EP0826102A1 - Verfahren und vorrichtung zur steuerung einer antriebseinheit eines fahrzeugs - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur steuerung einer antriebseinheit eines fahrzeugs

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EP0826102A1
EP0826102A1 EP96945152A EP96945152A EP0826102A1 EP 0826102 A1 EP0826102 A1 EP 0826102A1 EP 96945152 A EP96945152 A EP 96945152A EP 96945152 A EP96945152 A EP 96945152A EP 0826102 A1 EP0826102 A1 EP 0826102A1
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EP
European Patent Office
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monitoring
torque
microcomputer
monitoring module
drive unit
Prior art date
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EP96945152A
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English (en)
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EP0826102B1 (de
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Hubert Bischof
Martin Streib
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Application granted granted Critical
Publication of EP0826102B1 publication Critical patent/EP0826102B1/de
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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
    • F02D41/22—Safety or indicating devices for abnormal conditions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D11/00—Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated
    • F02D11/06—Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated characterised by non-mechanical control linkages, e.g. fluid control linkages or by control linkages with power drive or assistance
    • F02D11/10—Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated characterised by non-mechanical control linkages, e.g. fluid control linkages or by control linkages with power drive or assistance of the electric type
    • F02D11/107—Safety-related aspects
    • 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
    • F02D41/266—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means using computer, e.g. microprocessor the computer being backed-up or assisted by another circuit, e.g. analogue

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for controlling a drive unit of a vehicle.
  • the program structure of this microcomputer essentially consists of three separate levels (cf. also the following description of FIG. 1).
  • the control functions are calculated in a first level.
  • the correct functioning of the control functions of the first level is checked using selected input and output signals.
  • the third level is a review of the monitoring carried out in the second level as part of a Process control implemented, which in conjunction with a monitoring module (watchdog or security computer) checks the correct processing of the monitoring steps. For this purpose, the monitoring module asks a question selected from predetermined questions by forming one
  • Partial answers from the programs of the second level are answered and sent back to the monitoring module for error detection.
  • the second level monitors the air setting of the internal combustion engine and switches it in the event of a fault
  • the monitoring module intervenes both on the output stage for the actuator controlling the air supply and on the output stages for fuel metering and ignition. Measures for checking the calculations carried out as part of the function monitoring in the second level in addition to checking the program sequence are not described in the known solution.
  • the solution according to the invention allows the detection of errors in the microcomputer which have a similar effect both on the calculation of the control functions and on the calculation of the monitoring functions. Therefore, sleeping errors are also advantageously detected, for example a quantitative monitoring function that does not correctly calculate. It is particularly advantageous that the solution according to the invention does not use operations that are separate from the programs to be monitored, but rather the program code to be monitored. The solution according to the invention thus allows an almost one hundred percent
  • test data sets are selected appropriately, representative tests can be carried out in all relevant value ranges.
  • a bit-precise check of a monitoring function of a power control of a drive unit is thus created.
  • FIG. 1 shows a structural diagram of a control device for a drive unit
  • FIGS. 2 and 3 show a first exemplary embodiment of the solution according to the invention on the basis of flow diagrams.
  • Figure 4 shows waveforms for this embodiment.
  • FIGS. 5, 6 and 7 show a second exemplary embodiment of the solution according to the invention as a block diagram or as flow diagrams.
  • Description of exemplary embodiments 1 shows a control unit 10 for controlling a drive unit of a vehicle, preferably an internal combustion engine.
  • the control unit 10 includes, among other things, an input circuit 12 to which input lines 14 and 16 from measuring devices 18 and 20 are fed.
  • the input signals of the control unit are processed and fed to a microcomputer 22.
  • the measuring devices 18 and 20 are two measuring devices for
  • the two measuring devices can be constructed redundantly or, in another exemplary embodiment, can be designed as a continuous measuring device (for example a potentiometer) and a discontinuous measuring device (for example a switch).
  • Their measurement signals supplied via lines 14 and 16 are processed separately from one another in input circuit 12 and preferably on separate paths 24 and 26, for example via two input ports or two A / D
  • the microcomputer 22 is essentially divided into three levels with regard to its program structure.
  • the programs 30 for carrying out the control for the drive unit are combined in a first level 28. In the preferred exemplary embodiment, these are programs which do this on the basis of the degree of actuation of the control element (supplied via connections 44 and 46) and further operating variables Set the torque of the drive unit, in a preferred embodiment of an internal combustion engine calculate the air supply via an electrically actuated throttle valve, the fuel metering and the ignition timing.
  • the microcomputer 22 has output lines 32 and 34, which lead to output stages 36 and 38, which in turn set the ignition timing, fuel metering and air supply via corresponding output lines 40 and 42.
  • the programs 50 which are used for function monitoring of the control functions 30, are combined in a second level 48.
  • an allowable torque of the drive unit derived from the driver's request is compared with the set torque, and an error state is detected if it is exceeded.
  • an error state is detected if it is exceeded.
  • the function monitor 50 influences the output stage 38 for controlling the throttle valve via the output line 60 of the microcomputer 22.
  • the program structure of the microcomputer 22 has a third level 62, in which the programs 64 for checking the sequence of the function monitoring 50 are summarized.
  • the programs 64 communicate via connection lines 66 and 68 with a monitoring module 70 of a watchdog or security computer 72 that is separate from the microcomputer. In the programs 64, the monitoring module 70 selects via the connection line 66
  • Sequence control predetermined sequences. These essentially consist in the fact that the sequence control 64 in the function monitoring 50 triggers the execution of a computing operation (answer) on the basis of partial responses which are formed according to selected program steps (via connection 74), the result of which is supplied again by the sequence control 64 (via connection 76).
  • the sequence control 64 forwards the result, or a variable derived from it, via the connection 68 to the monitoring module 70, which compares the answer with its question made via the line 66.
  • the monitoring module 70 influences the output stages 36 and 38 via the output line 68.
  • the actual torque is approximated to this setpoint by adjusting the air supply, the fuel metering and the ignition angle.
  • the monitoring module 70 sets cyclically (for example every 200 msec) at least in predetermined operating states when, for example, the control element is released , is held stationary, the degree of actuation is in a predetermined value range and / or after the expiry of a a predetermined operating time or number of operating cycles, a stimulus information via the serial interface or a port pin to the microcomputer 22.
  • the microcomputer 22 reacts to this stimulus signal by at least for parts of the monitoring function (preferably for calculating the actual torque or for calculating the permissible torque) stored in the memory cells, on which the monitoring function is based (e.g.
  • the level 2 programs work properly, an error must be detected in this case.
  • the error counter in level 2 will run up accordingly.
  • the monitoring module expects a special reaction from the microcomputer 22, for example the transmission of an error or reset signal. If the monitoring module 70 receives such a signal, the stimulus signal is withdrawn and a functional second level is recognized. If the corresponding signal is not recognized within a predetermined period of time (ramp-up time of the counter), either one of the level 2 programs is faulty or a function is active in which the driver does not press the pedal (e.g.
  • Vehicle speed controller, drag torque controller and which increase the engine torque beyond the driver's request (at least if the actual signals are influenced by the test signals).
  • the monitoring module 70 maintains the stimulus signal.
  • the microcomputer 22 now calculates as part of its
  • the error counter must run up in any case, so that the corresponding reaction signal of the microcomputer 22 is triggered. If such a signal is not received by the monitoring module 70, an error in the range of
  • FIGS. 2 and 3 A first exemplary embodiment of the solution according to the invention is shown in FIGS. 2 and 3 on the basis of flow diagrams. These outline the implementation of the solution as programs in the monitoring module and the function monitoring.
  • the flowchart shown in FIG. 2 represents a program of the monitoring module 70. This is run through at predetermined time intervals (e.g. every 200 msec) if one of the above-mentioned operating situations is present.
  • the stimulus signal is implemented, for example, by a change in level, by a signal with a predetermined pulse duty factor or a predetermined voltage level on an input line of the microcomputer 22.
  • the current one is used instead of the reaction signal of the microcomputer 22 Transfer error counter reading to monitoring module 70. This then recognizes the correct function or faulty operation of the microcomputer 22 on the basis of the time course of the error counter or when the limit value is exceeded.
  • step 106 the output of the stimulus signal is maintained. Thereupon, it is checked again according to step 108 whether the reaction from the microcomputer 22 or the expected behavior of the
  • step 110 the test is considered to be completed and the program is ended, whereas, on the contrary, according to step 112, an error is assumed in the area of the functional monitoring of the microcomputer 22 and appropriate error reactions are initiated by the monitoring module. These consist essentially in switching off the output stages for the fuel metering, the ignition angle and the air supply or in an emergency operation, which results in a limited, in particular power-limited control of the drive unit.
  • step 112 the program is ended.
  • FIG. 3 shows the corresponding program of level 2, the function monitoring of the microcomputer 22. This is initiated at predefined time intervals (eg a few milliseconds).
  • the degree of actuation of the control element ⁇ and the engine speed N mot are read in in a first step 200 and an allowable engine torque MIZUL is determined in accordance with step 202 on the basis of a predetermined characteristic map, a predetermined table or predetermined calculation steps from the degree of actuation ⁇ and the engine speed N mot .
  • This permissible moment is dimensioned such that it is in the error-free operation of the microcomputer taking into account all tolerances of the actual torque of the drive unit is not exceeded. It is then checked in step 204 whether there is a stimulus signal from the monitoring module; if this is not the case, steps 206 and 208 are used to determine the
  • the load signal TL e.g. formed from air mass and engine speed
  • the set ignition angle ZW are read in (step 206) and on the basis of these two variables and the engine speed in accordance with a predetermined characteristic map, a predetermined table or predetermined calculation steps, the one emitted by the internal combustion engine Moment MI is determined.
  • a predetermined characteristic map e.g. formed from air mass and engine speed
  • a predetermined table or predetermined calculation steps the one emitted by the internal combustion engine Moment MI is determined.
  • FGR vehicle speed controller
  • MSR engine drag torque controller
  • step 212 the permissible torque MIZUL is set to a maximum value Mi max which is predetermined for these operating states and which is, for example, speed-dependent or speed-dependent.
  • Step 210 after step 214 carries out a comparison between the actual torque MI actual and the permissible torque MIZUL. If the calculated actual torque is greater than the calculated permissible torque, the error counter F is incremented in accordance with step 216, and decremented in accordance with step 218 in the opposite case. In the subsequent query step 220, it is checked whether the error counter has reached its maximum value. If this is the case, a corresponding signal is sent to the monitoring module 70 (safety computer SR) in accordance with step 222 and the program is ended in step 220 as in the case of a “NO” answer. If step 204 shows that a stimulus signal is present, a counter i running in this part of the program is incremented in accordance with step 224.
  • the monitoring module 70 safety computer SR
  • step 226 selected test signals for the engine load TLT and the ignition angle ZWT are specified in step 226 and an actual torque is determined in accordance with step 228 in accordance with step 208.
  • the counter i is compared with a maximum value i max . If this maximum value has not been reached, the process continues with step 210, in the other case the system jumps directly to step 214.
  • the counter i ensures that the desired test situation is generated if the stimulus signal is still present and the vehicle speed controller or drag torque controller is active.
  • the maximum value i max is dimensioned with a view to the time span that the error counter needs to reach its maximum value (eg 2-3 program runs). If the actual torque exceeds the permissible torque and the error counter runs up properly, the reaction signal is output to the monitoring module in accordance with step 222 if the monitoring function is functioning correctly.
  • the error counter status is transmitted at least in a test situation.
  • FIG. 4a shows the time profile of the stimulus signal
  • FIG. 4b that of the actual and permissible torque
  • FIG. 4c that of the error counter
  • FIG. 4d the intervention of a vehicle speed or drag torque controller
  • FIG. 4e the time profile of the feedback signal from the microcomputer 22 to the monitoring module 70.
  • the microcomputer 22 receives the stimulus signal released by the monitoring module (cf. FIG. 4a).
  • the actual torque then determined according to test data (FIG. 4b, solid line) immediately exceeds the permissible torque calculated on the basis of the degree of actuation (FIG. 4b, dashed line).
  • the error counter runs up until the maximum error level F max is reached by the time T1 (cf. FIG. 4c). This leads to the output of a corresponding error signal according to FIG. 4e to the monitoring module, to the resetting of the stimulus signal and to
  • Vehicle speed controller activated (Figure 4d).
  • the permissible torque is increased in this operating situation (cf. FIG. 4b).
  • the monitoring module sends a stimulus signal to the microcomputer 22.
  • the actual torque according to test data does not exceed the permissible torque.
  • the stimulus signal is maintained at time T4 and the permissible torque is determined as if the vehicle speed controller were not in engagement.
  • the actual torque exceeds the permissible torque (cf. FIG. 4b) as in the previous situation, so that the error counter is incremented from time T4 to time T5.
  • Reaching the maximum error counter status results in the output of the error signal to the monitoring module at time T5, so that the correct functioning of the monitoring is also proven here. From the At time T5, the error counter is decremented again according to FIG. 4c.
  • FIGS. 5 to 7 A second exemplary embodiment of the solution according to the invention is illustrated with reference to FIGS. 5 to 7.
  • This exemplary embodiment also serves to check whether the monitoring tasks of a microcomputer are carried out properly and reliably and is used in particular in control systems in which the control functions and the monitoring functions are implemented on the same microcomputer.
  • a direct check of the monitoring function is guaranteed by the transmission of the error counter or a signal derived therefrom according to the first exemplary embodiment, but the bit monitoring of the monitoring function does not take place. Rather, a type of threshold value monitoring is carried out.
  • the monitoring function of level 2 is therefore calculated alternately with real data and with test data, at least in predetermined operating situations.
  • the original program of level 2 with changed data is preferably used for the calculation with test data. In another advantageous embodiment, a copy of the program is used.
  • a permissible engine torque is determined from the actual values of the pedal position and engine speed, and an actual torque from the values for filling, engine speed and ignition angle.
  • a plausibility violation is checked by forming the difference.
  • the monitoring module outputs a test signal, whereupon this calculation is carried out not with real, but with test data (for engine speed, pedal position, filling and ignition angle).
  • test data are either stored in the monitoring module and are transmitted to the microcomputer 22 via an interface, or are stored in the microcomputer 22 as various test data sets which the monitoring module selects via a transmitted index.
  • This correct solution which belongs to each test data record, is known to the monitoring module.
  • the microcomputer 22 transmits this difference to the monitoring module, which checks the correctness of the result.
  • the test data records are selected so that both plausible results and implausible results are determined. It can therefore also be checked whether the monitoring level is still able to distinguish plausible states from implausible ones.
  • This second exemplary embodiment is shown in FIG. 5 using a block diagram which symbolically represents the program structure in level 2 of the microcomputer 22.
  • the engine speed N mot , 302 the pedal position ⁇ , 304 the filling TL and 306 the set ignition angle ZW are fed to the monitoring function via the connections 300. These signals are forwarded via switching elements 308, 310, 312 and 314, respectively.
  • the engine speed is based on a first map 316 for determining the permissible engine torque, on a second map 318 for determining the optimal engine torque and on a map 320 for determining the optimum
  • the pedal position ⁇ becomes a first map 316 via a filter 322, and the filling to the second Map 318 and the third map 320 performed.
  • the optimum ignition angle (maximum efficiency of the internal combustion engine) determined in the characteristic diagram 320 is passed to an addition stage 322, in which the difference between the optimal ignition angle and the actually set one is formed. This difference is led to a multiplication point 326 via a characteristic curve 324.
  • the characteristic curve 324 converts the deviation of the ignition angle into a deviation of the torque from the optimal torque (highest efficiency).
  • the optimum engine torque is corrected by the ignition angle deviation in accordance with the torque correction.
  • the result is a measure of the actual torque.
  • This is fed to an addition point 328, which is also fed from the map 316 the permissible torque. By subtracting the permissible torque from the actual torque, the torque difference is formed, which is led to the monitoring module via the connecting line 330. Furthermore, the
  • the error counter status is transmitted to the monitoring module at least when its maximum value is reached via connection 336.
  • a connection 338 is supplied from the monitoring module, which shows the switching elements 308 to 314 from the normal position to the dashed line
  • Test position transferred.
  • the connections for engine speed, pedal position, filling and ignition angle are connected to tables or memories 340, 342, 344 and 346 which contain various test data records. These are selected depending on the selection signal supplied by the monitoring module via connection 348. Examples of the implementation of the solution according to the invention in the context of the second exemplary embodiment as computer programs are shown using the flow diagrams according to FIGS. 6 and 7. 6 describes a program running in the monitoring module, while FIG. 7 describes a program running in the microcomputer 22.
  • the program of the monitoring module shown in FIG. 6 is called up at predetermined time intervals, wherein in an advantageous exemplary embodiment the program part is only called up in at least one of the above-mentioned, specific operating situations.
  • the test signal is formed and output to the microcomputer 22 and a test data record or an index defining a test data record is transmitted.
  • the test data are read out on the basis of the current operating state (described by accelerator pedal position and engine speed or filling) and alternately selected as a plausible and implausible combination.
  • step 102 the torque difference MI D i ff calculated by the microcomputer 22 and, if appropriate, the error counter reading are then read in, and in step 404 it is checked using stored difference values whether the calculated result is correct. If the result is correct, the program is started again with different test data. If the result does not match, an error state is recognized in accordance with step 406 and the program part is ended. Depending on the selected
  • an error counter runs in the monitoring module, error measures being taken when its maximum value is reached.
  • the monitoring module checks the chronological course of the counter reading and / or the reaching of the maximum value.
  • the program part shown in FIG. 7 shows a program that is started in the microcomputer 22 at predetermined time intervals.
  • the test variables for the pedal position, the engine speed, the ignition angle and the filling are selected or read in the first step 500 if a test signal is present. If there is no test signal, the measured or calculated actual quantities are read in. A situation is described below in which a test signal is present. In normal operation, the program runs accordingly, except that the actual operating variable values are used instead of the test data.
  • step 205 the signal value for the pedal position is subjected to a predetermined filtering.
  • step 504 the permissible torque MIZUL is determined on the basis of the test values for pedal position and engine speed and the actual torque MI actual is determined on the basis of the test variables for filling, ignition angle and engine speed. In the subsequent step 506, this becomes
  • Differential torque MI D i ff formed as the difference between the actual torque and the permissible torque and after step 508 to the
  • step 510 it is checked whether the differential torque is greater than 0. If this is the case, the error counter 512 is increased by 1, otherwise it is decremented (step 514). It is then checked in step 516 whether the error counter has reached its maximum value, wherein if the answer is positive according to step 518, an error is recognized and, if appropriate, a corresponding signal is output to the monitoring module. If the error counter has not yet reached its maximum value, the program is ended and restarted at the specified time. Alternatively, the current error counter status is transmitted.
  • a combination of the first and second exemplary embodiments is particularly advantageous.
  • the microcomputer 22 the monitoring module both the difference between the
  • Torque sizes as well as the error counter transmitted.
  • the monitoring module monitors both the bit-precise calculation of the torque difference and the functioning of the error determination, in particular the distinction between plausible and implausible deviations of the permissible from the calculated torque.
  • control function for torque setting always runs on the basis of the actual values, so that the operation of the drive unit is not impaired by the test.
  • the solution according to the invention is used in the same way, taking into account the corresponding operating size, also in diesel engines.
  • the monitoring function is in the described preferred embodiment based on the indexed moment, i.e. of the internal combustion engine in the torque generated by combustion.
  • the monitoring and thus also the test are given a different torque value (for example the torque delivered) Fill or load value, a performance value or pedal position and throttle valve position.
  • a different torque value for example the torque delivered
  • the setting of other operating elements e.g. a vehicle speed controller
  • setpoints for external interventions that specify a setpoint torque value
  • a setpoint torque value e.g. vehicle speed controller, engine drag torque controller, traction slip control, etc.
  • Operating variables eg driving speed, slip, speed, etc. are taken into account in these operating states when determining the permissible torque, and in this way the monitoring and their checking are ensured even in these or for these operating states.

Abstract

Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Antriebseinheit eines Fahrzeugs vorgeschlagen, bei welchem die Steuerfunktionen für die Leistung der Antriebseinheit und die Überwachung dieser Steuerfunktionen von einem einzigen Mikrocomputer durchgeführt werden. Zur Überprüfung der Überwachungsfunktionen ist ein vom Mikrocomputer getrenntes Überwachungsmodul vorgesehen, welches zu gegebener Zeit Testsignale an den Mikrocomputer sendet, der dann die Überwachungsfunktion auf der Basis von Testdaten berechnet. Das Ergebnis der Berechnung wird dem Überwachungsmodul übermittelt, welches durch Vergleich mit gespeicherten Werten die Funktionsfähigkeit der Funktionsüberwachung im Mikrocomputer überprüft.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Antriebseinheit eines Fahrzeugs
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Antriebseinheit eines Fahrzeugs.
Ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung wird in der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung P 44 38 714.8 vom 29.10.1994 beschrieben. Dort ist eine Steuereinheit vorgesehen, welche einen Mikrocomputer aufweist, der sowohl die Steuerung der Leistung der
Antriebseinheit (im Falle einer Brennkraftmaschine über Luftzufuhr, Kraftstoffzumessung und/oder Zündwinkel) als auch die Überwachung der korrekten Funktion dieser Steuerungsprogramme durchführt . Die Programmstruktur dieses Mikrocomputers besteht dabei im wesentlichen aus drei voneinander getrennten Ebenen (vgl . auch nachfolgende Beschreibung zur Figur 1) . In einer ersten Ebene werden die Steuerungsfunktionen berechnet. In einer zweiten Ebene wird das korrekte Arbeiten der Steuerfunktionen der ersten Ebene anhand von ausgewählten Ein- und Ausgangssignalen geprüft. In einer dritten Ebene ist eine Überprüfung der in der zweiten Ebene durchgeführten Überwachung im Rahmen einer Ablaufkontrolle realisiert, die im Zusammenspiel mit einem Überwachungsmodul (Watch-Dog oder Sicherheitsrechner) die korrekte Abarbeitung der Überwachungsschritte überprüft. Dazu stellt das Überwachungsmodul eine aus vorbestimmten Fragen ausgewählte Frage, die durch Bildung einer aus
Teilantworten der Programme der zweiten Ebene beantwortet und dem Überwachungsmodul zur Fehlererkennung zurückgeschickt wird. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel überwacht die zweite Ebene die Lufteinstellung der Brennkraftmaschine und schaltet im Fehlerfall diese
Lufteinstellung ab bzw. leitet einen Notlauf ein. Das Überwachungsmodul greift in diesem Ausführungsbeispiel sowohl auf die Endstufe für den die Luftzufuhr steuernden Steller als auch auf die Endstufen für Kraftstoffzumessung und Zündung ein. Maßnahmen zur Überprüfung der im Rahmen der Funktionsüberwachung in der zweiten Ebene durchgeführten Berechnungen neben der Kontrolle des Programmablaufes werden bei der bekannten Lösung nicht beschrieben.
Es ist Aufgabe der Erfindung, Maßnahmen zur Überprüfung der im Rahmen der Funktionsüberwachung anzugeben.
Dies wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche erreicht.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Lösung erlaubt die Erkennung von Fehlern des Mikrocomputers, die sich gleichartig sowohl auf die Berechnung der Steuerungsfunktionen als auch auf die Berechnung der Überwachungsfunktionen auswirken. Daher werden in vorteilhafter Weise auch schlafende Fehler erkannt, beispielsweise eine quantitative nicht richtig rechnende Überwachungsfunktion. Dabei ist besonders vorteilhaft, daß im Rahmen der erfindungsgemäßen Lösung nicht Operationen verwendet werden, die getrennt von den zu überwachenden Programmen vorliegen, sondern der zu überwachende Programmcode. Damit erlaubt die erfindungsgemäße Lösung eine nahezu hundertprozentige
Überprüfung der Funktionsüberwachung einer Steuerung für eine Antriebseinheit.
Besonders vorteilhaft ist, daß bei geeigneter Wahl der Testdatensätze in allen relevanten Wertebereichen repräsentative Tests durchgeführt werden können. Somit wird eine bitgenaue Überprüfung einer Überwachungsfunktion einer Leistungssteuerung einer Antriebseinheit geschaffen.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Patentansprüchen.
Zeichnung
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausfuhrungsformen näher erläutert. Dabei zeigt Figur 1 ein Strukturbild einer Steuereinrichtung für eine Antriebseinheit, während in den Figuren 2 und 3 anhand von Flußdiagrammen ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung dargestellt ist. Figur 4 zeigt Signalverläufe für dieses Ausführungsbeispiel. In den Figuren 5, 6 und 7 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung als Blockschaltbild bzw. als Flußdiagramme dargestellt.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen In Figur 1 ist eine Steuereinheit 10 zur Steuerung einer Antriebseinheit eines Fahrzeugs, vorzugsweise einer Brennkraftmaschine, dargestellt. Die Steuereinheit 10 umfaßt unter anderem eine Eingangsschaltung 12, der Eingangsleitungen 14 und 16 von Meßeinrichtungen 18 und 20 zugeführt sind. In der Eingangsschaltung 12 werden die Eingangssignale der Steuereinheit aufbereitet und einem Mikrocomputer 22 zugeführt. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel einer Leistungssteuerung handelt es sich bei den Meßeinrichtungen 18 und 20 um zwei Meßeinrichtungen zur
Erfassung des Betätigungsgrades eines vom Fahrer betätigbaren Bedienelements, beispielsweise eines Fahrpedals. Die beiden Meßeinrichtungen können dabei redundant aufgebaut sein oder in einem anderen Ausführungsbeispiel als kontinuierliche Meßeinrichtung (zum Beispiel Potentiometer) und diskontinuierliche Meßeinrichtung (zum Beispiel Schalter) ausgeführt sein. Deren über die Leitungen 14 und 16 zugeführten Meßsignale werden in der Eingangsschaltung 12 getrennt voneinander aufbereitet und vorzugsweise auf getrennten Wegen 24 und 26, beispielsweise über zwei Eingangsports oder zwei A/D-
Kanäle, dem Mikrocomputer 22 zugeführt. Neben diesen Meßsignalen werden der Steuereinheit bzw. dem Mikrocomputer weitere Meßgrößen der Antriebseinheit und/oder des Fahrzeugs zugeführt, z.B. Motordrehzahl, Stellung eines Leistungsstellelements, etc., was aus Übersichtlichkeitsgründen in Figur 1 nicht dargestellt ist. Der Mikrocomputer 22 ist bezüglich seiner Programmstruktur im wesentlichen in drei Ebenen aufgeteilt. In einer ersten Ebene 28 sind die Programme 30 zur Durchführung der Steuerung für die Antriebseinheit zusammengefaßt. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel handelt es sich dabei um Programme, die auf der Basis des Betätigungsgrades des Bedienelements (zugeführt über Verbindungen 44 und 46) und weiterer Betriebsgrößen das Drehmoment der Antriebseinheit einstellen, in bevorzugten Ausführungsbeispiel einer Brennkraftmaschine die Luftzufuhr über eine elektrisch betätigbare Drosselklappe, die Kraftstoffzumessung und den Zündzeitpunkt berechnen. Entsprechend weist der Mikrocomputer 22 Ausgangsleitungen 32 und 34 auf, die auf Endstufen 36 und 38 führen, die wiederum über entsprechende Ausgangsleitungen 40 und 42 Zündzeitpunkt, Kraftstoffzumessung und Luftzufuhr einstellen. In einer zweiten Ebene 48 sind die Programme 50 zusammengefaßt, die zur Funktionsüberwachung der Steuerfunktionen 30 dienen. Dabei werden in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ein vom Fahrerwunsch abgeleitetes zulässiges Moment der Antriebseinheit mit dem eingestellten Moment verglichen und bei Überschreiten ein Fehlerzustand erkennt. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel der Steuerung einer Brennkraftmaschine können auch
Plausibilitätsüberprüfungen bezüglich des Betätigungsgrades des Bedienelements und der Einstellung der Drosselklappe oder entsprechender Werte für die Motorlast durchgeführt werden. Der Ebene 2, dort den Programmen 50 für die Funktionsüberwachung, werden demnach zum einen die Eingangssignale bezüglich des
Betätigungsgrades des Bedienelements zugeführt (Verbindungen 52 und 54) , zum anderen Berechnungsergebnisse der Programme 30 für die Steuerfunktionen (Verbindungen 56 und 58) . In einem anderen Ausführungsbeispiel werden zusätzlich oder alternativ zu den Berechnungsergebnisse Meßgrößen für die Motorlast, die
Drosselklappenstellung und/oder des Drehmoments zugeführt. Über die Ausgangsleitung 60 des Mikrocomputers 22 nimmt die Funktionsüberwachung 50 im bevorzugten Ausführungsbeispiel Einfluß auf die Endstufe 38 zur Steuerung der Drosselklappe. Neben der ersten und zweiten Ebene weist die Programmstruktur des Mikrocomputers 22 eine dritte Ebene 62 auf, in denen die Programme 64 zur Ablaufkontrolle der Funktionsüberwachung 50 zusammengefaßt sind. Die Programme 64 kommunizieren dabei über Verbindungsleitungen 66 und 68 mit einem Überwachungsmodul 70 eines vom Mikrocomputer getrennten Watch-Dogs bzw. Sicherheitsrechners 72. Über die Verbindungsleitung 66 wählt das Überwachungsmodul 70 in den Programmen 64 zur
Ablaufkontrolle vorbestimmte Sequenzen aus. Diese bestehen im wesentlichen darin, daß die Ablaufkontrolle 64 in der Funktionsüberwachung 50 die Durchführung einer Rechenoperation (Antwort) auf der Basis von Teilantworten, die nach ausgewählten Programmschritten gebildet werden, auslöst (über Verbindung 74) , deren Ergebnis von der Ablaufkontrolle 64 wieder zugeführt wird (über Verbindung 76) . Das Ergebnis bzw. eine aus diesem abgeleitete Größe leitet die Ablaufkontrolle 64 über die Verbindung 68 zum Überwachungsmodul 70 weiter, welches die Antwort mit seiner über die Leitung 66 abgegebenen Frage vergleicht. Im Fehlerfall nimmt das Überwachungsmodul 70 über die Ausgangsleitung 68 Einfluß auf die Endstufen 36 und 38.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird aus dem Betätigungsgrad des Bedienelements ein Sollwert für das Drehmoment der
Antriebseinheit abgeleitet. Das tatsächliche Drehmoment wird diesem Sollwert durch Einstellen der Luftzufuhr, der Kraftstoffzumessung und des Zündwinkels angenähert.
Erfindungsgemäß ist zur erweiterten Überwachung der Funktion des Mikrocomputer, zumindest im kritischen Fall des losgelassenen Bedienelements (Leerlauf) , in einem ersten Ausführungsbeispiel folgendes vorgesehen: Das Überwachungsmodul 70 setzt zyklisch (z.B. alle 200 msec) zumindest in vorbestimmten Betriebszuständen, wenn z.B. das Bedienelement losgelassen ist, stationär gehalten wird, der Betätigungsgrad sich in einem vorgegebenen Wertebereich befindet und/oder nach Ablauf einer vorbestimmten Betriebsdauer oder Anzahl von Betriebszyklen eine Reizinformation über die serielle Schnittstelle oder ein Port¬ pin an den Mikrocomputer 22. Dieser reagiert auf dieseε Reizsignal, indem er zumindest für Teile der Überwachungsfunktion (vorzugsweise für die Istmomentenberechnung oder für die Berechnung des zulässigen Moments) nicht die in den Speicherzellen abgelegten, der Überwachungsfunktion zugrunde liegenden Größen (z.B. tatsächlichen momentenbestimmenden Größen wie Lastsignal und eingestellter Zündwinkel oder Betätigungsgrad) zugrundeliegt, sondern Testsignale, die im entsprechenden Betriebszustand die Überwachungsfunktion verletzen (z.B. ein hohes Istmoment zur Folge haben oder ein niedriges zulässiges Moment) . Wenn die Programme der Ebene 2 richtig funktionieren, muß in diesem Fall ein Fehler erkannt werden. Der in der Ebene 2 vorhandene Fehlerzähler wird demnach hochlaufen. Bei einem gewissen Stand des Fehlerzählers erwartet das Überwachungsmodul eine spezielle Reaktion des Mikrocomputers 22, beispielsweise die Übermittlung eines Fehler- oder Reset- Signals. Empfängt das Überwachungsmodul 70 ein derartiges Signal, so wird das Reizsignal zurückgenommen und eine funktionstüchtige zweite Ebene erkannt. Wird das entsprechende Signal innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne (Hochlaufzeit des Zählers) nicht erkannt, so ist entweder eines der Programme der Ebene 2 fehlerbehaftet oder eine Funktion aktiv, in der der Fahrer das Pedal nicht betätigt (z.B.
Fahrgeschwindigkeitsregler, Schleppmomentenregler) und die das Motormoment über den Fahrerwunsch hinaus erhöhen (zumindest dann, wenn durch die Testsignale das Istmoment beeinflußt wird) . Um dies zu prüfen, hält das Überwachungsmodul 70 das Reizsignal aufrecht. Der Mikrocomputer 22 rechnet nun im Rahmen seiner
Funktionsüberwachung die Momentenüberwachung auf der Basis des Fahrerwunsches Leerlauf und nicht wie für den erhöhenden Eingriff vorgesehen mit anderen zulässigen Momenten. In diesem Fall muß der Fehlerzähler auf jeden Fall hochlaufen, so daß das entsprechende Reaktionssignal des Mikrocomputers 22 ausgelöst wird. Wird ein solches Signal vom Überwachungsmodul 70 nicht empfangen, so wird auf einen Fehler im Bereich der
Funktionsüberwachung erkannt und die entsprechenden Abschalt- bzw. Notlaufmaßnahmen über die Ausgangsleitung 78 eingeleitet.
Ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung ist in den Figuren 2 und 3 anhand von Flußdiagrammen dargestellt. Diese skizzieren die Realisierung der Lösung als Programme im Überwachungsmodul und der Funktionsüberwachung.
Das in Figur 2 dargestellte Flußdiagramm stellt ein Programm des Überwachungsmoduls 70 dar. Dieses wird bei Vorliegen einer der oben genannten Betriebssituationen in vorgegebenen Zeitintervallen (z.B. alle 200 msec) durchlaufen. Im ersten Schritt 100 wird das Reizsignal an den Mikrocomputer 22 (FR = Funktionsrechner) ausgegeben. Das Reizsignal wird dabei beispielsweise durch eine Pegeländerung, durch ein Signal mit vorgegebenem Tastverhältnis oder vorgegebener Spannungshöhe auf einer Eingangsleitung des Mikrocomputers 22 realisiert. Im darauffolgenden Schritt 102 wird überprüft, ob nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne, während der Fehlerzähler sicher seinen Maximalwert erreicht hat, das entsprechende Reaktionssignal vom Mikrocomputer 22 erkannt wurde. Ist dies der Fall, so wird gemäß Schritt 104 der Test als abgeschlossen betrachtet und der Programmteil beendet. Er wird bei Vorliegen der nächsten vorgegebenen Betriebssituation wieder eingeleitet.
In einem anderen vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird anstelle des Reaktionssignals des Mikrocomputers 22 der aktuelle Fehlerzählerstand an das Überwachungsmodul 70 übertragen. Dieses erkannt dann anhand des zeitlichen Verlaufs des Fehlerzählers bzw. am Überschreiten des Grenzwerts die korrekte Funktion bzw. ein fehlerbehaftetes Arbeiten des Mikrocomputers 22.
Erkennt das Überwachungsmodul nicht das aufgrund des Reizsignals zu erwartende Arbeiten des Mikrocomputers im Schritt 102, so wird gemäß Schritt 106 die Ausgabe des Reizsignals beibehalten. Daraufhin wird gemäß Schritt 108 erneut überprüft, ob die Reaktion vom Mikrocomputer 22 bzw. das erwartete Verhalten des
Fehlerzählers des Mikrocomputers 22 vorliegt. Ist dies der Fall, so wird gemäß Schritt 110 der Test als abgeschlossen betrachtet und das Programm beendet, während im gegenteiligen Fall gemäß Schritt 112 von einem Fehler im Bereich der Funktionsüberwachung des Mikrocomputers 22 ausgegangen wird und entsprechende Fehlerreaktionen vom Überwachungsmodul eingeleitet. Diese bestehen im wesentlichen in einer Abschaltung der Endstufen für die Kraftstoffzumessung, den Zündwinkel und die Luftzufuhr oder in einem Notlauf, der eine eingeschränkte insbesondere leistungsbegrenzte Steuerung der Antriebseinheit zur Folge hat. Nach Schritt 112 wird das Programm beendet.
In Figur 3 ist das entsprechende Programm der Ebene 2, der Funktionsüberwachung des Mikrocomputers 22 dargestellt. Dieses wird in vorgegebenen Zeitintervallen (z.B. einige Millisekunden) eingeleitet. Nach Start des Programmteils werden im ersten Schritt 200 der Betätigungsgrad des Bedienelements ß sowie die Motordrehzahl Nmot eingelesen und gemäß Schritt 202 auf der Basis eines vorgegebenen Kennfeldes, einer vorgegebenen Tabelle oder vorgegebener Berechnungsschritte aus Betätigungsgrad ß und Motordrehzahl Nmot ein zulässige Motormoment MIZUL bestimmt. Dieses zulässige Moment ist dabei derart bemessen, daß es im fehlerfreien Betrieb des Mikrocomputers unter Berücksichtigung aller Toleranzen von tatsächlichen Moment der Antriebseinheit nicht überschritten wird. Daraufhin wird im Schritt 204 überprüft, ob vom Überwachungsmodul ein Reizsignal vorliegt, ist dies nicht der Fall, wird mit den Schritten 206 und 208 die
Funktionsüberwachung eingeleitet. Dazu wird das Lastsignal TL (z.B. aus Luftmasse und Motordrehzahl gebildet) und der eingestellte Zündwinkel ZW eingelesen (Schritt 206) und auf der Basis dieser beiden Größen sowie der Motordrehzahl nach Maßgabe eines vorbestimmten Kennfeldes, einer vorbeεtimmten Tabelle oder vorbestimmter Berechnungsschritte das von der Brennkraftmaschine abgegebene Moment MIIst bestimmt. Im darauffolgenden Abfrageschritt 210 wird überprüft, ob gerade ein gegenüber dem vom Fahrer vorgegebenen Sollmoment momentenerhöhender Eingriff beispielsweise durch einen Fahrgeschwindigkeitsregler (FGR) oder einen Motorschleppmomentenregler (MSR) aktiv ist. Ist dies der Fall, wird gemäß Schritt 212 das zulässige Moment MIZUL auf einen für diese Betriebszustände vorbestimmten Maximalwert Mimax, der z.B. drehzahl- oder geschwindigkeitsabhängig ist, gesetzt. Nach Schritt 212 wird wie im Falle einer „NEIN"-Antwort im
Schritt 210 nach Schritt 214 ein Vergleich zwischen Istmoment MIIst und zulässigem Moment MIZUL durchgeführt. Ist das berechnete Istmoment größer als das berechnete zulässige Moment, wird gemäß Schritt 216 der Fehlerzähler F inkrementiert, im gegenteiligen Fall gemäß Schritt 218 dekrementiert. Im darauffolgenden Abfrageschritt 220 wird überprüft, ob der Fehlerzähler seinen Maximalwert erreicht hat. Ist dies der Fall, wird gemäß Schritt 222 ein entsprechendes Signal an das Überwachungsmodul 70 (Sicherheitsrechner SR) abgegeben und das Programm wie im Falle einer „NEIN"-Antwort im Schritt 220 beendet. Ergab Schritt 204, daß ein Reizsignal vorliegt, wird ein in diesem Teil des Programms mitlaufender Zähler i gemäß Schritt 224 inkrementiert. Daraufhin werden im Schritt 226 ausgewählte Testsignale für die Motorlast TLT und den Zündwinkel ZWT vorgegeben und gemäß Schritt 228 entsprechend Schritt 208 ein Istmoment bestimmt. Im darauffolgenden Abfrageschritt 230 wird der Zähler i mit einem Maximalwert imax verglichen. Ist dieser Maximalwert nicht erreicht, wird mit Schritt 210 fortgefahren, im anderen Fall direkt in Schritt 214 gesprungen. Der Zähler i stellt dabei sicher, daß bei weiterhin vorhandenem Reizsignal und aktivem Fahrgeschwindigkeitsregler oder aktivem Schleppmomentenregler die gewünschte Testsituation erzeugt wird. Der Maximalwert imax ist dabei mit Blick auf die Zeitspanne bemessen, die der Fehlerzähler zum Erreichen seines Maximalwerts benötigt (z.B. 2-3 Programmdurchläufe) . Überschreitet das Istmoment das zulässige Moment und läuft der Fehlerzähler ordnungsgemäß hoch, so wird gemäß Schritt 222 bei korrekt funktionierender Überwachungsfunktion das Reaktionssignal an das Überwachungsmodul abgegeben.
In einem anderen vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird zumindest bei einer Testsituation der Fehlerzählerstand übermittelt.
In Figur 4 ist die erfindungsgemäße Lösung anhand von
Zeitdiagrammen dargestellt. Dabei zeigt Figur 4a den Zeitverlauf des Reizsignals, Figur 4b den des Ist- und des zulässigen Moments, Figur 4c den des Fehlerzählers, Figur 4d den Eingriff eines Fahrgeschwindigkeits- oder Schleppmomentenreglers und Figur 4e den Zeitverlauf des Rückmeldesignals des Mikrocomputers 22 an das Überwachungsmodul 70. Zu einem ersten Zeitpunkt TO empfängt der Mikrocomputer 22 das vom Überwachungsmodul ausgesetzte Reizsignal (vgl. Figur 4a) . Das daraufhin nach Testdaten ermittelte Istmoment (Figur 4b, durchgezogene Linie) überschreitet unmittelbar danach das auf der Basis des Betätigungsgrades berechnete zulässige Moment (Figur 4b, strichlierte Linie) . Entsprechend läuft der Fehlerzähler hoch, bis zum Zeitpunkt Tl der Maximalfehlerstand Fmax erreicht ist (vgl. Figur 4c) . Dies führt zur Ausgabe eines entsprechenden Fehlersignals gemäß Figur 4e an das Überwachungsmodul, zum Rücksetzen des Reizsignals und zur
Beendigung der Testsituation (vgl. Figur 4a, 4b) . In diesem Beispiel arbeitete die Überwachung korrekt. Nach dem Zeitpunkt Tl wird der Fehlerzähler wieder dekrementiert.
Zu einem weiteren Zeitpunkt T2 wird ein
Fahrgeschwindigkeitsregler aktiviert (Figur 4d) . In dieser Betriebssituation wird das zulässige Moment erhöht (vgl. Figur 4b) . Zum Zeitpunkt T3 setzt das Überwachungsmodul ein Reizsignal an den Mikrocomputer 22 ab. Dies führt entsprechend Figur 4b zur Berechnung des Istmoments nach Testdaten. In diesem Fall überschreitet das Istmoment nach Testdaten das zulässige Moment nicht. Dies bedeutet, daß zum Zeitpunkt T4 das Reizsignal beibehalten wird und das zulässige Moment so bestimmt wird, als wäre der Fahrgeschwindigkeitsregler nicht im Eingriff. Dadurch überschreitet bei funktionierender Überwachung das Istmoment wie in der vorhergehenden Situation das zulässige Moment (vgl. Figur 4b) , so daß ab dem Zeitpunkt T4 bis zum Zeitpunkt T5 der Fehlerzähler inkrementiert wird. Das Erreichen des maximalen Fehlerzählerstandes führt zum Zeitpunkt T5 zur Ausgabe des Fehlersignals an das Überwachungsmodul, so daß auch hier die korrekte Funktionsweise der Überwachung nachgewiesen ist. Ab dem Zeitpunkt T5 wird der Fehlerzähler gemäß Figur 4c wieder dekrementiert.
Ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung wird anhand der Figuren 5 bis 7 dargestellt. Auch dieses Ausführungsbeispiel dient zur Überprüfung, ob die Überwachungsaufgaben eines Mikrocomputers ordnungsgemäß und zuverlässig durchgeführt werden und wird insbesondere bei Steuersystemen eingesetzt, in der die Steuerungsfunktionen und die Überwachungsfunktionen auf demselben Mikrocomputer implementiert sind. Durch die Übertragung des Fehlerzählers bzw. eines daraus abgeleiteten Signals gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird zwar eine direkte Überprüfung der Überwachungsfunktion gewährleistet, eine bitgenaue Überprüfung der Überwachungsfunktion findet jedoch nicht statt. Vielmehr wird eine Art Schwellwertüberwachung durchgeführt. Zur bitgenauen Überprüfung der Berechnungen im Rahmen der Überwachung der Ebene 2 wird daher gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel die Überwachungsfunktion der Ebene 2 zumindest in vorbestimmten Betriebssituationen abwechselnd mit realen Daten und mit Testdaten gerechnet. Vorzugsweise wird bei der Berechnung mit Testdaten das Originalprogramm der Ebene 2 mit veränderten Daten verwendet. In einem anderen vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird eine Kopie des Programms verwendet.
Bei der Berechnung der Überwachung mit realen Daten wird aus den tatsächlichen Werten von Pedalstellung und Motordrehzahl ein zulässiges Motormoment ermittelt, aus den Werten für Füllung, Drehzahl und Zündwinkel ein Istmoment. Durch Differenzbildung wird eine Plausibilitätsverletzung geprüft. Im Falle einer Verletzung, vorzugsweise im Falle eines im Vergleich zum zulässigen Motormoment zu großen Istmoments, läuft ein Fehlerzähler los. Auf diese Berechnung folgend gibt das Überwachungsmodul ein Testsignal aus, worauf diese Berechnung nicht mit realen, sondern mit Testdaten (für Motordrehzahl, Pedalstellung, Füllung und Zündwinkel) erfolgt. Diese Testdaten sind entweder im Überwachungsmodul abgelegt und werden über eine Schnittstelle dem Mikrocomputer 22 übermittelt oder sind im Mikrocomputer 22 als verschiedene Testdatensätze gespeichert, die das Überwachungsmodul über einen übermittelten Index auswählt. Zu einem festen Testdatensatz gibt es nur eine einzige richtige Lösung für die Differenz zwischen zulässigem Moment und Istmoment. Diese zu jedem Testdatensatz gehörende richtige Lösung ist dem Überwachungsmodul bekannt. Der Mikrocomputer 22 übermittelt diese Differenz dem Überwachungsmodul, das die Korrektheit des Ergebnisses prüft. Dabei werden die Testdatensätze so gewählt, daß sowohl plausible Ergebnisse als auch unplausible Ergebnisse ermittelt werden. Daher kann auch geprüft werden, ob die Überwachungsebene noch in der Lage ist, plausible Zustände von unplausiblen zu unterscheiden.
Dieses zweite Ausführungsbeispiel ist in Figur 5 anhand eines Blockschaltbilds dargestellt, welches symbolisch die Programmstruktur in der Ebene 2 des Mikrocomputers 22 darstellt. Der Überwachungsfunktion werden über die Verbindungen 300 die Motordrehzahl Nmot, 302 die Pedalstellung ß, 304 die Füllung TL und 306 der eingestellte Zündwinkel ZW zugeführt. Diese Signale werden jeweils über Schaltelemente 308, 310, 312 und 314 weitergeführt. Die Motordrehzahl wird dabei auf ein erstes Kennfeld 316 zur Bestimmung des zulässigen Motormoments, auf ein zweites Kennfeld 318 zur Bestimmung des optimalen Motormoments und auf ein Kennfeld 320 zur Bestimmung des optimalen
Zündwinkels geführt. Die Pedalstellung ß wird über ein Filter 322 zum ersten Kennfeld 316, die Füllung auf das zweite Kennfeld 318 und das dritte Kennfeld 320 geführt. Der im Kennfeld 320 bestimmte optimale Zündwinkel (höchster Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine) wird auf eine Additionsstufe 322 geführt, in der die Differenz zwischen dem optimalen Zündwinkel und dem tatsächlich eingestellten gebildet wird. Diese Differenz wird über eine Kennlinie 324 zu einer Multiplikationsstelle 326 geführt. Die Kennlinie 324 setzt die Abweichung des Zündwinkels in eine Abweichung des Moments vom optimalen Moment (höchster Wirkungsgrad) um. In der Multiplikationsstelle 326 wird das optimale Motormoment nach Maßgabe der Momentenkorrektur durch die Zündwinkelabweichung korrigiert. Ergebnis ist ein Maß für das Istmoment. Dieses wird einer Additionsstelle 328 zugeführt, der ferner vom Kennfeld 316 das zulässige Moment zugeführt wird. Durch Subtraktion des zulässigen Moments vom Istmoment wird die Momentendifferenz gebildet, die über die Verbindungsleitung 330 zum Überwachungsmodul geführt wird. Ferner wird die
Momentendifferenz auf einen Schwellwertschalter 332 geführt, der im Falle eines Überschreitens des zulässigen Moments durch das Istmoment den Fehlerzähler 334 inkrementiert. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Fehlerzählerstand zumindest bei Erreichen seines Maximalwertes über die Verbindung 336 zum Überwachungsmodul übermittelt. Vom Überwachungsmodul wird eine Verbindung 338 zugeführt, welche die Schaltelemente 308 bis 314 von der Normalstellung in die strichliert dargestellte
Teststellung überführt. In dieser Stellung sind die Verbindungen für Motordrehzahl, Pedalstellung, Füllung und Zündwinkel mit Tabellen oder Speicher 340, 342, 344 und 346 verbunden, die verschiedene Testdatensätze enthalten. Diese werden in Abhängigkeit des über die Verbindung 348 vom Überwachungsmodul zugeführte Auswahlsignal ausgewählt. Beispiele für die Realisierung der erfindungsgemäßen Lösung im Rahmen des zweiten Ausführungsbeispiels als Rechnerprogramme sind anhand der Flußdiagramme nach den Figuren 6 und 7 dargestellt. Dabei beschreibt Figur 6 ein im Überwachungsmodul ablaufendes Programm, während Figur 7 ein im Mikrocomputer 22 ablaufendes Programm beschreibt.
Das in Figur 6 dargestellte Programm des Überwachungsmoduls wird in vorgegebenen Zeitintervallen aufgerufen, wobei in einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Programmteil nur in wenigstens einer der obengenannten, bestimmten Betriebssituationen aufgerufen wird. Im ersten Schritt 400 des dargestellten Programmteils wird das Testsignal gebildet und an den Mikrocomputer 22 ausgegeben und ein Testdatensatz bzw. ein einen Testdatensatz festlegender Index übertragen. Die Testdaten werden im bevorzugten Ausführungsbeispiel anhand des aktuellen Betriebszustandes (beschrieben durch Fahrpedalstellung und Motordrehzahl oder Füllung) , ausgelesen und abwechselnd als plausible und unplausible Kombination ausgewählt. Im Rahmen der Realisierung der erfindungsgemäßen Lösung werden bezüglich der Einleitung des Test, der Auswahl und Vorgabe der Testdaten auch andere Strategien eingesetzt (z.B. nur plausible Daten, nur unplausible Daten) . Im darauffolgenden Schritt 102 wird dann die vom Mikrocomputer 22 errechnete Momentendifferenz MIDiff sowie ggf- der Fehlerzählerstand eingelesen und im Schritt 404 anhand gespeicherter Differenzenwerte überprüft, ob das errechnete Ergebnis korrekt ist. Ist das Ergebnis korrekt, wird das Programm mit anderen Testdaten erneut gestartet. Stimmt das Ergebnis nicht überein, wird gemäß Schritt 406 ein Fehlerzustand erkannt und der Programmteil beendet. Je nach gewählter
Strategie kann bei bereits einmalig erkanntem oder erst bei mehrmalig erkanntem Fehler die entsprechenden Reaktionen (Abschalten der Endstufen) durchgeführt werden. In anderen vorteilhaften Ausführungsbeispielen läuft im Überwachungsmodul ein Fehlerzähler, wobei bei Erreichen dessen Maximalwertes Fehlermaßnahmen ergriffen werden. Bei Übertragen des Fehlerzählerstand überprüft das Überwachungsmodul den zeitlichen Verlauf des Zählerstandes und/oder das Erreichen des Maximalwerts.
Der in Figur 7 dargestellte Programmteil zeigt ein Programm, das im Mikrocomputer 22 in vorgegebenen Zeitintervallen gestartet wird. Nach Start des Programms werden im ersten Schritt 500 bei Vorliegen eines Testsignals die Testgrößen für die Pedalstellung, die Motordrehzahl, den Zündwinkel und die Füllung ausgewählt bzw. eingelesen. Liegt kein Testsignal vor, werden die gemessenen bzw. errechneten tatsächlichen Größen eingelesen. Im folgenden wird eine Situation geschildert, in der ein Testsignal vorliegt. Im Normalbetrieb läuft das Programm entsprechend ab, nur daß anstelle der Testdaten die tatsächlichen Betriebsgrößenwerte verwendet werden. Im Schritt 205 wird der Signalwert für die Pedalstellung einer vorgegebenen Filterung unterworfen. Daraufhin werden gemäß Schritt 504 auf der Basis der Testwerte für Pedalstellung und Motordrehzahl das zulässige Moment MIZUL und auf der Basis der Testgrößen für Füllung, Zündwinkel und Motordrehzahl das Istmoment MIIst bestimmt. Im darauffolgenden Schritt 506 wird das
Differenzmoment MI Diff als Differenz des Istmoments und des zulässigen Moments gebildet und nach Schritt 508 an das
Überwachungsmodul ausgegeben. Im darauffolgenden Schritt 510 wird überprüft, ob das Differenzmoment größer 0 ist. Ist dies der Fall, wird der Fehlerzähler 512 um 1 erhöht, andernfalls dekrementiert (Schritt 514) . Daraufhin wird im Schritt 516 überprüft, ob der Fehlerzähler seinen Maximalwert erreicht hat, wobei bei positiver Antwort gemäß Schritt 518 ein Fehler erkannt und gegebenenfalls ein entsprechendes Signal an das Überwachungsmodul ausgegeben wird. Hat der Fehlerzähler seinen Maximalwert noch nicht erreicht, wird das Programm beendet und zu vorgegebener Zeit erneut gestartet. Alternativ wird der aktuelle Fehlerzählerstand übertragen.
Besonders vorteilhaft ist eine Kombination des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels. Dabei wird vom Mikrocomputer 22 dem Überwachungsmodul sowohl die Differenz zwischen den
Momentengrδßen als auch der Fehlerzähler übertragen. Auf der Basis dieser Größen überwacht das Überwachungsmodul sowohl die bitgenaue Berechnung der Momentendifferenz als auch die Funktionsweise der Fehlerermittlung, insbesondere die Unterscheidung zwischen plausiblen und unplausiblen Abweichungen des zulässigen vom berechneten Moment.
Die Steuerfunktion zur Momenteneinstellung läuft ungeachtet der Testphasen für die Funktionsüberwachung immer auf der Basis der tatsächlichen Werte ab, so daß durch den Test der Betrieb der Antriebseinheit nicht beeinträchtigt wird.
Die erfindungsgemäße Lösung wird in gleicher Weise unter Berücksichtigung der entsprechenden Betriebsgröße auch bei Dieselmotoren eingesetzt.
Die Überwachungsfunktion wird im geschilderten bevorzugten Ausführungsbeispiel auf der Basis des indizierten Moments, d.h. des von der Brennkraftmaschine in der durch Verbrennung erzeugten Drehmoments, beschrieben. In anderen
Ausführungsbeispielen wird der Überwachung und damit auch dem Test ein anderer Momentenwert (z.B. das abgegebene Moment), ein Füllungs- oder Lastwert, ein Leistungswert oder Pedalstellung und Drosselklappenstellung zugrunde gelegt. Die erfindungsgemäße Lösung mit der Vorgabe von Testdatensätzen wird dann entsprechend durchgeführt.
Neben der Berechnung des zulässigen Moments auf der Basis der Fahrpedalstellung werden in den entsprechenden Betriebszuständen auch die Einstellung anderer Bedienelemente (z.B. eines Fahrgeschwindigkeitsreglers), Sollwerte externer Eingriffe, die einen Sollmomentenwert vorgeben (z.B. Fahrgeschwindigkeitsregler, Motorschleppmomentenregler, Antriebsschlupfregier, etc.) und/oder spezielle Betriebsgrößen (z.B. Fahrgeschwindigkeit, Schlupf, Drehzahl etc.) in diesen Betriebszuständen bei der Bestimmung des zulässigen Moments berücksichtigt und auf diese Weise die Überwachung und deren Überprüfung auch in diesen oder für diese Betriebszustände gewährleistet.
Wird die erfindungsgemäße Lösung bei Dieselmotoren eingesetzt, so ist anstelle von Füllung Kraftstoffmenge und anstelle von Zündung Spritzbeginn zu lesen.
Neben der Übermittlung der Differenz zwischen zulässigem und Istmoment und/oder des Fehlerzählerstandes werden in anderen Ausführungsbeispielen andere Zwischengrδßen, z.B. das zulässige Moment und das Istmoment, eine bewertete Differenz bei Überschreiten von Schwellwerten etc. übermittelt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Steuerung einer Antriebseinheit eines
Fahrzeugs, wobei ein Mikrocomputer vorgesehen ist, der mittels erster Programme abhängig von Betriebsgrößen der Antriebseinheit und des Fahrzeugs die Leistung der Antriebseinheit steuert und diese Leistungssteuerung mittels zweiter Programme anhand ausgewählter Betriebsgrößen überwacht, wobei die im
Mikrocomputer ablaufende Programme zur Überwachung durch ein Überwachungsmodul auf Funktionsfähigkeit überprüft werden, wobei der Mikrocomputer vom Überwachungsmodul ein Testsignal in wenigstens einem Betriebszustand empfängt, worauf dieser die vorgesehene Überwachungsfunktion auf der Basis von ausgewählten Testdaten durchführt und das Ergebnis der Überwachung und/oder Zwischengrößen an das Überwachungsmodul übermittelt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Überwachungsmodul durch Vergleich des übermittelten Ergebnisses mit einem erwarteten Wert die Funktionsfähigkeit der Überwachungsfunktion im Mikrorechner überprüft.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungsfunktion auf der Basis eines abhängig von der Stellung von Bedienelementen oder externen Vorgaben errechneten zulässigen Motormoments und eines errechneten Istmotormoments durchgeführt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinheit eine Brennkraftmaschine ist, das zulässige Moment auf der Basis von Motordrehzahl, Fahrpedalstellung und der Einstellung sonstiger Bedienelemente oder externen Vorgaben, das Istmoment auf der Basis der Füllung und/oder Kraftstoffmenge, der Motordrehzahl und des eingestellten Zündwinkels bzw. Spritzbeginns berechnet wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überprüfung der Überwachungsfunktion ein zulässiges Moment und ein Istmoment auf der Basis von Testdaten ermittelt und miteinander verglichen wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überprüfung der Überwachungsfunktion auf das Testsignal hin ein Istmoment auf der Basis von Testsignalen ermittelt und mit dem auf der Basis von Meßwerten ermittelten zulässigen Moments verglichen wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen Istmoment und zulässigem Moment dem Überwachungsmodul übermittelt wird, welches auf der Basis von gespeicherten, den Testdaten zugeordneten Meßgrößen die Richtigkeit der Berechnung der Differenz im Mikrocomputer überprüft.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Überschreiten des zulässigen Moments durch das Istmoment ein Fehlerzähler inkrementiert wird, dessen Zählerstand oder dessen Überschreiten eines maximalen Zählerstandes dem Überwachungsmodul mitgeteilt wird, welches auf der Basis des übermittelten Signals die Funktionsfähigkeit der Überwachung feststellt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Eingriff, welcher das Drehmoment über den Fahrerwunsch hinaus erhöhen kann, das maximal zulässige Moment auf einen höheren, vom Fahrerwunsch unabhängigen Wert gesetzt wird, wobei das Überwachungsmodul bei nicht erkannter Reaktion des Mikrocomputers auf fehlerhafte Testdaten den Mikrocomputer veranlaßt, auch in diesem Betriebszustand das vom Pedal abgeleitete zulässige Moment der Überprüfung der Überwachung heranzuziehen.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei erkanntem Fehlerfall durch die Überwachungsfunktion die Endstufe für die Lufteinstellung, durch das Überwachungsmodul die Endstufe für die Lufteinstellung und/oder die Endstufen für Kraftstoffzumessung gegebenenfalls auch Zündung gesperrt werden.
11. Vorrichtung zur Steuerung einer Antriebseinheit eines Fahrzeugs, mit einem Mikrocomputer, welcher mittels erster Programme die Leistung der Antriebseinheit in Abhängigkeit von
Betriebsgrößen der Antriebseinheit und des Fahrzeugs steuert und die zur Leistungssteuerung durchgeführten Steuerfunktionen mittels zweiten Programmen anhand ausgewählter Betriebsgrößen überwacht, mit einem Überwachungsmodul, welches die Überwachung im Mikrocomputer überprüft, wobei das Überwachungsmodul in wenigstens einem Betriebszustand ein Testsignal für den Mikrocomputer erzeugt, der aufgrund dieses Testsignals die Überwachung der Steuerfunktionen auf der Basis von vorbestimmten Testdaten durchführt und das Ergebnis der Berechnung und/oder Zwischengrößen dem Überwachungsmodul übermittelt.
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