit einer gröberen Quantisierung (z. B. 2 msec) als adaptives Leerlaufsteuerungssignal ALS, als Tankentlüftungssignal bzw. als Zwischenspritzerausgabesignal ;
    • - Erzeugung eines beliebig wählbaren Zeitrasters und
    • - Periodendauermessung zwischen den externen Interrupt- oder TD-Impulsen (für die Drehzahlberechnung) und daher als Grundlage für die Berechnung der der Brennkraftmaschine zuzuführenden Kraftstoffmenge, zusammen mit einem Luftmengenmessersignal beispielsweise.
  • Um diese Signale zu erzeugen, wird bei einer bekannten Timer-Belegung so vorgegangen, einen bekannten 16-Bit-Timer TO in zwei 8-Bit-Timer (Timer 0 low ; Timer 0 high) aufzuspalten, deren jeweilige Verwendung im folgenden anhand der Darstellung der Figuren 1-3 sowohl zur grundsätzlichen Erläuterung eines möglichen, allerdings bekannten Ausführungsbeispiels für eine Timer-Belegungskonzeption bei einem digitalen Steuergerät zum besseren Verständnis insgesamt als auch zur Schaffung der Möglichkeit genau angegeben wird, demgegenüber die Erfindung abgegrenzt und hinreichend verständlich darzustellen.
  • Der abgespaltene Low-Teil des Timers T0, erzeugt, wie bei a) in Fig. 1 dargestellt, ein 512 µsec-Raster mit einer Quantisierung von 2 (tsec. Von diesem Zeitraster abgeleitet erfolgt einmal die Absteuerung eines zusätzlichen ALS-Zählregisters, wie bei c) dargestellt, zur Ausgabe des bei b) in seinem Zeitverlauf dargestellten ALS-Signals (Signal Adaptive Leerlaufsteuerung) als auch die Absteuerung des zusätzlichen Zählregisters oder Zählers für die Tankentlüftung, wie bei e) dargestellt, mit dem sich ergebenden Tankentlüftungssignal (TE-Signal), wie bei d) in Fig. 1 gezeigt. Sowohl diese Erläuterung als auch die Erfindung beziehen sich speziell auf eine Timer-Belegungskonzeption, und hier wieder speziell auf den erwähnten Einchip-Prozessors der 8051-Familie; es sei aber erwähnt, daß den auszugebenden oder zu bestimmenden pulsbreitenmodulierten Signalen, die hier ermittelt werden, im digitalen Steuergerät Zählerstände entsprechen, die auf andere Weise entstanden, üblicherweise berechnet sind und jeweils an einer geeigneten Speicherstelle abgelegt werden. Solche Berechnungen finden wiederholt statt, so daß sich die Zählerstände ändern, und die vorliegende Timer-Belegungskonzeption ermittelt dann unter Zugrundelegung dieser Zählerstände, die in Fig. 1 bei c) und bei e) dargestellt sind, die pulsbreitenmodulierte Dauer der zu bestimmenden oder auszugebenden Signale. Weist man also dem Low-Teil des Timers 0 die Erzeugung der bisher genannten beiden pulsbreitenmodulierten ALS-Signale und TE-Signale zu, dann verbleibt, wie in Fig. 2 dargestellt ist, für den High-Teil des Timers 0 beispielsweise und unter anderem die Erzeugung des bei einer Kraftstoffeinspritzanlage besonders wichtigen Ti-Impulses, mit welchem das Signal bezeichnet ist, welches der Ansteuerung der Einspritzventile der Brennkraftmaschine dient und dessen Dauer daher für die der Brennkraftmaschine zuzuführende Kraftstoffmenge pro Zeiteinheit maßgebend ist.
  • Entsprechend Fig. 2 erzeugt bei a) dann der High-Teil des Timers 0 ein gleiches Zeitraster wie der Low-Teil, so daß dann der High-Teil in Verbindung mit einem zusätzlichen Ti-Zählregister, wie bei c) gezeigt, die Ausgabe des Ti-Impulses (u. a.) steuert. Man erkennt, daß das auszugebende Signal in ein Vielfaches von 512 µsec (s. Verlauf des Zählregisterstands, der bei jedem Überlauf des High-Teils des Timers 0 und durch den hierdurch erzeugten Interrupt dekrementiert oder abgesteuert wird) und in den verbleibenden Rest vom Gesamtwert unterteilt ist, mit dessen Komplementwert der High-Teil des Timers T0 jeweils zu Beginn eines externen Timer-Interrupts (Zündimpuls wie bei a) angedeutet als TD-Impuls) vorgeladen wird. Bei jedem Überlauf des High-Teils ergibt sich durch den hierdurch erzeugten Interrupt das
    Figure imgb0001
    des Ti-Zählregisters, bis dessen Inhalt zu Null ist und der Ti-Impuls abgesteuert wird.
  • Schließlich sei noch auf die Aufgabe des zweiten 16-Bit-Timers T1 eingegangen, der in der Periodendauermessung für die Drehzahlberechnung eingesetzt wird, wie Fig. 3 zeigt. Da durch die Quantisierung von 2 µsec pro Timer-Inkrement bei einem 16-Bit-Timer lediglich eine maximale Zeiterfassung von 131 msec möglich ist, muß ein zusätzliches Zählregister, wie bei b) in Fig. 3 gezeigt, verwendet werden. Die Quantisierung dieses Registers beträgt 2 msec, so daß eine Zeiterfassung durch den Timer T1 von maximal 512 msec erreichbar ist.
  • Bei dieser Konzeption ergibt sich eine erhebliche Interruptbelastung, da bei sämtlichen, auszugebenden pulsbreitenmodulierten Signalen alle 512 µsec der Zeitrasterinterrupt ausgelöst wird, wobei insbesondere auch die Zeitrasterbegrenzung bei den beiden aufgeteilten, dann lediglich 8-Bit-Timer bei der genannten Quantisierung von 2 µsec nur eine Maximalzeit von 512 µsec zuläßt.
  • Ferner ist beispielsweise durch die Aufteilung der Tizeit in ein Vielfaches von 512 µsec plus dem Rest der Speicheraufwand im PROM des digitalen Steuergeräts bezüglich der Vorbereitung für die Ausgabesteuerung erheblich. Es ist auch nicht auszuschließen, daß sich wegen der häufigen Interrupts gerade bei den wichtigen Ausgangssignalen für den Ti-Impuls und einem sogenannten Verbrauchssignal' eine Genauigkeitseinbuße ergibt.
  • Als druckschriftlich belegter Stand der Technik sei auf zwei Veröffentlichungen hingewiesen.
  • In « Microprocessor und Microsystems Band 6, Nr. 7, September 82, Seiten 347 bis 353 wird " an 8- bit single-chip microcomputer for automotic engine control » beschrieben. Ein auf Seite 351 beginnender Abschnitt behandelt Timer/Counter, schließlich offenbart ein Kapitel « interrupt und vor allem eine Tabelle 3 « interrupt sources » verschiedene Möglichkeiten der Generierung von interrupts. Die dort aufgezeigten Lösungen erfordern neben einem 16-Bit-Timer zwei zusätzliche Compare-Register, was einen nicht unbeachtlichen Aufwand erfordert.
  • Die FR-A-2 535 396 (DE-A 33 36 990) betrifft eine elektronische Vorrichtung zum Steuern der Einspritzung bei einem Mehrzylinder-Verbrennungsmotor. Dort wird auf Seite 7, Zeile 32 bis Seite 8, Zeile 27 eine Verschachtelung von Impulsausgaben beschrieben für den Fall, daß verschiedene Einspritzimpulse sich einander überlappen. Dies geschieht über die Bestimmung und entsprechende Ausgaben von Restzeiten.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einem solchen digitalen Steuergerät das Verfahren und die Grundstruktur der Timer-Bedienungskonzeption so zu verbessern, daß ohne die Notwendigkeit einer Aufteilung der zur Verfügung stehenden Timer (16-Bit-Timer) mit wesentlich geringerer Interrupt-Belastung dennoch eine höhere Genauigkeit mindestens bei den wichtigen Ausgangssignalen (Verbrauchssignal, Einspritz-Ti-Impuls) erreicht wird.
    • Vorteile der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße digitale Steuergerät lösen diese Aufgabe jeweils mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs bzw. des Anspruchs 7 und haben den Vorteil, daß der Timer, der die Ausgabesteuerung für den Einspritz-Ti-Impuls und das Verbrauchssignal durchführt, überhaupt nur dann einen Interrupt auslöst, wenn das gewünschte Signal abgeschaltet werden soll, daher sowohl das sonst bei jedem Zwischeninterrupt zu dekrementierende Zählregister wegfällt als auch keine Vorabaufteilung beispielsweise der Ti-Zeit in ein Vielfaches des bisherigen 512 µsec-Zeitrasters und einen Restwert erforderlich ist.
  • Daher ist auch der PROM-Aufwand durch die Erfindung bezüglich der Vorbereitung dieser Ausgabesteuerung, da diese jetzt über einen 16-Bit-Timer erfolgen kann, erheblich geringer.
  • Vorteilhaft ist bei vorliegender Erfindung ferner, daß im Gegensatz zur Erzeugung eines Zeitrasters mit lediglich einem 8-Bit-Timer bei einer Quantisierung von 2 µsec und einer hierdurch erzielbaren Maximalzeit von 512 µsec nunmehr beliebige Zeitraster bis maximal 131 msec einstellbar sind.
  • Die erheblich geringere Interrupt-Belastung betrifft dabei nicht nur die Ausgabe des Ti-Impulses sowie des Verbrauchsimpulses, sondern ergibt sich auch bei der Ausgabe der anderen, weiter vorn schon erwähnten Signale wie ALS-Signal oder Signal für Tankentlüftung, da nicht notwendigerweise, wie bei dem aufgeteilten 8-Bit-Timer alle 512 µsec der Zeitraster-interrupt ausgelöst wird, sondern durch ein entsprechendes Laden des hierfür zuständigen 16-Bit-Timers ein gewünschtes Raster vorgegeben werden kann, beispielsweise bei einer 2 µsec-Quantisierung der Zeitraster-Interrupt lediglich alle 2 msec ausgelöst werden kann. In diesem Fall ist der Timer mit einem Wert von 1 000 Inkrementen zu laden.
  • Schließlich ist vorteilhaft, daß bei den wichtigen Ausgangssignalen wie Verbrauchssignal und Einspritz-Ti-Impuls bei der Quantisierung von 2 µsec des unverändert belassenen 16-Bit-Timers eine höhere Genauigkeit dadurch erreicht wird, daß die Interrupts nur beim Ausschalten der Signale erzeugt werden, wobei dann der jeweils entsprechende Interrupt die höchste Priorität hat.
  • Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung möglich.
    • Zeichnung
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen :
    • die Fig. 1, 2 und 3 eine bekannte Timer-Belegungskonzeption bei einem digitalen Steuergerät (mit Einchip-Prozessor der 8051-Familie), wobei
    • die Fig. 1 Zeitdiagrammabläufe eines ersten 8-Bit-TimerTeils eines ursprünglich 16-Bit-Timers zeigt mit entsprechender Absteuerung zugeordneter Zählregister zur Ausgabe von pulsbreitenmodulierten Signalen durch die jeweiligen, im Zeitraster des Timers auftretenden Timer-Interrupts und
    • Fig. 2 Zeitdiagramme des zweiten 8-Bit-Timer-Teils zeigt zur Ausgabe mindestens eines Einspritz-Ti-Impulses mit externer Startsteuerung durch das Auftreten jeweils eines TD-Impulses und ebenfalls Absteuerung zugeordneter Zählregister durch die Timer-Interrupts und
    • Fig. 3 den Einsatz des zweiten 16-Bit-Timers zur Periodendauermessung darstellt ;
    • Fig.4 zeigt als Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung das Zeitdiagramm des unverändert belassenen Timers T1 (16-Bit-Timer) der 8051-Chip-Familie zur Erzeugung des Einspritz-Ti-Impulses sowie des Verbrauchsignals (ohne die Notwendigkeit der Zuordnung entsprechender Zählregister oder weiterer Zähler) und
    • Fig. 5 zeigt das Zeitdiagramm des ebenfalls unverändert, also nicht aufgespaltenen weiteren Timers (16-Bit-Timer), der zur Periodendauerzählung eingesetzt ist und gleichzeitig zur Ausgabe weiterer Signale, nämlich hier des ALS-Signals und des Tankentlüftungssignals.
    Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Zunächst wird darauf hingewiesen, daß die nachfolgende Erläuterung die Erfindung anhand der Organisation eines digitalen Steuergeräts darstellt, bei dem zwei 16-Bit-Timer zur Ausgabe von pulsbreitenmodulierten Signalen eine neue Timer-Belegungskonzeption verwirklichen ; es versteht sich aber, daß die Erfindung auf beliebige Realisierungsmöglichkeiten, auch in diskreter Schaltungstechnik anwendbar ist und daher die im folgenden auch anhand von Flußdiagrammen gegebene Erläuterung die Erfindung nicht einschränkt oder auf dieses spezielle Ausführungsbeispiel festlegt.
  • Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, ohne Aufspaltung der beiden vorhandenen als 16-Bit-Timer ausgebildeten Timer bestimmte pulsbreitenmodulierte Signale, nämlich speziell das Verbrauchs- und das Einspritz-Ti-Signal ohne jeden Timer-Zwischeninterrupt, also durchlaufend zu erzeugen, so daß der erste bei diesem Timer auftretende Interrupt auch das Ausschalten des erzeugten Signals bewirkt, und den anderen, noch verfügbaren Timer so auszulegen, daß bei frei vorgebbarem Raster, was durch das Laden dieses Timers jeweils bei auftretendem Timer-Interrupt erfolgt, sowohl die Periodendauerzählung als auch die Ausgabe der restlichen pulsbreitenmodulierten Signale vorzunehmen.
  • Entsprechend der Darstellung der Fig. 4 besteht die Aufgabe eines ersten Timers T1' in der Ausgabe eines Verbrauchssignals VS sowie des Einspritz-Ti-Signals, wobei dieser Timer ergänzend noch zur zusätzlichen Zwischenspritzerausgabe Ti* herangezogen werden kann, was in Fig. 4 ebenfalls dargestellt ist.
  • Hierzu wird so vorgegangen, daß die auszugebenden Signale VS und Ti nach ihrer Größe, also nach der zu erwartenden Signaldauer sortiert werden, was eine Auswahllogik erfordert, die zu dem jeweiligen Sortierungszeitpunkt überprüft, welche dem jeweiligen Signal Ti oder VS zugewiesene Speicherstelle den höheren Wert aufweist. Anschließend wird bei einem auftretenden TD-Interrupt (externer Interrupt), der beispielsweise das Auftreten des Zündsignals, eines Drehzahlsignals oder eines sich an Klemme 1 des Kraftfahrzeugs ergebenden Signals sein kann, der kleinste Signalwert (VS oder Ti) in das Timer-Register geladen wird, und zwar als Komplementwert bei dem hier geschilderten Ablauf ; anschließend wird der Timer gestartet. Es ergibt sich dann zum Zeitpunkt t1 ein erster Timer-Interrupt, und zu diesem Zeitpunkt ist dann auch das hier als kleiner 'angenommene Signal VS abgelaufen, wie bei c) in Fig. 4 dargestellt, d. h. das Verbrauchssignal wird ausgeschaltet. Zu diesem Timer-interrupt (Zeitpunkt t1) wird in das Timer-Register die Differenz zum vorher ausgegebenen Signal (ebenfalls als Komplementwert) geladen, mit anderen Worten der verbleibende Restwert des größeren Signals, in diesem Falle Ti zum Verbrauchssignal VS, der die Differenz darstellt, wird ins Timer-Register übernommen, und der zweite auftretende Timer-Interrupt zum Zeitpunkt t2 beendet dann auch den Einspritz-Ti-Impuls. Anschließend erfolgt eine neue Ausgabe dieser beiden Signale Ti oder VS erst wieder beim Auftreten eines neuen externen TD-Interrupts zum Zeitpunkt t3 (vgl. das Diagramm a) der Fig.4), so daß noch, sofern das Zeitintervall hinreichend groß ist, ein Zwischenspritzer abgegeben werden kann - hierauf wird weiter unten noch anhand der Darstellung der Flußdiagramme eingegangen.
  • Ergeben sich Signalwerte von Ti und VS, die größer als 131 msec sind (16-Bit-Timer bei einer Quantisierung von 2 vsec), dann wird in der Struktur des digitalen Steuergeräts ein sogenanntes FLAG gesetzt, das angibt, daß die Signalwerte von Ti und VS größer sind als ein Timer-Registerüberlauf (Erzeugung jeweils des entsprechenden Timer-Interrupts). In diesem Fall ist die Organisation so getroffen, daß dieses Overflow-FLAG vom Timer zunächst abgearbeitet, d. h. zurückgesetzt werden muß, bevor ein erster Timer-Interrupt zum Abschalten eines der beiden Signale Ti oder VS ergehen darf.
  • Die Aufgabe des anderen noch vorhandenen Timers TO' besteht dann zunächst in der Erzeugung eines beliebigen Zeitrasters, beispielsweise und wie bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel gewählt von 2 msec. Hierzu wird das Timer-Register dieses Timers TO' bei jedem Timer-Interrupt mit einem entsprechenden Wert vorgeladen. Dieser Wert beträgt beispielsweise 1 000 Inkremente bei dem gewünschten 2 msec-Raster und bei einer zugrundeliegenden Quantisierung von 2 ilsec.
  • Das mit diesem Timer TO' erzeugte und bei a) der Fig. 5 dargestellte 2 msec-Zeitraster dient zunächst mit Hilfe eines zusätzlichen Zählregisters (s. b) in Fig. 5), dessen Quantisierung der Quantisierung des Zeitrasters entspricht, also 2 msec, und des Timer-Registers der für die Drehzahlberechnung notwendigen Periodendauermessung und dient ferner zur Absteuerung der jeweils vorgesehenen Zählregister für das ALS-Signal, das Tankentlüftungssignal und evtl. für die Erzeugung von Zwischenspritzersignalen, sofern die hier gewählte Quantisierung ausreichend ist.
  • Die Drehzahlberechnung erfolgt dabei unter Zugrundelegung der folgenden Formel :
    Figure imgb0002
    • wobei Q = Quantisierung ist.
  • In der Fig. 5 erkennt man bei a), daß der Timer T0' freilaufend ist, d. h. die als Zündimpulssymbole (Blitzzeichen) dargestellten TD-Impulse zu beliebigen Zeiten auftreten können, also nicht mit den Timer-Interrupts von T0' in Beziehung stehen. Bei b) ist das für diese Periodendauermessung erforderliche zusätzliche Zählregister gezeigt ; der Verlauf d) zeigt den ALS-Zähler oder -Zählregister zur Erzeugung des bei c) dargestellten ALS-Signals, während bei f) und e) die entsprechenden Zählregisterverläufe und Signalverläufe für das Tankentlüftungssignal und den Tankentlüftungszähler gezeigt sind.
  • Die nachfolgend noch dargestellten Flußdiagramme betreffen den Organisationsteil des digitalen Steuergeräts, der die Timer-Belegungskonzeption betrifft, wobei zunächst auf das hier angegebene Flußdiagramm der Externen-Interrupt-Routine kurz eingegangen wird.
    • (Siehe Tabelle Seite 6 f.)
  • Der sich in diesem Flußdiagramm ergebende externe Interrupt dient über die Funktionsblöcke 10, 11, 12 zunächst der Periodendauerberechnung für die Drehzahlbestimmung der Brennkraftmaschine und bewirkt dann am Entscheidungsblock 13 die weiter vom schon erwähnte Vorsortierung der auszugebenden Signale, nämlich die Überprüfung, ob die Verbrauchszeit größer oder gleich der Einspritzzeit ist. Je nach Ergebnis wird der Timer T1' entweder mit dem Komplement der Einspritzzeit oder mit dem Komplement der Verbrauchszeit geladen (Funktionsblöcke 14a, 14b), die beiden Ausgänge werden gesetzt, d. h. das VS-Signal und das Einspritz-Ti-Signal beginnen und der Timer T1' wird gestartet, anschließend wird auf den Eingang des nächsten internen Interrupts (TD-Signal) gewartet, entsprechend den Funktionsblöcken 15, 16 und 17.
  • Das im nachfolgenden angegebene Flußdiagramm betrifft die sich bei Auftreten eines Interrupts beim Timer TO' ergebende Routine - diese betrifft dann das wiederholte Laden dieses Timers bei jedem Timer TO-Interrupt, um das gewünschte Raster sicherzustellen am Funktionsblock 20 sowie das Inkrementieren des Zählregisters am Funktionsblock 21, was noch zur Periodendauermessung gehört.
  • Gleichzeitig hiermit wird das Zählregister für das ALS-Signal bei 22 dekrementiert, mit der Entscheidungsüberprüfung bei 23, ob dieses Zählregister auf Null abgesteuert ist, wobei dann im zutreffenden Fall die Drosselklappenmotorsteuerung durch Wegnahme dieses Signals abgeschaltet wird. Gleichzeitig wird bei 24 das Tankentlüftungszählregister dekrementiert und überprüft, ob zu diesem Zeitpunkt ein Einspritzsignal vorliegt. Nur wenn dies nicht der Fall ist, kann eine Subroutine mit Bezug auf eine Zwischenspritzerausgabe im Bereich 25 noch erfolgen, worauf nicht genauer eingegangen zu werden braucht, da die jeweiligen Funktionsblöcke den Ablauf in ihrer Beschriftung angeben, anschließend erfolgt return zum nachfolgenden Timer TO-Interrupt.
    • (Siehe Tabelle Seite 7 f.)
  • Schließlich läßt sich dem Flußdiagramm der Timer T1'-lnterrupt-Routine entnehmen, daß für die Ausgabe des VS- bzw. des Einspritz-Ti-Signals eine Dekrementierung von Zählregistern nicht erforderlich ist - der erste auftretende Timer-T1-Interrupt bedeutet sofort, daß - nach Abarbeiten eines möglichen Overflow-FLAGs über den Entscheidungsblock 30 und die Funktionsblöcke 31 und 32 die jeweils aktive Signalausgabe rückgesetzt wird, also entweder der Funktionsblock 33a oder 33b angesprochen ist und dann entweder, über die Entscheidungsblöcke 34a, 34b dieser Timer T1', wenn die Ausgabe eines zweiten Signals noch aussteht, mit dem Komplement der Verbrauchs-Einspritzzeitdifferenz geladen wird (zum Zeitpunkt t1) oder, wenn es sich um den zweiten Timer Ti-Interrupt gehandelt hat (Zeitpunkt t2) der Timer gestoppt und zurückgegangen wird.
    Figure imgb0003
    Figure imgb0004
    Figure imgb0005

Claims (7)

1. Verfahren zur Bestimmung, Steuerung und/oder Regelung von pulsbreitenmodulierten Betriebsgrößensignalen (Kraftstoffeinspritzimpuls Ti, Verbrauchssignal VS, adaptives Leerlaufsteuerungssignal ALS, Tankentlüftungssignal TE, Zwischenspritzerausgabe, Drehzahlperiodendauermessung) bei einer Brennkraftmaschine, wobei einem digitalen Steuergerät mit zwei interruptfähigen Zeitgebern (16-Bit-Timern) mindestens ein extemes Interruptsignal (Zündsignal TD) zugeführt wird und eine Signalausgabe durch Absteuerung von Zählregistem bei auftretenden Timer-Interrupts erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster, unverändert belassener Timer (16-Bit-Timer T1') bei Auftreten eines externen Interruptsignals (TD-Impuls) mit einem ersten kleinsten der auszugebenden Signalwerte (Verbrauchssignal VS, Einspritz-Ti-Signal) geladen, anschließend gestartet und bei Auftreten des nachfolgenden eigenen Timer-Interrupts das betreffende pulsbreitenmodulierte Ausgangssignal abgeschaltet und gleichzeitig der Timer erneut mit der Differenz zum zweiten auszugebenden Signalwert geladen wird und daß der zweite unverändert belassene Timer (16-Bit-Timer T0') durch Laden seines Timer-Registers mit einem entsprechenden Wert zur Erzeugung eines beliebigen Zeitrasters durchlaufend betrieben wird, wobei dieses Zeitraster zur Absteuerung weiterer Zählregister für ergänzend auszugebende pulsbreitenmodulierte Betriebsgrößensignale (ALS-Signal, Tankentlüftungssignal TE) und gleichzeitig zur Periodendauermessung für die Drehzahlberechnung der Brennkraftmaschine dient.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn Signalwerte für den ersten Timer auftreten, die dessen maximale Zeitdauer (bei 16-Bit-Timer und einer Quantisierung von 2 gsec größer als 131 msec) bis zu einem ersten Timerinterrupt überschreiten, zunächst ein von diesem Timerinterrupt zu löschendes Flag gesetzt wird, derart, daß erst der übernächste Timerinterrupt dieses Timers zur Abschaltung des jeweils anliegenden Signals mit dem kleinsten Signalwert führt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Timer-Register jeweils mit dem Komplementwert des kleinsten Signalwerts bei Auftreten eines externen TD-Interrupts und beim nachfolgenden eigenen Timer-Interrupt mit dem Komplementwert der Differenz zum vorher ausgegebenen Signal geladen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß über den ersten Timer (16-Bit-Timer T1') eine Zwischenspritzerausgabe (Ti*) erfolgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Timer (16 Bit-Timer TO') mit einer vorgegebenen Anzahl von Inkrementen (1000 Inkremente bei einem Interruptraster von 2 msec und 2 µsec Quantisierung) bei jedem Timer-Interrupt geladen wird und die Periodendauermessung bei beliebigem Eintreffen des externen TD-Interrupts nach der Formel TD-Zeit = (TDENDE - TDANFANG) + Stand Zählregister Q erfolgt, mit Q = Quantisierung.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes auftretende Timerlnterrupt des weiteren Timers (T0') der Absteuerung entsprechender, der Erzeugung eines adaptiven Leerlaufsteuerungssignals (ALS-Signals) bzw. eines Tankentlüftungssignals (TE) dienender Zählregister dient.
7. Digitales Steuergerät zur Bestimmung, Steuerung und/oder Regelung von pulsbreitenmodulierten Betriebsgrößensignalen (Kraftstoffeinspritzimpuls Ti, Verbrauchssignal VS, adaptives Leerlaufsteuerungssignal ALS, Tankentlüftungssignal TE, Zwischenspritzerausgabe, Drehzahlperiodendauermessung) bei einer Brennkraftmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 oder 2, mit zwei interruptfähigen Timem (16-Bit-Timer T0', T1'), die durch Absteuerung von Zählregistem bei jeweils auftretenden Timer-Interrupts die Dauer auszugebender Signale bestimmen, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Timer durch das Auftreten eines externen Interrupt-Signals (Zündsignal TD) und Laden seines Timer-Registers gestartet und bei Auftreten des nächstfolgenden timereigenen Interrupts entweder ein Overflow-Flag zurückgesetzt, oder unmittelbar ein beim Start des Timers eingeschaltetes auszugebendes Signal (Verbrauchssignal, Einspritz-Ti-Signai) abgeschaltet wird, unter Verzicht auf Zählregister, wobei beim Auftreten dieses zur Signalabschaltung führenden Timer-Interrupts eine erneute Ladung des Timer-Registers zur Ausgabe eines weiteren pulsdauermodulierten Signals (Einspritz-Ti-Signal oder VS-Signal) mit der Differenz zur vorausgegebenen Signal erfolgt und der zweite vorhandene Timer freilaufend zur Erzeugung eines beliebig vorgebbaren Zeitrasters ausgebildet und zur für die Drehzahlberechnung erforderlichen Periodendauermessung sowie zur Absteuerung von der Erzeugung weiterer pulsbreitenmodulierter Betriebsgrößensignale (ALS-Signal, TE-Signal) dienenden Zählregistern vorgesehen ist.
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