Stand der Technik

Die Erfindung geht .aus von einer Schaltungsanordnung nach der Gattung des Hauptanspruches .

Es sind ^" bereits Schaltungsanor nungen ^" bekannt, in denen interne Wertefolgen, beispielsveise Signale von Gehern mit Ref renzdaten verglichen verden, um aus der Koi zi¬ denz- ' er Wertefolge mit den Referenzda en Schaltr-ignale für ^" bestimnte Steuer- und Regelfunktionen anzuleiten. So ist beispiels eise in der EP-A.-O 023 283 - ine Schal¬ tungsanordnung beschrieben, in der Signale von Gebern eines Kraf ahrzeuges, beispielsweise Drehzahlen oder zurückgelegte--Ξnt ernungen, in Vergleichern mit Refe¬ renzdaten verglichen verden, die intern oder extern von Kodierschal ^* em erzeugt verden. Erreichen die Aus¬ gangssignale der Geber die in den Vergleichern vorge¬ gebenen Re erenzda en, verden Schal signale erzeugt, die einen virτscha lichen und/oder unvir schaf lichen

Betrieb des Kra ah zeuges S-Lg-P-J -s

BAD ORIGINA

Die ^" bekannten Anordnungen der geschilderter Art aben gedock den iTechteil, daß einerseits die Darstellung der digitalen Heferenzdaten, z. Ξ. in eine«-IC1 ^* 1, relativ auf¬ wendig ist, Ξrcblene hei den elektrischen Verhindungs- Eitteln rit sich bringt und andererseits die Heferenz- daten unabhängig von den auszuwertenden Vertefolgen er¬ zeugt worden, so daß-sich Störungen, wie Drift und dgl. in erheblichen Ausnaß be erkbar r chen können, beispiels¬ weise dann, wenn aufgrund von le-rperaturän erungen die auszuwertende l*. ^: ertefolge und die Heferenzdaten sich in unterschiedliche Eichtung verschieben.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgenäße Schaltungsancrdnung πit den kennzeich¬ nenden Kerk alen des Eauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß eirral die Heferenzdaten rit geringeren Auf¬ wand als Analogwerte dargestellt werden, wo-durch sich auch ein geringerer Aufwand bei den elektrischen Terbindungs- inittein ergibt und andererseits eine relative Eonstanz von Uertefclge und Ξeferenzdaten erzielt wird, so daß Drifter- εcheinungen oder dgl. korpersier werden.

Durch die in den TJrterarsprucken aufgeführten liaßnah-en sind vorteilhafte k ^' eiterbila- ngen der in Ξa ptanspruch an¬ gegebenen Schalturgsancrdrrng möglich.

• ^■ So wird in bevorzugter Aus estaltun der Erfindung zur Er¬ zeugung der zu vergleichenden Uertefclge und der Heferenz¬ daten eine Heiererzεparnung verwendet, aus der die Heferenz¬ daten in einfacher ^" -- ^" eise durch Spannungsteilung erzeugt werden können. In entsprechender veise können die Heferenz¬ daten durch Strcr-eilurg bei Verwendung eines Ξeferenz- strones erritteit w ^τ erden.

Ist die erfindungεgenä ε Schaltungsancrdnung in Eorn eines Eybridεchaitkreises realisiert, kennen die zur Vorgabe der Heferenzdaten ergesehenen Schsltrittel. alsc beispielsweise der Spannungsteiler , in besonders vorteilhafter ^' .. ^' eise auf der Substratplatte des Ejcridschaltk eises angeordnet wer-

BAD ORIGI AL O H

den, wodurch, sich, eine gleichartige thernisc e ITr-.ge"Dung von SysTfenb us e und externen Schal nit ein ergi t.

In besonders vorteilhaf er Weise kann die erfindungs¬ gemäße Schaltungsanordnung zur Ermittlung von Schalt¬ signalen in digitalen Zündsystemen oder Regelsystemen für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen oder statio¬ nären Anlagen ver endet verden. ird dabei als Zyklus der Zündzyklus der Brennkra tmaschine zugrundegelegt, kann durch Aus ertung des Zählerstandes eines mit einem Taktsignal beau schlagten Zählers in vorteilhafter Weise die minimale Offenzeit für den Zündspulen-Strom, das Überschreiten einer zulässigen Motordrehzahl und/oder .die Zeitdauer einer Zündspulen-Stromreduzierung (Ruhe-- stromabschaltung) ermittelt -werden.

Weiterhin kann durch die er indungs emäße Schaltungs-- anordnung in vorteilhaf er Weise die Dynamik eines digitalen Regelsystems begrenzt verden, um die Schving- neigung dieses Regelsystens zu vermindern.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.

Zeichnung

^ Die Erfin ung-ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungs¬ form einer erfin ungsgemäßen Ξchaltungsanordnung; Figur 2 ein Ze-i -Liagram-rn von Signalen zur Erläuterung einer An- vendung der er indungsgemäßen Schaltungsanordnung.

PAD ORIGINAL

C FI

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Beschreibung des Ausführungsbeispieles

ep. In digitalen Regelsystemi tritt häufig die Aufgabe auf, daß (monoton) veränderliche Wertefolgen, z.B. Zählerstände mit im Prinzip festen Referenzdaten des Systems ver¬ glichen verden müssen, die entweder im System selbst oder in einem zugehörigen Speicher abgelegt sind. Dabei verden abhängig vom Erreichen, Über- oder Unterschreiten dieser Referenzdaten Reaktionen des Systems ausgelöst.

So vird beispielsveise in digitalen Zündsystemen VOH E-ra fahrzeugen für die Schließvinkelregelung des Zündspulen¬ stromes ab Zündzeitpunkt eine feste Zeit abgevartet , nach deren Ablauf der Spulen-Strom frühestens vieder eingeschaltet verden darf. Der Ablauf dieser minimalen Offenzeit vird durch Abzählen einer fest gevählten An¬ zahl voller Perioden eines Taktgenerators kontrolliert. Dieses, durch die vorgegebene.-Anzahl voller Perioden festliegende Zeitmaß ist dabei das Referenzdatum des digitalen Regelsystems. I _. entsprechender Weise ist eine Drehzahlbegrenzung der Brennkra tmaschine dad i ch möglich, daß die Zündung bei Erreichen einer vorge¬ gebenen Ma-εimaldrehzahl abgeschaltet vird. In dieser ^**1 Fall verden zwischen zwei Zündzeitpunktεn die vollen Perioden des Taktgenerators ausgezählt und der Zünd - spulenstro dann nicht wieder eingeschaltet, wenn eine vorher festgeleg e Anzahl von. Perioden nicht erreicht vurde. Das Re erenzdatu des digitalen Regelsystems ist dabei viederum ein Zeitmaß, das der minimalen

Periodendauer des Zündsyklus entspricht.

Eine ähnliche Auf abenstellung tritt bei der sogenannten Ruhestromabschaltung auf. Hierunter versteht man die quasi _^ kontinuierliche Reduzierung des Zündspulen-Stromes bei bestimmten-Betriebszustän en der 3rennkraftmaschine , insbesondere das Erreichen tiefster Drehzahlen bzw. den Motorstillstand, in denen der Spulen-Strom funkenfrei abgeschaltet verden muß. Als Referenzdatum dient auch hierbei vieder ein Zeitmaß, das die Zeitdauer der Spulen- stromreduzierung angibt. Dieses Zeitmaß beginnt zu einem Zeitpunkt, an dem die Erkennungskriterien des vor¬ gegebenen Betriebszustandes der Brennkraftmaschine vorliegen.

Schließlich sind -noch digitale Regelsysteme bekannt, die zur Vorgabe einer Dynamikbegrenzung des Regelsystems eine Sachführung α:r Stellgröße nur in einer Richtung zulassen, vobei zu Beginn jedes Regelzyklus das Regel¬ system zunächst in die andere Richtung um einen vor¬ gegebenen Betrag verstellt vird. Diese 3egren ung der Regelamplitude auf den vorgegebenen Betrag in einer Richtung, bewirkt dabei, eine Unterdrückung von Schwin¬ gungen, da das System in der einen Richtung Izzmer nur um den vorbest nmten Betrag reagieren kann. Zur Durch¬ führung dieser Regelung ist es er orderlich., :u. Beginn jedes Regelzyklus das Regelsystem zunächst um den vor¬ bestimmten Betrag in die eine Richtung zu verstellen. Auch dies kann erfindungsge äß dadurch bewirkt verden, daß ein Zähler bis zum Erreichen eines Referer-zdatu s (vorgegebener Betrag) gezählt wird.

Wie aus den vorstehend geschilderten Beispielen ersicht¬ lich, kommt es daher insgesamt darauf an, im Ξegelsystem eine auszuwertende Wertefolge zur Verfügung zu stellen, die mit Re εrenzdatεn zu vergleichen ist, wobei bεi Er-

— σ —

reichen dieser heferenzdaten die genannten S stenfurhtic- nen- ausgelöst werden.

In Ξigur ist r-it 1 ein Systerbεustein eines digitalen. Eegels stens bezeichnet, der πit ehernen Schaltnitteln 2 zusaz-menwirlit, in den die Ξeferenzdaten des Systeπs vcr- gebbar sind. Die externen Schaltz-ittel 2 werden dabei er- findungsgenäS in räurlicher ITäne des Systerbausteins 1 angeordnet, beispielsweise - sofern der Systenbaustein 1 als Eybrid ausgebildet ist - durch Anordnung der Sc alt- nittel 2 auf der Substratplatte des Hybrides. Ξs ist e¬ doch, a-αeh. möglich., die Schaltr-ittel 2 auf einer gedruckten Leits-rpl-atte anzuordnen, die in unmittelbarer iTähe des Systeabausteins 1 angebracht ist.

Der Syεtenbaustein 1 enthalt beiz: Ausführungsbeispiel geräß Tigur einen Z-ahtgenerator 3 _} der auf einen ersten Z-Lhler 4-, der auf ein Zündsyster. 6 synchrcnisierbar ist, arbeitet. Der Ausgang des Zählers -\- ist an einen Digital/Analog- Uancler 5 angeschlossen, der eine ΞeferenzSpannung J-^ ver¬ wendet. Die Ξeferensεpannung U- ist weiterhin an einen Spannungsteiler Ξ^ , Ξ«, ... Ξ_., Ξ , gelegt, der die ex- ternen Schal t-rittel 2 bildet , wobei der dargestellte Span- mingsteiler selbstverständlich, nur als Beispiel zu verstehe 2 is . Der Ausgang des ^" -. ^" andlers 5> ist nit ersten Eingängen von Ξozrparatoren Z. , Ε.~ , Ξ^ ■** • • ----, "verbunden, deren v/eitere Eingänge mit den Abgriffen des Spannungsteilers Ξ. , Ξ . ..

-n' - 0.+1 in Verbindung stehen. Die Ausgänge der -Eo-roaratc- rreenn ___..o,' . E„ , ... E führen auf einen Synchronisierer S bzw. eine Cffenseit-Stufe 9 bzw. eine Drehzahlüberwachung

Der erstre Zähler -- weist darüber hinaus einen Überlauf-

Ausgang au: der nit einen zweiten Zähler 7 verbunden isi dessen Ausgang an eine Offenzeit-Stufe 10 angeschlossen sτ; , αeren weiterer Ei g g ucer e ne: .nvεrτer 4- 1 den

Ausgangssignal des Digital-Analcg-Λ. ^' εndlers 5 besc ältet ist. Der Ausgang der Offenzeit-Stufe 10 steuert ^' einen Eingang des Zündsystems 6.

Die Uirkungsweise der in -Figur 1 dargestellten Anordnung ist wie folgt:

Der laktgeneratcr 3 liefert 'I-aktirpulse, die "von ersten Zähler 4- gezählt werden, wobei der Zähler jeweils mit einem zyklischen Synchronpunkt, etr.-;a dem Zündseitpunkt, bei einem bekannten Zählerstand, beispielsweise ϊTull, ge¬ startet wird und bei Überlauf mit ITull beginnend weiter¬ zählt, unabhängig davon, ob weitere Zündzeiijpunkte -folgen- Die Taktfrequenz und der maximale Zählerstand sind dabei so ausgelegt, da ein Überlauf des Zählers -- erst bei. sehr niedrigen Drehzahlen der Erennkrεftnaschine auftritt. Das jeweilige digitale Ausgεngssignεl des Zählers wird im Händler 5 n ei Analogsignal umgewandelt und den ersten Eingängen der Korrparatoren IΫ , H ., -EL-,, ... zugeführt. Der l.'andler arbeitet dabei in der ^" . ^" eise, da£ eine ana¬ loge Referenzspannung U- durch eine festgelegte Anzahl n binärer Schaltstufen in 2 ^~~ Intervalle unterteilt wird, wobei jede ϊ'eilsumme x.a (mit x = 2 ^~ ) εufein-ander- folgender Intervalle einem der 2 ^~~ voneinande unterεcheid- baren und aufeinanderfolgenden Schaltzustände der n 5Tchnlt- " stufen zugeordnet wird. Die ?-eferenzspannung TJ- wird dabei üblicherweise als absolut konstante Größe vorgesehen, dies ist jedoch nicht unbedingt erforderlich, weil das Ver¬ hältnis U- _p /a = 2 ^~ konstant und unabhängig von der GröBe ü _p ist, mithin also die leilbarkeit in 2 ^' Intervalle und die eindeutige Z crdenbarkeit der aufeinanderfolgenden Intervallsummen zu den aufeinanderfolgenden Schaltzustän¬ den der n Schaltstu en auch dann erhalten bleibt, wenn TJ- keine absolut konstante Grölte ist. Diese Betrachtung hat Forteile für die erfinnungsgemäΞe Lösung deswegen, weil die HeferensSpannung U-, nicht nur zur Digital/Analcg- v/andlung verwendet wird, sondern darüber hinaus zur Ablei—

tung der Heferenzdaten in den Schaltmitteln 2. -Dann sind als externe Schaltnittel 2 in Gegensatz zu rein digitalen Systemen, die aufwendige und terrperp.tureirpfindliche -Digi-. talspeicher (HÖH oder ΞPHOϊϊ) erfordern, lediglich die Uidersύände H-, Η. _r ... F _ι , Ξ _^ . nit gleichen relativem ϊemperaturkoeffizienten erforderlich, wie sie einfach und preisgünstig zur Verfügung stehen. Vc-rden diese ^" Wider¬ stände, wie in -Figur dargestellt, als Spannungsteiler (Kette) angeordnet, können an den Teilerpunkten die Ge¬ nötigten Heferenzdaten in analoger .Zorn abgenommen v/erden. Die Heferenzdaten entstehen demnach, wie auch die digi¬ tal/analog gewandelte ursprünglich digitale Vertefolge des ersten Zählers 4, mit der sie verglichen werden sollen, durch Unterteilung derselben Referenzspannung XJ- _o und sind damit - wenn die Unterteilung konstant bleibt - in glei¬ cher ^" .. ^" eise unabhängig von der absoluten Größe von U-..

Die so erstellten Heferenzdaten können in einfachster Weise durch iderstandabgleich eingestellt werden, so daß verschiedene Svsterivarianten, die sich durch ihre Heferenz¬ daten unterscheiden, nit nur einen Systembaustein herstell¬ bar sind. Die Vergleichsergebnisse zw schen monotoner ertefolge άes Zählers 4 und den Heferenzdaten stehen an den Homparatcrausgängen innerhalb zε Systembausteins wieder in digitaler Form zur ^" Verfügung und können von den digital arbeitenden Ecmponet en δ bis 1 des Systembausteins 2 weiter verarbeitet werden.

erden ab einem Zündzeitrpunkt, der vom Zündsystem 6 an den ersten Zähler 4 signalisiert wird, die "Tak Impulse des Taktgenerators 3 ---■ ersten Zähler gezählt, erscheint zunächst bei Überschreiten des Ausgangswertes ITull des Uandlers 5 sm Ausgang des -Eomparatcrs Z. ein Signal, da der eine Hingang des Komparators H z-it ϊ ^* asse verbunden ist.

Der A sg g des Zo parators Z kann daher für den Syn¬ chronisierer 8 herangezogen werden, der zur: S nchroni¬ sieren von Steuergrößen mit dem Zündzeitpunkt verwendet wird. Im Eoiaparator E _^ , wird ein weiteres Se erenzdatun entsprechend dem Spannungsabfall an ^" ide stand 3 _^ . vorge¬ geben. Dieses Referenzdatum entspricht einem Zeitmaß, das beispielsweise g ^σ leich der minimalen Offenzeit o sein kann. Der Ausgang des Vandlers 5 erreicht dieses -P.eferenz- datum ä il ich nach einer vcrbestimmten Anzahl von ϊakt- impulsen des Generators 3 ₃ so daß dieses Zeitmaß durch Einstellung von Ξ. in der gewünschten Größe eingestellt werden kann. Am Ausgang des Zomparators S^ entsteht damit ein Signal, das zur Steuerung der Of enzeit-Stufe 9 her¬ angezogen werden kann.

In entsprechender ^" .. ^" eise läßt sich durch den Spannungsab¬ fall an R , und F.^ ein -Referenzdatum, entsprechend einem weiteren Zeitnaß, für den Zonparator Z hersteilen, das für andere Steuerzwecke herangezogen werden kann.

Der Betriebszustand, in dem eine ?.uheStromabschaltung in Betracht kommt, wird über den zweiten Zähler 7 erkannt, der die Überläufe des ersten Zählers - zählt, so daß durch eine vorgegebene Anzahl von Überläufen eine minimale Dreh¬ zahl erkannt werden kann. Der zweite Zähler 7 ist so aus¬ gelegt, daß er dann überläuft, -.renn eine vcrbεstimmte An¬ zahl von Überläufe _r n des ersten Zählers 4-, entsprechend einer bestimmten Ilinimal rehz hl, erreicht ist. In diesem Pall wird die Offenzeit-Stufe 10 angesteuert, der über den Inverter 12 die invertierte -Trep enfuhkticn des Ausgangs des ^" andlers 5 _? d.h. eine cuasikc tinuierlich abnehmende -Funktion zugeführt wird. Diese Zunkticn dient im ∑ünd- sjstem 6 zum Abregein des Spulenstromes über die vom Zähler -- vorgegebene Zeit.

BAD ORIGIN

Zur Erkennung des Erreichens einer maximalen Drehzahl ist schließlich der omparator vorgesehen, der mit einer Drehzahlübervachung 11 zusammen-wirk . Die Dreh¬ zahlüberwachung 11 wird dann angesteuert, wenn während eines Zündzyklus das Referenzdatum:..nicht erreicht wurde, das durch die Reihenschaltung der Widerstände R- , R ₂ , .. R eingestellt wurde. Dieses Referenzdatum entspricht gleichermaßen einem Zeitmaß und zwar einer minimalen Periodendauer des Zündzyklus und ^' damit einer maximalen Drehzahl.

Schließlich kann die er indungsgemäße Schaltungsanord¬ nung noch zur Einstellung der Dynamik digitaler Regel¬ systeme, orzugsweise in Kraft ahrzeugen, verwendet werden, wie dies in Figur 2 veranschaulicht ist.

Dabei ist mit E eine Ξinflußgröße und mit Z ein Zählsr- stand bezeichnet, wobei die digitale Regelung in Zyklen erfolgt, die auf der Zeitachse mit T , T ^ , T , T , T^ und T-.. bezeichnet sind. Jeder Zyklus zerfällt dabei m einen e-sten Teilzyklus I und in einen zweiten Teil- zzyykklluuss IIII,, wwiiee e ^* s in Figur 2 im ersten Zyklus T bis 1* dargestellt ist

Das digitale Regelsystem arbeitet dabei in der Weise, daß das Einflußsignal (beispielsweise das Äusgangs- signal eines Gebers mit dem Zählerstand Z verglichen und der Zählerstand Z bei Gleichheit mit der Einfluß- grδße E als Stellgröße weitergegeben wird. Dabei wird in jedem Regelzyklus während des ersten Teilzyklus I

der Zähler im einen vorbestimmten Betrag aufwärts gezählt und im zweiten Teilzyklus II a ^" bv;ärts gezählt, ^" bis die Einflußgröße Ξ erreicht wurde, was in ersten Zyklus gemäß I'igur 2 in Punkt 20 der lall ist. Der Zählerstand Z des Punktes 20 wird nun als Stellgröße weitergegeben. Der Zäh¬ ler wäre bei ITichterreichen der Einflußgröße Ξ weiter ab¬ wärts gezählt worden, -wie dies in zweite Teilzyklus II gestrichelt angedeutet ist. In darauffolgenden Zyklus zählt der Zähler nun von erreichten Uert (Purkt 2C) wie¬ der den vorbestimmten Betrag aufwärts und alsdann bis zum Erreichen der Einflußgröße E abwärts, was in zweiten Zyk¬ lus gemäß ü'igur 2 im Punkt 21 der Pall ist. Entsprechend zählt der Zähler im dritten Zyklus wiederum vom Punkt 21 an aufwärts, erreicht jedoch in zweiten teilzyklus beim Abwärtszählen die Einflußgröße E nicht, weil sich diese zum Zeitpunkt ^ um mehr- als den vorbestimmten Betrag in positive Richtung verändert hat. Der Zähler zählt daher bis zum Ende des dritten Zyklus abwärts und hält am Ende dieses Zyklus den Wert (Punkt 22) fest, der zu Beginn des ersten Teilzyklus des dritten Zyklus erreicht war. Von diesem ^τ ert (Punkt 22) zahlt der Zähler nun im nächsten Zyklus zunächst um den vorbestimmten Betrag aufwärts, er¬ reicht jedoch die Einflußgroße Ξ auch in zweiten -Teilzyk¬ lus wiederum nicht, so daß in analoger '„ ^" eise der Ξ nkt 3 < an Ende des vierten Zyklus festgehalten wird. Dieses Spiel wiederholt sich im fünften Zyklus, wobei jedoch in diesem Balle während des zweiten Teilzyklus die Einflußgroße Ξ im Punkt 24- wieder erreicht wird.

Insgesamt wird daher das Pegelsystem zu Beginn jedes Zyk¬ lus in einem ersten Teilzyklus un einen vorbestimmten positiven Betrag verstellt und der Vergleich mit der Ein¬ flußgr ße E findet im zweiten Teilzyklus in negativer Richtung statt. Die Variationsbreite des zweiten Teilzyk¬ lus ist dabei so bemessen, daß die Einflußgroße Ξ, sofern sie sich in negative Richtung verstellt hat, sicher er-

reicht, wird. Demgegenüber wird die Einflußgroße dann nicht erreicht, wenn sie sich um mehr als den vorge¬ gebenen Betrag in positive Richtung verändert haben sollte. In diesem Balle wird das Regelsystem in jedem Zyklus jeweils nur um den vorgegebenen Betrag in posi¬ tive Richtung verstellt und zählt dann im darauffolgen¬ den Zyklus von diesem Wert an weiter. Damit wird eine Dynamikbegrenzung in positive Richtung bewirkt, weil pro Zyklus jeweils nur eine begrenzte maximale Änderung in eine Richtung möglich ist. Hierdurch wird jedoch ein Schwingen des Regelsystenε sicher vermieden, da beim Schwingen große Ausschläge -in beide Richtungen auftreten.

ie man sieht, ist es zur Realisierung des beschriebenen digitalen Regelsystems erforderlich, zu Beginn jedes Regelzyklus das System zunächst um einen vorgegebenen .Betrag in eine definierte Richtung zu verstellen. Zur Realisierung dieses ersten Teilzyklus eignet sich jedoch in besonders vorteilhafter '. ^" eise die er indungsgemäße Schaltungsanordnung, wenn der vergegebene Betrag, um den das Regelsyεtem im ersten Teilzyklus verstellt wird, durch Vorgabe eines Referenzdatums definiert wird, wie dies zum Ausführungsbeispiel gemäß Pig r 1 erläutert wurde. Dann wird ..ährend des ersten Teilzyklus I der- Zählerstand in< einem Romparator mit dem Referenzdatum entsprechend dem vorgegebenen Betrag verglichen und bei Erreichen des Re¬ ferenzdatums die Zählrichtung umgekehrt, so daß der zweite Teilzyklus mit dem Vergleich der Einflußgr ße E gestartet werden kann.

BAD ORIGINAL OMPI