DE19609242A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Antriebseinheit eines Fahrzeugs - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Antriebseinheit eines FahrzeugsInfo
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Description
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 Fig. 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.
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.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Dabei zeigt
Fig. 1 ein Strukturbild einer Steuereinrichtung für eine
Antriebseinheit, während in den Fig. 2 und 3 anhand von
Flußdiagrammen ein erstes Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Lösung dargestellt ist. Fig. 4 zeigt
Signalverläufe für dieses Ausführungsbeispiel. In den Fig. 5,
6 und 7 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Lösung als Blockschaltbild bzw. als
Flußdiagramme dargestellt.
In Fig. 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 Fig. 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 dieses
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 Fig. 2 und 3 anhand von Flußdiagrammen dargestellt.
Diese skizzieren die Realisierung der Lösung als Programme im
Überwachungsmodul und der Funktionsüberwachung.
Das in Fig. 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 Fig. 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 β sowie die
Motordrehzahl Nmot eingelesen und gemäß Schritt 202 auf der Basis
eines vorgegebenen Kennfeldes, einer vorgegebenen Tabelle oder
vorgegebener Berechnungsschritte aus Betätigungsgrad β 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 vorbestimmten 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 Fig. 4 ist die erfindungsgemäße Lösung anhand von
Zeitdiagrammen dargestellt. Dabei zeigt Fig. 4a den Zeitverlauf
des Reizsignals, Fig. 4b den des Ist- und des zulässigen
Moments, Fig. 4c den des Fehlerzählers, Fig. 4d den Eingriff
eines Fahrgeschwindigkeits- oder Schleppmomentenreglers und
Fig. 4e den Zeitverlauf des Rückmeldesignals des Mikrocomputers
22 an das Überwachungsmodul 70.
Zu einem ersten Zeitpunkt T0 empfängt der Mikrocomputer 22 das
vom Überwachungsmodul ausgesetzte Reizsignal (vgl. Fig. 4a)
Das daraufhin nach Testdaten ermittelte Istmoment (Fig. 4b,
durchgezogene Linie) überschreitet unmittelbar danach das auf
der Basis des Betätigungsgrades berechnete zulässige Moment
(Fig. 4b, strichlierte Linie). Entsprechend läuft der
Fehlerzähler hoch, bis zum Zeitpunkt T1 der Maximalfehlerstand
Fmax erreicht ist (vgl. Fig. 4c). Dies führt zur Ausgabe eines
entsprechenden Fehlersignals gemäß Fig. 4e an das
Überwachungsmodul, zum Rücksetzen des Reizsignals und zur
Beendigung der Testsituation (vgl. Fig. 4a, 4b). In diesem
Beispiel arbeitete die Überwachung korrekt. Nach dem Zeitpunkt
T1 wird der Fehlerzähler wieder dekrementiert.
Zu einem weiteren Zeitpunkt T2 wird ein
Fahrgeschwindigkeitsregler aktiviert (Fig. 4d). In dieser
Betriebssituation wird das zulässige Moment erhöht (vgl. Fig.
4b). Zum Zeitpunkt T3 setzt das Überwachungsmodul ein Reizsignal
an den Mikrocomputer 22 ab. Dies führt entsprechend Fig. 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. Fig.
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 Fig. 4c wieder
dekrementiert.
Ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung
wird anhand der Fig. 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 Fig. 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 β, 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 β 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 Fig. 6 und 7
dargestellt. Dabei beschreibt Fig. 6 ein im Überwachungsmodul
ablaufendes Programm, während Fig. 7 ein im Mikrocomputer 22
ablaufendes Programm beschreibt.
Das in Fig. 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 Fig. 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 MIDiff 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
Momentengrößen 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 dem 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, Antriebsschlupfregler, 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 Zwischengrößen, z. B. das
zulässige Moment und das Istmoment, eine bewertete Differenz
bei Überschreiten von Schwellwerten etc. übermittelt.
Claims (11)
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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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |