DE4038337C2 - Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung und/oder Rege­ lung einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des unabhängi­ gen Patentanspruchs.

Stand der Technik

Ein derartiges System ist aus der DE 36 21 937 A1 bekannt. Das dort beschriebene System zur Steuerung und/oder Regelung einer Brennkraftmaschine verfügt über wenigstens eine Meßeinrichtung zur Erfassung eines Betriebsparameters der Brennkraftmaschine und/oder des Kraftfahrzeugs, in dessen Abhängigkeit die Brennkraftmaschine gesteuert und/oder geregelt wird. Dieser Betriebsparameter be­ trifft insbesondere die Stellung eines leistungsbestimmenden Stellgliedes und/oder eines vom Fahrer betätigbaren Bedienele­ ments. Eine Fehlfunktionserkennung für die Meßeinrichtung findet ausgehend von denen von hier abgegebenen, den die Betriebsparame­ ter repräsentierenden, Signalwerten durch Vergleiche dieser Signalwerte mit vorgegebenen Grenzwerten statt.

Aus der DE 35 10 173 A1 ist eine Überwachungseinrichtung für eine elektronisch gesteuerte Drosselklappe in einem Kraftfahrzeug be­ kannt, wobei insbesondere mit dem Fahrpedal eine Meßeinrichtung verbunden ist, welche in einem der Ausführungsbeispiele aus einem Stellungsgeberpotentiometer und einem Überwachungspotentiometer besteht. Der vom Stellungsgeberpotentiometer gelieferte Signalwert wird in einer Logikeinheit mit den aus dem Signal des Überwa­ chungspotentiometer ermittelten Werten verglichen. Anhand der Si­ gnalgröße des Stellungsgeberpotentiometers im Vergleich zu den Signalwerten des Überwachungspotentiometers wird die Funktion der Einrichtung überprüft. Diese Vorgehensweise zeigt ebenfalls die oben genannten Nachteile.

Ferner ist aus der nicht vorveröffentlichten DE 40 04 083 A1 ein System zur Steuerung und/oder Regelung einer Brennkraftmaschine abhängig von Signalwerten, die ein Betriebsparameter der Brenn­ kraftmaschine und/oder des Kraftfahrzeuges repräsentieren bekannt. Dieses System enthält eine Einrichtung zur Erfassung dieses Be­ triebsparameters. Eine Fehlfunktion dieser Einrichtung wird ausge­ hend von den von ihr abgegebenen Signalwerten abgeleitet. Inner­ halb vorgegebener Teilbereiche ihres Signalbereichs erfolgt die Fehlerüberprüfung mit geringerer Empfindlichkeit.

Schwierigkeiten treten dann auf, wenn der zur Erfassung eines Be­ triebsparameters der Brennkraftmaschine und/oder des Kraftfahr­ zeugs eingesetzte Sensor in seinem Signalbereich Teilbereiche auf­ weist, die durch eine beeinträchtigte, unvollständige Signalüber­ tragung oder Erzeugung gekennzeichnet sind. Solche Probleme treten beispielsweise durch Verunreinigung auf. Bei Potentiometer bei­ spielsweise bilden sich in Folge des Abtriebs auf der Widerstands­ bahn in Teilenbereichen ihres Bewegungsbereichs, schwer leitende Bereich aus. Dies ist insbesondere in den Wendepunkten der Fall. Diese Verunreinigungen führen zu einem großen Übergangswiderstand zwischen Widerstandsbahn und Schleiferabgriff und damit auch zu einem falschen Betriebsparameter-Signalwert. Dies führt bei be­ kannten Überwachungssystemen zu einer Fehlermeldung und somit zum Ausfall des mit der Meßeinrichtung ausgestatteten Systems.

Der Erfindung liegt daher die Problemstellung zugrunde, Maßnahmen anzugeben, die eine umfassende Betriebssicherheit und Verfügbar­ keit eines Steuer- und/oder Regelsystems einer Brennkraftmaschine gewährleisten. Diese Problemstellung wird bei einem gattungsgemä­ ßen Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Vorgehensweise ist darin zu se­ hen, daß ein Überprüfungsverfahren verwendet wird, das in Teilbe­ reichen keine Überprüfung durchführt. Diese Teilbereiche sind durch eine beeinträchtigte und/oder unvollständige Signalübertra­ gung oder -erzeugung, beispielsweise in Folge eines von Abrieben erhöhten Übergangswiderstands zwischen Widerstandsbahn und Schlei­ ferabgriff eines Potentiometers, gekennzeichnet. Dadurch wird ei­ nerseits ermöglicht, daß tatsächlich auftretende Fehlfunktionen des Sensors erkannt werden und ein Abschalten des gesamten Systems aufgrund der oben dargelegten 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 Dieselregelung. Die Fig. 2 und 3 verdeutlichen die erfindungs­ gemäße Vorgehensweise am Beispiel eines Kennliniendiagramms und eines Flußdiagramms.

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 niedrige Spannung am Ausgang des Sensors 40 an. Es ist aber durchaus möglich, daß der Schalter so realisiert ist, daß im Leer­ lauf 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 Sen­ soren als Doppelpotentiometer realisiert sein. Hierbei ist die me­ chanische Verbindung mit den beweglichen Schleiferabgriffen der Potentiometer verbunden. Der Signalwert wird in diesem Fall an den Schleiferabgriffen abgenommen.

Die mechanische Verbindung der Sensoren bewirkt, daß eine Stel­ lungsänderung des zugeordneten Elements 20 zu einer entsprechenden Änderung des Signalwerts beider Sensoren führt, so daß jeder Sen­ sor für sich einen, die Stellung des zugeordneten Elements reprä­ sentierenden, Signalwert erzeugt. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn beide Sensoren als Potentiometer ausgeführt sind.

Der Sensor 70, der die Stellung des leistungsbestimmenden Stell­ gliedes 10 anzeigt, ist üblicherweise ebenfalls als Potentiometer, bzw. als Doppelpotentiometer mit zwei Leiterbahnen ausgebildet.

Die Funktion der Anordnung nach Fig. 1 wird im folgenden erläu­ tert. 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 Funktionfähigkeit 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 Wendepunkt 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 Brennkraftmaschine bei sehr großen und sehr kleinen Winkeln des Potentiometers sehr oft Verunreinigungen auftreten, tritt dieser Fall sehr häufig auf. Dies hat zur Folge, daß es im Laufe der Zeit des Betriebs der Brennkraftmaschine vermehrt zu Fehlerzuständen kommt, obwohl eigentlich kein Fehler vorliegt.

Ferner erfolgt bei den bekannten Systemen eine Plausibilitätsab­ frage zwischen der Stellung des Leergasschalters und dem Aus­ gangssignal des Pedalwertgebers. Für große Winkel des Pedalwertge­ bers muß der Leergasschalter offen sein. Bei kleinen Winkeln, das heißt kleinem Ausgangssignal muß der Leergasschalter geschlossen sein. Dies bedeutet, daß in den Teilbereichen 2 und 3 der Leergas­ schalter geschlossen und in den Teilbereichen 5 und 6 offen sein muß. Im Teilbereich 4 kann der Leergasschalter beide Stellungen einnehmen. Der Teilbereich 1 wird ausgeschlossen, da das Ausgangs­ signal des Pedalwertgebers diesen Bereich nicht einnehmen kann.

Erfolgt nun eine Plausibilitätsabfrage, wenn sich der Pedalwertge­ ber im Teilbereich 6 befindet, und tritt in diesen Fall eine Un­ terbrechung in der Leiterbahn auf, so ist der Leergasschalter ge­ öffnet und das Ausgangssignal des Pedalwertgebers zeigt eine nie­ dere 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 Win­ kel aufweist. Es wird also ein Notfahrbetrieb eingeleitet, obwohl kein Fehler vorliegt.

Eine ähnliche Problematik ergibt sich, wenn statt des Leergas­ schalters ein weiteres Potentiometer verwendet wird, das eine ähn­ liche 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 Potentiometers eine kleine Spannung an, obwohl von seiner Stellung her eine große Spannung anliegen müßte. Wird nun eine Plausibili­ tätsabfrage durchgeführt, so wird auf Fehler erkannt. Es werden also Fehler erkannt, obwohl der Pedalwertgeber voll funktionsfähig ist. Ein Notfahrbetrieb ist in diesem Fall nicht notwendig. Bei dem 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 erfaßt. Eine Abfrageeinrichtung 310 erkennt, in welchen Teilberei­ chen sich das Ausgangssignal befindet. Nimmt das Ausgangssignal des Potentiometers Werte an, die in den Teilbereichen 2, 4 oder 6 liegen, so erfolgt keine Fehlerüberprüfung und das Prüfprogramm endet im Schritt 304. Erkennt die Abfrage 310 dagegen, daß sich das Ausgangssignal des Potentiometers in einem der Bereiche 1, 3 oder 5 befindet, so erfolgt in der Abfrageeinheit 320 eine Feh­ lerüberprüfung.

Ein besonders einfaches Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht vor, daß die Abfrageeinrichtung 310 lediglich überprüft, ob das Ausgangssignal des Potentiometers um eine bestimmte Schwelle unter seinem Maximalwert oder um eine bestimmte Schwelle über seinem Mi­ nimalwert liegt. Dies bedeutet, daß das Potentiometer sich in der Nähe seiner Wendepunkte befindet. Ist dies der Fall, so erfolgt keine Fehlerüberprüfung. In der Nähe der Wendepunkte des Potentio­ meters 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 eingeleitet wird. Besonders vorteilhaft ist es, wenn beide Maßnahmen durchge­ führt werden. Wird kein Fehlerzustand erkannt, so endet das Unter­ programm im Schritt 340.

Das beschrieben Verfahren ist nicht nur auf die Überwachung des Pedalwertgebers beschränkt. Das beschriebene Verfahren ist auf alle Einrichtung 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 (7)

1. Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung einer Brenn­ kraftmaschine, abhängig von Signalwerten, die einen Be­ triebsparameter der Brennkraftmaschine und/oder des Kraftfahrzeugs repräsentieren und von wenigstens einer Einrichtung zur Erfassung dieser Betriebsparameter ermit­ telt werden, wobei Fehlfunktionen dieser Einrichtung aus­ gehend von den von ihr abgegebenen Signalwerten abgelei­ tet werden, dadurch gekennzeichnet, daß in vorgegebenen Teilbereichen der Signalwerte keine Fehlerüberprüfung er­ folgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Betriebsparameter die Stellung wenigstens eines die Leistung der Brennkraftmaschine beeinflussenden Stell­ werks und/oder eines vom Fahrer betätigbaren Bedienele­ ments darstellt.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Wertebereiche gebildet werden, wobei innerhalb des einen eine Feh­ lerüberprüfung und eines anderen keine Fehlerüberprüfung stattfindet.

4. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Einrichtungen zur Erfassung von Betriebsparametern um Sensoren und/oder Schalter handelt.

5. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei diesen Sensoren um Potentiometer handelt.

6. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebenen Teilbereiche durch eine beeinträchtigte und/oder unvoll­ ständige Signalübertragung und/oder -fassung bestimmt sind.

7. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe von der Wendepunkte des Potentiometers keine Fehlerüberprüfung stattfindet.