DE102011004773A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung eines Antriebs eines Antriebssystems eines Fahrzeugs - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines Antriebssystems eines Fahrzeugs (1) auf Fehler, wobei das Antriebssystem einen Antriebsmotor (4) aufweist, der abhängig von einer eingespritzten Kraftstoffmenge ein Drehmoment bereitstellt, mit folgenden Schritten: – Durchführen eines Schwellenwertvergleichs einer aus einer Angabe (KM) über eine eingespritzte Kraftstoffmenge ermittelten Größe und einem aus einer Drehzahlangabe (DZ) über die Drehzahl des Antriebsmotors (4) ermittelten Schwellenwert (S); – Ermitteln einer Fehlerinformation (F), die einen Fehler im Antriebssystem angibt, abhängig von dem Ergebnis des Schwellenwertvergleichs.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Antriebssysteme für Fahrzeuge, insbesondere Verfahren zur Überwachung von Antrieben auf Fehler, die zu unerwünschtem Beschleunigen des Fahrzeugs führen können.
  • Stand der Technik
  • Eine Vielzahl von Motorfunktionen eines Verbrennungsmotors werden in einem den Verbrennungsmotor ansteuernden Motorsteuergerät durchgeführt. Im Fall von Rechenfehlern, Bitkippern und dergleichen können in nicht abgesicherten Motorsteuergeräten Fehlausgaben entstehen, die im Fahrzeugverbund schlimmstenfalls zu unerwünschtem Beschleunigen, beispielsweise aufgrund einer Einspritzung einer zu hohen Kraftstoffmenge führen können. Da es durch derartige Fehler zur Gefährdung von Personen im Straßenverkehr kommen kann, ist es erforderlich, dass das Motorsteuergerät Fehler selbstständig erkennt und das Fahrzeug in einen sicheren Zustand bringt.
  • Um zu vermeiden, dass es durch das Auftreten derartiger Fehler zu Momentenänderungen kommt, ist im Motorsteuergerät eine kontinuierliche Momentenüberwachung implementiert. Übliche Konzepte zur Überwachung der Motorsteuergeräte gegenüber einem solchen Fehler sind folgende:
    Schubüberwachung: Hierbei wird kontrolliert, dass, wenn der Fahrer keinen Vortriebswunsch signalisiert, der
    Verbrennungsmotor auch kein vortriebsrelevantes Antriebsmoment erzeugt.
    Momentenüberwachung: Das aktuelle Antriebsmoment, das man durch
    Rückrechnung von Beobachtungsgrößen erhält, wird gemaß einer Fahrervorgabe mit dem
    redundant eingelesenen Fahrerwunsch verglichen.
    Beschleunigungsüberwachung: Die aktuelle Fahrzeugbeschleunigung, die
    sich aus der Fahrzeuggeschwindigkeit ableitet, wird mit einer sich aus dem redundant bereitgestellten Fahrerwunschmoment ergebenden Beschleunigung verglichen.
  • Die alleinige Schubüberwachung ist heutzutage nicht mehr Stand der Technik, da hier nur ein Betriebspunkt, nämlich der des Schubbetriebs, überwacht wird. Da die Schubüberwachung jedoch nur während des Schubbetriebs durchgeführt werden kann, kommt es generell zu einer Verzögerung der Überwachungsreaktion bis zum nächsten Schubbetrieb. Das Auftreten eines Fehlers, wenn sich der Verbrennungsmotor nicht im Schubbetrieb befindet, könnte damit nur verzögert erfasst werden. Daher werden in der Regel die Überwachungskonzepte der Momentenüberwachung und der Beschleunigungsüberwachung ergänzend zur Schubüberwachung vorgesehen.
  • Bei Dieselantrieben ist das Konzept der Schubüberwachung durch eine Überprüfung, ob der Verbrennungsmotor kein vortriebsrelevantes Antriebsmoment erzeugt, in einfacher Weise durch Überwachung der eingespritzten Kraftstoffmenge durchführbar. Im Schubbetrieb soll bei einem Dieselmotor kein Kraftstoff eingespritzt werden. Die Anwendung eines solchen Verfahrens bei Ottomotoren ist nicht möglich, da sich bei Ottomotoren die Kraftstoffbeimessung nach der momentanen Luftfüllung in den Zylindern richtet.
  • Das Konzept der Schubüberwachung hat jedoch den Vorteil, dass der Aufwand zur Überwachung dieses Betriebsbereichs aufgrund von Vereinfachungen sehr stark reduziert ist, da sehr exakte Erwartungsvorgaben geprüft werden können.
  • Des Weiteren ist die von diesen Motoren bekannte Schubüberwachung aufgrund von auch im Schubbetrieb zugeführten momentenbildenden Kraftstoffmengen nicht ohne Weiteres auf Ottomotoren übertragbar. Bei Ottomotoren sind auch im Schubbetrieb Momentenanforderer aktiv, die Einspritzungen von Kraftstoff anfordern können. Dies ist beispielsweise bei Getriebeeingriffen und bei einer Betriebsart zum Heizen des Katalysators der Fall. Beim Aktivieren von Momentenanforderern im Schubbetrieb wird der Zustand des Schubbetriebs kurz unterbrochen und die Schubüberwachung müsste währenddessen deaktiviert werden. Die zusätzlichen Momentenanforderer wirken jedoch nicht beschleunigend auf das Fahrzeug ein, da sie lediglich ein Zusatzmoment bereitstellen, das zum Betreiben eines Aggregats, wie beispielsweise einer Klimaanlage, der Lichtmaschine oder dergleichen, notwendig ist.
  • Aufgrund der Anforderungen bezüglich einer Abgasnachbehandlung kommt es während des Schubbetriebs bei Ottomotoren immer häufiger zu Einspritzungen von Kraftstoff während des Schubbetriebs, so dass eine konventionelle Schubüberwachung bei Ottomotoren nicht sinnvoll eingesetzt werden kann. Zwar kommt es bei diesen Einspritzungen ebenfalls zu keiner relevanten Ausbildung eines Antriebsmoments, da die Energie des eingespritzten Kraftstoffs momentneutral als thermischer Abgasstrom abgeführt wird, jedoch ist es nicht möglich, diese zusätzliche Einspritzmenge bei der Schubüberwachung unberücksichtigt zu lassen.
  • In Verbindung eines geeigneten Überwachungskonzeptes ist es notwendig, bei bestimmten Fahrsituationen das Fahren im Schub zu überwachen.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Überwachung des Fahrzeugs gegen unerwünschtes Beschleunigen im Schubbetrieb, insbesondere auch für Fahrzeuge mit Ottomotoren, zur Verfügung zu stellen.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Diese Aufgabe wird durch das Verfahren zur Überwachung eines Antriebssystems für ein Fahrzeug gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Vorrichtung, das Antriebssystem und das Computerprogrammprodukt gemäß den nebengeordneten Ansprüchen gelöst.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zur Überwachung eines Antriebssystems eines Fahrzeugs auf Fehler vorgesehen, wobei das Antriebssystem einen Antriebsmotor aufweist, der abhängig von einer eingespritzten Kraftstoffmenge ein Drehmoment bereitstellt. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
    • – Durchführen eines Schwellenwertvergleichs zwischen einer aus einer Angabe über eine eingespritzte Kraftstoffmenge ermittelten Größe und einem aus einer Drehzahlangabe über die Drehzahl des Antriebsmotors ermittelten Schwellenwert;
    • – Ermitteln einer Fehlerinformation, die einen Fehler im Antriebssystem angibt, abhängig von dem Ergebnis des Schwellenwertvergleichs.
  • Mit dem obigen Verfahren zur Überwachung eines Antriebssystems eines Fahrzeugs ist es möglich, fehlerhafte Berechnungen, die zu einem unerwünschten Beschleunigen oder Abbremsen des Kraftfahrzeugs führen können, zu erkennen, indem eine Plausibilitätsprüfung anhand einer Überwachung der Drehzahl vorgenommen wird. Dabei wird der Drehzahl des Antriebsmotors ein Schwellenwert zugeordnet, der eine Obergrenze für eine aus der eingespritzten Kraftstoffmenge ermittelte Größe darstellt. Damit kann die Drehzahl des Motors in Bezug auf die eingespritzte Kraftstoffmenge auf Plausibilität überprüft werden und ein Fehler erkannt werden, wenn die Drehzahl höher ist als eine Drehzahl, die bei einer eingespritzten Kraftstoffmenge im Schubbetrieb zu erwarten wäre.
  • Durch die oben vorgeschlagene Überwachung der von dem Antriebsmoment des Verbrennungsmotors erzeugten Drehzahl kann die komplexe Berechnung des Antriebsmoments entfallen.
  • Insbesondere kann die Fehlerinformation, wenn ein Schubbetrieb des Fahrzeugs festgestellt wird, bei dem ein Antrieb des Fahrzeugs kein Antriebsmoment bereitstellen soll, einer nachgeordneten Funktion bereitgestellt werden.
  • Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Schwellenwertvergleich durchgeführt wird, indem aus der Angabe über die eingespritzte Kraftstoffmenge eine Angabe über ein Drehmoment bei einem optimalen Zündwinkel bestimmt wird, wobei die Angabe über das Drehmoment bei einem optimalen Zündwinkel mit einer Wirkungsgradangabe multipliziert wird, um eine Vergleichsgröße zu erhalten, wobei die Vergleichsgröße mit einem Schwellenwert verglichen wird, um die Fehlerinformation zu erhalten.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann die Angabe über ein Drehmoment bei einem optimalen Zündwinkel mithilfe eines vorgegebenen Kraftstoffmengenkennfelds aus der Angabe über die eingespritzte Kraftstoffmenge bestimmt werden.
  • Weiterhin kann die Wirkungsgradangabe mithilfe eines vorgegebenen Zündwinkelwirkungsgradkennfelds aus einer Angabe über einen Zündwinkel bestimmt werden.
  • Es kann vorgesehen sein, dass der Schwellenwert aus der Drehzahlangabe mithilfe eines vorgegebenen Drehzahlkennfelds bestimmt wird.
  • Weiterhin können die Angaben über die eingespritzte Kraftstoffmenge und die Drehzahlangabe als sichere Größen bereitgestellt werden, die gemäß einem Plausibilisierungsverfahren auf Richtigkeit überprüft wurden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Überwachungsvorrichtung zur Überwachung eines Antriebssystems eines Fahrzeugs auf Fehler vorgesehen, wobei das Antriebssystem einen Antriebsmotor aufweist, der abhängig von einer eingespritzten Kraftstoffmenge ein Drehmoment bereitstellt, wobei die Überwachungsvorrichtung ausgebildet ist, um:
    • – einen Schwellenwertvergleich einer aus einer Angabe über eine eingespritzte Kraftstoffmenge ermittelten Größe und einem aus einer Drehzahlangabe über die Drehzahl des Antriebsmotors ermittelten Schwellenwert durchzuführen;
    • – um abhängig von dem Ergebnis des Schwellenwertvergleichs eine Fehlerinformation, die einen Fehler im Antriebssystem angibt, zu ermitteln.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Antriebssystem für ein Fahrzeug vorgesehen, umfassend:
    • – einen Antriebsmotor zum Antreiben des Fahrzeugs;
    • – ein Motorsteuergerät zum Steuern des Antriebsmotors;
    • – die obige Überwachungseinheit.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Computerprogrammprodukt vorgesehen, das einen Programmcode enthält, der, wenn er auf einer Datenverarbeitungseinheit ausgeführt wird, das obige Verfahren durchführt.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer Vorrichtung zum Überwachen von Antriebsfehlern im Schubbetrieb; und
  • 2 ein Funktionsdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Durchführen einer Schubüberwachung in einem Kraftfahrzeug.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs 1 mit einer Überwachungsvorrichtung 2 zur Überwachung eines Antriebssystems auf Fehler, wie beispielsweise auf Fehler einer Motorsteuerung. Die Überwachungsvorrichtung 2 ist mit einem Motorsteuergerät 3 verbunden, das die Ansteuerung eines Antriebsmotors 4, insbesondere eines Ottomotors, vornimmt. Die Überwachungsvorrichtung 2 kann auch in dem Motorsteuergerät 3 implementiert sein.
  • Das Motorsteuergerät 3 ist weiterhin mit einem Fahrpedal 5 verbunden, um eine Angabe über eine Fahrpedalstellung aufzunehmen und diese einem Fahrerwunschmoment zuzuordnen. Das Motorsteuergerät 3 ist weiterhin ausgebildet, den Antriebsmotor 4 entsprechend dem Fahrerwunschmoment anzusteuern, so dass dieser ein Antriebsmoment zum Vortrieb des Fahrzeugs 1 bereitstellt, das im Wesentlichen dem Fahrerwunschmoment entspricht.
  • Die Überwachungsvorrichtung 2 dient in erster Linie zur Überwachung des Antriebs des Antriebsmotors 4 im Schubbetrieb. Dazu führt die Überwachungsvorrichtung 2 das Verfahren zur Überwachung auf Antriebsfehler aus, wie es durch das Funktionsdiagramm der 2 veranschaulicht wird.
  • Die in 2 veranschaulichte Funktion kann kennfeldbasiert sein und es wird eine von der eingespritzten Kraftstoffmenge abhängige Größe mit einem von einer Drehzahl des Antriebsmotors 4 abhängigen Schwellenwert verglichen. Es wird eine Fehlerbehandlung aufgerufen, sobald die von der Kraftstoffmenge abhängige Größe den Schwellenwert übersteigt.
  • Dazu wird in einem Einspritzmengenkennfeldblock 11 mithilfe eines vorgegebenen Kraftstoffmengenkennfelds eine Angabe über die momentan eingespritzte Kraftstoffmenge KM in eine Kraftstoffmengengröße DM umgewandelt. Die Kraftstoffmengengröße DM kann das Antriebsmoment bei optimalem Zündwinkel angeben.
  • In einem Zündwinkelwirkungsgradkennfeldblock 12 wird eine in dem Motorsteuergerät 3 bereitgestellte Angabe über einen Zündwinkel ZW, unter dem die Verbrennungen in den Zylindern des Antriebsmotors 4 erfolgen, mithilfe eines vorgegebenen Zündwinkelwirkungsgradkennfeld in einen Zündwinkelwirkungsgrad WG umgesetzt. Abweichungen von einem optimalen Zündwinkel führen zu einer Reduzierung des Wirkungsgrades des bereitgestellten Drehmoments.
  • Die Kraftstoffmengengröße DM wird in einem Multiplizierglied 13 mit dem Zündwinkelwirkungsgrad WG multipliziert, um eine Vergleichsgröße AM zu erhalten. Die Vergleichsgröße AM kann einem modellierten aktuellen Antriebsmoment entsprechen.
  • In einem Drehzahlkennfeldblock 14 wird mithilfe eines Drehzahlkennfelds eine bereitgestellte Drehzahlangabe DZ in einen Schwellenwert S umgewandelt. In einem Vergleichsblock 15 wird das aktuelle Antriebsmoment AM mit dem Schwellenwert S verglichen und es wird in einer Fehlerinformation F angezeigt, ob das modellierte aktuelle Antriebsmoment AM größer ist als der Schwellenwert S.
  • Die Überwachung soll nur dann durchgeführt werden, wenn bestimmte Freigabebedingungen vorliegen. Das Vorliegen der Freigabebedingungen wird in einem Freigabeblock 16 ermittelt.
  • Insbesondere wird in dem Freigabeblock 16 festgestellt, dass ein Schubbetrieb vorliegt und kein weiterer Drehmoment erhöhender Eingriff erfolgt. Im Detail können zum Erfüllen der Freigabebedingungen eines oder mehrere der folgenden Kriterien geprüft werden.
    • – Der Lambdawert entspricht 1, d. h. das Luft-/Kraftstoffverhältnis befindet sich in einem stöchiometrischen Gleichgewicht, oder einem vorgegebenen Wert, z. B. 0,95.
    • – Es liegt ein Schubbetrieb vor, d. h. der Fahrer gibt über eine Nichtbetätigung eines Fahrpedals einen Fahrpedalwinkel von 0 und damit ein Fahrerwunschmoment von 0 vor.
    • – Es ist keine Drehzahlregelung aktiv, wie beispielsweise die Leerlaufdrehzahlregelung.
    • – Es findet kein Drehmoment erhöhender Getriebeeingriff statt.
    • – Es findet kein Drehmoment erhöhender Fahrstabilitätseingriff statt.
    • – Es findet kein Drehmoment erhöhender Tempomateingriff statt.
    • – Es wird von Nebenaggregaten keine Erhöhung des Antriebsmoments angefordert.
  • Sind die in dem Freigabeblock 16 geprüften Freigabebedingungen erfüllt, so wird die Freigabe zur Überwachung im Schubbetrieb aktiviert, so dass die Fehlerinformation F an den Ersatzfunktionsblock 18 weitergeleitet wird, sobald die Freigabebedingungen erfüllt sind. Im Ersatzfunktionsblock 18 wird ein Notbetrieb aktiviert, der für das Auftreten eines überwachten Fehlers vorgesehen ist. Der Notbetrieb kann beispielsweise einen Notlaufbetrieb oder ein Abschalten des Verbrennungsmotors 4 umfassen. Der Ersatzfunktionsblock 18 kann z. B. vorsehen, dass keine Motordrehzahlen über einer durch das Drehzahlkennfeld 14 applizierten Schwelle mehr zugelassen werden.
  • Zusätzlich kann die Fehlerinformation F entprellt werden, so dass kurzzeitige Überschreitungen des Schwellenwerts S durch das aktuelle Antriebsmoment unberücksichtigt bleiben.
  • Die den Kennfeldblöcken 11, 12, 14 zugeführten Größen, die Angabe über die Kraftstoffmenge KM, die Angabe über den Zündwinkel ZW und die Drehzahlangabe, sind überwachte Größen, die gemäß einem 3-Stufen-Sicherungskonzept im Motorsteuergerät 3 als sichere Größen vorliegen. Das heißt die Richtigkeit der Größen wird bereits durch andere Plausibilitätsalgorithmen gewährleistet.
  • Die Aktivierung der Überwachung des Antriebssystems mithilfe des Freigabeblocks 16 kann auch an anderer Stelle der Funktion implementiert sein. Beispielsweise können der Vergleichsblock 15 sowie die Kennfeldblöcke 11, 12, 14 abhängig von einem Freigabesignal FS aktivierbar sein. Wesentlich ist, dass die Überwachungsfunktion nur dann aktiv ist, wenn die Freigabebedingungen erfüllt sind.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Überwachung eines Antriebssystems eines Fahrzeugs (1) auf Fehler, wobei das Antriebssystem einen Antriebsmotor (4) aufweist, der abhängig von einer eingespritzten Kraftstoffmenge ein Drehmoment bereitstellt, mit folgenden Schritten: – Durchführen eines Schwellenwertvergleichs einer aus einer Angabe (KM) über eine eingespritzte Kraftstoffmenge ermittelten Größe und eines aus einer Drehzahlangabe (DZ) über die Drehzahl des Antriebsmotors (4) ermittelten Schwellenwertes (S); – Ermitteln einer Fehlerinformation (F), die einen Fehler im Antriebssystem angibt, abhängig von dem Ergebnis des Schwellenwertvergleichs.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei, nur wenn ein Schubbetrieb des Fahrzeugs (1) festgestellt wird, bei dem ein Antrieb des Fahrzeugs (1) kein Antriebsmoment bereitstellen soll, die Fehlerinformation (F) einer nachgeordneten Funktion bereitgestellt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Schwellenwertvergleich durchgeführt wird, indem aus der Angabe (KM) über die eingespritzte Kraftstoffmenge eine Angabe (DM) über ein Drehmoment bei einem optimalen Zündwinkel bestimmt wird, wobei die Angabe (DM) über das Drehmoment bei einem optimalen Zündwinkel mit einer Wirkungsgradangabe (WG) multipliziert wird, um eine Vergleichsgröße (AM) zu erhalten, wobei die Vergleichsgröße mit dem Schwellenwert (S) verglichen wird, um die Fehlerinformation (F) zu erhalten.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Angabe (DM) über ein Drehmoment bei einem optimalen Zündwinkel mithilfe eines vorgegebenen Kraftstoffmengenkennfelds aus der Angabe (KM) über die eingespritzte Kraftstoffmenge bestimmt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Wirkungsgradangabe (WG) mithilfe eines vorgegebenen Zündwinkelwirkungsgradkennfelds aus einer Angabe (ZW) über einen Zündwinkel bestimmt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei der Schwellenwert aus der Drehzahlangabe (DZ) mithilfe eines vorgegebenen Drehzahlkennfelds bestimmt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Angabe (KM) über die eingespritzte Kraftstoffmenge und die Drehzahlangabe (DZ) als sichere Größen bereitgestellt werden, die gemäß einem Plausibilisierungsverfahren auf Richtigkeit überprüft wurden.
  8. Überwachungsvorrichtung (2) zur Überwachung eines Antriebssystems eines Fahrzeugs (1) auf Fehler, wobei das Antriebssystem einen Antriebsmotor (4) aufweist, der abhängig von einer eingespritzten Kraftstoffmenge ein Drehmoment bereitstellt, wobei die Überwachungsvorrichtung (2) ausgebildet ist, um: – einen Schwellenwertvergleich einer aus einer Angabe (KM) über eine eingespritzte Kraftstoffmenge ermittelten Größe und eines aus einer Drehzahlangabe (DZ) über die Drehzahl des Antriebsmotors (4) ermittelten Schwellenwertes durchzuführen; und – um eine Fehlerinformation, die einen Fehler im Antriebssystem angibt, abhängig von dem Ergebnis des Schwellenwertvergleichs zu ermitteln.
  9. Antriebssystem für ein Fahrzeug, umfassend: – einen Antriebsmotor (4) zum Antreiben des Fahrzeugs; – ein Motorsteuergerät (3) zum Steuern des Antriebsmotors; – die Überwachungseinheit (2) nach Anspruch 8.
  10. Computerprogrammprodukt, das einen Programmcode enthält, der, wenn er auf einer Datenverarbeitungseinheit ausgeführt wird, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchführt.
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