EP1597469B1 - Steuergerät, computerprogramm und zustandsautomat in einem steuergerät zum betreiben einer brennkraftmaschine - Google Patents

Steuergerät, computerprogramm und zustandsautomat in einem steuergerät zum betreiben einer brennkraftmaschine Download PDF

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EP1597469B1
EP1597469B1 EP04712567A EP04712567A EP1597469B1 EP 1597469 B1 EP1597469 B1 EP 1597469B1 EP 04712567 A EP04712567 A EP 04712567A EP 04712567 A EP04712567 A EP 04712567A EP 1597469 B1 EP1597469 B1 EP 1597469B1
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EP
European Patent Office
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operating
state
controller
operating state
internal combustion
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EP04712567A
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Martin Lunt
Christian Tischer
Andreas Traub
Volker Stuerzl
Dieter Buchholz
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • F02D41/1401—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method
    • F02D2041/1411—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method using a finite or infinite state machine, automaton or state graph for controlling or modelling

Definitions

  • the invention relates to a spreader for operating an internal combustion engine of a certain type according to a state machine.
  • the invention further relates to a computer program and a state machine.
  • State machines are basically known in the art and especially in software development. Generally speaking, they depict various states of a system.
  • the individual states of the system are represented by variables and their associated values, which can be queried by software modules, eg DE19709318 .
  • software modules eg DE19709318
  • FIG. 4 shown in principle known; in this case the state machines give various possible operating states, in FIG. 4 represented by thick dots, for operating the internal combustion engine of the specific type and allowed transitions between these operating states.
  • the operating states in the state machines can be divided into several Layers (1 ... n, n + 1, ... N) be grouped.
  • the layers are hierarchically structured in such a way that at least one layer n has at least one further layer n + 1 downstream, which comprises at least one sub-operating state for an operating state associated with the layer n.
  • the layer n and all her in the hierarchical structure of the state machine upstream layers each represent operating states that the internal combustion engine of the specific type with Internal combustion engines of a different type in common and that the further layer and all downstream in the hierarchical structure of the state machine layers each represent operating conditions that are specific to the internal combustion engine of the specific type.
  • Internal combustion engines of different types are in particular diesel engines or gasoline engines.
  • the state machine for the internal combustion engine has four layers.
  • the first layer represents an operating state "motor control”.
  • the operating states “start”, “normal operation” and “overrun” are defined in the second layer as sub-operating states for the operating state "motor control”.
  • the third layer defines sub-states for the operating states of layer 3. It includes the states “standby”, “ready”, “start-up phase”, “idle”, “accelerate”, “phasing out” and “ending”.
  • the fourth layer includes the states “preheat” or “not preheat” as sub-states to the operating state "ready” in the third layer. What is important in this embodiment is that the first to third layers represent operating states that are unspecific for the particular type of internal combustion engine and operating states that are specific to the particular type of internal combustion engine are defined in the fourth layer.
  • control device wherein the state machine is designed so that a transition between individual operating conditions represented by it is possible only under certain conditions are the subject of the dependent claims. Furthermore, it is advantageous if the control unit is designed such that the state machine not only maps operating states of the internal combustion engine but also various operating states of a control device of the internal combustion engine.
  • the object of the invention is further by a computer program for the control unit of the internal combustion engine and by the zantandsufornaten.
  • FIG. 1 shows an example of a basic structure of a state machine 12 for driving an internal combustion engine of a certain type.
  • FIG. 3 shows such an internal combustion engine of a specific type 20, which is controlled via a control unit 10 in accordance with the state machine 12 stored therein.
  • a controlled by the controller 10 starter 15 is used to start the internal combustion engine 20th
  • different operating states of the internal combustion engine are summarized, which specify the higher-level operating state “motor control”; These are the operating states “Standby” 2-7 (optional), “Start” 2-8, “Normal operation” 2-9 and “Caster” 2-10.
  • the first to third layers n 1 - 3, insofar as they relate to the internal combustion engine and not the control unit, represent only operating conditions which the internal combustion engine of a certain type, for example an Otto engine, with internal combustion engines of another type, for example with diesel engines , has in common.
  • the fourth layer predominantly represents operating conditions that are specific to internal combustion engine of certain types, diesel engines or gasoline engines.
  • the “standby” state 2-7 is designed as an energy-saving mode, in which certain electrically operated ancillary components of the internal combustion engine can be switched off.
  • energy-saving mode in the "standby” state, communication via a network with other control devices is possible.
  • a monitoring of the operating temperature of the internal combustion engine preceded by the fuel supply of the internal combustion engine, a monitoring of the throttle valve spring or a test of the emergency shutdown.
  • the "standby" state is exited and the control of the internal combustion engine changes to a "ready” state.
  • State 3-1 a start of the internal combustion engine 20 can then follow immediately.
  • the starting point for the consideration of the state machine 12 described is preferably a situation in which a computer or a microcontroller in the control unit 10, on which a computer program for carrying out the claimed and described method runs, is switched off. If the control unit 10 is installed together with the internal combustion engine 20 in a vehicle, for example, the computer switched off as long as the doors of the vehicle, in particular the driver's door, is still closed or another defined wake-up event has not yet occurred. Such a "shutdown" state is in FIG. 2 designated by the reference numeral 1-1. However, as soon as the driver's door is opened in particular, a switch is actuated which causes the control unit 10 to leave this state 1-1 and to change over to a "reset" state 1-2.
  • the controller 10 is set in a predefined initial state. From the "reset” state 1-2, the control unit 10 then automatically transitions to the state “booting" 1-3, in which the control unit is started up. Within the state “boot”, the controller 10 sequentially goes through the states “pre-initialization”, “speed initialization” 2-2 and "post-initialization” 2-3. After completing the state "booting” 1-1, the control unit 10 is again automatically in the state “initialization” 1-4 over, with various adjustments and in particular a pre-occupation of certain variables take place. This is done by going through the states “Standard Boats” 2-4, “Customer Boats" 2-5 and “OS Preparation” 2-6 sequentially.
  • the engine is normally started after the ignition is turned on, as described in detail above.
  • various conditions are usually preprogrammed in the occurrence of the internal combustion engine from the "standby" state 2-7 out not in the state “Ready” 3-1, but in the state “Shut down” 1-5 of the control unit 10 passes. This is especially the case when the "standby" state 2-7 has been entered after the caster state 2-9 has been exited.
  • the control unit In the "shutdown” state, the control unit is prepared for its shutdown. When the shutdown state has been completed, the controller automatically returns to the shutdown state 1-1. However, if during the "shutdown” state the ignition is again turned on or another equivalent event should occur, the controller 10 transitions to the "reset” state 1-2 to automatically enter the state "as described above”. Boats ".

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung einer Brennkraftmaschine (20) eines bestimmten Typs gemäss einem Zustandsautomaten (12). Es ist bekannt, dass bei derartigen Verfahren zunächst ein möglicher Betriebszustand der Brennkraftmaschine eingestellt wird, der einer Schicht n des Zustandsautomaten zugeordnet ist. In einer weiteren Schicht (n+1) werden dann durch das bekannte Verfahren Unterbetriebszustände zu dem zuvor ermittelten Betriebszustand spezifiziert. Um derartige Verfahren einfacher und schlanker für die Ansteuerung von verschiedenen Brennkraftmaschinen adaptieren zu können, wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, das Verfahren und den Zustandsautomaten derart auszubilden, dass der Zustandsautomat zumindest zwei Gruppen von Schichten aufweist, wobei die erste Gruppe von Schichten Betriebszustände repräsentiert, welche die Brennkraftmaschine des bestimmten Typs mit Brennkraftmaschinen eines anderen Typs gemeinsam hat und dass die zweite Gruppe von Schichten jeweils Betriebszustände repräsentiert, die spezifisch sind für die Brennkraftmaschine des bestimmten Typs.

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Streuergerät um Betreiben einer Brennkraftmaschine eines bestimmten Typs gemäß einem Zustandsautomaten. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Computerprogramm und einen zustandsautomaten.
  • Zustandsautomaten sind im Stand der Technik und insbesondere in der Softwareentwicklung grundsätzlich bekannt. Allgemein gesprochen bilden sie verschiedene Zustände eines Systems bildlich ab. Die einzelnen Zustände des Systems werden dabei von Variablen und diesen zugeordneten Werten repräsentiert, die von Softwaremodulen abfragbar sind, siche z.B. DE19709318 . Auch für Brennkraftmaschinen sind derartige Zustandsautomaten wie in Figur 4 dargestellt grundsätzlich bekannt; in diesem Fall geben die Zustandsautomaten verschiedene mögliche Betriebszustände, in Figur 4 durch dicke Punkte dargestellt, zum Betreiben der Brennkraftmaschine des bestimmten Typs und erlaubte Übergänge zwischen diesen Betriebszuständen vor. Die Betriebszustände in den Zustandsautomaten können in mehrere Schichten (1...n, n+1, ... N) gruppiert sein. Die Schichten sind in der Weise hierarchisch strukturiert, dass mindestens einer Schicht n mindestens eine weitere Schicht n+1 nachgelagert ist, die mindestens einen Unterbetriebszustand für einen der Schicht n zugeordneten Betriebszustand umfasst.
  • Bekannte Zustandsautomaten für Brennkraftmaschinen sind im Laufe der Zeit sukzessive gewachsen; sie wurden immer wieder bedarfsorientiert für spezielle Einzelanwendungen erweitert. Dies ist der Grund dafür, warum bestehende Zustandsautomaten für Brennkraftmaschinen heute sehr komplex und unhandlich sind. Wenn bekannte Zustandsautomaten für Einzelanwendungen in Verbindung mit Brennkraftmaschinen eines bestimmten Typs verwendet werden sollen, ist es heute unumgänglich, dass mit der Implementierung der bekannten Zustandsautomaten auch eine Vielzahl von Komponenten oder Teilsystemen mit installiert werden muss, die für die spezielle Einzelanwendung nicht unbedingt erforderlich wären.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es deshalb die Aufgabe der Erfindung, das beschriebene bekannte Steuergerät derart weiterzubilden, dass eine einfache und schlanke Anpassung an verschiedene verwendete Brennkraftmaschinen unterschiedlichen Typs möglich ist.
  • Diese Aufgabe wird durch das in Patentanspruch 1 beanspruchte Steuergerät gelöst. Demnach ist zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Schicht n und alle ihr in der hierarchischen Struktur des Zustandsautomaten vorgelagerten Schichten jeweils Betriebszustände repräsentieren, welche die Brennkraftmaschine des bestimmten Typs mit Brennkraftmaschinen eines anderen Typs gemeinsam hat und dass die weitere Schicht sowie alle ihr in der hierarchischen Struktur des Zustandsautomaten nachgelagerten Schichten jeweils Betriebszustände repräsentieren, die spezifisch sind für die Brennkraftmaschine des bestimmten Typs.
    • Vorteile
  • Brennkraftmaschinen unterschiedlichen Typs sind insbesondere Dieselmaschinen oder Benzinmaschinen.
  • Durch die beanspruchte erfindungsgemäße Aufteilung der Schichten des Zustandsautomaten ist es bei einem Wechsel des Typs der verwendeten Brennkraftmaschine nur noch erforderlich, diejenigen Schichten im Zustandsautomaten auszutauschen oder anzupassen, die spezifisch sind für eine bestimmte Brennkraftmaschine. Alle anderen Schichten des Zustandsautomaten bleiben von dem Wechsel unberührt. Diese anderen Schichten/Teile der Software beziehungsweise der Steuerung der Brennkraftmaschine, welche nur von den allgemeinen (wiederverwendbaren) Schichten des Zustandsautomaten abhängig sind, können ohne Anpassung bei verschiedenen Typen von Brennkraftmaschinen eingesetzt werden.
  • Anders ausgedrückt: Bei einem Wechsel des Typs der verwendeten Brennkraftmaschine ist es nun nicht mehr erforderlich, den gesamten Zustandsautomaten, der grundsätzlich die Betriebszustände von einer Vielzahl von Brennkraftmaschinen unterschiedlichen Typs umfasst, zu übernehmen. Vielmehr ist es möglich, bei Verwendung eines neuen Brennkraftmaschinentyps zunächst nur diejenigen Schichten des Zustandsautomaten zu verwenden, welche Betriebszustände repräsentieren, die brennkraftmaschinen-übergreifend, das heißt typen-unabhängig sind. Von den weiteren Schichten des Zustandsautomaten brauchen dann nur diejenigen Schichten übernommen zu werden, die für die spezifische verwendete Brennkraftmaschine geeignet sind. Auch innerhalb einer ausgewählten weiteren Schicht können einzelne, nicht benötigte Betriebszustandsmodule eliminiert oder ausgetauscht werden. Andere weitere Schichten, die in dem Zustandsautomaten grundsätzlich verfügbar sind, können weggelassen werden. Auf diese Weise ist grundsätzlich eine schlanke Adaption des Zustandsautomaten an beliebige Anwendungsfälle möglich.
  • Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass der Zustandsautomat für die Brennkraftmaschine vier Schichten aufweist. Dabei repräsentiert die erste Schicht einen Betriebszustand "Motoransteuerung". Als Unterbetriebszustände zu dem Betriebszustand "Motoransteuerung" werden in der zweiten Schicht die Betriebszustände "Start", "Normalbetrieb" und "Nachlauf" definiert. Die dritte Schicht definiert wiederum Unterbetriebszustände zu den Betriebszuständen der Schicht 3. Sie umfasst die Zustände "Standby", "Bereit", "Startphase", "Leerlauf", "Gas geben", "Auslaufen" und "Beenden". Schließlich umfasst die vierte Schicht die Zustände "Vorglühen" oder "Nicht vorglühen" als Unterbetriebszustände zu dem Betriebszustand "Bereit" in der dritten Schicht. Wichtig bei diesem Ausführungsbeispiel ist, dass die erste bis dritte Schicht Betriebszustände repräsentieren, welche für die Brennkraftmaschine des bestimmten Typs unspezifisch sind, und in der vierten Schicht Betriebszustände definiert sind, die für die Brennkraftmaschine des bestimmten Typs spezifisch sind.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Steuergerätes, wobei der Zustandsautomat so ausgebildet ist, dass ein Übergang zwischen einzelnen durch ihn repräsentierten Betriebszuständen nur unter bestimmten Bedingungen möglich ist, sind Gegenstand der Unteransprüche. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Steuergerät so ausgebildet ist, dass der Zustandsautomat nicht nur Betriebszustände der Brennkraftmaschine, sondern auch verschiedene Betriebszustände eines Steuergerätes der Brennkraftmaschine abbildet.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch ein Computerprogramm für das Steuergerät der Brennkraftmaschine sowie durch den zantandsufornaten. Die Vorteile sowie durch den Zustandsautomaten selber gelöst. Die Vorteile dieser Lösungen der Aufgabe entsprechen den oben unter Bezugnahme auf das erfindungsgemäße Steuergerät beschriebenen Vorteilen.
    • Figuren
  • Die Erfindung wird nachfolgend detailliert unter Bezugnahme auf die der Beschreibung beigefügten Figuren 1 - 4 beschrieben, wobei
    • Figur 1
    die hierarchische Grundstruktur des erfindungsgemäßen Zustandsautomaten;
    Figur 2
    die durch den Zustandsautomaten abgebildeten Betriebszustände der Brennkraftmaschine und des Steuergerätes für die Brennkraftmaschine;
    Figur 3
    ein Steuergerät und eine Brennkraftmaschine; und
    Figur 4
    allgemeine hierarchisch strukturierte Schichten eines Zustandsautomaten
    zeigt. Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Figur 1 zeigt ein Beispiel für eine Grundstruktur eines Zustandsautomaten 12 zum Ansteuern einer Brennkraftmaschine eines bestimmten Typs.
  • Figur 3 zeigt eine derartige Brennkraftmaschine eines bestimmten Typs 20, die über ein Steuergerät 10 gemäß dem darin abgespeicherten Zustandsautomaten 12 angesteuert wird. Ein von dem Steuergerät 10 angesteuerter Starter 15 dient zum Starten der Brennkraftmaschine 20.
  • Die in Figur 1 gezeigte Grundstruktur 12 weist insgesamt fünf Schichten n = 0 ... 4 auf. Eine oberste Schicht n = 0 repräsentiert den Betriebszustand "Motoransteuerung". Dabei handelt es sich um einen übergeordneten Begriff beziehungsweise Zustand aller möglichen Betriebszustände der Brennkraftmaschine und des Steuergerätes. Nachfolgend werden zunächst nur die verschiedenen Betriebszustände der Brennkraftmaschine diskutiert; eine Diskussion der verschiedenen Betriebszustände des Steuergerätes erfolgt weiter unten.
  • Der oberste Betriebszustand in der Schicht n = 1 lautet "Motoransteuerung" 1-6. In einer darunter liegenden Schicht n = 2 sind verschiedene Betriebszustände der Brennkraftmaschine zusammengefasst, welche den übergeordneten Betriebszustand "Motoransteuerung" spezifizieren; es handelt sich dabei um die Betriebszustände "Standby" 2-7 (optional), "Start" 2-8, "Normalbetrieb" 2-9 und "Nachlauf" 2-10. Unter der Bezeichnung "Start" sind alle Unterbetriebszustände der Brennkraftmaschine zusammengefasst, welche dazu dienen, die Brennkraftmaschine für den Start vorzubereiten sowie den Start durchzuführen. Bei diesen Unterbetriebszuständen handelt es sich um die Zustände "Bereit" 3-1 und "Startphase" 3-2, welche in einer Schicht n=3 spezifiziert sind. Ebenfalls in der dritten Schicht n=3 sind die Unterbetriebszustände "Leerlauf" 3-3 und,"Gasgeben" 3-4 als Unterbetriebszustände für den übergeordneten Zustand "Normalbetrieb" 2-9 in der zweiten Schicht n=2 beschrieben. Die dritte Schicht n = 3 umfasst die Zustände "Anlaufen" 3-5 und "Beenden" 3-6 als Unterbetriebszustände zu dem übergeordneten Betriebszustand "Nachlauf" 2-9 der Brennkraftmaschine, wie er in der zweiten Schicht genannt ist. Schließlich weist der in Figur 1 gezeigte Zustandsautomat eine vierte Schicht n = 4 auf, in welcher beispielhaft der Zustand "Bereit" aus der dritten Schicht n=3 näher spezifiziert ist. Beispielhaft kann während dieses "Bereit"-Zustandes bei Dieselmaschinen geprüft werden, ob ein "Vorglüh-Zustand" 4-1 oder ein "Nicht-vorglühen"-zustand 4-2 erreicht ist.
  • Erfindungsgemäß repräsentieren die erste bis dritte Schicht n=1 - 3, soweit sie die Brennkraftmaschine und nicht das Steuergerät betreffen, lediglich Betriebszustände, welche die Brennkraftmaschine eines bestimmten Typs, zum Beispiel eines Otto-Motors, mit Brennkraftmaschinen eines anderen Typs, zum Beispiel mit Dieselmaschinen, gemeinsam hat. Demgegenüber repräsentiert die vierte Schicht vorwiegend Betriebszustände, die für Brennkraftmaschine bestimmter Typen, Dieselmotoren oder Otto-Motoren spezifisch sind.
  • Die einzelnen bisher genannten Betriebszustände und die möglichen Übergänge zwischen diesen Betriebszuständen während des Betriebs der Brennkraftmaschine werden nachfolgend unter Bezugnahme auf Figur 2 näher beschrieben.
  • Im Rahmen des Zustandes "Motoransteuerung" 1-6 ist, wie aus Figur 2 ersichtlich, der gesamte mögliche Betrieb der Brennkraftmaschine des bestimmten Typs zusammenfassend dargestellt. Er gliedert sich insbesondere in die Zustände "Standby" 2-7, "Start" 2-8, "Normalbetrieb" 2-9 und "Nachlauf" 2-10. Der "Standby"-Zustand 2-7 ist als Energiesparmodus konzipiert, bei dem bestimmte elektrisch betriebene Nebenaggregate der Brennkraftmaschine abgeschaltet werden können. In der Konzeption als Energiesparmodus ist in dem "Standby"-Zustand eine Kommunikation über ein Netzwerk mit anderen Steuergeräten möglich. Außerdem kann während dieses Zustandes zum Beispiel eine Überwachung der Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine, ein vorlaufen der Kraftstoffversorgung der Brennkraftmaschine, einer Überwachung der Drosselventilfeder oder ein Test der Notabschaltung erfolgen.
  • Wenn während des "Standby"-Zustandes 2-7 die Zündung des Fahrzeugs beziehungsweise der Brennkraftmaschine eingeschaltet wird oder eine andere äquivalente Information an das Steuergerät gegeben wird, wird der "Standby"-Zustand verlassen und die Steuerung der Brennkraftmaschine wechselt in einen "Bereit"-Zustand 3-1; ein Start der Brennkraftmaschine 20 kann dann unmittelbar folgen. In dem "Bereit"-Zustand kann zum Beispiel noch eine Überwachung von Leistungsverbrauchern erfolgen; bei Dieselmaschinen könnte in dem "Bereit"-Zustand gemäß einer darunter liegenden Schicht n=4 die Durchführung des Vorglühprozesses stattfinden. Sobald dann jedoch der Starter 15 für die Brennkraftmaschine aktiviert wird und eine Drehzahl der Brennkraftmaschine, die größer als ein vorgegebener Schwellenwert Thr0 ist, festgestellt wird, wird dieser "Bereit"-Zustand 3-1 verlassen und die Brennkraftmaschine wechselt in den "Startphase"-Zustand 3-2. Alternativ dazu erfolgt dann, wenn während des "Bereit"-Zustandes 3-1 die Zündung abgeschaltet wird, kein Übergang in den "Startphase"-Zustand, sondern ein Übergang in den Zustand "Auslaufen" 3-5.
  • Der Zustand "Startphase" 3-2 dient dazu, die Brennkraftmaschine aus eigener Kraft zum Laufen zu bringen. Wenn dies nicht gelingt, das heißt, wenn die Brennkraftmaschine "abgewürgt" wird, was soviel bedeutet, als dass die Drehzahl der Brennkraftmaschine für eine bestimmte Mindestzeit unterhalb eines vorgebbaren Schwellenwertes Thr1 bleibt, erfolgt ein Rücksprung in den "Bereit"-Zustand 3-1. Wird dagegen die Startphase erfolgreich abgeschlossen, das heißt, erhöht sich die Drehzahl der Brennkraftmaschine über einen vorgebbaren zweiten Schwellenwert Thr2, so erfolgt ein Übergang innerhalb der zweiten Schicht n=2 des Zustandsautomaten 12 von dem Betriebszustand "Start" 2-8 in den Betriebszustand "Normalbetrieb" 2-9.
  • Genauer gesagt erfolgt dann nach der Startphase zunächst ein Übergang der Brennkraftmaschine in einen "Leerlauf"-Zustand 3-3 in der dritten Schicht n = 3 des Zustandsautomaten, wie dies in der Figur 2 dargestellt ist. Je nach Wunsch des Fahrers eines Fahrzeugs, in dem die Brennkraftmaschine eingebaut ist, beziehungsweise je nach Fahrsituation wechselt der Betriebszustand der Brennkraftmaschine während des Zustandes "Normalbetrieb" 2-9 zwischen den Unterbetriebszuständen "Leerlauf" 3-3 und "Gasgeben" 3-4. Wird die Brennkraftmaschine 20 "abgewürgt", während sie sich in dem "Normalbetrieb" befindet, erfolgt innerhalb der Schicht n=2 ein Übergang in den Betriebszustand "Start" 2-8 und genauer gesagt innerhalb der Schicht n=3 ein Übergang in den Zustand "Bereit" 3-1. Wird dagegen der Zustand "Normalbetrieb" 2-9 ordnungsgemäß durch Abschalten der Zündung beendet, so geht die Brennkraftmaschine in der Schicht n=2 in einen Zustand "Nachlauf" 2-10 über. Innerhalb des Betriebszustandes "Nachlauf" 2-10 geht die Maschine nach dem Abschalten der Zündung zunächst in der Schicht n=3 in den Zustand "Auslaufen" 3-5 über. Dieser Zustand zeichnet sich dadurch aus, dass die Zündung zwar ausgeschaltet ist, die Brennkraftmaschine aber noch nachläuft, das heißt, dass ihre Drehzahl noch ungleich null ist. Erst wenn auch die Drehzahl der Brennkraftmaschine einen vorgegebenen Schwellenwert Thr3 unterschreitet, verlässt die Brennkraftmaschine 20 diesen Zustand "Auslaufen" 3-5 und geht innerhalb der dritten Schicht n=3 in einen Zustand "Beenden" 3-6 über. Dieser Zustand kennzeichnet die endgültige Abschaltung der Brennkraftmaschine, wobei zwar bereits die Zündung abgeschaltet und die Drehzahl 0 ist, aber bestimmte Aggregate, wie zum Beispiel ein Lüfter noch nachlaufen können, um zum Beispiel die Brennkraftmaschine zu kühlen.
  • Sobald der Zustand "Nachlauf" beendet ist, wechselt die Maschine innerhalb der zweiten Schicht in den Zustand "Standby" 2-7. Dieses Verhalten gilt dann, wenn während des Zustandes "Nachlauf" 2-10 die Zündung nicht wieder eingeschaltet wird.
  • Wenn die Zündung jedoch während dieses Zustandes "Nachlauf" 2-10 in der zweiten Schicht n = 2 wieder eingeschaltet wird, gibt es drei alternative Vorgehensweisen für die Steuerung der Brennkraftmaschine. Eine erste Alternative besteht darin, dass die Brennkraftmaschine innerhalb der zweiten Schicht n = 2 von dem Zustand "Nachlauf" 2-10 in den Zustand "Start" 2-8 wechselt. Bezogen auf die dritte Schicht n = 3 ist es für diesen Wechsel unerheblich, ob sich die Brennkraftmaschine 20 beim Wiederanschalten der Zündung in dem Zustand "Auslaufen" 3-5 oder in dem Zustand "Beenden" 3-6 befindet; in beiden Fällen geht die Brennkraftmaschine bei Anschalten der Zündung über in den Zustand "Bereit" 3-1. Alternativ dazu besteht die Möglichkeit, den Zustand "Motoransteuerung" 1-6 zu verlassen und in einen "Reset"-Zustand 1-2 des Steuergerätes 10 für die Brennkraftmaschine 20 überzugehen. Als dritte Alternative besteht die Möglichkeit, in einen Zustand "Abgeschaltet" 1-1 des Steuergerätes 10 überzugehen.
  • Neben dem Betriebszustand "Motoransteuerung" 1-6, der, wie beschrieben, alle wesentlichen Betriebszustände der Brennkraftmaschine umfasst, kann der Zustandsautomat 12 auch verschiedene Betriebszustände des Steuergerätes 10 für die Brennkraftmaschine umfassen. Dabei handelt es sich wie in Figur 2 dargestellt, um die Zustände "Abgeschaltet" 1-1, "Reset" 1-2, "Booten" 1-3, "Initialisierung" 1-4 und "Herunterfahren" 1-5. Wie bereits aus der Struktur der Bezugszeichen ersichtlich, sind diese Zustände ebenfalls gleichrangig mit dem Zustand "Motoransteuerung" 1-6 in der ersten Schicht n = 1 des Zustandsautomaten 12 angeordnet.
  • Die Übergänge zwischen diesen einzelnen Zuständen des Steuergerätes 10 der Brennkraftmaschine und auch die Übergänge zwischen diesen Zuständen und den oben beschriebenen Zuständen der Brennkraftmaschine werden nachfolgend kurz beschrieben.
  • Ausgangspunkt für die Betrachtung des beschriebenen Zustandsautomaten 12 ist vorzugsweise eine Situation, bei der ein Computer beziehungsweise ein Mikrocontroller in dem Steuergerät 10, auf welchem ein Computerprogramm zur Durchführung des beanspruchten und beschriebenen Verfahrens abläuft, ausgeschaltet ist. Sofern das Steuergerät 10 zusammen mit der Brennkraftmaschine 20 in ein Fahrzeug eingebaut ist, ist der Computer beispielsweise dann ausgeschaltet, solange die Türen des Fahrzeugs, insbesondere die Fahrertür, noch geschlossen ist oder ein anderes definiertes Aufweckereignis noch nicht eingetreten ist. Ein derartiger "Abgeschaltet"-Zustand ist in Figur 2 mit dem Bezugszeichen 1-1 bezeichnet. Sobald insbesondere die Fahrertür jedoch geöffnet wird, wird ein Schalter betätigt, welcher das Steuergerät 10 dazu veranlasst, diesen Zustand 1-1 zu verlassen und in einen "Reset"-Zustand 1-2 überzugehen. Während dieses Zustandes 1-2 wird das Steuergerät 10 in einen vordefinierten Ausgangszustand versetzt. Von dem "Reset"-Zustand 1-2 geht das Steuergerät 10 dann automatisch in den Zustand "Booten" 1-3 über, in welchem das Steuergerät hochgefahren wird. Innerhalb des Zustandes "Booten" durchläuft das Steuergerät 10 sequentiell die Zustände "Vorinitialisierung", "Drehzahlinitialisierung" 2-2 und "Nachinitialisierung" 2-3. Nach Abschluss des Zustandes "Booten" 1-1 geht das Steuergerät 10 wiederum automatisch in den Zustand "Initialisierung" 1-4 über, wobei verschiedene Anpassungen und insbesondere ein Vorbesetzen von bestimmten Variablen stattfinden. Dies erfolgt, indem die Zustände "Standardbooten" 2-4, "Kundenbooten" 2-5 und "Betriebssystem-Vorbereitung" 2-6 sequentiell durchlaufen werden. Am Ende des "Initialisierungs"-Prozesses geht das Steuergerät 10 automatisch in den Zustand "Motoransteuerung" 1-6 in der ersten Schicht n = 1 über. Genauer gesagt geht das Steuergerät dann in der Schicht n = 2 in den Zustand "Standby" 2-7 über.
  • Von dem Zustand "Standby" 2-7 wird die Brennkraftmaschine normalerweise nach dem Einschalten der Zündung gestartet, wie dies oben ausführlich beschrieben wurde. Darüber hinaus sind jedoch in der Regel auch verschiedene Bedingungen vorprogrammiert, bei deren Eintreten die Brennkraftmaschine aus dem "Standby"-Zustand 2-7 heraus nicht in den Zustand "Bereit" 3-1, sondern in den Zustand "Herunterfahren" 1-5 des Steuergerätes 10 übergeht. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der "Standby"-Zustand 2-7 eingenommen wurde, nachdem der Nachlauf-Zustand 2-9 verlassen wurde. In dem Zustand "Herunterfahren" wird das Steuergerät auf seine Abschaltung hin vorbereitet. Wenn der Zustand "Herunterfahren" beendet worden ist, geht das Steuergerät automatisch wieder in den Zustand "Abgeschaltet" 1-1 über. Wenn jedoch während des Zustandes "Herunterfahren" die Zündung wieder eingeschaltet werden oder ein anderes äquivalentes Ereignis eintreten sollte, geht das Steuergerät 10 in den Zustand "Reset" 1-2 über, um von dort aus automatisch, wie oben beschrieben, in den Zustand "Booten" überzugehen.

Claims (26)

  1. Steuergerät (10)zum Betreiben eines bestimmten Typs einer Brennkraftmaschine (20), wobei das Steuergerät einen Zustandsautomaten (12) umfasst, der Zustandsautomat (12) verschiedene mögliche Betriebszustände der Brennkraftmaschine (20) sowie erlaubte Übergänge zwischen den Betriebszuständen (20) vorgibt, und wobei die Betriebszustände in dem Zustandsautomaten (12) in mehreren Schichten (1, ...n, n+1, ...N) gruppiert und die Schichten (1, ...n, n+1, ...N) in der Weise hierarchisch strukturiert sind, dass mindestens einer Schicht (n) mindestens eine weitere Schicht (n+1) nachgelagert ist, welche mindestens einen Unterbetriebszustand für einen der Schicht (n) zugeordneten Betriebszustand umfasst,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Schicht (n) und die ihr in der hierarchischen Struktur des Zustandsautomaten (12) vorgelagerten Schichten (0, ...n-1) jeweils Betriebszustände repräsentieren, welche nicht spezifisch sind für die bestimmte Brennkraftmaschine (20); und die weitere Schicht (n+1) sowie alle ihr in der hierarchischen Struktur des Zustandsautomaten (12) nachgelagerten Schichten (n+2, ...N) jeweils Betriebszustände repräsentieren, die spezifisch sind für die Brennkraftmaschine (20) des bestimmten Typs.
  2. Steuergerät (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustandsautomat (12) in einer für die bestimmte Brennkraftmaschine nicht spezifischen Schicht einen Betriebszustand "Motoransteuerung" (1-6) umfasst und dass der Zustandsautomat ferner die Zustände "Start" (2-8), "Normalbetrieb" (2-9), "Nachlauf" (2-10), "Bereit" (3-1), "Startphase" (3-2), Leerlauf" (3-3), "Gasgeben" (3-4), "Auslaufen" (3-5) und "Beenden" (3-6) umfasst, wobei
    - die Betriebszustände "Start" (2-8), "Normalbetrieb" (2-9) und "Nachlauf" (2-10) Unterbetriebszustände zu dem Betriebszustand "Motoransteuerung" (1-6) darstellen,
    - die Betriebszustände "Leerlauf" (3-3) und "Gasgeben" (3-4) Unterbetriebszustände zu dem Betriebszustand "Normalbetrieb" (2-9) und
    - die Betriebszustände "Auslaufen" (3-5) und "Beenden" (3-6) Unterbetriebszustände zu dem Betriebszustand "Nachlauf" (2-10) darstellen.
  3. Steuergerät (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustandsautomat (12) nur dann
    - einen Übergang von dem Betriebszustand "Bereit" (3-1) in den Betriebszustand "Startphase" (3-2) ermöglicht, wenn ein Aktivieren eines Starters (15) erkannt wird, und
    - einen Übergang von dem Betriebszustand "Startphase" (3-2) zurück in den Betriebszustand "Bereit" (3-1) ermöglicht, wenn eine Drehzahl der Brennkraftmaschine (20) für eine vorgebbare Zeitdauer kleiner als ein erster vorgebbarer Schwellenwert (Thr1) ist.
  4. Steuergerät (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustandsautomat (12) einen dem Betriebszustand "Bereit" (3-1) übergeordneten Betriebszustand "Standby" (2-7) umfasst und der Zustandsautomat (12) einen Übergang von dem Betriebszustand "Standby" (2-7) in den Betriebszustand "Bereit" (3-1) ermöglicht, falls die Zündung für die Brennkraftmaschine eingeschaltet wird.
  5. Steuergerät (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustandsautomat (12) die Betriebszustände "Vorglühen" und "Nicht-Vorglühen" umfasst.
  6. Steuergerät (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustandsautomat (12) einen Übergang von dem Betriebszustand "Auslaufen" (3-5) in den Betriebszustand "Beenden" (3-6) nur dann ermöglicht, wenn die Zündung ausgeschaltet und die Drehzahl der Brennkraftmaschine kleiner als ein dritter Schwellenwert (Thr3) nahe null ist.
  7. Steuergerät (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustandsautomat (12) einen Übergang von dem Betriebszustand "Start" (2-8) direkt in den Betriebszustand "Nachlauf" (2-10) ermöglicht, wenn die Zündung ausgeschaltet wird oder eine hierzu äquivalente Information an das Steuergerät (10) gegeben wird.
  8. Steuergerät (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustandsautomat (12) einen Übergang von dem Betriebszustand "Bereit" (3-1) oder von dem Betriebszustand "Startphase" (3-2) in den Betriebszustand "Auslaufen" (3-5) ermöglicht, wenn die Zündung ausgeschaltet wird oder eine äquivalente Information an das Steuergerät gegeben wird.
  9. Steuergerät (10)nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustandsautomat (12) einen Übergang von dem Betriebszustand "Start" (2-8) direkt in den Betriebszustand "Normalbetrieb" (2-9) ermöglicht, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine einen vorgegebenen zweiten Schwellenwert (Thr2) überschreitet.
  10. Steuergerät (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustandsautomat (12) einen Übergang von dem Betriebszustand "Startphase" (3-2) in den Betriebszustand "Leerlauf" (3-3) ermöglicht, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine den zweiten Schwellenwert (Thr2) überschreitet.
  11. Steuergerät (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustandsautomat (12) einen Übergang von dem Betriebszustand "Normalbetrieb" (2-9) direkt in den Betriebszustand "Start" (2-8) ermöglicht, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine einen vorgegebenen ersten Schwellenwert (Thr1) unterschreitet.
  12. Steuergerät (10) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustandsautomat (12) einen Übergang aus dem Betriebszustand "Normalbetrieb" (2-9) in den Betriebszustand "Bereit" (3-1) ermöglicht, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine den ersten Schwellenwert (Thr1) unterschreitet.
  13. Steuergerät (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustandsautomat (12) einen Übergang von dem Betriebszustand "Nachlauf" (2-10) direkt in den Betriebszustand "Start" (2-8) ermöglicht, wenn die Zündung
    wieder eingeschaltet wird.
  14. Steuergerät (10) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustandsautomat (12) einen Übergang dann, wenn die Zündung wieder eingeschaltet wird, entweder von dem Betriebszustand "Auslaufen" (3-5) oder von dem Betriebszustand "Beenden" (3-6) aus in den Betriebszustand "Bereit" (3-1) ermöglicht; oder dass der Zustandsautomat (12) einen Übergang dann, wenn der Nachlauf beendet ist, entweder von dem Betriebszustand "Auslaufen" (3-5) oder von dem Betriebszustand "Beenden" (3-6) in den Betriebszustand "Standby" (2-7) ermöglicht.
  15. Steuergerät (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustandsautomat (12) neben den Betriebszuständen der Brennkraftmaschine auch Betriebszustände des Steuergerätes (10) umfasst.
  16. Steuergerät (10) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustandsautomat (12) als Betriebszustände des Steuergeräts (10) die Betriebszustande "Abgeschaltet" (1-1), "Reset" (1-2), "Booten" (1-3), "Initialisierung" (1-4) und "Herunterfahren" (1-5) umfasst.
  17. Steuergerät (10) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustandsautomat (12) einen Übergang von dem Betriebszustand "Abgeschaltet" (1-1) in den Betriebszustand "Reset" (1-2) ermöglicht, wenn das Steuergerät (10) eingeschaltet wird, insbesondere durch Aktivierung eines Schalters in einer Tür des Fahrzeugs, in welches das Steuergerät (10) eingebaut ist.
  18. Steuergerät (10) nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustandsautomat (12) einen Übergang von dem Betriebszustand "Initialisierung" (1-4) in den Betriebszustand "Motoransteuerung" (1-6) oder einem dem Betriebszustand "Motoransteuerung" (1-6) nachgeordneten Betriebszustand ermöglicht, wenn die Initialisierung abgeschlossen ist.
  19. Steuergerät (10) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustandsautomat (12) einen Übergang von dem Betriebszustand "Initialisierung" (1-4) in einen der Betriebszustände "Standby" (2-7) oder "Start" (2-8) oder "Bereit" (3-1) ermöglicht.
  20. Steuergerät (10) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustandsautomat (12) einen Übergang von dem Betriebszustand "Standby" (2-8) der Brennkraftmaschine (20) in den Betriebszustand "Heruntergefahren" (1-5) des Steuergeräts ermöglicht.
  21. Steuergerät (10) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustandsautomat (12) einen Übergang von dem Betriebszustand "Nachlauf" (2-10) in einen der Zustände "Reset" (1-2), "Booten" (1-3) oder "Initialisierung" (1-4) ermöglicht, falls die Zündung ausgeschaltet war und wieder eingeschaltet wird.
  22. Steuergerät (10) nach einem der Ansprüche 16 - 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebszustand "Booten" (1-3) die Unterbetriebszustände "Standardbooten" (2-1), "Kundenbooten" (2-2) und "Betriebssystemvorbereitung" (2-3) umfasst.
  23. Steuergerät (10) nach einem der Ansprüche 16 - 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebszustand "Initialisierung" (1-4) die Unterbetriebszustände "Vorinitialisierung" (2-4), "Drehzahlinitialisierung" (2-5) und "Nachinitialisierung" (2-6) umfasst, die während des Initialisierungsvorgangs in der genannten Reihenfolge sequentiell durchlaufen werden.
  24. Computerprogramm für ein Steuergerät (10) einer Brennkraftmaschine (20) in einem Kraftfahrzeug, mit Programmcode, der geeignet ist, den in dem Steuergerät (10) ausgebildeten Zustandsautomat (12) gemäß einem der Ansprüche 1 - 23 zu realisieren, wenn das Computerprogramm auf dem Steuergerät (10) ausgeführt wird.
  25. Computerprogramm nach Anspruch 24, wobei der Programmcode auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert ist.
  26. Zustandsautomat (12) in einem Steuergerät (10) einer Brennkraftmaschine (20), wobei der Zustandsautomat nach den Merkmalen mindestens eines der Ansprüche 1 bis 23 ausgebildet ist.
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