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Die Erfindung geht von einem Verfahren
und von einer Vorrichtung zum Steuern einer Antriebseinheit nach
der Gattung der unabhängigen
Ansprüche aus.
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Es sind bereits Verfahren zur Steuerung
einer Antriebseinheit bekannt, bei denen die Antriebseinheit durch
mindestens eine Ansteuergröße angesteuert
wird. Bei der mindestens einen Ansteuergröße kann es sich dabei beispielsweise
um eine Kraftstoffzufuhr, einen Zündwinkel oder eine Luftzufuhr handeln.
Die letztgenannten beiden Größen jedoch in
der Regel nur für
Dieselmotoren.
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Vorteile der
Erfindung
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Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung
mit den Merkmalen der unabhängigen
Ansprüchen
haben demgegenüber
den Vorteil, dass ein aus mindestens einer von der mindestens einen
Ansteuergröße verschiedenen Betriebsgröße der Antriebseinheit
ermitteltes erstes Istdrehmoment der Antriebseinheit mit einem für die mindestens
eine Ansteuergröße charakteristischen Drehmomentenwert
plausibilisiert wird. Auf diese Weise können momentenerhöhende Fehler
außerhalb
der Ansteuerung bzw. eines Steuergerätes, beispielsweise aufgrund
einer Verbrennung von Fremdstoffen, erkannt werden.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch
angegebenen Verfahrens möglich.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn
als für
die mindestens eine Ansteuergröße charakteristischer Drehmomentenwert
ein aus der mindestens einen Ansteuergröße der Antriebseinheit abgeleitetes
zweites Istdrehmoment gewählt
wird. Auf diese Weise lässt
sich die Plausibilisierung besonders zuverlässig durch Vergleich des aus
der mindestens einen Ansteuergröße gebildeten
Istdrehmomentes mit dem aus der mindestens einen Betriebsgröße abgeleiteten
tatsächlichen
Istdrehmoment realisieren. Während
das aus der mindestens einen Ansteuergröße gebildete Istdrehmoment
einen außerhalb
der Ansteuerung liegenden momentenerhöhenden Fehler nicht erfasst,
wird ein solcher momentenerhöhender Fehler
durch das aus der mindestens einen Betriebsgröße abgeleitete tatsächliche
Istdrehmoment erfasst.
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Ein weiterer Vorteil ergibt sich,
wenn als für die
mindestens eine Ansteuergröße charakteristischer
Drehmomentenwert ein Solldrehmoment der Antriebseinheit gewählt wird.
Auf diese Weise gehen Toleranzen eines Momentenmodells zur Bestimmung der
mindestens einen Ansteuergröße aus dem
Sollmoment sowie Toleranzen bei der Rückrechnung des zweiten Istdrehmomentes
aus der mindestens einen Ansteuergröße nicht mit in die Plausibilisierung
ein. Die Plausibilisierung kann auf diese Weise genauer werden.
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Ein weiterer Vorteil ergibt sich,
wenn das zweite Istdrehmoment der Antriebseinheit überwacht wird,
indem es mit einem zulässigen
Drehmoment verglichen wird. Auf diese Weise lässt sich eine kontinuierliche
Momentenüberwachung
realisieren.
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Ein weiterer Vorteil ergibt sich,
wenn das erste Istdrehmoment in Abhängigkeit einer Motordrehzahl
der Antriebseinheit ermittelt wird. Auf diese Weise lässt sich
das erste Istdrehmoment besonders einfach und ohne zusätzliche
Sensorik ermitteln. Die Ermittlung des ersten Istdrehmomentes lässt sich
außerdem
auf diese Weise für
sämtliche
Verbrennungsmotoren realisieren, die üblicherweise bereits über einen
Drehzahlsensor verfügen.
Bei heutigen Verbrennungsmotoren ist dies in aller Regel der Fall.
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Ein weiterer Vorteil ergibt sich,
wenn für
den Fall, in dein das erste Istdrehmoment um mehr als einen vorgegebenen
Wert vom charakteristischen Drehmomentenwert abweicht, die Plausibilisierung als
fehlgeschlagen erkannt und eine Fehlerreaktion eingeleitet wird.
Auf diese Weise wird sichergestellt, dass momentenerhöhende Fehler
außerhalb
der Ansteuerung keine Fehlfunktionen der Antriebseinheit und keine
fehlerhafte Momentenüberwachung
zur Folge haben.
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Zeichnung
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert. Es
zeigen 1 ein Blockschaltbild
einer Motorsteuerung, 2 ein
erstes Funktionsdiagramm zur Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens
und der erfindungsgemäßen Vorrichtung, 3 ein zweites Funktionsdiagramm
zur Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung und 4 ein drittes Funktionsdiagramm
zur Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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In 1 kennzeichnet 20 eine
erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Steuern einer Antriebseinheit 1, die in den 2 bis 4 dargestellt ist. Die Antriebseinheit 1 treibt
beispielsweise ein Kraftfahrzeug an. Die Antriebseinheit 1 umfasst
dabei beispielsweise einen Motor. Der Motor kann bspw. als Verbrennungsmotor,
als Elektromotor oder als auf einem alternativen Antriebskonzept
basierender Motor ausgebildet sein. Im Folgenden soll beispielhaft
angenommen werden, dass der Motor als Verbrennungsmotor ausgebildet
ist. Der Verbrennungsmotor kann bspw. als Ottomotor oder als Dieselmotor
ausgebildet sein. Die Vorrichtung 20 ist dann in diesem
Beispiel als Motorsteuerung ausgebildet. Der Motorsteuerung 20 ist
gemäß 1 ein Fahrerwunschmoment von
einem Fahrpedal 45 zugeführt. Ferner können der
Motorsteuerung 20 wie in 1 dargestellt
eine oder mehrere externe Momentenanforderungen 50 zugeführt sein.
Die externen Momentenanforderungen 50 können dabei von externen Fahrzeugfunktionen,
wie beispielsweise einem Antiblockiersystem, einer Antriebsschlupfregelung,
einer Fahrgeschwindigkeitsregelung oder dergleichen erzeugt und
an die Motorsteuerung 20 weitergeleitet werden. In der
Motorsteuerung 20 erfolgt dann in dem Fachmann bekannter
Weise eine Momentenkoordination aus den zugeführten Momentenanforderungen 50 und
dem Fahrerwunschmoment. Dabei wird ein resultierendes von der Antriebseinheit 1 umzusetzendes
Soll moment bestimmt. Die Bestimmung des Sollmomentes erfolgt in
einer ersten Ebene 85 der Motorsteuerung 20 gemäß 3, der so genannten Funktionsebene, die
zur Realisierung der Gesamtheit der zum Betrieb des Verbrennungsmotors
notwendigen Funktionen dient. Gemäß 3 erfolgt die Bestimmung des Sollmoments
in einer Sollmomentenbestimmungseinheit 35. Das gebildete
Sollmoment wird anschließend
einem Momentenmodell 30 zugeführt und dort in Abhängigkeit
von Betriebsgrößen 55,
die gemäß 1 der Motorsteuerung 20 ebenfalls
zugeführt
werden, in die Ansteuerdauer und/oder den Ansteuerbeginn für mindestens
eine Ansteuergröße in ebenfalls
dem Fachmann bekannter Weise transformiert. Bei den Betriebsgrößen 55 kann
es sich beispielsweise um die Motordrehzahl, die Motortemperatur,
den Saugrohrdruck, usw. handeln. Als mindestens eine Ansteuergröße kann
dabei eine Kraftstoffeinspritzung 5, ein Zündwinkel 10 oder
eine Luftzufuhr 15 gewählt werden.
Im Falle eines Dieselmotors wird in der Regel nur die Kraftstoffeinspritzung 5 als
Ansteuergröße gewählt. Im
Falle eines Ottomotors können
eine oder mehrere der genannten Ansteuergrößen zur Umsetzung des Sollmomentes
gewählt
werden. Im Falle der Kraftstoffeinspritzung 5 ergibt sich
aus der Ansteuerdauer und dem Ansteuerbeginn eine in den Brennraum
des Verbrennungsmotors eingeleitete Kraftstoffmasse, die für die Umsetzung
des Sollmomentes erforderlich ist. Im Falle des Zündwinkels 10 ergibt
sich aus dem Ansteuerbeginn ein Zündwinkel für die Zündung des im Brennraum befindlichen Luft-/Kraftstoffgemisches,
der für
die Umsetzung des Sollmomentes erforderlich ist. Im Falle der Luftzufuhr 15 ergibt
sich aus der Ansteuerdauer und dem Ansteuerbeginn beispielsweise
einer Drosselklappe eine Frischluftfüllung im Brennraum, die für die Umsetzung
des Sollmomentes erforderlich ist. Die Bildung der Ansteuerdauer
und des Ansteuerbeginns der mindestens einen Ansteuergröße erfolgt
in einem Block 25 in der ersten Ebene 85 der Motorsteuerung 20 in
Abhängigkeit
der Vorgabe des Momentenmodells 30 , das ebenfalls in der
ersten Ebene 85 angeordnet ist. Mittels der durch den Block 25 repräsentierten
mindestens einen Ansteuergröße wird
das vorgegebene Sollmoment von der Antriebseinheit 1 in
der dem Fachmann bekannten Weise umgesetzt.
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Im Folgenden wird zunächst das
erste Ausführungsbeispiel
anhand von 2 beschrieben.
Dabei ist in der ersten Ebene 85 der Motorsteuerung 20 lediglich
der Block 25 für
die mindestens eine Ansteuergröße dargestellt.
Sie kann dabei wie zum zweiten Ausführungsbeispiel nach 3 beschrieben aus einem
vorgegebenen Sollmoment mit Hilfe des Momentenmodells 30 oder
aber auf beliebige andere dem Fachmann bekannte Weise bezüglich ihrer
Ansteuerdauer und/oder ihrem Ansteuerbeginn eingestellt werden.
In einer zweiten Ebene 90 der Motorsteuerung 20 wird
eine Momentenüberwachung durchgeführt. Aufgrund
der in der ersten Ebene 85 berechneten Ansteuerdauer und/oder
Ansteuerbeginn der mindestens einen Ansteuergröße stellt sich ein tatsächliches
erstes Istdrehmoment des Verbrennungsmotors bzw. der Antriebseinheit 1 ein.
In der zweiten Ebene 90 der Motorsteuerung 20 wird
nun anhand der mindestens einen Ansteuergröße aus der ersten Ebene 85 ein
zweites Istdrehmoment in einer Rückrechnungseinheit 65 mit
Hilfe der Inversen des Momentenmodells 30 bestimmt. Dieses
zweite Istdrehmoment des Verbrennungsmotors bzw. der Antriebseinheit 1 wird
in einer Momentenvergleichseinheit 70 mit einem zulässigen Drehmoment
verglichen. Das zulässige
Drehmoment wird in einer Bestimmungseinheit 75 in Abhängigkeit
einer redundanten Signalerfassung 80 in der zweiten Ebene 90 gebildet.
Das zulässige
Drehmoment kann dabei beispielsweise in dem Fachmann bekannter Weise
in Abhängigkeit
des Fahrerwunsches am Fahrpedal 45 ermittelt werden. Die
redundante Signalerfassung 80 kann dabei beispielsweise
mit Hilfe zweier Sensoren die Fahrpedalstellung des Fahrpedals 45 redundant erfassen. Überschreitet
das zweite Istdrehmoment das zulässige
Drehmoment, so wird eine Fehlerreaktion ausgelöst. Das beschriebene Verfahren
stellt sicher, dass steuergeräteinterne
Fehler, die zu einer fälschlicherweisen
Erhöhung
der mindestens einen Ansteuergröße und damit
es zweiten Istdrehmomentes führen,
sicher erkannt werden. Durch die geringe Toleranz zwischen der Ermittlung
der Ansteuerdauer und/oder des Ansteuerbeginns der mindestens einen Ansteuergröße beispielsweise
aus dem Momentenmodell 30 einerseits und der Ermittlung
des zweiten Istdrehmomentes aus der Ansteuerdauer und/oder dem Ansteuerbeginn
der mindestens einen Ansteuergröße beispielsweise
mit Hilfe der Inversen des Momentenmodells 30 andererseits
kann der Momentenvergleich in der Momentenvergleichseinheit 70 mit
geringer Fehlertoleranz ausgelegt werden, sodass eine Fehlerreaktion
schnell erfolgen kann.
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Erfindungsgemäß ist es nun vorgesehen, dass
in der zweiten Ebene 90 die Reaktion des Verbrennungsmotors
auf die Umsetzung des Sollmomentes bzw. auf die Ansteuerung der
Antriebseinheit 1 durch die mindestens eine Ansteuergröße beispielsweise
in Form des sich einstellenden Motordrehzahlverlaufs aufbereitet
wird. Der Motordrehzahlverlauf kann bspw. von einem in den Figuren nicht
dargestellten Drehzahlsensor in dem Fachmann bekannter Weise erfasst
und an die Motorsteuerung 20 als eine der Betriebsgrößen 55 weitergeleitet
werden. Diese Aufbereitung kann bspw. in der Form der Berechnung des
tatsächlichen
ersten Istdrehmomentes aus dem vom Drehzahlsensor gelieferten Motordrehzahlsignal
erfolgen. Ein Beispiel für eine
Berechnung des tatsächlichen
ersten Istdrehmomentes aus dem Motordrehzahlverlauf ist aus der MTZ
12/2002, Jahrgang 63, Seiten 1020 bis 1027 bekannt. Die
Ermittlung des ersten Istdrehmomentes erfolgt gemäß 2 in einer Drehzahlaufbereitungseinheit 60 in
der zweiten Ebene 90. Das erste Istdrehmoment wird in einer
Plausibilisierungseinheit 40 der zweiten Ebene 90 mit
den zweiten Istdrehmoment aus der Rückrechnungseinheit 65 verglichen.
Weicht das zweite Istdrehmoment um mehr als einen vorgegebenen Wert
vom ersten Istdrehmoment ab, so wird die Plausibilisierung als fehlgeschlagen
erkannt und eine Fehlerreaktion eingeleitet. Der vorgegebene Wert
kann dabei beispielsweise auf einem Prüfstand derart appliziert werden,
dass einerseits geringe Toleranzen zwischen dem ersten Istdrehmoment
und dem zweiten Istdrehmoment als Messfehlertoleranzen noch zugelassen
werden, größere Abweichungen
zwischen dem ersten Istdrehmoment und dem zweiten Istdrehmoment
auf Grund von momentenerhöhenden
Fehlern, die außerhalb
des Wirkungsbereichs der Motorsteuerung 20 liegen, jedoch
als Fehler erkannt werden. Dadurch werden momentenerhöhende Fehler
außerhalb
der Motorsteuerung 20, beispielsweise aufgrund der Verbrennung
von Fremdstoffen, sicher erkannt und führen zu einer Fehlerraktion.
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Im zweiten Ausführungsbeispiel nach 3 kennzeichnen gleiche Bezugszeichen
gleiche Elemente wie im ersten Ausführungsbeispiel nach 2. Die Bestimmung der Ansteuerdauer
und/oder des Ansteuerbeginns der mindestens einen Ansteuergröße aus dem
Momentenmodell 30 und dem Sollmoment in der ersten Ebene 85 wurde
bereits beschrieben. Die Momentenüberwachung in der zweiten Ebene 90 entspricht
der zweiten Ausführungsbeispiel
der Momentenüberwachung
in der zweiten Ebene 90 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel
wird beim zweiten Ausführungsbeispiel
das erste Istdrehmoment der Drehzahlaufbereitungseinheit 60 in
der Plausibilisierungseinheit 40 mit dem Sollmoment aus der
Sollmomentenbestimmungseinheit 35 verglichen. Weicht das
erste Istdrehmoment um mehr als den vorgegebenen Wert vom Sollmoment
ab, so wird die Plausibilisierung als fehlgeschlagen erkannt und eine
Fehlerreaktion eingeleitet. Der Vorteil bei der Plausibilisierung
des ersten Istdrehmomentes mit dem Solldrehmoment besteht darin,
dass die Toleranzen des Momentenmodells 30 sowie der Inversen des
Momentenmodells 30 nicht mit in die Plausibilisierung eingehen.
Auf diese Weise wird die Plausibilisierung noch genauer, sodass der
vorgegebene Wert geringer und momentenerhöhende Fehler außerhalb
des Wirkungsbereichs der Motorsteuerung 20 noch schneller
erkannt werden.
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Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel nach 4, in dem gleiche Bezugszeichen
gleiche Elemente wie in den vorherigen Figuren kennzeichnen, ist
die Drehzahlaufbereitungseinheit 60 in der ersten Ebene 85 der
Motorsteuerung 20 angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass
für die
Ermittlung des ersten Istdrehmomentes in der Drehzahlaufbereitungseinheit 60 weniger
Speicher- und Laufzeitbedarf erforderlich ist als in der zweiten
Ebene 90, der Überwachungsebene.
Dabei kann wie durch gestrichelte Pfeile in 4 dargestellt die Plausibilisierung des ersten
Istdrehmomentes in der Plausibilisierungseinheit 40 entweder
mit dem zweiten Istdrehmoment gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
oder mit dem Sollmoment gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
erfolgen. Die Momentenüberwachung
erfolgt beim dritten Ausführungsbeispiel
wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen
beschrieben in der zweiten Ebene 90, die die Funktionsüberwachung
der Antriebseinheit 1 realisiert.
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Die Berechnung des tatsächlich sich
einstellenden ersten Istdrehmomentes wurde beispielhaft mit Hilfe
des Motordrehzahlsignals beschrieben. Das tatsächlich sich einstellende erste
Istdrehmoment kann aber auch aus einer oder mehreren Betriebsgrößen der
Antriebseinheit 1, beispielsweise auch aus einem in einem
Abgasstrang des Verbrennungsmotors gemessenen Luft-/Kraftstoffgemischverhältnisses,
bestimmt werden, die von der mindestens einen Ansteuergröße verschieden
sind. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass ein außerhalb
des Wirkungsbereichs der Motorsteuerung 20 liegender momentenerhöhender Fehler
bei der Plausibilisierung mit dem Solldrehmoment oder mit dem zweiten
Istdrehmoment erkannt werden kann.
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Weitere Möglichkeiten zur Berechnung
des tatsächlich
sich einstellenden ersten Istdrehmomentes ergeben sich beispielsweise
aus einer Auswertung eines Drucksignals eines Zylinderinnendruckssensors
oder durch Auswertung einer Klopfsensorik, bei der aus dem Schwingungsverhalten
des Motorblocks eine Zündfrequenzkomponente
extrahiert werden kann, in Abhängigkeit
derer das erste Istdrehmoment bestimmt werden kann.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung
lassen sich sowohl für
Ottomotoren als auch für
Dieselmotoren einsetzen, wobei die mindestens eine Ansteuergröße jeweils
geeignet gewählt
werden muss.
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Das zweite Istdrehmoment bzw. das
Solldrehmoment stellen jeweils einen für die mindestens eine Ansteuergröße charakteristischen
Drehmomentenwert dar, mit dem das erste Istdrehmoment plausibilisiert
wird.
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Als Fehlerreaktion kann es in letzter
Konsequenz vorgesehen sein, dass die Antriebseinheit 1 abgeschaltet
wird, beispielsweise durch Ausblenden der Kraftstoffzufuhr. Bei
fehlgeschlagener Plausibilisierung kann außerdem die Momentenüberwachung ausgesetzt
werden.