Steuereinheit zum Betreiben eines Fahrzeugantriebes

Die Erfindung betrifft eine Steuereinheit zum Betreiben eines Fahrzeugantriebes sowie die Anwendung der Steuereinheit zum Betreiben einer Brennkraftmaschine oder einer elektrischen Maschinen in einem Kraftfahrzeug und ein Verfahrens zum Betreiben der Vorrichtung.

Die überwachung von Antriebssteuergeräten ist im Allgemeinen als Drei -Ebenen-überwachungskonzept ausgeführt. Ein derartiges überwachungskonzept ist aus der Druckschrift DE 44 38 714 Al bekannt. Sie beschreibt . ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Antriebsleistung eines Fahrzeuges mit einem Mikrocomputer mit wenigstens zwei voneinander unabhängigen Ebenen, wobei eine erste Ebene die Steuerfunktionen und eine zweite Ebene die überwachungsfunktionen durchführt. Eine dritte Ebene bildet eine Kontrollebene, welche die überwachungsebene und damit den Mikrocomputer kontrolliert.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Steuereinheit für einen Fahrzeugantrieb mit verbesserter Fehlererkennungsempfindlichkeit anzugeben .

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst .

Dazu weist die erfindungsgemäße Steuereinheit eine erste Begrenzungseinrichtung auf, in der ein vorläufiges Sollmoment

mit einem maximalen Grenzmoment auf ein abschließendes Sollmoment nach oben begrenzbar ist, wenn eine erfasste Fahrzeuggeschwindigkeit größer oder gleich einer Anfahrgrenzgeschwindigkeit ist. In der Begrenzungseinrichtung ist dieses vorläufige Sollmoment mit einem von den Mess- /Stellgrößen des Fahrpedalwertgebers abhängigen Grenzmoment auf ein abschließendes Sollmoment nach oben begrenzbar, wenn die erfasste Fahrzeuggeschwindigkeit unterhalb einer Anfahrgrenzgeschwindigkeit liegt.

Die Anfahrgrenzgeschwindigkeit definiert für die Fahrzeuggeschwindigkeit eine Grenze. Ab und oberhalb dieser Anfahrgrenzgeschwindigkeit befindet sich das Fahrzeug im normalen Fahrbetrieb. In diesem Bereich wird das Sollmoment durch ein maximales Grenzmoment nach oben begrenzt . Damit wird verhindert, dass der Antrieb im Fehlerfall versucht ein unerwünscht- hohes Moment zu erzeugen.

Geschwindigkeiten unterhalb der Anfahrgrenzgeschwindigkeit werden dem Anfahrbereich des Fahrzeuges zugerechnet. In diesem Fall wird das Sollmoment mit einem von den Mess- /Stellgrößen des Fahrpedalwertgebers abhängigen Grenzmoment nach oben begrenzt. Dies hat den Vorteil, dass das Grenzmoment niedriger als das maximale Grenzmoment gewählt werden kann. Dadurch wird die Fehlererkennungsempfindlichkeit der Vorrichtung im Anfahrbereich erhöht .

In einer Ausführungsform der Erfindung ist eine Begrenzungseinrichtung vorgesehen, durch die das von den Mess-/Stellgrößen des Fahrpedalwertgebers abhängige Grenzmoment mit einem festlegbaren minimalen Grenzmoment nach unten begrenzbar ist. Bei Brennkraftmaschinen ist es, z.B. wegen der Einhaltung von Abgasvorschriften, notwendig, eine untere Betriebsgrenze festzulegen, die im Stillstand oder im

Anfahrbetrieb nicht unterschritten werden soll. Das minimale Grenzmoment stellt diese untere Betriebsgrenze dar und sichert einen ordnungsgemäßen Betrieb des Fahrzeugantriebs.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen gehen aus den Unteransprüchen und den Beschreibungen hervor. Nachfolgend wird die in der Fig. gezeigte schematische Darstellung einer Ausführungsform der Steuereinheit näher beschrieben.

Die Fig. zeigt eine Steuereinheit eines Fahrzeugantriebs, typischerweise einer Brennkraftmaschine. Die dargestellte Steuereinheit ist aber auch für andere Antriebe, wie elektromechanische Antriebe, Hybridantriebe oder Brennstoffzellen geeignet.

Die Steuereinheit weist u.a. eine Prozess-Ebene 1 für die Berechnung von Antriebssteuerungs- und Diagnosefunktionen auf, die im Folgenden als Funktionsrechner 1 bezeichnet wird, und eine zugehörige Prozessüberwachungs-Ebene 2 zur überwachung von drehmomentrelevanten

Antriebssteuerungsfunktionen des Funktionsrechners 1, die nachfolgend als überwachungsrechner 2 bezeichnet wird. Der Funktionsrechner 1 erhält über externe Verbindungen 3a bis 3d Informationen von Mess- oder Stellwertgebern über den Betriebszustand des Kraftfahrzeuges und/oder der Brennkraftmaschine. Dazu werden Mess-/Stellgrößen an den Funktionsrechner 1 weitergegeben. Beispielsweise erhält der Funktionsrechner 1 über eine externe Verbindung 3a Informationen eines Pedalwertgebers eines Gaspedals, über eine Verbindung 3b Informationen über die Einstellung eines Fahrgeschwindigkeitsbegrenzers und über eine Verbindung 3c eine Momentenvorgabe Md eines elektronischen Stabilitäts- Programms oder dergleichen.

Eine Verarbeitungseinrichtung 4 des Funktionsrechners 1 verarbeitet die eingehenden Informationen und berechnet aus den unterschiedlichen eingehenden Mess-/Stellgrößen und ggf. den ihnen zugeordneten Zusatzinformationen ein vorläufiges Sollmoment Mvsoll. Außerdem regelt die

Verarbeitungseinrichtung 4 das Anfahrdrehmoment . Weiterhin passt die Einrichtung 4 das Fahrverhalten des Kraftfahrzeuges dem vom Pedalwertgeber des Gaspedals angeforderten Pedalwert an.

Eine Zuordnungseinrichtung 5 des Funktionsrechners 1 ordnet einem ihr von der Verarbeitungseinrichtung 4 zugeführten vorläufigen Sollwert Mvsoll eine maximale Drehzahl Nmax zu.

In einer Einrichtung 6 wird der Wert für Nmax mit einer aktuellen Ist-Drehzahl Nist verglichen. In der dargestellten Ausführungsform wird von Nmax der Wert für die aktuelle Ist- Drehzahl Nist abgezogen. Dabei kann es sich um die Drehzahl eines Fahrzeugrades oder eines Fahrzeugantriebes (z.B. einer Brennkraftmaschine) handeln. Die Einrichtung 6 führt das Ergebnis dieser Operation einer Einrichtung 7 zu.

Die Einrichtung 7 ist typischerweise als ein Drehzahlregler ausgeführt, der die Ist-Drehzahl Nist senkt, wenn diese größer als Nmax ist. Die Einrichtung 7 ordnet der maximalen Drehzahl Nmax einen fahrpedalwertabhängigen Drehmomentgrenzwert MGrenz zu und führt diesen Drehmomentgrenzwert MGrenz einer Auswahleinrichtung 8 zu.

In einer alternativen Ausführungsform wird dieser fahrpedalwertabhängigen Drehmomentgrenzwert MGrenz bereits in der Verarbeitungseinrichtung 4 oder der Zuordnungseinrichtung 5 aus Mvsoll ermittelt.

Der Auswahleinrichtung 8 wird außerdem noch ein Wert für ein minimales Grenzmoment MGmin zugeführt . Dieses minimale Grenzmoment MGmin ergibt sich aus den Anforderungen der Fahrzeugantrieb für einen ordnungsgemäßen Betrieb. Beispielsweise sind dies die gesetzlichen Forderungen an die Abgaswerte einer Brennkraftmaschine.

Die Auswahleinrichtung 8 ist beispielsweise als Vergleicher ausgeführt. Der Vergleicher 8 ermittelt den größeren der Werte der beiden Momente MGmin und MGrenz als Maximalmoment und führt dieses Maximalmoment einem Eingang einer Schalteinrichtung 9 zu.

Dabei entspricht das sich ergebende Maximalmoment üblicherweise dem Drehmomentgrenzwert MGrenz. Nur wenn der Drehmomentgrenzwert MGrenz kleiner als MGmin ist, gibt die Einrichtung 8 MGmin als Ausgabewert an die Schalteinrichtung 9 aus.

Die Schalteinrichtung 9 weist einen weiteren Eingang auf, dem ein maximales Grenzmoment Mmax zugeführt wird. Dabei kann es sich um ein maximales Grenzmoment der Antriebseinrichtung, z.B. einer Brennkraftmaschine oder um ein maximales Grenzmoment eines Fahrzeugrades handeln.

Die Schalteinrichtung 9 ist mit einer Einrichtung 10 verbunden. Diese Einrichtung 10 steuert die Schaltposition der Schalteinrichtung 9.

Dazu verbindet die Einrichtung 10 den Eingang der Schalteinrichtung 9, an dem maximale Grenzmoment das Mmax anliegt, mit dem Ausgang der Schalteinrichtung 9, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit den Grenzwert x nicht unterschreitet.

In diesem Fall wird Mmax von der Schalteinrichtung 9 an die Einrichtung 11 ausgegeben.

Die Einrichtung 10 verbindet den mit der Einrichtung 8 verbundenen Eingang der Schalteinrichtung 9 mit dem Ausgang der Schalteinrichtung 9, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit einen Grenzwert x unterschreitet. In diesem Fall wird der Ausgabewert der Einrichtung 8 (MGrenz oder MGmin) von der Schalteinrichtung 9 an eine Begrenzungseinrichtung 11 ausgegeben. Dazu sendet Einrichtung 10 typischerweise ein Steuersignal an die Schalteinrichtung 9.

Die Begrenzungseinrichtung 11 erhält von der

Verarbeitungseinrichtung 4 das vorläufige Sollmoment Mvsoll. Dieses vorläufige Sollmoment Mvsoll wird in der Begrenzungseinrichtung 11 auf ein abschließendes Sollmoment Msoll begrenzt.

In der dargestellten Ausführungsform erhält die Einrichtung 11 außerdem von der überwachungseinheit 2 einen Wert für ein abschließendes zulässiges Moment Mzul .

Die Begrenzungseinrichtung 11 ermittelt aus den unterschiedlichen zugeführten Momenten Mvsoll, Mmax bzw. MGrenz oder MGmin und Mzul einen endgültigen Wert Msoll. Dazu wird das vorläufige Sollmoment Mvsoll mit dem Grenzwert Mmax bzw. MGrenz oder MGmin und dem abschließenden zulässigen Moment Mzul auf das abschließende Sollmoment Msoll begrenzt. Das sich ergebende abschließende Sollmoment Msoll wird zur Umsetzung von dem Funktionsrechner 1 der Steuereinheit ausgegeben.

Der überwachungsrechner 2 der Steuereinheit erhält über externe Verbindungen 3a bis 3d Informationen über den

Betriebszustand des Kraftfahrzeuges und des Fahrzeugantriebes. In der dargestellten Ausführungsform werden diese Informationen über den Funktionsrechner 1 an den überwachungsrechner 2 weitergeleitet.

Dabei handelt es sich beispielsweise um Informationen eines Pedalwertgebers eines Gaspedals, Informationen über die Einstellung eines Fahrgeschwindigkeitsbegrenzers und um eine Momentenvorgabe Md eines elektronischen Stabilitätsprogramms.

Eine Einrichtung 12 des überwachungsrechners 2 verarbeitet die eingehenden Informationen und berechnet aus den unterschiedlichen eingehenden Momentenanforderungen und ggf. den ihnen zugeordneten Zusatzinformationen ein vorläufiges zulässiges Moment Mvzul . Außerdem regelt diese Verarbeitungseinrichtung 12 das Anfahrdrehmoment. Weiterhin passt die Einrichtung 12 das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs dem vom Pedalwertgeber des Gaspedals angeforderten Pedalwert an.

Eine Zuordnungseinrichtung 13 des überwachungsrechners 2 ordnet einem ihr von der Verarbeitungseinrichtung 12 zugeführten vorläufigen zulässigen Moment Mvzul eine maximale Drehzahl Nmax zu. Dazu ist in der Zuordnungseinrichtung 13 beispielsweise ein Kennlinienfeld oder eine Umrechnungsfunktion hinterlegt.

In einer Einrichtung 14 wird der Wert für Nmax mit einer aktuellen Ist-Drehzahl Nist verglichen. In der dargestellten Ausführungsform wird von Nmax der Wert für die aktuelle Ist- Drehzahl Nist abgezogen. Dabei kann es sich um die Drehzahl eines Fahrzeugrades oder eines Fahrzeugantriebes (z.B. einer Brennkraftmaschine) handeln. Die Einrichtung 14 führt das Ergebnis dieser Operation einer Einrichtung 15 zu.

Die Einrichtung 15 ist typischerweise als ein Vergleicher ausgeführt. Ist Nmax - Nist >= 0, so wird kein Signal (bzw. der Wert 0) von der Einrichtung 15 an Einrichtung 16 weitergegeben. Ist Nmax - Nist < 0, so ein Signal (bzw. der Wert 1) von der Einrichtung 15 an Einrichtung 16 weitergegeben .

Der Einrichtung 16 ist außerdem noch mit Einrichtung 17 verbunden. Diese Einrichtung 17 gibt ein Signal (bzw. einen Wert 1) an die Einrichtung 16, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit v einen Grenzwert x unterschreitet.

Die Einrichtung 16 ist typischerweise als Logisches „UND" ausgeführt. Sie gibt ein Steuersignal an eine Schalteinrichtung 19, wenn an beiden Eingängen der Einrichtung 16 ein Signal anliegt (bzw. Einrichtung 17 und Einrichtung 15 beide einen Wert 1 an die Einrichtung 16 senden) . Zwischen der Einrichtung 16 und einer Einrichtung 19 ist in der dargestellten Ausführungsform eine Einrichtung 18 vorgesehen.

Die Einrichtung 18 verzögert die Signale. Damit werden Laufzeitunterschiede zwischen Funktionsebene und überwachungsebene, z.B. durch die Reaktionszeit des Drehzahlreglers 7, kompensiert und der Datenfluss synchronisiert. Alternativ oder ergänzend ist vorgesehen, erst dann ein Signal von Einrichtung 18 an Einrichtung 19 zu senden, wenn die Bedingungen Nist >= Nmax und v < x über eine festgelegte Zeitspanne vorgelegen haben.

Die Schalteinrichtung 19 weist einen Eingang auf, dem das maximale Moment Mmax einer Fahrzeugrades oder des Fahrzeugantriebes zugeführt wird.

Die Schalteinrichtung 19 weist einen weiteren Eingang auf, dem ein Wert für das minimale Grenzmoment MGmin zugeführt wird.

Die Schalteinrichtung 19 ist mit der Einrichtung 16 verbunden. Sendet die Einrichtung 16 kein Steuersignal, so wird der Eingang der Schalteinrichtung 19 mit dem Ausgang der Schalteinrichtung 19 verbunden, an dem das maximale Grenzmoment Mmax anliegt. In diesem Fall wird von der Schalteinrichtung 19 das maximale Grenzmoment Mmax an eine Einrichtung 21 weitergegeben.

Sendet die Einrichtung 16 ein Steuersignal, so wird der Eingang der Schalteinrichtung 19 mit dem Ausgang der Schalteinrichtung 19 verbunden, an dem das minimale Grenzmoment MGmin anliegt-. In diesem Fall wird das minimale Grenzmoment MGmin von der Schalteinrichtung 19 an eine Begrenzungseinrichtung 21 weitergegeben.

In der dargestellten Ausführungsform ist zwischen der Schalteinrichtung 19 und der Einrichtung 21 an eine Einrichtung 20 vorgesehen. Diese Einrichtung 20 erhält von der Schalteinrichtung 19 einen Wert für das minimale Grenzmoment MGmin oder einen Wert für das maximale Grenzmoment Mmax. Weicht der neu eingehende Wert von dem bisher vorliegenden alten Wert ab, so passt Einrichtung 20 seinen Ausgabewert über eine übergangsfunktion, z.B. eine Rampe, stetig an den neu eingegangenen Wert an. Die Einrichtung 20 gibt ihren Ausgabewert an eine Einrichtung 21 aus .

Der Einrichtung 21 wird außerdem von der Einrichtung 12 das vorläufige zulässige Moment Mvzul zugeführt . Aus den

unterschiedlichen zugeführten Momenten Mmax bzw. MGtnin und Mvzul ermittelt die Einrichtung 21 einen Wert für ein endgültiges zulässiges Moment Mzul .

Dabei wird Mvzul durch das maximale Grenzmoment Mmax auf Mzul begrenzt, wenn die Fahrgeschwindigkeit v den Grenzwert x nicht unterschreitet und/oder keine zu hohe Drehzahl Nist (>= Nmax) vorliegt. Da im Regelfall das vorläufige zulässige Moment das maximal zulässige Moment nicht übersteigen sollte, wird das endgültige zulässige Moment Mzul meistens dem vorläufigen zulässigen Moment Mvzul entsprechen.

Liegen die Bedingungen für eine zu hohe Drehzahl Nist (>= Nmax) im Anfahrbereich (v < x) vor, so wird das vorläufige zulässige Moment Mvzul durch das, in der Regel sehr niedrige, minimale Grenzmoment MGmin auf das abschließende zulässige Moment Mzul nach oben begrenzt. In diesem Fall ergibt sich ein_ sehr niedriges abschließendes zulässiges Moment Mzul. -

Der ermittelte Wert für das abschließende zulässige Moment Mzul wird zur Begrenzung von Msoll an den Funktionsrechner 1 weitergegeben. Darüber hinaus gibt der überwachungsrechner 2 das abschließende zulässige Moment Mzul zur Umsetzung eines drehzahlabhängigen Momentenvergleichs und ggf. zum Auslösen von Fehlerreaktionen an andere, nicht dargestellte, Funktionsbereiche des überwachungsrechners 2 aus.

Im Funktionsrechner 1 wird in der Einrichtung 4 aus vielen verschiedenen Momentenanforderungen ein vorläufiges Sollmoment Mvsoll ermittelt.

Im normalen Fahrbetrieb, ab einer Fahrgeschwindigkeitsgrenze x aufwärts, wird dieses Sollmoment Mvsoll von einem maximalen Moment Mmax begrenzt. Zusätzlich bildet der überwachungsrechner 2, wie bereits dargestellt, als weitere

Begrenzung einen Wert für ein abschließendes zulässiges Moment Mzul . Da v < x nicht erfüllt ist, bleibt die Schalteinrichtung 19 in der dargestellten Grundstellung und leitet das Moment Mmax weiter. Entsprechend wird dieser Wert Mmax bzw. ein in Einrichtung 20 gebildeter übergangswert für Mmax in Einrichtung 21 mit Mvzul verglichen. Der kleinere dieser beiden Werte wird als aktueller Wert für Mzul ausgegeben.

Im Anfahrbereich, unterhalb einer Fahrgeschwindigkeitsgrenze x, schaltet die Schalteinrichtung 9 um und leitet die von Einrichtung 8 ausgegebenen Werte weiter. In der Regel wird dabei das fahrpedalwertabhängige Grenzmoment MGrenz weitergeleitet. Nur wenn der Wert von MGrenz den Wert von MGmin unterschreitet gibt die Einrichtung 8 MGmin weiter. Im überwachungsrechner 2 wird als weitere Begrenzung der Wert Mzul gebildet. Liegt die Fahrzeuggeschwindigkeit unterhalb des Grenzwertes x und überschreitet die Istdrehzahl Nist nicht den Grenzwert Nmax, so wird, wie im Normalbetrieb, Mmax bzw. ein in Einrichtung 20 gebildeter übergangswert für Mmax in Einrichtung 21 mit Mvzul verglichen. Der kleinere der beiden Werte wird als aktueller Wert für Mzul ausgegeben. Das vorläufige Sollmoment Mvsoll wird in diesem Fall in Einrichtung 11 in der Regel durch MGrenz und Mmax auf ein abschließendes Sollmoment Msoll nach oben begrenzt. Sollte im Anfahrbereich allerdings MGrenz einen Wert kleiner als MGmin annehmen, so begrenzt der Funktionsrechner 1 das vorläufige Sollmoment Mvsoll mit MGmin. Da MGmin ein sehr niedriger Wert ist, bedeutet dies üblicherweise, dass in Einrichtung 11 ein auf MGmin nach oben begrenztes abschließendes Sollmoment Msoll gebildet wird.

Wenn die überwachungsebene 2 im Anfahrbereich erkennt, dass die Drehzahl Nist die maximale Drehzahl Nmax übersteigt, so

sendet Einrichtung 16 ein Signal an die Schalteinrichtung 19. Nunmehr wird das minimale Grenzmoment MGmin von der Schalteinrichtung 19 oder ein in der Einrichtung 20 gebildeter übergangswert an die Einrichtung 21 weitergegeben. Damit wird in der Begrenzungseinrichtung 21 das abschließende zulässige Moment Mzul auf MGmin nach oben beschränkt. Dieses Moment Mzul wird an die Einrichtung 11 des Funktionsrechners 1 Weitergegeben. Dort wird nunmehr auch das vorläufige Sollmoment Mvsoll durch Mzul auf den Wert von MGmin beschränkt und dieser Wert als anzusteuerndes Sollmoment Msoll ausgegeben.