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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Steuergeräts für eine Brennkraftmaschine, wobei das Steuergerät in einer ersten Betriebsart die Brennkraftmaschine zusammen mit mindestens einem weiteren Steuergerät ansteuert.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9.
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Derartige Verfahren und Vorrichtungen sind bereits bekannt und werden beispielsweise zur Steuerung von Schiffsmotoren oder großen Stationärmotoren eingesetzt. Nachteilig an den bekannten Systemen ist, dass bei dem Ausfall eines Steuergeräts das beziehungsweise die verbleibenden, noch funktionierenden Steuergeräte nicht allein in der Lage sind, einen weiteren Betrieb der Brennkraftmaschine sicherzustellen. Üblicherweise wird daher der gesamte Steuergeräteverbund bereits bei dem Ausfall eines einzigen Steuergeräts komplett abgeschaltet, so dass ein weiterer Betrieb der Brennkraftmaschine nicht möglich ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass ein zuverlässiger Betrieb der Brennkraftmaschine auch bei Fehlfunktionen von Steuergeräten gesichert ist.
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Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Steuergerät das mindestens eine weitere Steuergerät auf eine Fehlfunktion und/oder einen Ausfall überwacht, und dass das Steuergerät bei einer Fehlfunktion und/oder einem Ausfall des mindestens einen weiteren Steuergeräts von der ersten Betriebsart in eine zweite Betriebsart wechselt, in der das Steuergerät einen Betrieb der Brennkraftmaschine unabhängig von dem mindestens einen weiteren Steuergerät aufrechterhalten kann. Dadurch ist vorteilhaft gewährleistet, dass die Brennkraftmaschine auch bei dem Ausfall mindestens eines oder weiterer Steuergeräte eines Steuergeräteverbundes weiterbetrieben werden kann.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Steuergerät in der ersten Betriebsart mit dem mindestens einen weiteren Steuergerät in einem Steuergeräteverbund nach dem Master-Slave-Prinzip zusammenarbeitet, wobei das Steuergerät wahlweise als Slave-Steuergerät oder als Master-Steuergerät arbeitet.
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Typischerweise hängt die Funktion eines als Slave-Steuergerät arbeitenden Steuergeräts von der Funktion eines es steuernden Master-Steuergeräts ab. Beispielsweise kann das Master-Steuergerät Vorgaben für den Betrieb des Slave-Steuergeräts beziehungsweise entsprechender, durch das Slave-Steuergerät gesteuerter Komponenten der Brennkraftmaschine machen. Das bedeutet, dass das Slave-Steuergerät die Brennkraftmaschine beziehungsweise ihm zugeordnete Funktionskomponenten der Brennkraftmaschine in der Regel nicht ordnungsgemäß ansteuern kann, sofern das ihm zugeordnete Master-Steuergerät keine entsprechenden Befehle an das Slave-Steuergerät sendet. Dies führt zu einem Totalausfall bei herkömmlichen Steuergeräteverbunden infolge des Ausfalls oder einer Fehlfunktion allein des Master-Steuergeräts.
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Demgegenüber kann ein als Master-Steuergerät arbeitendes Steuergerät üblicherweise wenigstens die ihm zugeordneten Funktionskomponenten der Brennkraftmaschine ansteuern, ohne hierbei auf die Funktionalität eines oder mehrerer ihm zugeordneter Slave-Steuergeräte angewiesen zu sein. Allerdings führt auch dies bei herkömmlichen Steuergeräteverbunden i.d.R. zu einem Totalausfall bzw. einer Stillegung der Brennkraftmaschine, da ein konventionelles Master-Steuergerät nicht in der Lage ist, den Wegfall eines Slave-Steuergeräts zu kompensieren.
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Demgegenüber ermöglicht die erfindungsgemäße zweite Betriebsart vorteilhaft die Aufrechterhaltung wenigstens eines Notbetriebs („Notlauf“) der Brennkraftmaschine auch dann, wenn ein oder mehrere Steuergeräte eines Verbundes ausfallen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Wechsel des Steuergeräts von der ersten in die zweite Betriebsart erfolgt, indem das Steuergerät einen Software-Reset auslöst. Dadurch wird besonders vorteilhaft sichergestellt, dass alle Funktionskomponenten, insbesondere Programmmodule von auf dem Steuergerät ablaufenden Computerprogramm, in einen definierten Ausgangszustand versetzt werden, um nachfolgend den Betrieb der Brennkraftmaschine in der zweiten Betriebsart des Steuergeräts sicherzustellen.
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Alternativ zu einem Software-Reset ist es auch möglich, dass das die Betriebsart wechselnde Steuergerät sämtliche durch den Betriebsartenwechsel betroffene Programmmodule einer auf ihm ablaufenden Software in entsprechender Weise von dem Betrieb in der ersten Betriebsart auf einen Betrieb in der zweiten Betriebsart umstellt. Dadurch kann vorteilhaft auf einen Software-Reset für den Wechsel der Betriebsart verzichtet werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Steuergerät vor dem Auslösen des Software-Resets eine den beabsichtigten Wechsel des Steuergeräts von der ersten in die zweite Betriebsart charakterisierende Zustandsvariable definiert, wobei das Steuergerät in einer auf den Software-Reset folgenden Initialisierungsphase die Zustandsvariable auswertet. Durch Zuweisung eines entsprechenden Werts für die Zustandsvariable kann das Steuergerät mithin über den Software-Reset hinaus die Information beibehalten, dass von der ersten Betriebsart in die zweite Betriebsart zu wechseln ist. Während üblicherweise alle Daten aus einem flüchtigen Arbeitsspeicher (RAM, Random Access Memory) des Steuergeräts während des Software-Resets verloren gehen, bleibt der Wert der erfindungsgemäß definierten Zustandsvariable erhalten, so dass nach dem Software-Reset das Steuergerät unter Auswertung der Zustandsvariable erkennen kann, dass es nun nicht mehr in der ersten Betriebsart betrieben werden soll, sondern vielmehr in der zweiten Betriebsart, welche zumindest einen Notbetrieb der Brennkraftmaschine ermöglicht.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Steuergerät in der zweiten Betriebsart als Master-Steuergerät arbeitet. Das bedeutet, die erfindungsgemäße zweite Betriebsart ist vergleichbar zu einer Master-Betriebsart aus dem vorstehend bereits erwähnten Master-Slave-Arbeitsprinzip. Insbesondere kann ein erfindungsgemäßes Steuergerät demnach während eines Normalbetriebs ohne Fehler beispielsweise als Slave-Steuergerät unter entsprechender Ansteuerung durch ein weiteres, als Master-Steuergerät arbeitendes Steuergerät, angesteuert werden und zusammen mit dem Master-Steuergerät zunächst den Betrieb der Brennkraftmaschine steuern. Beispielsweise kann das Steuergerät eine erste Zylinderbank der Brennkraftmaschine steuern, während das weitere, als Master-Steuergerät ausgebildete Steuergerät, selbst eine weitere Zylinderbank der Brennkraftmaschine ansteuert. Sobald eine Fehlfunktion des Master-Steuergeräts auftritt, die das Steuergerät vermöge der erfindungsgemäßen Überwachung des weiteren Steuergeräts feststellen kann, kann das erfindungsgemäße Steuergerät von dem seitherigen Slave-Betriebsmodus vorteilhaft auf die zweite Betriebsart, die der vorliegenden Ausführungsform zufolge vergleichbar ist mit einer Master-Betriebsart, wechseln, so dass es nunmehr die Funktionskomponenten der Brennkraftmaschine im Wesentlichen unabhängig, insbesondere unabhängig von dem nunmehr ausgefallenen weiteren Steuergerät, steuern kann. In Ergänzung zu einem herkömmlichen Master-Betrieb ist das erfindungsgemäße Steuergerät ferner so ausgelegt, dass es nicht notwendig mindestens ein weiteres (Slave-)Steuergerät benötigt, um die Brennkraftmaschine zu betreiben. Vielmehr kann das erfindungsgemäße Steuergerät die Brennkraftmaschine in der zweiten Betriebsart wenigstens in einem Notlauf völlig autark, also ohne Unterstützung des ausgefallenen Steuergeräts, betreiben.
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Um zu verhindern, dass das eine Fehlfunktion beziehungsweise einen Totalausfall aufweisende weitere Steuergerät eine Kommunikation des Steuergeräts mit der Brennkraftmaschine beziehungsweise generell die Ansteuerung der Brennkraftmaschine durch das ordnungsgemäß arbeitende Steuergerät stört, ist bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen, dass das Steuergerät in der zweiten Betriebsart eine Funktion des mindestens einen weiteren Steuergeräts sperrt, insbesondere indem es eine elektrische Energieversorgung des mindestens einen weiteren Steuergeräts deaktiviert. Dadurch ist vorteilhaft sichergestellt, dass nach einem Betriebsartenwechsel durch das Steuergerät in die zweite Betriebsart vorteilhaft eine Störung der Steuerung der Brennkraftmaschine in der zweiten Betriebsart durch ein defektes Steuergerät unterbunden werden kann. Beispielsweise wird bei einem gemeinsam durch die Steuergeräte genutzten Datenbus (z.B. CAN-Bus) somit vermieden, dass das defekte bzw. ausgefallene Steuergerät den gesamten Datenbus stört.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Steuergerät den Wechsel in die zweite Betriebsart signalisiert, insbesondere akustisch und/oder optisch. Eine Signalisierung über Datenverbindungen an andere Steuergeräte usw. ist ebenfalls denkbar. Beispielsweise kann eine Signallampe eines Bedienpults der Brennkraftmaschine oder dergleichen zur Signalisierung verwendet werden. Eine vergleichbare Signalisierung kann auch während der gesamten zweiten Betriebsart oder wenigstens periodisch innerhalb dieser zweiten Betriebsart erfolgen, also nicht nur im Rahmen eines Betriebsartenwechsels.
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Als eine weitere Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Steuergerät gemäß Patentanspruch 9 angegeben.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie
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unabhängig von ihrer Formulierung beziehungsweise Darstellung in der Beschreibung beziehungsweise in der Zeichnung.
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In der Zeichnung zeigt:
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1 schematisch ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
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2 ein vereinfachtes Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
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3 ein vereinfachtes Flussdiagramm einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine 200, der insgesamt zwei Steuergeräte 100, 100a zur Steuerung der Brennkraftmaschine 200 zugeordnet sind. Beispielsweise handelt es sich bei der Brennkraftmaschine 200 um einen Dieselmotor mit zwei Zylinderbänken je 6 Zylindern (nicht gezeigt).
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Die Ansteuerung der Brennkraftmaschine 200 erfolgt durch beide Steuergeräte 100, 100a. Vorliegend arbeiten die Steuergeräte 100, 100a in einem Steuergeräteverbund nach dem Master-Slave-Prinzip derart, dass das weitere Steuergerät 100a eine Master-Funktion einnimmt, und dass das Steuergerät 100 eine Slave-Funktion einnimmt.
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Beispielsweise kann das Steuergerät 100 dazu vorgesehen sein, eine erste Zylinderbank der Brennkraftmaschine 200 anzusteuern. Demgegenüber kann das weitere Steuergerät 100a dazu vorgesehen sein, mindestens eine weitere Zylinderbank der Brennkraftmaschine 200 anzusteuern. Da das Steuergerät 200 vorliegend als Slave-Steuergerät ausgebildet ist, erfolgt die Ansteuerung der ihm zugeordneten Zylinderbank der Brennkraftmaschine 200 in Abhängigkeit von Steuerinformationen B, die das Master-Steuergerät 100a dem Steuergerät 100 übermittelt (vergleiche den Blockpfeil B).
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Eine Ansteuerung der betreffenden Funktionskomponenten (z. B. Zylinderblöcke, Einspritzventile,) der Brennkraftmaschine 200 durch die einzelnen Steuergeräte 100, 100a ist durch die in 1 nicht näher bezeichneten Pfeile von den jeweiligen Steuergeräten 100, 100a zu der Brennkraftmaschine 200 veranschaulicht.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Steuergerät 100 das mindestens eine weitere Steuergerät 100a auf eine Fehlfunktion und/oder einen Ausfall überwacht. Ein entsprechender Schritt 300 des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in dem Flussdiagramm gemäß 2 angegeben.
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Wenn das Steuergerät 100 eine Fehlfunktion und/oder einen Ausfall des Master-Steuergeräts 100a erkennt, wechselt es in einem nachfolgenden Verfahrensschritt 310 vorteilhaft in eine zweite Betriebsart, in der das Steuergerät 100 einen Betrieb der Brennkraftmaschine 200 unabhängig von dem mindestens einen weiteren Steuergerät 100a aufrechterhalten kann.
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Das bedeutet, vor dem Auftreten eines Fehlers bei dem Master-Steuergerät 100a steuert dieses Master-Steuergerät 100a das Steuergerät 100 mit den Steuerbefehlen B an, um dem derzeit als Slave-Steuergerät arbeitenden Steuergerät 100 seinerseits die Ansteuerung entsprechender Funktionskomponenten (Zylinderblöcke) der Brennkraftmaschine 200 zu ermöglichen. Parallel hierzu steuert das Master-Steuergerät 100a auch speziell ihm zugeordnete Funktionskomponenten (andere Zylinderbänke) der Brennkraftmaschine 200 selbst direkt an.
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Sobald das Steuergerät 100 dem erfindungsgemäßen Verfahren zufolge jedoch einen Fehler beziehungsweise einen Totalausfall seines Master-Steuergeräts 100a feststellt (Schritt 300 aus 2), wechselt das Steuergerät 100 (1) vorteilhaft aus der Slave-Betriebsart („erste Betriebsart“) in eine erfindungsgemäß vorgesehene zweite Betriebsart, in der das Steuergerät 100 keine funktionale Abhängigkeit (Blockpfeil B aus 1) hinsichtlich der Ansteuerung der Brennkraftmaschine 200 von dem Master-Steuergerät 100a mehr aufweist, so dass das Steuergerät 100 vorteilhaft die Brennkraftmaschine 200 ansteuern kann, ohne dass es hierzu eines ordnungsgemäßen Betriebs beziehungsweise einer Ansteuerung durch das Master-Steuergerät 100a bedarf.
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Dadurch kann vorteilhaft zumindest ein Notlauf der Brennkraftmaschine 200 realisiert werden. Die zweite Betriebsart kann in dem Steuergerät 100 beispielsweise dadurch verwirklicht werden, dass das Steuergerät 100 nach wie vor die ihm während der ersten Betriebsart zugeordneten Funktionskomponenten der Brennkraftmaschine 200 ansteuert, nun möglicherweise jedoch mit anderen Ansteuerparametern, die einen zuverlässigen Betrieb auch nach Wegfall der Funktionalität des weiteren Steuergeräts 100a ermöglichen. Ergänzend kann das Steuergerät 100 in der zweiten Betriebsart zumindest teilweise auch eine Ansteuerung von Funktionskomponenten vornehmen, die während des Normalbetriebs, also während der ersten Betriebsart, direkt durch das Master-Steuergerät 100a gesteuert werden.
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Dadurch ist vorteilhaft gewährleistet, dass ein Ausfall des weiteren Steuergeräts 100a zuverlässig erkannt wird und entsprechende Gegenmaßnahmen (zweite Betriebsart beziehungsweise Notbetrieb) eingeleitet werden können.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung definiert das Steuergerät 100 eine den beabsichtigten Wechsel des Steuergeräts 100 von der ersten in die zweite Betriebsart charakterisierende Zustandsvariable, vergleiche Schritt 400 aus 3.
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Anschließend, also in Schritt 410, führt das Steuergerät 100 einen Software-Reset aus. In einem nachfolgenden Schritt 420 schließlich durchläuft das Steuergerät 100 eine Initialisierungsphase nach dem Software-Reset, in der die zuvor definierte Zustandsvariable ausgewertet wird. Auf diese Weise kann das Steuergerät 100 über den Software-Reset 410 hinaus erkennen, dass es von der ersten in die zweite Betriebsart wechselt. Dementsprechend kann das Steuergerät 100 eine gegenüber der ersten Betriebsart modifizierte Programmablaufsteuerung und dergleichen für den Betrieb in der zweiten Betriebsart heranziehen, wodurch die Aufrechterhaltung des Betriebs der Brennkraftmaschine 200 auch unter Ausfall des Steuergeräts 100a ermöglicht wird.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass beide Steuergeräte 100, 100a eine gleichartige Software zur Steuerung ihres Betriebs verwenden. Durch Einlesen eines Digitaleingangs des betreffenden Steuergeräts 100, 100a kann beispielsweise während der Initialisierungsphase der Steuergeräte 100, 100a erkannt werden, ob das betreffende Steuergerät 100, 100a in dem Master-Betrieb oder in dem Slave-Betrieb arbeiten soll. Hierzu wird jeweils auf eine eigene Programmablaufsteuerung (Scheduling) und einen dementsprechend eigenen Datensatz umgeschaltet. Zusätzlich kann abhängig von der Betriebsart (Master/Slave) in der Software auf spezielle Verzweigungen in den Funktionen, die den Betrieb beziehungsweise die Ansteuerung der Brennkraftmaschine 200 realisieren, umgeschaltet werden.
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Nach dem erfindungsgemäßen Erkennen eines Fehlers beziehungsweise des Ausfalls des Steuergeräts 100a wird vorteilhaft der bereits beschriebene Software-Reset 410 (3) mit einem definierten Code für die Zustandsvariable auf dem noch funktionierenden Steuergerät 100 ausgeführt. Bei der sich an den Software-Reset anschließenden Initialisierungsphase wird unter Auswertung der Zustandsvariable beispielsweise der vorstehend für die Differenzierung zwischen Master-Slave-Betrieb erwähnte Digitaleingang ignoriert. Das bedeutet, das Steuergerät 100 erkennt, dass es nun nicht mehr in einem ordnungsgemäß arbeitenden Master-Slave-Verbund eingesetzt ist und wahlweise als Master beziehungsweise als Slave-Steuergerät arbeiten kann. Vielmehr signalisiert die erfindungsgemäß definierte Zustandsvariable dem Steuergerät 100, dass ein Wechsel auf die zweite Betriebsart (Notbetrieb) gewünscht ist. Dementsprechend wird eine Programmablaufsteuerung des Steuergeräts 100 für den Wechsel zu der zweiten Betriebsart hergerichtet. Beispielsweise kann die Programmablaufsteuerung auf eine zu dem Master-Betrieb vergleichbare Programmablaufsteuerung geschaltet werden, wobei gegebenenfalls zu berücksichtigen ist, dass das nunmehr als „Master-Steuergerät“ arbeitende Steuergerät 100 nicht das ausgefallene Steuergerät 100a als sein Slave-Steuergerät ansteuern kann, sondern vorliegend den Betrieb der Brennkraftmaschine 200 vielmehr allein realisieren muss.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann zusätzlich gewährleistet werden, dass sich das defekte Steuergerät 100a nicht mehr aktiv am Vortrieb beziehungsweise an der Ansteuerung der Brennkraftmaschine 200 beteiligen kann, indem beispielsweise die elektrische Energieversorgung des defekten Steuergeräts 100a durch das noch arbeitende Steuergerät 100 deaktiviert wird. Alternativ oder ergänzend können auch Sperrbotschaften auf gemeinsam genutzten Daten- beziehungsweise Kommunikationsbussen (z.B. CAN-Bus) der Steuergeräte 100, 100a verwendet werden oder eine Hardwaresperre über IO-Leitungen.
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Besonders vorteilhaft ist es weiterhin, wenn der durch die zweite Betriebsart realisierte Notbetrieb der Brennkraftmaschine 200 nicht automatisch wieder verlassen werden kann. Dies kann beispielsweise durch eine Deaktivierung einer von herkömmlichen Steuergeräten bekannten Fehlerheilung gewährleistet werden. Das bedeutet, nach einem einmalig erkannten Fehler beziehungsweise einer Fehlfunktion oder einem Totalausfall des Steuergeräts 100a, der zu einem Wechsel des noch arbeitenden Steuergeräts 100 in die zweite Betriebsart geführt hat, kann der Steuergeräteverbund nicht automatisch wieder in einen fehlerfreien Betrieb überführt werden, wodurch in unerwünschter Weise die erfindungsgemäße zweite Betriebsart durch das Steuergerät 100 verlassen würde.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Steuergerät 100 den Wechsel zu der zweiten Betriebsart akustisch und/oder optisch signalisiert, beispielsweise einem Fahrer eines Fahrzeugs, dass die Brennkraftmaschine 200 aufweist. Ebenso kann ein Betrieb in der zweiten Betriebsart signalisiert werden.
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Zur Realisierung der erfindungsgemäßen Funktionalität ist es vorteilhaft, wenn möglichst alle für den Betrieb der Brennkraftmaschine 200 erforderlichen Daten beziehungsweise Signale redundant in den Steuergeräten 100, 100a vorliegen, so dass jedes der Steuergeräte 100, 100a erforderlichenfalls die erfindungsgemäße zweite Betriebsart annehmen kann und entsprechende Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine 200 einlesen kann, um eine angemessene Ansteuerung z.B. von Einspritzventilen der Brennkraftmaschine 200 oder dergleichen auch bei Ausfall mindestens eines weiteren Steuergerätes des Steuergerätverbunds zu realisieren.
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Besonders bevorzugt werden die Signale Drehzahl, Fahrerwunschdrehmoment, Luftmasse durch alle Steuergeräte 100, 100a des Steuergeräteverbunds eingelesen.
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Das erfindungsgemäße Prinzip ermöglicht vorteilhaft eine erhöhte Verfügbarkeit der Brennkraftmaschine 200. Insbesondere kann bei Ausfall eines oder mehrerer Steuergeräte 100a eines Steuergeräteverbunds ein nach wie vor ordnungsgemäß arbeitendes Steuergerät 100 einen Notbetrieb der Brennkraftmaschine 200 realisieren. Besonders vorteilhaft kann das erfindungsgemäße Prinzip in Marine- beziehungsweise Luftfahrt-Anwendungen oder auch in stationären Motoren zum Einsatz kommen, um möglichst lange einen Vortrieb eines die Brennkraftmaschine 200 enthaltenden Fahrzeugs zu sichern beziehungsweise möglichst große Wartungsintervalle des Stationärmotors sicherzustellen.
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Besonders vorteilhaft kann die Erfindung auch in Form eines Computerprogramms für eine Recheneinheit (z.B. Mikroprozessor oder digitaler Signalprozessor, DSP) implementiert sein, die in einem entsprechenden Steuergerät 100, 100a vorgesehen ist.
