DE4038337A1 - System zur steuerung und/oder regelung einer brennkraftmaschine - Google Patents
System zur steuerung und/oder regelung einer brennkraftmaschineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein System zur Steuerung und/oder Regelung
einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Pa
tentanspruchs.
Ein derartiges System ist aus der DE-OS 36 21 937 bekannt. Das dort
beschriebene System zur Steuerung und/oder Regelung einer Brenn
kraftmaschine verfügt über wenigstens eine Meßeinrichtung zur Erfas
sung eines Betriebsparameters der Brennkraftmaschine und/oder des
Kraftfahrzeugs, in dessen Abhängigkeit die Brennkraftmaschine ge
steuert und/oder geregelt wird. Dieser Betriebsparameter betrifft
insbesondere die Stellung eines leistungsbestimmenden Stellgliedes
und/oder eines vom Fahrer betätigbaren Bedienelements. Eine Fehl
funktionserkennung für die Meßeinrichtung findet ausgehend von den
von hier abgegebenen, den die Betriebsparameter repräsentierenden,
Signalwerten durch Vergleiche dieser Signalwerte mit vorgegebenen
Grenzwerten statt.
Schwierigkeiten treten dann auf, wenn der zur Erfassung eines Be
triebsparameters der Brennkraftmaschine und/oder des Kraftfahrzeugs
eingesetzte Sensor in seinem Signalbereich Teilbereiche aufweist,
die durch eine beeinträchtigte, unvollständige Signalübertragung
oder Erzeugung gekennzeichnet sind. Solche Probleme treten bei
spielsweise durch Verunreinigung auf. Bei Potentiometer beispiels
weise bilden sich in Folge des Abtriebs auf der Widerstandsbahn in
Teilenbereichen ihres Bewegungsbereichs, schwer leitende Bereiche
aus. Dies ist insbesondere in den Wendepunkten der Fall. Diese Ver
unreinigungen führen zu einem großen Übergangswiderstand zwischen
Widerstandsbahn und Schleiferabgriff und damit auch zu einem fal
schen Betriebsparameter-Signalwert. Dies führt bei bekannten Über
wachungssystemen zu einer Fehlermeldung und somit zum Ausfall des
mit der Meßeinrichtung ausgestatteten Systems.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen anzugeben,
die eine umfassende Betriebssicherheit und Verfügbarkeit eines Steu
er- und/oder Regelsystems einer Brennkraftmaschine gewährleisten.
Dies wird dadurch erreicht, daß zur Fehlerüberprüfung der den Be
triebsparameter erfassenden Meßeinrichtung ein Überprüfungsverfahren
eingesetzt wird, welches innerhalb vorgegebener Teilbereiche keine
Überprüfung durchführt.
Aus der DE-OS 35 10 173 ist eine Überwachungseinrichtung für eine
elektronisch gesteuerte Drosselklappe in einem Kraftfahrzeug be
kannt, wobei insbesondere mit dem Fahrpedal eine Meßeinrichtung ver
bunden ist, welche in einem der Ausführungsbeispiele aus einem Stel
lungsgeberpotentiometer und einem Überwachungspotentiometer besteht.
Der vom Stellungsgeberpotentiometer gelieferte Signalwert wird in
einer Logikeinheit mit den aus dem Signal des Überwachungspotentio
meter ermittelten Werten verglichen. Anhand der Signalgröße des
Stellungsgeberpotentiometers im Vergleich zu den Signalwerten des
Überwachungspotentiometers wird die Funktion der Einrichtung über
prüft. Diese Vorgehensweise zeigt ebenfalls die oben genannten Nach
teile.
Ferner ist aus der nicht vorveröffentlichten DE-OS 40 04 083 ein
System zur Steuerung und/oder Regelung einer Brennkraftmaschine
abhängig von Signalwerten, die ein Betriebsparameter der Brennkraft
maschine und/oder des Kraftfahrzeuges repräsentieren bekannt. Dieses
System enthält eine Einrichtung zur Erfassung dieses Betriebsparame
ters. Eine Fehlfunktion dieser Einrichtung wird ausgehend von den
von ihr abgegebenen Signalwerten abgeleitet. Innerhalb vorgegebener
Teilbereiche ihres Signalbereichs erfolgt die Fehlerüberprüfung mit
geringerer Empfindlichkeit.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Vorgehensweise ist darin zu sehen,
daß ein Überprüfungsverfahren verwendet wird, das in Teilbereichen
keine Überprüfung durchführt. Diese Teilbereiche sind durch eine
beeinträchtigte und/oder unvollständige Signalübertragung oder -er
zeugung, beispielweise in Folge eines von Abrieben erhöhten Über
gangswiderstands zwischen Widerstandsbahn und Schleiferabgriff eines
Potentiometers, gekennzeichnet. Dadurch wird einerseits ermöglicht,
daß tatsächlich auftretende Fehlfunktionen des Sensors erkannt wer
den und ein Abschalten des gesamten Systems aufgrund der oben darge
legten vermeintlichen Fehlfunktion jedoch wirksam vermieden wird.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich in Verbindung mit den
Unteransprüchen sowie mit dem im folgenden beschriebenen Ausfüh
rungsbeispiel.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung darge
stellten Ausführungsbeispiele erläutert. Dabei zeigt Fig. 1 ein
Blockschaltbild 1 des Systems am Beispiel einer elektronischen Die
selregelung. Die Fig. 2 und 3 verdeutlichen die erfindungsgemäße
Vorgehensweise am Beispiel eines Kennliniendiagramms und eines Fluß
diagramms.
In Fig. 1 ist ein leistungsbestimmendes Stellglied 10 einer nicht
dargestellten Brennkraftmaschine, beispielsweise eine Regelstange
zur Steuerung der der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoffmenge
oder eine Drosselklappe zur Beeinflussung der Luftzufuhr zur Brenn
kraftmaschine, gezeigt. Ferner wird mit 20 ein vom Fahrer betätig
bares Bedienelement, ein Fahrpedal bezeichnet. Das Bedienelement 20
ist mechanisch mit mehreren Sensoren 30, 40 verbunden. Diese Senso
ren 30, 40 liefern Signale an eine Meßeinrichtung 50 zur Erfassung
der Betriebsparameter. Die Meßeinrichtung 50 zur Erfassung der Be
triebsparameter ist Teil eines Steuergeräts 100 das vorzugsweise als
Rechner ausgeführt ist. Es kann aber auch mittels diskreter Schal
tungen realisiert werden.
Dieses Steuergerät erhält desweiteren Signale eines Sensors 70, der
die Position des leistungsbestimmenden Stellglieds 10 anzeigt. Die
ser Sensor kann besonders vorteilhaft als Doppelsensor ähnlich wie
die Sensoren 30 und 40 ausgelegt sein. In diesem Fall erfaßt eine
Meßeinrichtung 55, die entsprechend wie die Meßeinrichtung 50 auf
gebaut ist, den Betriebsparameter. Weitere Sensoren 80 erfassen
Betriebskenngrößen, wie zum Beispiel die Drehzahl. Abhängig von den
Signalwerten, die die Betriebsparameter der Brennkraftmaschine
und/oder des Kraftfahrzeugs repräsentieren, sowie den Signalwerten
der weiteren Sensoren 80 berechnet das Steuergerät 100 Signale zur
Steuerung und/oder Regelung der Brennkraftmaschine. Diese dienen
insbesondere zur Beeinflussung des leistungsbestimmenden Stell
gliedes 10.
Die Sensoren 30 und 40 erfassen die Stellung des zugeordneten Ele
ments. Bei einem besonders einfachen Ausführungsbeispiel handelt es
sich bei dem Sensor 30 um ein Potentiometer, und bei dem Sensor 40
um einen Schalter. Am Ausgang dieses Schalters liegen abhängig von
der Stellung des Elements zwei unterschiedliche Signalzustände vor.
So kann der Schalter so realisiert sein, daß der Schalter im Leer
lauf geschlossen und bei Vollast geöffnet ist. In diesem Fall liegt
im Leerlauf eine hohe Spannung und außerhalb des Leerlauf eine nied
rige Spannung am Ausgang des Sensors 40 an. Es ist aber durchaus
möglich, daß der Schalter so realisiert ist, daß im Leerlauf eine
niedere Spannung und außerhalb des Leerlauf eine hohe Spannung am
Ausgang des Sensors 40 anliegt.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind beide Sensoren 30, 40 als
Potentiometer ausgeführt. Insbesondere können die beiden Sensoren
als Doppelpotentiometer realisiert sein. Hierbei ist die mechanische
Verbindung mit den beweglichen Schleiferabgriffen der Potentiometer
verbunden. Der Signalwert wird in diesem Fall an den Schleiferab
griffen abgenommen.
Die mechanische Verbindung der Sensoren bewirkt, daß eine Stellungs
änderung des zugeordneten Elements 20 zu einer entsprechenden Änderung
des Signalwerts beider Sensoren führt, so daß jeder Sensor für
sich ein, die Stellung des zugeordneten Elements repräsentierenden,
Signalwert erzeugt. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn beide
Sensoren als Potentiometer ausgeführt sind.
Der Sensor 70, der die Stellung des leistungsbestimmenden Stellglie
des 10 anzeigt, ist üblicherweise ebenfalls als Potentiometer, bzw.
als Doppelpotentiometer mit zwei Leiterbahnen ausgebildet.
Die Funktion der Anordnung nach Fig. 1 wird im folgenden erläutert.
Die Meßeinrichtung 50 liefert dem Steuergerät Signalwerte, die die
Stellung des Bedienelements 20 anzeigen. Hierzu werden bei einer
Realisierung als Rechner die analogen Signale der Sensoren 30 und 40
über AD-Wandler in digitale Größen gewandelt, die der Rechner 100
dann verarbeitet.
Abhängig von der Stellung des Bedienelements 20 und eventuell weite
rer Signale berechnet der Rechner ein Stellsignal für das leistungs
bestimmende Stellglied 10. Als solche weitere Signale kommt zum Bei
spiel das Drehzahlsignal in Frage. Die Berechnung erfolgt dabei ab
hängig vom Ausgangssignal des Sensors 30. Der Sensor 40 dient ledig
lich zur Funktionsüberwachung des Sensors 30.
Ferner ist es aber auch möglich, daß ein Mittelwert oder ein Mini
malwert aus den von den Sensoren 30 und 40 erzeugten Signalgrößen
zur Regelung der Stellung des Leistungsstellgliedes verwendet wird.
Dabei dient wenigstens eine der Signalgrößen eines der Sensoren zur
Überwachung der Funktion des oder der anderen Sensoren. Ist der Sen
sor 40 dagegen als Schalter realisiert, so dient dieser Sensor vor
rangig zur Bereitstellung eines Signals, das den Leerlauf anzeigt.
Desweiteren kann anhand eines Vergleichs der beiden Ausgangssignale
die Funktionsfähigkeit der beiden Sensoren überprüft werden. Ent
sprechendes gilt auch für den Sensor 70.
Neben den in der Fig. 1 dargestellten Funktionen des Steuergeräts
100 werden von diesem noch weitere Funktionen, wie beispielsweise
die Bestimmung des Einspritzzeitpunktes, des Zündzeitpunktes, der
Kraftstoffzumessung und/oder der Leerlaufregelung, ausgeführt.
Die Fig. 2 zeigt die Stellung-Signalgrößenkennlinie der beiden in
Fig. 1 ausgeführten Sensoren. Die durchgezogene Linie zeigt das
Ausgangssignal UPWG des Sensors 30, im folgenden als Potentiometer
bezeichnet, in Abhängigkeit der Winkelstellung WFP des Fahrpedals.
Strichpunktiert ist das Ausgangssignal des Sensors 40, im folgenden
als Leergasschalters bezeichnet, eingezeichnet. Unterhalb eines Win
kels W1 ist der Leergasschalter geschlossen und oberhalb eines Win
kels W2 ist der Leergasschalter geöffnet.
Dies ist eine mögliche Beschaltung des Leergasschalters. Es ist auch
denkbar, daß unterhalb des Winkels W1 der Leergasschalter geöffnet
und oberhalb des Winkels W2 geschlossen ist. Im Winkelbereich zwi
schen Winkel W1 und Winkel W2 ist der Schaltzustand des Leergas
schalters nicht definiert. Dies bedeutet, daß in diesem Winkelbe
reich der Leergasschalter beide Zustände einnehmen kann. Die Schal
terstellung hängt dabei davon ab, ob der Leergasschalter vorher
geschlossen oder geöffnet war.
Es können sechs Wertebereiche für das Ausgangssignal UPWG des Po
tentiometers unterschieden werden. Bei dem Wertebereich 1 handelt es
sich um eine Spannung, die im Normalbetrieb nicht auftritt. Der Wer
tebereich 2 ist derjenige Spannungsbereich aufgezeigt, in dem die
Signalübertragung bzw. die Signalerfassung fehlerhaft sein kann.
Dies entspricht dem Wertebereich der sich ergibt, wenn sich das
Potentiometer in seinem unteren Wendepunkt befindet. Der Werte
bereich 3 kennzeichnet denjenigen Wertebereich, in dem der Leergas
schalter üblicherweise geschlossen ist. Der Wertebereich 4 zeigt den
Wertebereich an, in dem die Schalterposition des Leergasschalters
nicht definiert ist. Im Wertebereich 5 ist der Leergasschalter üb
lichweise offen. Der Wertebereich 6 ist der Wertebereich, in dem die
Signalübertragung bzw. die Signalerfassung fehlerhaft sein kann,
weil sich das Potentiometer in der Nähe seines zweiten Wendepunkts
befindet.
Die bekannten Fehlerüberwachungseinrichtungen erkennen lediglich, ob
sich das Ausgangssignal im Bereich 1, 2 oder 3 befindet und gleich
zeitig der Leergasschalter geschlossen ist bzw. ob sich der Pedal
wertgeber im Bereich 5 befindet und der Leergasschalter offen ist.
Bei solchen Systemen kann nun der Fall eintreten, daß insbesondere
bei kleinen oder großen Winkeln die Signalerfassung fehlerhaft ist.
Dies führt dazu, daß bei großen bzw. bei kleinen Winkeln des Pedal
wertgebers die Leiterbahn unterbrochen ist und am Ausgang des Sen
sors eine sehr kleine Spannung anliegt, die sich im Wertebereich 1
befindet.
Befindet sich das Ausgangssignal des Sensors 30 im Wertebereich 1,
wird üblicherweise auf Fehler erkannt. Dies hat zur Folge, daß ein
Notfahrbetrieb eingeleitet wird. Da nach längerem Betrieb der Brenn
kraftmaschine bei sehr großen und sehr kleinen Winkeln des Potentio
meters sehr oft Verunreinigungen auftreten, tritt dieser Fall sehr
häufig auf. Dies hat zur Folge, daß es im Laufe der Zeit des Be
triebs der Brennkraftmaschine vermehrt zu Fehlerzuständen kommt,
obwohl eigentlich kein Fehler vorliegt.
Ferner erfolgt bei den bekannten Systemen eine Plausibilitätsabfrage
zwischen der Stellung des Leergasschalters und dem Ausgangssignal
des Pedalwertgebers. Für große Winkel des Pedalwertgebers muß der
Leergasschalter offen sein. Bei kleinen Winkeln, das heißt kleinem
Ausgangssignal muß der Leergasschalter geschlossen sein. Dies bedeu
tet, daß in den Teilbereichen 2 und 3 der Leergasschalter geschlos
sen und in den Teilbereichen 5 und 6 offen sein muß. Im Teilbereich
4 kann der Leergasschalter beide Stellungen einnehmen. Der Teilbe
reich 1 wird ausgeschlossen, da das Ausgangssignal des Pedalwertge
bers diesen Bereich nicht einnehmen kann.
Erfolgt nun eine Plausibilitätsabfrage, wenn sich der Pedalwertgeber
im Teilbereich 7 befindet, und tritt in diesen Fall eine Unterbre
chung in der Leiterbahn auf, so ist der Leergasschalter geöffnet und
das Ausgangssignal des Pedalwertgebers zeigt eine niedere Spannung
an. In diesem Fall wird auf unplausibel, also auf Fehler erkannt.
Eigentlich liegt aber kein Fehler vor, da der Leergasschalter offen
ist und der Pedalwertgeber einen großen Winkel aufweist. Es wird
also ein Notfahrbetrieb eingeleitet, obwohl kein Fehler vorliegt.
Eine ähnliche Problematik ergibt sich, wenn statt des Leergasschal
ters ein weiteres Potentiometer verwendet wird, das eine ähnliche
Ausgangscharakteristik besitzt wie der Leergasschalter. Ein solches
Potentiometer hat als Ausgangssignal bei kleinen Winkeln eine hohe
Spannung und bei großen Winkeln eine niedere Spannung entsprechend
wie das Ausgangssignal des Leergasschalters, wie es in Fig. 2
strichpunktiert eingezeichnet ist.
Treten nun bei einem solchen Potentiometer im Laufe des Betriebs
ebenfalls Ablagerungen auf, so liegt am Ausgang dieses zweiten Po
tentiometers eine kleine Spannung an, obwohl von seiner Stellung her
eine große Spannung anliegen müßte. Wird nun eine Plausibilitätsab
frage durchgeführt, so wird auf Fehler erkannt. Es werden also Feh
ler erkannt, obwohl der Pedalwertgeber voll funktionsfähig ist. Ein
Notfahrbetrieb ist in diesem Fall nicht notwendig. Bei den bekannten
System treten also sehr häufig Notfallzustände auf, obwohl keine
kritischen Betriebszustände vorliegen. Dies führt zu einer erhöhten
Ausfallrate des Systems.
Um dies zu vermeiden wird wie in Fig. 3 dargestellt vorgegangen. In
einem ersten Schritt 300 wird die Stellung des Potentiometers er
faßt. Eine Abfrageeinrichtung 310 erkennt, in welchen Teilbereichen
sich das Ausgangssignal befindet. Nimmt das Ausgangssignal des Po
tentiometers Werte an, die in den Teilbereichen 1, 2, 4 oder 7 lie
gen, so erfolgt keine Fehlerüberprüfung und das Prüfprogramm endet
im Schritt 304. Erkennt die Abfrage 310 dagegen, daß sich das Aus
gangssignal des Potentiometers in einem der Bereiche 3, 5 oder 6 be
findet, so erfolgt in der Abfrageeinheit 320 eine Fehlerüberprüfung.
Ein besonders einfaches Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht vor,
daß die Abfrageeinrichtung 310 lediglich überprüft, ob das Ausgangs
signal des Potentiometers um eine bestimmte Schwelle unter seinem
Maximalwert oder um eine bestimmte Schwelle über seinem Minimalwert
liegt. Dies bedeutet, daß das Potentiometer sich in der Nähe seiner
Wendepunkte befindet. Ist dies der Fall, so erfolgt keine Fehler
überprüfung. In der Nähe der Wendepunkte des Potentiometers findet
also keine Fehlerüberprüfung statt. Die Schwelle liegt üblicherweise
bei 10% des Maximalwerts des Ausgangssignals.
Diese geschieht besonders vorteilhaft in der Art, daß eine Plausibi
litätsprüfung des Ausgangssignals des Potentiometers 30 mit dem Aus
gangssignal des Leergasschalters 40 durchgeführt wird. Erkennt diese
Abfrageeinheit 320, daß das Ausgangssignal des Potentiometers un
plausibel zum Leergasschalter ist, so wird im Schritt 330 eine Feh
lermeldung abgegeben. Diese Fehlermeldung kann eine Anzeige auslö
sen, die den Fahrer über den aufgetretenen Fehler informiert. Es
kann auch vorgesehen sein, daß sofort ein Notfahrbetrieb eingleitet
wird. Besonders vorteilhaft ist es, wenn beide Maßnahmen durchge
führt werden. Wird kein Fehlerzustand erkannt, so endet das Unter
programm im Schritt 340.
Das beschriebene Verfahren ist nicht nur auf die Überwachung des
Pedalwertgebers beschränkt. Das beschriebene Verfahren ist auf alle
Einrichtungen zur Erfassung einer Betriebskenngröße anwendbar, bei
denen sich zwei Sensoren gegenseitig auf vorliegende Fehler prüfen.
Insbesondere ist es auch auf den Sensor 70, der die Stellung des
leistungsbestimmenden Elements anzeigt, anwendbar.
Claims (8)
1. System zur Steuerung und/oder Regelung einer Brennkraftmaschine,
wenigstens abhängig von Signalwerten, die ein Betriebsparameter der
Brennkraftmaschine und/oder des Kraftfahrzeugs repräsentieren und
von einer Einrichtung zur Erfassung dieser Betriebsparameter ermit
telt werden, wobei Fehlfunktionen dieser Einrichtungen ausgehend von
den von ihr abgegebenen Signalwerten abgeleitet werden, dadurch ge
kennzeichnet, daß in vorgegebenen Teilbereichen der Signalwerte kei
ne Fehlerüberprüfung erfolgt.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Betriebs
parameter die Stellung wenigstens eines die Leistung der Brennkraft
maschine beeinflussenden Stellwerks und/oder eines vom Fahrer betä
tigbaren Bedienelements darstellt.
3. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß wenigstens zwei Wertebereiche gebildet werden, wobei
innerhalb des einen eine Fehlerüberprüfung und eines anderen keine
Fehlerüberprüfung stattfindet.
4. System nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß es sich bei den Einrichtungen zur Erfassung von
Betriebsparametern um Sensoren und/oder Schalter handelt.
5. System nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß es sich bei diesen Sensoren um Potentiometer han
delt.
6. System nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß die vorgegebenen Teilbereiche durch eine
beeinträchtigte und/oder unvollständige Signalübertragung
und/oder -erfassung bestimmt sind.
7. System nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß in der Nähe der Wendepunkte des Potentio
meters keine Fehlerüberprüfung stattfindet.
8. System nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß wenn sich das Potentiometer in der Nähe
seiner Wendepunkte befindet keine Fehlerüberprüfung durchgeführt
wird.
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