B E S C H R E I B U N G

Verfahren zur Rückmeldung von Zuständen einer elektrischen Komponente an ein Motorsteuergerät einer Verbrennungskraftmaschine

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rückmeldung von Zuständen einer elektri- sehen Komponente an ein Motorsteuergerät einer Verbrennungskraftmaschine mit einer Steuereinheit der elektrischen Komponente, die Mittel zur Detektion von Fehlern aufweist und die über eine Signalleitung mit dem Motorsteuergerät verbunden ist und ein im Motorsteuergerät erzeugtes PWM-Signal empfängt, wobei die Steuereinheit die Signalleitung zur Rückmeldung von Daten der elektrischen Komponente zum Motorsteuergerät auf Masse zieht.

Im Bereich der Fahrzeugtechnik wird es in neuerer Zeit immer häufiger gefordert, dass elektrische Komponenten wie Pumpen oder Aktuatoren die Fähigkeit besitzen, eine Rückmeldung von Zuständen der Komponenten an das Motorsteuergerät zu- rückzumelden. üblicherweise werden diese Komponenten über das Motorsteuergerät mittels Pulsweitenmodulation angesteuert. Dies erfolgt über eine einzelne vorhandene Signalleitung, welche sowohl zur übermittlung des Sollsignals in Form einer PWM-Codierung vom Motorsteuergerät zur Steuereinheit der Komponente dient als auch umgekehrt dazu benutzt werden soll, einen ggf. vorhandenen Fehlerzu- stand oder Ist-Zustand der Komponente an das Motorsteuergerät zu übermitteln.

Derartige Rückmeldungen von Zuständen zur Diagnose sind insofern bekannt, als dass die Komponente die Signalleitung auf Masse zieht falls irgendein Fehler vorliegt. Dies wird vom Motorsteuergerät erkannt, da dieses als Master dient. Gleichzei- tig misst das Motorsteuergerät die Spannung auf der Signalleitung, so dass, falls das Motorsteuergerät einen High-Pegel ausgeben will, die Leitung jedoch aufgrund der Masseverbindung auf Low-Pegel bleibt, dies ein Zeichen dafür ist, dass entweder die Komponente nicht korrekt funktioniert oder aber die Leitung kurzgeschlossen

ist. In der Vergangenheit wurde daher das Schalten der Signalleitung auf Masse durch die elektrische Komponente üblicherweise dafür benutzt, dem Motorsteuergerät mitzuteilen, dass ein Fehler aufgetreten ist.

Nachteilig an einer derartigen Ausführung ist es jedoch, dass lediglich bei Auftreten eines beliebiges Fehlers dieser an das Motorsteuergerät zurückgemeldet wird, ohne den Fehler tatsächlich identifizieren zu können. Des Weiteren erfolgen keinerlei Rückmeldungen bezüglich des Ist-Zustandes der elektrischen Komponente.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Rückmeldung von Zuständen einer elektrischen Komponente an ein Motorsteuergerät einer Verbrennungskraftmaschine zu schaffen, mit dem ein in der elektrischen Komponente auftretender Fehler nicht nur an das Motorsteuergerät übertragen wird, sondern dieser auch im Motorsteuergerät erkannt, also identifiziert wird. Zusätzlich soll erreicht werden, dass, auch ohne Auftreten eines Fehlers, Informationen über einen Ist-Zustand der elektrischen Komponente an das Motorsteuergerät gemeldet werden können.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Dauer der Masseverbindung zur Identifizierung des Fehlers verwendet wird. Dies bedeutet, dass je nach Zeitdauer einer Verbindung der Signalleitung mit der Masse diese genau einem Fehler zugeordnet werden kann, wodurch das Motorsteuergerät diesen Fehler identifizieren kann. Für eine derartige Lösung ist nur eine minimale Anpassung bezüglich der verwendeten Bauteile notwendig. Es ergibt sich somit eine flexible Diagnosefunktionalität, bei der nur minimale Ressourcen sowohl im Steuergerät der elektrischen Komponente als auch im externen Motorsteuergerät erforderlich sind, da lediglich im Motorsteuergerät ein entsprechender Vergleichscode bezüglich der Länge des gesendeten Signals hinterlegt werden muss.

In einer weiterführenden Ausbildung der Erfindung wird die Dauer der Masseverbin- düng zusätzlich zur Rückmeldung des Ist-Wertes der elektrischen Komponente verwendet. Die Rückmeldung eines Fehlers oder aber des Ist-Zustandes der elektrischen Komponente kann definitionsgemäß aufeinander folgend stattfinden. Entsprechend macht es Sinn, eine derartige Rückmeldung regelmäßig bei sich nicht an-

dernder Ansteuerung der elektrischen Komponente durchzuführen. Die Codierung dieses Ist-Wertes der elektrischen Komponente kann beispielsweise linear erfolgen, so dass ein Auf-Masse-ziehen über einen definierten Maximalzeitraum von beispielsweise einer Sekunde einer 100%-igen Drehzahl entsprechen würde, die Hälfte der Zeit beispielsweise einer 50%-igen Drehzahl. Hierdurch würde auf sehr einfache Weise eine bisher nicht bekannte Rückmeldung eines Ist-Wertes der elektrischen Komponente zum Motorsteuergerät realisiert.

Vorzugsweise wird in einem ersten Zeitblock die Signalleitung für eine vordefinierte Zeit auf Masse gezogen, um dem Steuergerät, welches als Master dient, mitzuteilen, dass eine Rückmeldung erfolgt. Dies ist notwendig, um möglicherweise auftretende Störungen von einem Protokoll zur Fehler- bzw. Ist-Zustandsermittlung zu unterscheiden. Derartige Störungen sind üblicherweise deutlich kürzer als dieser Synchronisationszeitraum.

In einem sich anschließenden zweiten Zeitblock dient die Dauer der Verbindung der Signalleitung mit der Masse als Maß für den Ist-Zustand der elektrischen Komponente falls kein Fehler auftritt, wobei anschließend die Verbindung von der Komponente wieder freigegeben wird. Entsprechend könnte im Motorsteuergerät hinterlegt sein, dass eine direkte Proportionalität zwischen der Zeitdauer der Masseverbindung in diesem zweiten Zeitblock und der tatsächlichen Drehzahl besteht.

Ergänzend bleibt bei Auftreten eines Fehlers die Verbindung der Signalleitung mit der Masse solange erhalten, bis eine diesen Fehler identifizierende Zeitdauer ver- strichen ist. Ein von der Steuereinheit der elektrischen Komponente detektierter Fehler kann somit bei einer entsprechenden Hinterlegung eines Codes im Motorsteuergerät aufgrund der Dauer der Masseverbindung klar identifiziert werden. Jedem einzelnen über die Steuereinheit detektierbaren Fehler ist somit genau eine definierte Zeitdauer zugeordnet. Entsprechend kann mit geringstem elektronischen Aufwand eine derartige Identifizierung der Fehler über das Motorsteuergerät erfolgen.

In einer hierzu weiterführenden Ausführungsform werden die möglichen Fehler klassifiziert und unterschiedlichen Gruppen zugeordnet, so dass sich je nach Schwere

des Fehlers die übertragungszeiten verlängern. Fehler mit ähnlichen Folgen für die Funktion der elektrischen Komponente werden vorzugsweise zu diesen Gruppen zu- sammengefasst.

Entsprechend wird bei Freigabe der Verbindung der Signalleitung von der Steuereinheit der Komponente während einer ersten folgenden Zeitdauer auf einen Fehler aus einer Gruppe von Fehlern, die zu einem reduzierten Betrieb der elektrischen Komponente führen, geschlossen, während einer folgenden Zeitdauer auf einen Fehler aus einer Gruppe von Fehlern der elektrischen Komponente geschlossen und während einer darauf folgenden Zeitdauer auf einen Fehler aus einer Gruppe von Fehlern im System geschlossen, wobei die Verbindung der Signalleitung mit der Masse solange erhalten bleibt, bis die für den auftretenden Fehler mit längster identifizierender Zeitdauer definierte Zeitdauer abgelaufen ist. Hierdurch wird sichergestellt, dass tatsächlich der schwerste vorliegende Fehler ans Motorsteuergerät zu- rückgemeldet wird und entsprechende Maßnahmen getroffen werden können.

Eine besonders günstige Ausführungsform ergibt sich, wenn die elektrische Komponente eine elektromotorisch betriebene Pumpe ist, bei der die Gruppe von Fehlern, die zu einem reduzierten Betrieb der Pumpe führen, unterteilt ist in einen Zeitblock für eine erste Drehzahlbegrenzung, einen Zeitblock für eine zweite Drehzahlbegrenzung, einen Zeitblock für eine Trockenlauferkennung und einen Zeitblock für eine Leistungsbegrenzung. Diese Zeitblöcke dienen als erste und nicht so schwerwiegende Gruppe von Fehlern.

Vorzugsweise beinhaltet die Gruppe von Fehlern der elektrischen Komponente für den Fall das die elektrische Komponente eine elektromotorisch betriebene Pumpe ist, zumindest einen Zeitblock für einen Pumpenfehler durch überstrom. Dieser Pumpenfehler bildet somit eine zweite Gruppe von Fehlern, welche aufgrund der größeren Gewichtung nach der erstgenannten Gruppe von Fehlern abgefragt wird.

Ebenfalls vorteilhaft bei Verwendung einer elektromotorisch betriebenen Pumpe ist es, wenn die Gruppe von Fehlern im System zumindest einen Zeitblock für eine auftretende überspannung, einen Zeitblock für eine Trockenlaufabschaltung und einen

Zeitblock für eine Temperaturabschaltung beinhaltet. Derartige Fehler führen zu einer nicht mehr gegebenen Funktionalität des Systems, so dass eine entsprechende Rückmeldung beispielsweise an einen Fahrer eines Pkws über das Motorsteuergerät erfolgen müsste.

Dieses Verfahren sowie die weiterführenden Verfahrensschritte stellen auf einfache Art und Weise Rückmeldungen an das Motorsteuergerät über den Zustand der elektrischen Komponente sicher. Durch eine entsprechende Gewichtung der übertragenen Fehler wird das Einleiten ggf. notwendiger Maßnahmen ermöglicht. Im Ge- gensatz zu bisher bekannten Ausführungen kann eine derartige Rückmeldung im gesamten Zeitraum oder aber periodisch erfolgen, solange keine änderung des Ansteuersignals erfolgt. Auch kann dem Motorsteuergerät der tatsächliche Ist-Zustand zur Verfügung gestellt werden. Hierzu ist der Aufwand im externen Steuergerät äußerst gering.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand der Abbildungen im Folgenden am Beispiel einer elektromotorisch betriebenen Pumpe ausführlich beschrieben.

Figur 1 zeigt ein typisches Protokoll eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Rückmeldung von Zuständen einer elektrischen Komponente am Beispiel einer Pumpe.

Figur 2 zeigt den Ablauf des Verfahrens bei einer Nenndrehzahl der Pumpe von 50% ohne auftretende Fehler.

Figur 3 zeigt das Protokoll bei Auftreten eines überstromfehlers an der Pumpe.

Figur 4 zeigt ein Verfahren zur Rückmeldung, bei dem je nach Anwendung unterschiedliche Modi wählbar sind.

Die in den Figuren dargestellten Verfahren zur Rückmeldung von Zuständen einer elektrischen Komponente an ein Steuergerät einer Verbrennungskraftmaschine werden am Beispiel einer in einem Fahrzeug eingebauten elektrischen Kühlwasserpum-

pe erklärt. Im Fahrzeug ist ein Motorsteuergerät angeordnet, welches über eine Signalleitung mit einer Steuereinheit der Kühlwasserpumpe verbunden ist. Die Steuereinheit enthält verschiedene Mittel zur Detektion von Fehlern der Pumpe bzw. zum Messen von Betriebszuständen. Derartige schaltungstechnische Mittel sind bekannt. So kann beispielsweise die Drehzahl einer Pumpe über berührungslose Sensoren ermittelt werden. Auch sind die entsprechenden elektrischen Schaltungen beispielsweise zur Erkennung von überstrom, überspannungen oder dergleichen bekannt.

Dieses Verfahren bietet nun die Möglichkeit, über die Signalleitung zwischen der Steuereinheit der Kühlwasserpumpe und dem Motorsteuergerät möglichst viele Informationen auszutauschen.

An der Signalleitung können lediglich zwei Zustände, dass bedeutet der Zustand High oder der Zustand Low vom Motorsteuergerät gemessen werden. üblicherweise empfängt die Steuereinheit ein pulsweitenmoduliertes Signal des Motorsteuergerätes, bei dem abwechselnd die Signalleitung einen High- bzw. einen Low-Pegel aufweist. Die unterschiedliche Dauer dieser Zeiten dient zur Drehzahlsteuerung der Pumpe. Es ist jedoch für die Steuereinheit der Kühlwasserpumpe möglich über eine entsprechende Schaltung die Signalleitung auf Masse zu ziehen, wodurch das Mo- torsteuergerät lediglich ein Low-Signal empfängt, solange die Masseverbindung der Signalleitung besteht.

In Figur 1 ist nun eine typische Ansteuerung 1 des Motorsteuergeräts zur elektromotorisch betriebenen Kühlwasserpumpe dargestellt. Hierzu wird der Steuereinheit ein PWM-Signal 2 über die Signalleitung vom Motorsteuergerät übermittelt. Bekommt die Steuereinheit ein derartiges Signal, wird die Pumpe mit der daraus resultierenden Drehzahl betrieben, bis ein ggf. geändertes PWM-Signal 2 über die Signalleitung übermittelt wird. Es besteht nun die Möglichkeit, dass die Steuereinheit die Signalleitung auf Masse zieht. Dies kann in fest vorgegeben Abständen erfolgen, wel- che auch sehr klein gewählt werden können. Dieser Zeitabschnitt 3, während dessen die Signalleitung auf Masse liegt, dient zur Rückmeldung von Zuständen, von denen einer entsprechend vergrößert dargestellt ist.

Beispielsweise nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer des PWM-Signals 2 zieht nun die Steuereinheit der Pumpe die Signalleitung auf Masse. Gemäß des Beispiels nach Figur 1 wird diese Masseverbindung zunächst 100 ms gehalten, um dem Motorsteuergerät mitzuteilen, dass eine Rückmeldung stattfindet. Diese Zeitspanne bil- det somit einen Synchronisations-Zeitblock 4. Hieran schließt sich ein beispielsweise eine Sekunde langer Zeitblock 5 für die Ist-Drehzahl an. Diese beiden Zeitblöcke 4 und 5 werden bei jeder zu vollziehenden Rückmeldung zumindest teilweise ausgegeben und werden in einer Gruppe 6 zusammengefasst, nach welcher die übertragung endet, falls kein Fehler auftritt. Somit ist bei alleiniger übertragung der Gruppe 6 die Pumpe in Ordnung.

An diese Gruppe 6 schließt sich nun eine zweite Gruppe 7 zur Identifizierung eines reduzierten Betrieb der Pumpe an. Dieser besteht im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus vier 100 ms dauernden Zeitblöcken, wobei der Zeitblock 8 zur Detektierung einer ersten Drehzahlbegrenzung dient, der Zeitblock 9 zur Detektierung einer zweiten Drehzahlbegrenzung, der Zeitblock 10 zur Erkennung eines Trockenlaufs und der Zeitblock 11 zur Erkennung einer Leistungsbegrenzung der Pumpe dient.

Hieran schließt sich eine Gruppe 12 an, in dem Pumpenfehler zusammengefasst werden, wobei diese Gruppe 12 im vorliegenden Ausführungsbeispiel lediglich aus einem Zeitblock 13 zur Detektion von überstrom- bzw. Plausibilitätsfehler 13 besteht, der ebenfalls 100 ms lang ist.

Im Anschluss an die übertragung der Fehler der Gruppe 12 werden Fehler einer Gruppe 14 übertragen, in der Systemfehler nacheinander abgearbeitet werden. Hier besteht als erster Zeitblock 15 der Systemfehler die Identifizierung einer überspannung, als zweiter Zeitblock 16 die Erkennung einer Trockenlaufabschaltung, als dritter Zeitblock 17 die Detektion einer Temperaturabschaltung sowie als vierter Zeitblock 18 die Identifizierung einer mangelnden Versorgung des Relais. Diese Zeitblö- cke bzw. Gruppen von Zeitblöcken 4 bis 18 bilden somit den maximal durchgeführten Ablauf der Rückmeldung von Zuständen der Steuereinheit der Wasserpumpe an das Motorsteuergerät.

Nach Ablauf dieses Programms wartet die Steuereinheit der Pumpe zumindest 0,5 bis 1 s bevor erneut eine Rückmeldung stattfindet. Dies bedeutet, dass nach Ablauf der Rückmeldung die normale Verbindung der Signalleitung zwischen Motorsteuergerät und Steuereinheit der Pumpe wieder hergestellt wird.

In Figur 2 wird nun verdeutlicht, wie der Ablauf der Rückmeldung erfolgt, falls die Pumpe mit einer Drehzahl von 50% gegenüber der Maximaldrehzahl betrieben wird. Nach Schalten der Signalleitung auf Masse wird zunächst der Sync-Zeitblock 4 übertragen, so dass das Motorsteuergerät erkennt, dass eine Rückmeldung erfolgt. Daraufhin wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel 0,5 s lang die Verbindung mit der Masse beibehalten und daraufhin wieder umgeschaltet. Dies bedeutet für das Motorsteuergerät bei Definition eines linearen Zusammenhangs, dass, da das Signal des Zeitblocks 5 der Ist-Drehzahl lediglich die Hälfte der möglichen Gesamtlänge von 1 s lang ist, dass auch die Drehzahl lediglich 50% der Maximaldrehzahl aus- macht. Da in der Steuereinheit kein Fehler detektiert worden ist, endet an dieser Stelle die Verbindung der Signalleitung zur Masse, so dass über die Signalleitung erneut das PWM-Signal 2 von dem Motorsteuergerät zur Steuereinheit der Wasserpumpe übertragen wird.

In Figur 3 ist zur weiteren Erläuterung dargestellt, wie das Programm abläuft, falls aus der Gruppe 12 der Pumpenfehler ein überstrom mittels des Zeitblocks 13 durch die Steuereinheit detektiert wird. In diesem Fall bleibt die Verbindung der Signalleitung zur Masse so lange erhalten, bis die Zeitdauer für den Zeitblock 4, also dem Synchronisierungs-Zeitblock als auch den Zeitblock 5 für die Ist-Drehzahl sowie für den Zeitblock 8 für die erste Drehzahlbegrenzung, den Zeitblock 9 für die zweite Drehzahlbegrenzung, den Zeitblock 10 für die Trockenlauferkennung, den Zeitblock 11 für die Leistungsbegrenzung und schließlich den Zeitblock 13 für den überstrom abgelaufen ist. Dies bedeutet, dass die Verbindung mit der Masse für 1 ,6 s erhalten bleibt. Das Motorsteuergerät erkennt nun, dass nach 1 ,6 s die normale Verbindung der Signalleitung zwischen Motorsteuergerät und elektrischer Komponente wieder hergestellt wird und ist in der Lage, aufgrund eines im Motorsteuergerät hinterlegten Vergleichscodes hieraus festzustellen, dass offensichtlich ein überstromfehler vorliegt, der einem Auf-Masse-ziehen über eine Zeitdauer von 1 ,6 s entspricht.

Es wird hieraus auch deutlich, dass falls ein Fehler auftritt, keine Ist-Drehzahl tatsächlich zurückgemeldet werden kann. Es bleibt jedoch für das Motorsteuergerät möglich, nun beispielsweise eine entsprechende Fehlermeldung an den Führer ei- nes Fahrzeuges weiterzugeben.

Ist ein derartiges Verfahren hinterlegt, so ist selbstverständlich auch frei wählbar, in welchen Modi ein derartiges System beispielsweise bei unterschiedlichen Fahrzeugen oder Verbrennungskraftmaschinen genutzt werden soll. So ist im ersten Fehler- fall 19, wie in Figur 4 dargestellt ein Modus gewählt, bei dem eine Protokollversendung sowohl stattfindet, wenn die Pumpe in Ordnung ist als auch bei Auftreten eines Fehlers in der Gruppe 7 also bei reduziertem Betreib als auch bei auftreten eines Fehlers in einem der Gruppen 12, 14 also bei Pumpen- oder Systemfehlern. In der Zeile 20 ist dargestellt, dass eine Versendung nur bei einem Pumpen- bzw. System- fehler, also bei einem relativ schwerwiegenden Fehler gemäß einer der Gruppen 12 oder 14 stattfindet.

In der folgenden Zeile 21 ist ein dritter Modus beschrieben, bei dem eine Versendung des Protokolls in jedem Fehlerfall, also sowohl bei Auftreten eines Fehlers aus der einen reduzierenden Betreib anzeigenden Gruppe 7 als auch bei einem auftretenden Pumpenfehler oder einem Systemfehler also einem Fehler aus einer der Gruppen 12 oder 14. Auch eine komplette Deaktivierung der Versendung des Protokolls gemäß Zeile 22 ist denkbar ohne änderungen an Hard- oder Software durchführen zu müssen. Hierdurch kann auf verschiedene Kundenwünsche eingegangen werden, in dem man zwischen den verschiedenen Modi umschalten kann.

Es wird deutlich, dass durch ein derartiges Verfahren zur Rückmeldung von Zuständen eine sehr flexible Diagnosefunktionalität geschaffen wird, wobei lediglich minimale zusätzliche Ressourcen in der Komponente bzw. der Steuereinheit bzw. dem Motorsteuergerät erforderlich sind. Das übersenden eines derartigen Protokolls, wie es im Ausführungsbeispiel beschrieben ist, bleibt kompatibel zum bekannten Stand der Technik, wobei jedoch zusätzliche Informationen, insbesondere bezüglich des Ist-Wertes übertragen werden können. Eine Protokollüberwachung ist nicht mehr

notwendig. Des Weiteren wird durch eine entsprechende Gruppierung der Fehler sichergestellt, dass die Blindzeiten der Steuerung minimiert werden. Es sollte deutlich sein, dass eine Anpassung je nach verwendeter elektrischer Komponente oder auch andere Gruppeneinteilungen bzw. ein anderer Ablauf bei der Abarbeitung der mögli- chen Fehler gewählt werden können. Auch bleibt es dem jeweiligen Anwender überlassen, inwieweit alle verschiedenen zu definierenden Gruppen tatsächlich genutzt werden oder zusätzliche Gruppen oder Zeitblöcke definiert werden.