DE19753840C1 - Mikroprozessor-gestütztes Steuergerät für Benzin- und Dieselmotoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Mikroprozessor-gestütztes Steuer­ gerät für Benzin- und Dieselmotoren.

Zum Hintergrund der Erfindung ist festzuhalten, daß moderne Kraftfahrzeugmotoren über ein "intelligentes" Motormanagement verfügen, das in der Regel mehrere Diagnosefunktionen zur Verfügung stellt. So werden beispielsweise abgasrelevante Da­ ten oder grundsätzlich auftretende Fehler an Bauteilen durch entsprechende Sensoren erfaßt und durch das Steuerprogramm des Steuergerätes in entsprechenden Speichern abgelegt. Wäh­ rend eines Kundendienstes oder einer Reparatur kann das Werk­ stattpersonal durch ein entsprechendes Diagnosegerät die in den Speichern abgelegten Daten und Meldungen auslesen, die zugehörigen Reparaturen und Wartungsarbeiten durchführen und die Speicher zur Löschung der nun überholten Daten- oder Feh­ lermeldungen rücksetzen.

Bei weniger gut ausgerüsteten Werkstätten können aufgrund des vorstehend geschilderten Organisationsablaufes Probleme da­ hingehend auftreten, daß zwar die entsprechenden Wartungsar­ beiten durchgeführt, wegen des Fehlens eines Diagnosegerätes die entsprechenden Fehlermeldungen in den Speichern jedoch nicht zurückgesetzt werden können. Insoweit wird der Fahrer durch z. B. eine nichtgelöschte Aufforderung zur Durchführung eines Kundendienstes ständig irritiert, obwohl wartungstech­ nisch alles in bester Ordnung ist.

Bei früheren Generationen von elektronischen Steuergeräten für Benzin- und Dieselmotoren wurden flüchtige Speicherbau­ steine in Form von RAMs verwendet, die zur Haltung der Daten ständig von der Fahrzeugbatterie versorgt werden mußten. Dies hatte zwar den Nachteil einer großen Stromaufnahme, im Falle einer Versorgungsunterbrechung wurden jedoch alle abgelegten Fehler- und Datenmeldungen in den Speichern automatisch ge­ löscht. Es konnte also durch Abklemmen der Fahrzeugbatterie ein Rücksetzen der entsprechenden Speicher erreicht werden.

Im Zuge neuer Speichertechnologien wurden nichtflüchtige Speicher, wie z. B. Flash- oder EEPROM-Speicher entwickelt, die auch ohne Spannungsversorgung ihre Daten halten. Ferner ist gemäß einschlägiger gesetzlicher Vorschriften in ver­ schiedenen Ländern das Löschen bestimmter Daten nicht zuläs­ sig.

Es hat sich nun herausgestellt, daß unter praktischen Ge­ sichtspunkten viele Automobil- bzw. Motorenhersteller die Möglichkeit eines Löschens der Fehlerspeicher - zumindest im gesetzlich erlaubten Rahmen - durch Abklemmen der Fahrzeug­ batteriespannung nach wie vor für wünschenswert erachten, um ein Rücksetzen von Fehlermeldungen usw. auch bei nichtverfüg­ barem Diagnosegerät zu ermöglichen.

Johann Stelzer beschreibt in seiner Ab­ handlung - "Mehr Sicherheit für Mikrocontroller-Applikatio­ nen" die in der Zeitschrift DESIGN & ELEKTRONIK, Ausgabe 1/2 vom 15.01.1991 auf Seite 58, 59, veröffentlicht ist, eine Kontrolleinheit, die mit einem Chip versehen ist. Dieser Chip umfaßt im wesentlichen die Funktionen eines 5-V-Spannungs­ reglers, einer Niederspannungsüberwachung, eines Power-on- Reset-Pulse-Generators und eines Watchdogs. Mit dieser Anord­ nung soll gewährleistet werden, daß bei Störungen die Kon­ trolleinheit nicht aus dem Rhythmus gebracht wird oder zumin­ dest ein definierter Neustart möglich sein wird.

Aus der US-Zeitschrift - IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 33, No. 12, Mai 1991, Seiten 309 bis 311 - ist ein Com­ putersystem bekannt, das den Zustand einer ausgefallenen Ver­ sorgungsspannung in einem Ein-Bit-Speicher speichern kann, dessen Logiksignal vom Mikroprozessor erfaßbar und zur weite­ ren Programmablaufsteuerung einsetzbar ist.

Der Erfindung liegt also das Problem zugrunde, eine Schaltung zur Verfügung zu stellen, die ein Abklemmen der Batterie er­ kennt und speichert. Diese Funktion muß auch bei abgeschalte­ tem Steuergerät verfügbar sein, wobei bei einem Systemstart - also z. B. beim Wiederanlassen des Motors - das zuvor erfolg­ te vorübergehende Abklemmen der Batterie erkannt und entspre­ chend softwareseitig verarbeitet werden kann. Ferner darf diese Schaltung nur einen niedrigen Stromverbrauch bei inak­ tivem Steuergerät haben. Hohe Stromverbräuche, wie sie beim Einsatz von RAMs auftraten, werden von den Anwendern solcher Steuergeräte nicht mehr akzeptiert.

Zur Lösung der vorstehend erörterten Problematik wird ein Mi­ kroprozessor-gestütztes Steuergerät für Benzin- und Dieselmo­ toren mit einem zentralen Mikroprozessor, einem Spannungsreg­ ler zur Versorgung des Mikroprozessors mit seiner Betriebs­ spannung, einem Batterieanschluß zur Einspeisung der Fahr­ zeugbatteriespannung in den Spannungsregler und einer Spei­ cherschaltung vorgeschlagen, die einerseits mit dem Batterie­ anschluß und andererseits über einen Auslese-Ausgang und ei­ nen Rücksetz-Eingang mit dem Mikroprozessor verbunden ist. Die Speicherschaltung ist als Ein-Bit-Speicher auf der Basis einer Thyristorfunktionsschaltung derart ausgelegt, daß nach einem vorübergehenden Abklemmen der Fahrzeugbatteriespannung dieses Ereignis am Auslese-Ausgang durch ein Logiksignal an­ zeigbar ist, das vom Mikroprozessor erfaßbar und zur weiteren Programmablaufsteuerung einsetzbar ist. Der Auslese-Ausgang der Speicherschaltung ist durch ein Rücksetzsignal des Mikro­ prozessors über den Rücksetz-Eingang logisch rücksetzbar.

Ausgehend von dieser Speicherschaltung wird ein Abklemmen der Batterie durch die softwareseitig gesteuerte Abfrage des Aus­ lese-Ausgangs der Speicherschaltung vom Mikroprozessor er­ kannt und als ein Bit breite Information dem Mikroprozessor nach dem Systemhochlauf zur Verfügung gestellt. Durch Imple­ mentierung in der Steuersoftware des Mikroprozessors werden nach Erkennen dieser Information alle weiteren Löschvorgänge und gegebenenfalls noch weiter vorgesehene Maßnahmen unabhän­ gig von der Hardware vorgenommen. Daten, die z. B. aufgrund gesetzlicher Abgasvorschriften etc. nicht gelöscht werden dürfen, können dabei von einem Löschen ausgenommen werden, bleiben also sicher gespeichert, da der Löschvorgang nicht durch die Hardware von sich aus ausgelöst wird.

Wie aus der Beschreibung des Ausführungsbeispiels noch deut­ licher wird, ist unter dem Begriff "Thyristorfunktions­ schaltung" eine Schaltung zu verstehen, die thyristorartige Eigenschaften aufweist, also durch Spannungsimpulse zu zünden und durch Unterbrechung der Spannungsversorgung zu löschen ist. Durch dieses Zünden und Löschen können entsprechende lo­ gische Zustände am Auslese-Ausgang, also z. B. ein Logiksi­ gnal "high" (= hoher Pegel) erzeugt werden, das über den Rücksetz-Eingang logisch rücksetzbar, also auf "low" (= nied­ riger Pegel) überführbar ist.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Steuergerätes ist die Speicherschaltung mit einer Potentialtrennstufe zur Po­ tentialtrennung zwischen Auslese-Ausgang und Thyristorfunkti­ onsschaltung versehen. Dadurch ist der Stromverbrauch der Speicherschaltung sehr niedrig, was sich insbesondere bei ab­ geschaltetem Steuergerät (etwa im Zustand "Motor aus") posi­ tiv bemerkbar macht.

Die Thyristorfunktionsschaltung ist vorzugsweise durch zwei gegeneinander geschaltete Bipolartransistoren gebildet. Die Potentialtrennstufe kann durch einen MOSFET-Transistor gebil­ det sein.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung entnehmbar, in der ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert wird. Es zeigen:

Fig. 1 ein stark schematisiertes Blockdiagramm eines Steuer­ gerätes, und

Fig. 2 ein Schaltbild der Speicherschaltung des Steuergerä­ tes.

Wie aus Fig. 1 deutlich wird, sind die Grundkomponenten des Steuergerätes 1 ein zentraler Mikroprozessor 2, der in übli­ cher Weise mindestens eine zentrale Recheneinheit, einen Ar­ beitsspeicher, einen Programmspeicher, einen Datenspeicher und entsprechende Schnittstellen zur Peripherie aufweist. Zur Energieversorgung des Mikroprozessors ist ein Spannungsregler 3 vorgesehen, der eingangsseitig mit der Fahrzeugbatterie­ spannung VB gekoppelt ist. Ausgangsseitig stellt der Span­ nungsregler 3 z. B. 5 V zur Verfügung, was derzeit Standard für den Wert der Betriebsspannung bei Mikroprozessoren ist.

An dem Batterieanschluß 4 des Steuergerätes 1 ist nun eine als Ganzes mit 5 bezeichnete Speicherschaltung angeschlossen. Diese weist einen Auslese-Ausgang 6 und einen Rücksetz-Ein­ gang 7 auf, über die die Speicherschaltung 5 mit dem Mikro­ prozessor 2 verbunden ist.

Wie im folgenden noch aus der Erläuterung des Schaltbildes nach Fig. 2 deutlich wird, ist die Speicherschaltung 5 als Ein-Bit-Speicher auf der Basis einer Thyristorfunktionsschal­ tung derart ausgelegt, daß nach einem vorübergehenden Abklem­ men der Batteriespannung VB vom Batterieanschluß 4 dieses Er­ eignis am Auslese-Ausgang 6 beispielsweise durch ein Logiksi­ gnal "high" angezeigt wird. Dies wiederum kann vom Mikropro­ zessor 2 erfaßt und zur weiteren Programmablaufsteuerung ein­ gesetzt werden. Bei dieser Programmablaufsteuerung äußert sich die Detektion eines Abklemm-Ereignisses dann etwa darin, daß bestimmte Speicherinhalte im Datenspeicher des Mikropro­ zessors 2 gelöscht werden. Ferner sieht es die Software- Ablaufroutine im Mikroprozessor vor, daß nach dem Abstellen des Motors und damit nach dem Deaktivieren des Steuergerätes 1 vom Mikroprozessor 2 ein Rücksetzsignal an den Rücksetz- Eingang 7 der Speicherschaltung 5 übermittelt wird, so daß der Auslese-Ausgang 6 logisch wieder zurückgesetzt wird. Da­ mit kann ein neuerliches Abklemmen des Batterieanschlusses 4 von der Fahrzeugbatteriespannung VB detektiert und logisch angezeigt werden.

Anhand von Fig. 2 können Aufbau und Funktion der Speicher­ schaltung 5 erläutert werden. So wird die Fahrzeugbatterie­ spannung VB über den Batterieanschluß 4 zwischen ein entge­ gengesetzt geschaltetes Diodenpaar D1, D2 eingespeist, das gegen eine Verpolung schützt. Über ein R-C-Glied bestehend aus dem Widerstand R7 und Kondensator C2 wird die Fahrzeug­ batteriespannung VB zum eigentlichen Herzstück der Speicher­ schaltung 5 weitergeleitet, nämlich der aus den beiden Bipo­ lartransistoren T1, T2 bestehenden Thyristorfunktionsschal­ tung. Wie aus der Fig. 2 deutlich wird, sind die beiden Tran­ sistoren T1, T2 gegeneinander geschaltet, wobei der eingangs­ seitige Bipolartransistor T1 mit seinem Emitter-Anschluß 8 an die Fahrzeugbatteriespannung VB angeschlossen ist. Ferner ist der Basisanschluß 9 über einen Widerstand R4 ebenfalls mit dem Batterieanschluß 4 verbunden, Basis-Emitter-Strecke des Bipolartransistors T1 und der Widerstand R4 liegen also par­ allel. Der Basisanschluß 9 ist ferner mit dem Kollektoran­ schluß 10 des ausgangsseitigen Bipolartransistors T2 verbun­ den. Letzterer ist mit seinem Basisanschluß 11 an den Mitten­ abgriff 12 eines Spannungsteilers R2, R3 angeschlossen, der wiederum mit dem Kollektoranschluß 13 des eingangsseitigen Transistors T1 verbunden ist. Schließlich ist der Emitter- Anschluß 14 mit den Gate-Anschluß 15 eines MOSFET-Transistors T3 verbunden, der als Potentialtrennstufe dient. Der Gate- Anschluß 15 ist über eine Zener-Diode D3 mit parallel liegen­ dem Widerstand R5 in seiner Eingangsspannung begrenzt.

Der Drain-Anschluß 16 bildet den Auslese-Ausgang 6 der Spei­ cherschaltung 5, der mit einem entsprechenden Eingang des Mi­ kroprozessors 2 verbunden ist. Ferner wird dem Drain-Anschluß 16 über einem entsprechenden Widerstand R6 die Betriebsspan­ nung VCC vom Spannungsregler 3 zur Verfügung gestellt.

Die aus den beiden Bipolartransistoren T1, T2 bestehende Thy­ ristorfunktionsschaltung weist ferner einen Rücksetz-Eingang 7 auf, der vom Mikroprozessor 2 angesteuert wird. Der Rück­ setz-Eingang 7 ist über ein R-C-Glied R1, C1 und ein Schutz­ diodenpaar D4, D5 auf dem Mittenabgriff 12 des Spannungstei­ lers R2, R3 gelegt. Die damit realisierbare Rücksetzfunktion wird aus der folgenden Beschreibung der Funktionsweise der gesamten Speicherschaltung 5 deutlich:

Ausgegangen wird von der Situation, daß der Motor abgestellt wurde, das Steuergerät 1 also inaktiv ist. Wird nun die Fahr­ zeugbatteriespannung VB abgeklemmt, ist die gesamte Anordnung strom- und spannungslos. Nach dem Wiederanklemmen der Span­ nung VB herrscht am Emitter-Anschluß 8 und Basis-Anschluß 9 des Transistors T1 die gleiche Spannung, der Transistor T1 sperrt also. Dies bedeutet, daß der mit dem Kollektor-An­ schluß 13 des Transistors T1 verbundene Basis-Anschluß 11 des Transistors T2 auf niedrigem Pegel liegt, der Transistor T2 sperrt also. Dies wiederum bedeutet, daß der Gate-Anschluß 15 des MOSFET-Transistors T3 ebenfalls auf niedrigem Pegel liegt und sperrt. Dadurch steht die Betriebsspannung VCC am Ausle­ se-Ausgang 6 vollständig zur Verfügung, was als Logiksignal "high" definiert ist.

Beim Wiedereinschalten des Motors, d. h. beim Aktivieren des Steuergerätes 1 wird der Mikroprozessor 2 softwareseitig so gesteuert, daß der Auslese-Ausgang 6 der Speicherschaltung 5 abgefragt wird. Durch das Logiksignal "high" wird dem Mikro­ prozessor 2 mitgeteilt, daß ein Abklemmen der Batterie statt­ gefunden hat. Folglich werden wiederum softwareseitig gesteu­ ert die entsprechenden Fehlerspeicher und andere zulässige Daten im Mikroprozessor 2 gelöscht.

Während des Betriebs des Steuergerätes - also während des Mo­ torlaufs - ist das Ereignis eines Batterieabklemmens naturge­ mäß nicht von Bedeutung. Es muß erst nach Abstellen des Mo­ tors neuerlich abzufragen sein. Um dies zu gewährleisten, ist das Steuerprogramm des Mikroprozessors 2 so ausgelegt, daß nach jedem Abstellen auf den Rücksetz-Eingang 7 ein Span­ nungsimpuls vom Mikroprozessor 2 gegeben wird. Der Basis- Anschluß 11 liegt damit auf hohem Pegel und der Bipolartran­ sistor T2 wird leitend. Dadurch fließt über den Widerstand R4 ein Strom, der wiederum dem Bipolartransistor T1 in leitenden Zustand versetzt. Dies hält in Folge den zweiten Bipolartran­ sistor T2 in leitendem Zustand, obwohl über den Rücksetz- Eingang 7 keine Spannung mehr anliegt. Insgesamt bleiben die beiden Transistoren T1, T2 also leitend und sind im Sinne ei­ ner Thyristorfunktionssschaltung also "gezündet".

Dies wiederum führt dazu, daß der Gate-Anschluß 15 auf hohem Pegel liegt und die Strecke zwischen Drain-Anschluß 16 und Source-Anschluß 17 leitend wird. Damit geht der Auslese- Ausgang 6 auf logisch "low" und bleibt es auch, sofern nicht die Fahrzeugbatteriespannung VB abgeklemmt wird und der damit verbundene, weiter oben beschriebene Funktionsablauf ein­ tritt.

Beim Wiederaktivieren des Steuergerätes 1 erkennt der Mikro­ prozessor 2 am Auslese-Ausgang 6 ein Logiksignal "low", was bedeutet, daß kein Abklemmen der Batterie stattgefunden hat.

Claims (6)

1. Mikroprozessor-gestütztes Steuergerät für Benzin- und Dieselmotoren mit

• 1. einem zentralen Mikroprozessor (2),
• 2. einem Spannungsregler (3) zur Versorgung des Mikroprozes­ sors (2) mit seiner Betriebsspannung (VCC),
• 3. einem Batterieanschluß (4) zur Einspeisung der Fahrzeugbat­ teriespannung (VB) in den Spannungsregler (3) und
• 4. einer Speicherschaltung (5),
  • 1. die einerseits mit dem Batterieanschluß (4) und anderer­ seits über einen Auslese-Ausgang (6) und einen Rücksetz- Eingang (7) mit dem Mikroprozessor (2) verbunden ist,
  • 2. die als 1-Bit-Speicher auf der Basis einer Thyristorfunk­ tionsschaltung (T1, T2) derart ausgelegt ist, daß nach ei­ nem vorübergehenden Abklemmen der Fahrzeugbatteriespannung (VB) dieses Ereignis am Auslese-Ausgang (6) durch ein Lo­ giksignal anzeigbar ist, das vom Mikroprozessor (2) erfaß­ bar und zur weiteren Programmablaufsteuerung einsetzbar ist und
  • 3. deren Auslese-Ausgang (6) durch ein Rücksetzsignal des Mi­ kroprozessors (2) über den Rücksetz-Eingang (7) logisch rücksetzbar ist.

2. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Speicherschaltung (5) mit einer Potential­ trenn-Stufe (T3) zur Potentialtrennung zwischen Auslese- Ausgang (6) und Thyristorfunktionsschaltung (T1, T2) versehen ist.

3. Steuergerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Thyristorfunktionsschaltung durch zwei gegeneinandergeschaltete Bipolartransistoren (T1, T2) gebil­ det ist.

4. Steuergerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der eingangsseitige Bipolartransistor (T1) mit seinem Emitter-Anschluß (8) und seinem Basis-Anschluß (9) an die Fahrzeugbatteriespannung (VB) sowie mit seinem Basis- Anschluß (9) an den Kollektor-Anschluß (10) des zweiten Bipo­ lartransistors (T2) angeschlossen ist.

5. Steuergerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß der ausgangsseitige Bipolartransistor (T2) mit seinem Basis-Anschluß (11) an den Rücksetz-Eingang (7) und den Kollektor-Anschluß (13) des ersten Bipolartransistors (T1) sowie mit seinem Emitter-Anschluß (14) an der Poten­ tialtrennstufe (T3) angeschlossen ist

6. Steuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Potentialtrennstufe durch ei­ nen MOSFET-Transistor (T3) gebildet ist, dessen Gate-Anschluß (15) mit dem Ausgang (14) der Thyristorfunktionsschaltung (T1, T2) verbunden ist.