DE4117393A1 - Einrichtung zur steuerung der kraftstoffeinspritzung einer brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung mit zwei Prozes­ soren zur Steuerung insbesondere der Kraftstoffein­ spritzung einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus dem Stand der Technik (DE-OS 35 39 407) ist ein Rech­ nersystem mit zwei Prozessoren bekannt, daß zur Regelung (beziehungsweise Steuerung) von Kenngrößen einer Brenn­ kraftmaschine verwendet wird. Auf der Grundlage von erfaß­ ten Größen wie Drehzahl, Leistungsanforderung an die Brennkraftmaschine und Stellung eines Bremspedals erzeugt eine Mengenregelung einen Sollwert für die einzuspritzende Kraftstoffmenge, wobei dieser Sollwert mit einem an der Regelstange erfaßten Istwert in Regelstellenposition, die die eingespritzte Kraftstoffmenge darstellt, verglichen wird. In Abhängigkeit der ermittelten Differenz wird ein Stellwert an eine Endstufe zur Einstellung der Regelstange gegeben. Bei den hier verarbeiteten Soll-, Ist- sowie Stellwerten handelt es sich um reine Spannungswerte, die nachteiligerweise Schwankungen unterliegen, so daß diese zu fehlerhaften Einstellungen der Regelstange führen kon­ nen. Aufgrund der Verwendung mehrerer Umschalter im Sig­ nalweg ist die Signalverarbeitung fehleranfällig. Das be­ kannte Rechnersystem hat darüber hinaus den Nachteil, daß die die Größen erfassenden Geber doppelt vorhanden sind, was montageaufwendig und kostenintensiv ist. Die für einen Fehlerfall vorgesehenen Überwachungseinrichtungen führen im Fehlerfall lediglich zu einer kompletten Abschaltung der Endstufe, so daß Notfunktionen nicht gegeben sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung mit zwei Prozessoren bereitzustellen, die gegenüber dem Stand der Technik eine zuverlässige Signalverarbeitung und eine schnelle Ermittelung der Stellgröße gewährleistet.

Die Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Pa­ tentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch die Berechnung der Stellgröße in dem ersten Prozes­ sor in Abhängigkeit von in dem zweiten Prozessor berechne­ ten Daten ist in vorteilhafter Weise eine schnelle Ermit­ telung der Stellgröße in Abhängigkeit der erfaßten Größen gewährleistet. Aufgrund der Verarbeitung von alphanumeri­ schen Daten ist darüber hinaus eine zuverlässige Signal­ verarbeitung gegeben, da diese Daten bei einer beispiels­ weise schwankenden Versorgungsspannung nicht beeinflußt werden. Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung einer Brennkraft­ maschine werden in vorteilhafter Weise Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine, wie Druck, Temperatur, Drehzahl und insbesondere Versorgungsspannung (Batteriespannung) er­ faßt. Darüber hinaus können weitere Größen, wie zum Beispiel eine Leistungsanforderung (Gaspedalstellung) er­ faßt werden. In einer besonderen Ausgestaltung der Erfin­ dung wird anhand dieser erfaßten Größen von dem zweiten Prozessor ein Grunddatensatz berechnet, welcher über ent­ sprechende Mittel (zum Beispiel Datenleitung) dem ersten Prozessor zugeleitet wird, der anhand dieses Grunddaten­ satzes die der peripheren Einheit zuzuführenden Stellgröße zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung ermittelt. Bei der peripheren Einheit handelt es sich beispielsweise um zumindest eine Endstufe zur Ansteuerung eines oder mehre­ rer Einspritzventile (Magnetventile) oder allgemein um eine die Kraftstoffeinspritzung (insbesonders Einspritzbe­ ginn, -ende, Einspritzmenge) steuernde (beeinflussende) Einrichtung.

In Weiterbildung der Erfindung wird die von dem ersten Prozessor ermittelte Stellgröße dem zweiten Prozessor über eine Datenleitung, insbesondere unter Zwischenschaltung einer Ein-/Ausgabeeinheit, zugeführt. Dies hat den Vor­ teil, daß die von dem ersten Prozessor ermittelte Stell­ größe von dem zweiten Prozessor intern auf Plausibilität geprüft wird, so daß die Zuverlässigkeit der Signalverar­ beitung erhöht wird. Bei der die beiden Prozessoren ver­ bindenden Ein-/Ausgabeeinheit handelt es sich beispiels­ weise um einen zentralen Speicher, auf das beide Prozes­ soren Zugriff haben und Daten einschreiben und auslesen können.

In Weiterbildung der Erfindung weisen beide Prozessoren zumindest einen eine Primärfunktion und einen eine Sekun­ därfunktion ausübenden Rechner zur Berechnung der Stell­ größe auf. Dies hat den Vorteil, daß bei Ausfall einer der beiden Prozessoren der jeweils funktionstüchtige Prozessor die Berechnung der Stellgröße übernimmt. Zu diesem Zweck führen die in dem ersten Prozessor angeordneten Rechner zumindest Teilfunktionen der in dem zweiten Prozessor an­ geordneten Rechner aus und umgekehrt. Somit ist gewähr­ leistet, daß bei Ausfall des ersten Prozessors von dem die Primärfunktion ausübenden Rechners des zweiten Prozessors der Grunddatensatz berechnet wird und dem die Sekundär­ funktion ausübenden Rechner des zweiten Prozessors zuge­ führt wird, der die Stellgröße berechnet, die der periphe­ ren Einheit zugeführt wird. Für den Fall, daß der zweite Prozessor ausfällt, erfolgt die geschilderte Berechnung der Stellgröße analog in dem ersten Prozessor. Bei gleich­ artiger Ausbildung der in den beiden Prozessoren angeord­ neten Rechnern ist es möglich, den Betrieb der Brennkraft­ maschine bei Ausfall einer der beiden Prozessoren uneinge­ schränkt aufrechtzuerhalten. Führen die Rechner des einen Prozessors nur Teilfunktionen des anderen Prozessors aus, ist noch ein Notbetrieb der Brennkraftmaschine gegeben.

In Weiterbildung der Erfindung ist den beiden Prozessoren eine derart die Stellgröße beeinflußende Überwachungsein­ richtung zugeordnet, wobei in einem Störungsfall einer der beiden Prozessoren der peripheren Einheit die von dem funktionstüchtigen Prozessor berechnete Stellgröße zuge­ führt wird. Durch die den beiden Prozessoren zugeordnete Überwachungseinrichtung ist es möglich, daß insbesondere die periphere Einheit derart beeinflußt wird, daß der Aus­ gang des defekten Prozessors (beziehungsweise der Eingang der peripheren Einheit) abgeschaltet und der Ausgang des funktionstüchtigen Prozessors, an dem die korrekt berech­ nete Stellgröße ansteht, auf die periphere Einheit zuge­ schaltet beziehungsweise dieser Eingang aktiviert wird. Dadurch ist es möglich, daß im Störungsfall einer der bei­ den Prozessoren der Betrieb der Brennkraftmaschine auf­ rechterhalten wird und Fehlsteuerungen vermieden werden.

In Weiterbildung der Erfindung ist in jedem Prozessor ein Überwachungsrechner integriert, dem die Ausgangssignale des die Sekundärfunktion ausübenden Rechners des einen Prozessors und die Ausgangssignale des die Primärfunktion ausübenden Rechners des anderen Prozessors zugeführt wer­ den. Die Überwachungsrechnern zugeführten Signale, die die berechnete Stellgröße repräsentieren, werden auf Plausibi­ lität beziehungsweise Gleichartigkeit hin überprüft. Im Falle einer Abweichung wird von einem der Überwachungs­ rechner ein entsprechendes Steuerungssignal an die Überwa­ chungseinrichtung abgegeben, die wiederrum die periphere Einheit entsprechend ansteuert. Darüber hinaus ist die Verwendung von nur einem Überwachungsrechner in einem der beiden Prozessoren zur Vereinfachung des Aufbaus denkbar.

In Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Verarbeitung der den Prozessoren zugeführten Eingangsgrößen von zumin­ dest einem der beiden Prozessoren in zeitlich verzahnten Abständen, insbesondere nach der Mulitplex-Technik. Dies hat den Vorteil, daß die Verarbeitung der an den Eingängen der Prozessoren anstehenden Eingangsgrößen zu gewünschten Zeitpunkten erfolgt.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß die erfindungsgemäße Einrichtung mit zwei Prozessoren nicht nur auf dem Gebiet der Steuerung der Kraftstoffeinspritzung einer Brennkraft­ maschine Anwendung findet, sondern auch überall dort An­ wendung finden kann, wo eine zuverlässige Signalverarbei­ tung und schnelle Ermittelung einer Stellgröße erforder­ lich ist. Ein solches Einsatzgebiet kann beispielsweise die Bremsdrucksteuerung bei einem ABS-System oder ganz allgemein auf dem Gebiet der Roboter-Steuerung liegen. Wird die erfindungsgemäße Einrichtung zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung einer Brennkraftmaschine verwendet (Hauptanwendungsgebiet), ist sie sowohl bei Diesel- als auch bei Otto-Brennkraftmaschinen einsetzbar.

Eine besondere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Ein­ richtung und deren Funktionsweise wird anhand der Zeich­ nungen und der folgenden Beschreibung näher erläutert: Es zeigt

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung einer Brennkraftmaschine,

Fig. 2 Signalverarbeitung in einem Prozessor mit einer Um­ schalteinrichtung.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung einer Brennkraftma­ schine. Die Einrichung besteht im wesentlichen aus einem ersten Prozessor 11 und einem zweiten Prozessor 21, denen über mit 2 bezeichnete Sensoreingänge erfaßte Größen zuge­ führt werden. Bei den erfaßten Größen handelt es sich bei der Einrichtung zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung um Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine, wie zum Beispiel Drücke, Temperaturen, Drehzahlen, Positionsangaben (zum Beispiel die der Kurbelwelle) und in besonders vorteilhaf­ ter Weise die Versorgungsspannung (Batteriespannung), um eine sichere und zuverlässige Steuerung der Kraftstoffein­ spritzung der Brennkraftmaschine zu gewährleisten. Darüber hinaus sind weitere Größen wie zum Beispiel eine den Leer­ lauf darstellende Größe oder die Stellung eines Kick- Down-Schalters erfaßbar und verarbeitbar.

Der erste Prozessor 11 weist einen ersten Rechner 12, der eine Primärfunktion des ersten Prozessors 11 ausübt, und einen zweiten Rechner 13, der eine Sekundärfunktion des ersten Prozessors 11 ausübt, auf. Weiterhin ist in dem ersten Prozessor 11 ein Überwachungsrechner 14 integriert. Analog zu dem ersten Prozessor 11 ist der zweite Prozessor 21 aufgebaut, der ebenfalls einen ersten Rechner 22 sowie einen zweiten Rechner 23 aufweist. Ebenso ist in dem zwei­ ten Prozessor 21 ein Überwachungsrechner 24 integriert. Die beiden Prozessoren 11 und 21 sind signalübertragend mit einer peripheren Einheit 4 verbunden, wobei es sich bei der peripheren Einheit 4 beispielsweise um zumindest eine Endstufe zur Ansteuerung von Magnetventilen handelt. Die Ansteuerung der Magnetventile oder anderer die Kraft­ stoffmenge beeinflußende Elemente erfolgt über zumindest eine Ausgangsleitung 6, die als Datenleitung oder als elektrische Leitung ausgebildet sein kann. Weiterhin sind die beiden Prozessoren 11 und 21 über eine Ein-/Ausgabe­ einheit 8, insbesondere ein DUAL-PORT-RAM, signalübertra­ gend miteinander verbunden. Darüber hinaus ist den beiden Prozessoren 11 und 21 eine Überwachungseinrichtung 10 mit einer nachgeschalteten Diagnoseeinrichtung 10.1 zugeord­ net. Die Überwachungseinrichtung 10 steht in Verbindung mit der peripheren Einheit 4 (Verbindung zwischen den Punkten A und B). Bei der Diagnoseeinrichtung 10.1 kann es sich in einer einfachen Ausbildung um eine Warnlampe han­ deln, die im Störungsfall angesteuert wird. Alternativ da­ zu kann es sich bei der Diagnoseeinrichtung 10.1 auch um einen insbesondere nicht-flüchtigen Speicher handeln, in den entsprechende Störungsmeldungen eingeschrieben werden und die später über eine Schnittstelle ausgelesen werden können.

In der besonderen Ausgestaltung der Erfindung, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, sind die einzelnen Komponenten wie folgt verschaltet:
Der die Stellgröße berechnende erste Rechner 12 erhält als Eingangssignale die in die Ein-/Ausgabeeinheit 8 einge­ schriebenen Daten und die von dem zweiten Rechner 13 be­ rechneten Grunddaten (Grunddatensatz). Ausgangsseitig ist der erste Rechner 12 mit der peripheren Einheit 4 sowie mit dem Überwachungsrechner 24 des zweiten Prozessors 21 verbunden. Der zweite Rechner 13 des ersten Prozessors 11 ist eingangsseitig mit den Sensoreingängen 2 verbunden und ausgangseitig mit einem Eingang des ersten Rechners 12 so­ wie mit einem Eingang des Überwachungsrechners 14 ver­ schaltet. Der erste Rechner 22 des zweiten Prozessors 21 erhält eingangsseitig die Signale der Sensoreingänge 2 und gibt ausgansseitig Signale an den zweiten Rechner 23 sowie an die Ein-/Ausgabeeinheit 8 ab. Der zweite Rechner 23 ist ausgangsseitig mit dem Überwachungsrechner 24 und mit der peripheren Einheit 4 verbunden. Die mit den beiden Pro­ zessoren 11 und 21 in Verbindung stehende Überwachungsein­ richtung 10 ist mit den beiden Überwachungsrechnern 14 und 24 verschaltet.

Die erläuterte Einrichtung zur Steuerung der Kraftstoff­ einspritzung einer Brennkraftmaschine arbeitet wie folgt:
Die über die Sensoreingänge 2 erfaßten Größen werden dem ersten Rechner 22 des zweiten Prozessors 21 zugeführt, der einen Grunddatensatz berechnet, der über die Ein-/Ausgabe­ einheit 8 dem ersten Rechner 12 des ersten Prozessors 11 zugeführt wird. Dieser erste Rechner 12 berechnet anhand des Grunddatensatzes eine Stellgröße, die die Kraftstoff­ einspritzung steuert (beispielsweise Förderbeginn und För­ derdauer) und der peripheren Einheit 4 zugeführt wird. Im störungsfreien Betrieb wird der von dem ersten Rechner 22 berechnete Grunddatensatz dem zweiten Rechner 23 zuge­ führt, der in der Funktion zumindest teilweise dem ersten Rechner 12 des ersten Prozessors 11 entspricht. Analog zu dem ersten Rechner 12 berechnet der zweite Rechner 23 ebenfalls die Stellgröße, die ausgangsseitig dem Überwa­ chungsrechner 24 zugeführt wird. Diese von dem zweiten Rechner 23 berechnete Stellgröße wird mit der von dem ersten Rechner 12 berechneten Stellgröße in den Überwa­ chungsrechner 24 verglichen und im Falle einer unzulässi­ gen Abweichung die Überwachungseinrichtung 10 angesteuert. Wird bei diesem Vergleich eine Fehlfunktion des ersten Rechners 12 festgestellt, wird von der Überwachungsein­ richtung 10 der Ausgang des ersten Prozessors 11 abge­ schaltet und die von dem zweiten Rechner 23 des zweiten Prozessors 21 berechnete Stellgröße der peripheren Einheit 4 zugeführt. Entsprechend dazu wird der zweite Prozessor 21 dann deaktiviert, wenn der Überwachungsrechner 14 bei einem Vergleich seiner Eingangssignale eine unzulässige Abweichung feststellt. Für diesen Fall erfolgt die Berech­ nung der Stellgröße dann über den ersten Rechner 12, dem der von dem zweiten Rechner 13 berechnete Grunddatensatz zugeführt wird.

Aufgrund der beschriebenen Vorgehensweise ist es möglich, im Störungsfall einer der beiden Prozessoren den Betrieb der Brennkraftmaschine zumindest teilweise mit Hilfe des funktionstüchtigen Prozessors aufrechtzuerhalten. Bei gleichartiger Konfiguration der in den beiden Prozessoren 11 und 21 integrierten Rechnern 12, 13 beziehungsweise 22, 23 ist die Aufrechterhaltung des vollen Betriebes der Brennkraftmaschine gegeben.

Fig. 2 zeigt die Signalverarbeitung in einem Prozessor mit einer Umschalteinrichtung. Neben den in Fig. 1 gezeigten und mit den gleichen Bezugsziffern versehenen Komponenten ist in dieser Fig. 2 dem ersten Rechner 12 des ersten Pro­ zessors 11 eine Umschalteinrichtung 15 vorgeschaltet, die eingangsseitig mit der Überwachungseinrichtung 10, der Ein-/Ausgabeeinheit 8 sowie dem Ausgang des zweiten Rech­ ners 13 verbunden ist. Damit werden im störungsfreien Be­ trieb die Ausgangssignale der Ein-/Ausgabeeinheit 8 dem ersten Rechner 12 zugeführt. Im Störungsfall wird von der Umschalteinrichtung 15 auf die Ausgangssignale des zweiten Rechners 13 umgeschaltet, dessen berechneter Grunddaten­ satz dem ersten Rechner 12 dann zugeführt wird.

Neben den in der Fig. 2 gezeigten Eingangssignalen der Um­ schalteinrichtung 15 sind weitere Eingangssignale, bezie­ hungsweise weniger als die gezeigten Eingangssignale denk­ bar. Durch die Ausbildung der Umschalteinrichtung 15 als Multiplexer werden dem ersten Rechner 12 des ersten Pro­ zessers 11 die Eingangssignale in zeitlich verzahnten Ab­ ständen zugeführt, so daß dieser die Eingangssignale nach­ einander verarbeiten kann. Darüber hinaus ist die Verwen­ dung von weiteren Multiplexern an anderer Stelle der er­ findungsgemäßen Einrichtung denkbar.

Die in Fig. 1 der Überwachungseinrichtung 10 zugeordnete Diagnoseeinrichtung 10.1 ist in Fig. 2 der Ein-/Ausgabeein­ heit 8 zugeordnet und erfüllt dieselbe Funktion wie zu Fig. 1 beschrieben. Darüber hinaus ist es denkbar, daß die­ se Diagnoseeinrichtung 10.1 einem oder beiden Prozessoren 11, 21 (insbesondere dem Überwachungsrechner 14 bezie­ hungsweise 24) zugeordnet ist. Damit ist es beispielsweise möglich, mit Hilfe eines nicht-flüchtigen Speichers Plau­ sibilitätsfehler von Sensor- oder Steuersignalen in diesem Speicher abzulegen und diese erkannten Fehler beispiels­ weise nach Ablauf eines Wartungsinvalls aus dem Speicher auszulesen und auszuwerten. Ebenso ist es möglich, daß Fehler beziehungsweise Störungen, die in dem ersten Pro­ zessor 11, seinen Komponenten, im zweiten Prozessor 21 oder in dessen Komponenten auftreten, nach Ort, Art und Häufigkeit zu erfassen und in dem nicht-flüchtigen Spei­ cher abzulegen.

Ebenso ist es zur Vermeidung von Fehlsteuerungen denkbar, daß durch eine entsprechende hardware-mäßige Auslegung beispielsweise der peripheren Einheit 4 deren Ausgangssig­ nale begrenzt werden. Dies kann beispielsweise dergestalt geschehen, daß die Ausgangssignale insbesondere (Förderbe­ ginn, Fördermenge) der peripheren Einheit 4 so begrenzt werden, daß sich mit dem frühest möglichen Förderbeginn und der maximal möglichen Fördermenge lediglich die höchst mögliche Drehzahl einstellen läßt, so daß die Brennkraft­ maschine nicht durchgehen, beziehungsweise überdrehen kann. Dies ist beispielsweise dann sinnvoll, wenn die von dem ersten Prozessor 11 (beziehungsweise die von dem Pro­ zessor 21 im Störungsfall) berechnete Stellgröße bei der Signalübetragung so verfälscht wurde, daß sich daraus eine unzulässige Drehzahl der Brennkraftmaschine ergeben würde.

Als eine weitere und erfindungswesentliche Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, daß alle Rechner (12, 13, 22, 23) oder einige Rechner und/oder die Überwachungsrechner (14 und/oder 24) software-mäßig ausgebildet sind, d. h., daß deren Funktion oder Teilfunktion in einem Programm (beispielsweise als zumindest ein Unterprogramm des Haupt­ programmes einer der beiden Prozessoren oder als Inter­ rupt-Routine) realisiert sind.

Claims (8)

1. Einrichtung mit zwei Prozessoren insbesondere zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung einer Brennkraftma­ schine, wobei Größen erfaßt werden und zumindest einer der beiden Prozessoren eine einer peripheren Einheit zuzufüh­ renden Stellgröße zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung ermittelt, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Prozessor (11) die Stellgröße in Abhängigkeit von in dem zweiten Prozessor (21) berechneten Daten, insbesondere alphanumerischen Da­ ten, ermittelt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem ersten Prozessor (11) ermittelte Stellgröße dem zweiten Prozessor (21) über eine Datenleitung, insbesondere unter Zwischenschaltung einer Ein-/Ausgabeeinheit (8), zuführbar ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide Prozessoren (11, 21) zu­ mindest einen eine Primärfunktion und einen eine Sekundär­ funktion ausübenden Rechner (12, 13, 22, 23) zur Berech­ nung der Stellgröße aufweisen.

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechner (12, 13) des ersten Prozessors (11) zumindest Teilfunktionen der Rech­ ner (22, 23) in dem zweiten Prozessor (21) ausführen und umgekehrt.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß den Prozessoren (11, 21) eine derart die Stellgröße, insbesondere eine die peripheren Einheit (4), beeinflußende Überwachungseinrichtung (10) zugeordnet ist, wobei in einem Störungsfall einer der bei­ den Prozessoren (11, 21) der peripheren Einheit (4) die von dem funktionstüchtigen Prozessor berechnete Stellgröße zugeführt wird.

6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Prozessor (11, 21) ein Überwachungsrechner (14, 24) integriert ist.

7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der Prozessor (11) eine Umschalteinrichtung (15) aufweist.

8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitung der den Pro­ zessoren (11, 21) zugeführten Eingangsgrößen von zumindest einem der Prozessoren (11, 21) in zeitlich verzahnten Ab­ ständen, insbesondere nach der Multiplex-Technik, erfolgt.