DE102006057743B4

DE102006057743B4 - Verfahren zur Überwachung der Funktionssoftware von Steuergeräten in einem Steuergeräteverbund

Info

Publication number: DE102006057743B4
Application number: DE102006057743.4A
Authority: DE
Inventors: Tino Kerejewski; Markus Kraus; Kai Wollenschläger
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2006-12-07
Filing date: 2006-12-07
Publication date: 2015-07-30
Anticipated expiration: 2026-12-08
Also published as: US9091615B2; US20080140280A1; DE102006057743A1

Abstract

Überwachungsverfahren für einen Steuergeräteverbund (1) mit mehreren elektronischen Steuergeräten (5, 6) zur Steuerung einer Brennkraftmaschine (2) in einem Kraftfahrzeug, bei dem Betriebsgrößen der einzelnen Steuergeräte (5, 6) miteinander verglichen werden, um eine Fehlfunktion der Steuergeräte (5, 6) zu erkennen, wobei die Steuergeräte (5, 6) verbundübergreifend überwacht werden, indem die Betriebsgrößen verschiedener Steuergeräte (5, 6) des Steuergeräteverbunds miteinander verglichen werden dadurch gekennzeichnet, a) dass der Steuergeräteverbund (1) mindestens drei Steuergeräte (5, 6, 12) enthält, und b) dass aus einem Vergleich der Betriebgrößen (MIST, MSOLL) der einzelnen Steuergeräte (5, 6, 12) ermittelt wird, welches der Steuergeräte (5, 6, 12) funktionsunfähig ist, wobei die miteinander zu vergleichenden Betriebsgrößen ein Soll-Drehmoment der Brennkraftmaschine (2) des Kraftfahrzeugs einerseits und ein Ist-Drehmoment der Brennkraftmaschine (2) andererseits sind, c) Soll-Drehmomente (MSOLL,1, MSOLL,2) der Brennkraftmaschine jeweils von den einzelnen Steuergeräten (5, 6, 12) ermittelt werden, d) Ist-Drehmomente (MIST,1, MIST,2) der Brennkraftmaschine jeweils von den einzelnen Steuergeräten (5, 6, 12) ermittelt werden, e) ein Maximalwert (MIST,MAX) der einzelnen Ist-Drehmomente bzw. Soll-Drehmomente ermittelt wird, f) ein Minimalwert (MSOLL,MIN) der einzelnen Soll-Drehmomente bzw. Ist-Drehmomente ermittelt wird, g) der Maximalwert (MIST,MAX) mit dem Minimalwert (MSOLL,MIN) zur Erkennung einer Fehlfunktion in dem Steuergeräteverbund (1) verglichen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Überwachungsverfahren für einen Steuergeräteverbund mit mehreren elektrischen Steuergeräten zur Ansteuerung einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug gemäß dem Hauptanspruch.
Moderne Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen werden durch eine elektronische Motorsteuerung (ECU: Electronic Control Unit) gesteuert, die eine zunehmend komplexe Funktionssoftware enthält. Im Betrieb der Brennkraftmaschine wird die Funktionssoftware der elektronischen Motorsteuerung üblicherweise nach einem 3-Ebenen-Konzept überwacht. In diesem Konzept werden Fehler in den Abläufen überwachungsrelevanter Umfänge der Funktionssoftware in einer sogenannten ”Ebene 1” erkannt, wobei berechnete Drehmomente überwacht werden. Dies geschieht, indem die Drehmomente in der sogenannten ”Ebene 2” nachgebildet und miteinander verglichen werden.
Weiterhin sind Brennkraftmaschinen bekannt, die nicht durch ein einziges elektronisches Steuergerät gesteuert werden, sondern durch mehrere elektronische Steuergeräte, wobei die einzelnen Steuergeräte beispielsweise bei einem Zwölfzylindermotor mit zwei Zylinderbänken für jeweils eine der beiden Zylinderbänke zuständig sind. Bei einem derartigen Steuergeräteverbund mit mehreren elektronischen Steuergeräten erfolgt die Funktionsüberwachung der einzelnen Steuergeräte herkömmlicherweise getrennt für die einzelnen Steuergeräte, was jedoch relativ aufwendig ist.
Aus DE 42 31 449 A1 , DE 43 14 118 A1 , DE 196 01 593 A1 , 196 40 432 A1 und DE 101 13 917 A1 sind verschiedene Steuergeräteverbünde zur Steuerung von Brennkraftmaschinen bekannt, bei denen die einzelnen Steuergeräte untereinander verbunden sind, um eine Plausibilitätsprüfung durchzuführen. Es ist hierbei jedoch nicht möglich, zu identifizieren, welches der Steuergeräte in dem Steuergeräteverbund fehlerhaft ist.
Die DE 10 2004 054 231 A1 zeigt ein Verfahren zur Überwachung der Steuerung eines Motors mit mindestens zwei Steuergeräten, welcher aus wenigstens zwei Zylinderbänken oder aus zwei Teilmotoren aufgebaut ist. Bei diesem Verfahren ist jede Zylinderbank oder jedem Teilmotor ein Steuergerät zugeordnet, welches auf der Grundlage erfasster Betriebsparameter die Funktion der jeweiligen ihr zugeordneten Zylinderbank oder des ihr zugeordneten Teilmotors steuert, wobei die Steuergeräte ihre Steuergrößen untereinander austauschen, und die erfassten Betriebsparameter und die von den Steuergeräten ausgegebenen Steuergrößen in einer gemeinsamen Bewertung auf Plausibilität überwacht werden.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, das vorstehend beschriebene bekannte Überwachungsverfahren für einen Steuergeräteverbund mit mehreren elektronischen Steuergeräten zur Ansteuerung einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug entsprechend zu verbessern.
Diese Aufgabe wir erfindungsgemäß durch ein Überwachungsverfahren gemäß dem Hauptanspruch gelöst.
Die Erfindung umfasst die allgemeine technische Lehre, die einzelnen Steuergeräte eines Steuergeräteverbunds nicht getrennt und unabhängig voneinander zu überwachen, sondern stattdessen eine verbundübergreifende Überwachung der Steuergeräte durchzuführen, indem Betriebsgrößen verschiedener Steuergeräte des Steuergeräteverbunds miteinander verglichen werden, wodurch eine Fehlfunktion in dem Steuergeräteverbund mit geringem Aufwand erkannt werden kann.
Bei den Betriebsgrößen der einzelnen Steuergeräte, die im Rahmen des erfindungsgemäßen Überwachungsverfahrens miteinander verglichen werden, handelt es sich vorzugsweise um Drehmomentwerte der Brennkraftmaschine, indem beispielsweise ein Soll-Drehmoment der Brennkraftmaschine mit einem Ist-Drehmoment der Brennkraftmaschine verglichen wird, wie es auch bei dem eingangs erwähnten herkömmlichen Überwachungsverfahren der Fall ist. Die Funktionssoftware in den einzelnen Steuergeräten wird also vorzugsweise durch einen Vergleich der nachgebildeten Drehmomente, d. h. von Soll-Drehmoment und Ist-Drehmoment, überprüft. Bei einer unerlaubten Abweichung des nachgebildeten Ist-Drehmoments gegenüber dem nachgebildeten Soll-Drehmoment ist ein Fehler erkannt und es werden Fehlerreaktionen eingeleitet.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden also für die einzelnen Steuergeräte jeweils Soll-Drehmomente der Brennkraftmaschine und Ist-Drehmomente der Brennkraftmaschine ermittelt.
Anschließend wird dann die maximale Abweichung zwischen den ermittelten Soll-Drehmomenten einerseits und den ermittelten Ist-Drehmomenten bestimmt. Hierzu wird vorzugsweise zunächst der Maximalwert der einzelnen Ist-Drehmomente und der Minimalwert der einzelnen Soll-Drehmomente ermittelt. Anschließend erfolgt dann ein Vergleich des Maximalwerts der Ist-Drehmomente mit dem Minimalwert der Soll-Drehmomente, um eine Fehlfunktion in dem Steuergeräteverbund zu erkennen. Beispielsweise kann dann ein Fehlersignal generiert werden, wenn die Abweichung zwischen dem Maximalwert der einzelnen Ist-Drehmomente einerseits und dem Minimalwert der einzelnen Soll-Drehmomente andererseits einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt.
Vorzugsweise erfolgt der Vergleich zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert nicht nur in einem einzigen Steuergerät, sondern in mehreren Steuergeräten, um bei dem Vergleich eine Redundanz zu schaffen. Zur Maximierung der Redundanz kann der Vergleich zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert sogar in jedem der Steuergeräte vorgenommen werden.
In einem möglichen Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die Ist-Drehmomente in den einzelnen Steuergeräten jeweils aus mindestens einer Basisgröße des jeweiligen Steuergeräts berechnet, wobei beispielsweise der jeweilige Luftmassenstrom, der Zündwinkel, der Einspritzzeitpunkt, die Einspritzdauer und/oder ein Lastsignal berücksichtigt werden können. Weitere mögliche Basisgrößen für die Bestimmung der Ist-Drehmomente sind der Saugrohrdruck, der Einspritzdruck und/oder die Luftzahl, die beispielsweise durch eine herkömmliche Lambdasonde gemessen werden kann. Hierbei muss jede Änderung der Funktionssoftware sowie der Hardware aber auch der Systemkonfiguration, die einen Einfluss auf die Berechnung der Drehmomente oder deren Basisgrößen hat, bei der funktionalen Absicherung der Basisgrößen und der Berechnung der nachgebildeten Drehmomente berücksichtigt werden.
Die Überwachung von Steuergeräten mit identischer Funktionssoftware in einem Steuergeräteverbund ermöglicht vorteilhaft eine wesentliche Vereinfachung in der Überwachung der Funktionssoftware.
In den bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung weist die Brennkraftmaschine mehrere Zylinderbänke auf, wobei die einzelnen Steuergeräte jeweils für eine der Zylinderbänke zuständig sind. Die Erfindung ermöglicht jedoch auch eine andere Zuständigkeitsaufteilung der einzelnen Steuergeräte. Beispielsweise können die einzelnen Steuergeräte für die Ansteuerung verschiedener Aggregate der Brennkraftmaschine zuständig sein.
Weiterhin umfasst die Erfindung auch ein Computerprogrammprodukt, welches das Überwachungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausführt, wenn es in einen Programmspeicher eines der Steuergeräte geladen ist und auf dem Steuergerät abläuft.
Schließlich umfasst die Erfindung auch ein Steuergerät mit einem Programmspeicher, in den ein Computerprogramm geladen ist, welches das erfindungsgemäße Überwachungsverfahren ausführt.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines nicht erfindungsgemäßen Steuergeräteverbundes mit zwei Steuergeräten zur Steuerung von zwei Zylinderbänken einer Brennkraftmaschine,
2 ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung der Funktionsweise des Überwachungsverfahrens in dem Steuergeräteverbund gemäß 1,
3 eine Abwandlung des Blockdiagramms aus 2,
4 das Überwachungsverfahren des Steuergeräteverbunds gemäß 1 in Form eines Flussdiagramms, sowie
5 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Steuergeräteverbunds mit drei Steuergeräten.
Das Blockdiagramm in 1 zeigt in stark vereinfachter Form einen Steuergeräteverbund 1 zur Steuerung einer Brennkraftmaschine 2 in einem Kraftfahrzeug.
Die Brennkraftmaschine 2 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein 12-Zylinder-Ottomotor mit 2 Zylinderbänken 3, 4, wobei den beiden Zylinderbänken 3, 4 in dem Steuergeräteverbund 1 jeweils ein Steuergerät 5 bzw. 6 (ECU: Electronic Control Unit) zugeordnet ist.
Der Steuergeräteverbund 1 ermöglicht hierbei eine verbundübergreifende Überwachung der Funktionssoftware der beiden Steuergeräte 5, 6, wie nachfolgend anhand des Blockdiagramms gemäß 2 beschrieben wird.
Hier werden im Zusammenhang mit den 2 bis 4 an einem Verbund von 2 Steuergeräten Abläufe näher erläutert, wie sie bei der erfindungsgemäßen Lösung an einem Verbund mit mindestens 3 Steuergeräten durchgeführt werden (hierzu auch 5).
So weist die Software in den beiden Steuergeräten 5, 6 ein Rechenmodul 7 auf, das eingangsseitig nachgebildete Soll-Werte M_SOLL,1, M_SOLL,2 für das Drehmoment der Brennkraftmaschine 2 aufnimmt, wobei der Soll-Wert M_SOLL,1 von dem Steuergerät 5 nachgebildet wird, während der Soll-Wert M_SOLL,2 von dem anderen Steuergerät 6 nachgebildet wird. Das Rechenmodul 7 berechnet dann aus diesen eingangsseitig aufgenommenen Soll-Werten einen Minimalwert M_SOLL,MIN der eventuell nachgebildeten Soll-Werte und gibt den Minimalwert M_SOLL,MIN an ein Vergleichermodul 8 weiter.
Darüber hinaus weist die Software der beiden Steuergeräte 5, 6 ein weiteres Rechenmodul 9 auf, das eingangsseitig Ist-Werte M_IST,1, M_IST,2 des Drehmoments der Brennkraftmaschine 2 aufnimmt, wobei der Ist-Wert M_IST,1 von dem Steuergerät 5 nachgebildet wird, während der andere Ist-Wert M_IST,2 von dem anderen Steuergerät 6 nachgebildet wird. Das Rechenmodul 9 berechnet aus diesen eingangsseitig aufgenommenen Ist-Werten M_IST,1, M_IST,2 einen Maximalwert M_IST,MAX der eingangsseitig aufgenommenen Ist-Werte und führt diesen Maximalwert M_IST,MAX dem Vergleichermodul 8 zu.
Das Vergleichermodul ermittelt dann die Abweichung zwischen dem Minimalwert M_SOLL,MIN und dem Maximalwert M_IST,MAX und generiert beim überschreiten einer vorgegebenen maximalen Abweichung ein Fehlersignal, das eine Fehlfunktion in dem Steuergeräteverbund 1 anzeigt.
3 zeigt eine Abwandlung des Blockdiagramms gemäß 2, wobei die Abwandlung weitgehend mit dem vorstehenden Ausführungsbeispiel gemäß 2 übereinstimmt, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird, wobei für entsprechende Einzelheiten im Folgenden dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
Eine Besonderheit dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass der Maximalwert M_IST,MAX des Drehmoments von einem Rechenmodul 10 aus einem Maximalwert Q_LM,MAX von zwei Luftmassenströmen Q_LM,1, Q_LM,2 berechnet wird, wobei ein weiteres Rechenmodul 11 den Maximalwert Q_LM,MAX ermittelt.
Im Folgenden wird nun der Ablauf des Überwachungsverfahrens anhand des Flussdiagramms gemäß 4 erläutert.
In einem ersten Schritt S1 wird zunächst ein Soll-Drehmoment M_SOLL,1 in dem Steuergerät 5 (”ECU1”) ermittelt.
In einem zweiten Schritt S2 wird dann das Soll-Drehmoment M_SOLL,2 in dem anderen Steuergerät 6 (”ECU2”) ermittelt.
Aus diesen beiden Soll-Drehmomenten M_SOLL,1, M_SOLL,2 wird dann in einem weiteren Schritt S3 der Maximalwert M_SOLL,MAX ermittelt.
Anschließend wird dann in einem Schritt S4 das Ist-Drehmoment M_IST,1 von dem Steuergerät 5 (”ECU1”) ermittelt.
In dem Schritt S5 erfolgt dann eine Ermittlung des Ist-Drehmoments M_IST,2 von dem anderen Steuergerät 6 (”ECU2”).
Aus den beiden Ist-Drehmomenten M_IST,1, M_IST,2 wird dann in einem Schritt S6 der Minimalwert M_IST,MIN ermittelt.
In einem weiteren Schritt S7 erfolgt dann ein Vergleich des Minimalwerts M_IST,MIN mit dem Maximalwert M_SOLL,MAX in dem Steuergerät 5 (”ECU1”).
Falls die Abweichung zwischen diesen Werten einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet, so wird in einem Schritt S8 zu einem weiteren Schritt S11 verzweigt, in dem ein Fehlersignal generiert wird, das eine Fehlfunktion des Steuergeräteverbunds anzeigt.
Falls der Vergleich in dem Steuergerät 5 (”ECU1”) dagegen keinen Fehler ergibt, so erfolgt anschließend in einem Schritt S9 ein weiterer Vergleich, diesmal jedoch in dem anderen Steuergerät 6 (”ECU2”). Die Wiederholung des Vergleichs in dem anderen Steuergerät 6 bietet vorteilhaft eine Redundanz.
Falls dieser zweite Vergleich eine Grenzwertüberschreitung anzeigt, so wird in einem Schritt S10 zu dem Schritt S11 übergegangen, in dem das Fehlersignal generiert wird. Andernfalls wird das Überwachungsverfahren mit den Schritten S1 bis S11 während des Betriebs der Brennkraftmaschine laufend wiederholt.
5 zeigt schließlich ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Steuergeräteverbunds 1, wobei dieses Ausführungsbeispiel weitgehend mit dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 übereinstimmt, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird.
Eine Besonderheit des Steuergeräteverbunds 1 besteht in diesem Ausführungsbeispiel darin, dass neben den beiden Steuergeräten 5, 6 für die beiden Zylinderbänke 2, 3 ein drittes Steuergerät 12 (TCU: Transmission Control Unit) zu dem Steuergeräteverbund 1 gehört, wobei das Steuergerät 12 ein automatisches Getriebe 13 steuert.
Die drei Steuergeräte 5, 6 und 12 des Steuergeräteverbunds 1 tauschen hierbei Ist-Drehmomente M_IST und Soll-Drehmomente M_SOLL untereinander aus, wobei das erfindungsgemäße Überwachungsverfahren diese Drehmomentwerte miteinander vergleicht. Falls nun eines der Steuergeräte 5, 6, 12 abweichende Drehmomentwerte liefert, während die beiden anderen Steuergeräte übereinstimmende Drehmomente liefern, so kann davon ausgegangen werden, dass das betreffende Steuergerät defekt ist. Das zusätzliche Steuergerät 12 ermöglicht also im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 nicht nur die Erkennung, ob überhaupt eines der Steuergeräte 5, 6, 12 defekt ist, sondern erlaubt auch die Identifizierung des defekten Steuergeräts.

Claims

Überwachungsverfahren für einen Steuergeräteverbund (1) mit mehreren elektronischen Steuergeräten (5, 6) zur Steuerung einer Brennkraftmaschine (2) in einem Kraftfahrzeug, bei dem Betriebsgrößen der einzelnen Steuergeräte (5, 6) miteinander verglichen werden, um eine Fehlfunktion der Steuergeräte (5, 6) zu erkennen, wobei die Steuergeräte (5, 6) verbundübergreifend überwacht werden, indem die Betriebsgrößen verschiedener Steuergeräte (5, 6) des Steuergeräteverbunds miteinander verglichen werden dadurch gekennzeichnet, a) dass der Steuergeräteverbund (1) mindestens drei Steuergeräte (5, 6, 12) enthält, und b) dass aus einem Vergleich der Betriebgrößen (M_IST, M_SOLL) der einzelnen Steuergeräte (5, 6, 12) ermittelt wird, welches der Steuergeräte (5, 6, 12) funktionsunfähig ist, wobei die miteinander zu vergleichenden Betriebsgrößen ein Soll-Drehmoment der Brennkraftmaschine (2) des Kraftfahrzeugs einerseits und ein Ist-Drehmoment der Brennkraftmaschine (2) andererseits sind, c) Soll-Drehmomente (M_SOLL,1, M_SOLL,2) der Brennkraftmaschine jeweils von den einzelnen Steuergeräten (5, 6, 12) ermittelt werden, d) Ist-Drehmomente (M_IST,1, M_IST,2) der Brennkraftmaschine jeweils von den einzelnen Steuergeräten (5, 6, 12) ermittelt werden, e) ein Maximalwert (M_IST,MAX) der einzelnen Ist-Drehmomente bzw. Soll-Drehmomente ermittelt wird, f) ein Minimalwert (M_SOLL,MIN) der einzelnen Soll-Drehmomente bzw. Ist-Drehmomente ermittelt wird, g) der Maximalwert (M_IST,MAX) mit dem Minimalwert (M_SOLL,MIN) zur Erkennung einer Fehlfunktion in dem Steuergeräteverbund (1) verglichen wird.
Überwachungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ist-Drehmomente (M_IST,1, M_IST,2) jeweils aus mindestens einer Basisgröße (Q_LM,1, Q_LM,2) des jeweiligen Steuergeräts (5, 6) berechnet werden.
Überwachungsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Berechnung des Ist-Drehmoments (M_IST,1, M_IST,2) mindestens eines der folgenden Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine berücksichtigt wird: – Luftmassenstrom, – Zündwinkel, – Einspritzzeitpunkt, – Einspritzdauer, – Lastsignal, – Saugrohrdruck, – Einspritzdruck, – Luftzahl.
Überwachungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergleich des Minimalwerts (M_SOLL,MIN) mit dem Maximalwert (M_IST,MAX) von jedem der Steuergeräte (5, 6, 12) durchgeführt wird, um Redundanz zu schaffen.
Überwachungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (2) mehrere Zylinderbänke (3, 4) aufweist, wobei die einzelnen Steuergeräte (5, 6) jeweils für eine der Zylinderbänke (3, 4) zuständig sind.
Computerprogrammprodukt, welches das Überwachungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausführt, wenn es in einen Programmspeicher eines der Steuergeräte (5, 6, 12) geladen ist und auf dem Steuergerät (5, 6, 12) abläuft.
Steuergerät (5, 6) mit einem Programmspeicher, in den ein Computerprogramm geladen ist, welches das Überwachungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ausführt.