DE102011002805A1

DE102011002805A1 - Verfahren zur Erkennung von Fehlern in einem elektronisch gesteuerten Antriebssystem eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE102011002805A1
Application number: DE102011002805A
Authority: DE
Inventors: Christoph John; Jörg Möllmann; Wolfgang Gärtner
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2011-01-18
Filing date: 2011-01-18
Publication date: 2012-07-19
Anticipated expiration: 2031-01-19
Also published as: CN103282629A; DE102011002805B4; CN103282629B; US8725348B2; US20130304311A1; WO2012097931A1

Abstract

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erkennung von Fehlern in einem elektronisch gesteuerten Antriebssystem eines Kraftfahrzeuges mittels eines elektronischen Steuergeräts erfasst das elektronische Steuergerät zumindest die Fahrpedalstellung und die Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeuges als Eingangssignale. Mittels des Steuergeräts ist unabhängig vom seinem eigentlichen Funktionsumfang ein erstes Fehlererkennungsprogramm durchführbar, durch das ein Fehler erkannt wird, wenn ein definierter von einer Fahrpedalstellungsänderung abhängiger Beschleunigungsgradient länger als für einen vorgegebenen Zeitraum überschritten wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erkennung von Fehlern in einem elektronisch gesteuerten Antriebssystem eines Kraftfahrzeuges nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Durch gesetzlich vorgeschriebene Normen (z. B. ISO oder CARB Standardvorschriften) besteht seit vielen Jahren die Anforderung für Kraftfahrzeughersteller, dass elektronische Steuergeräte bzw. elektronisch gesteuerte Systeme in Kraftfahrzeugen, wie beispielsweise die digitale Motorsteuerung oder die adaptive Getriebesteuerung, eigendiagnosefähig sein müssen. Daraus wurden beispielsweise die sogenannten OBD (On-Board-Diagnose) Systeme entwickelt. Ein Beispiel für eine Ausgestaltung eines OBD Systems ist im Patentdokument DE 197 31 283 A1 der Anmelderin zu finden.
Die kraftfahrzeuginternen elektronischen Steuergeräte weisen diesbezüglich einen großen Softwareumfang zur Eigendiagnose zusätzlich zum Softwareumfang für die eigentliche Funktionssteuerung auf. Ein Beispiel für eine steuergeräteinterne Eigendiagnose ist im Patentdokument DE 196 12 857 A1 der Anmelderin beschrieben.
Der Fokus zur vorgeschriebenen Fehlerdiagnose wurde bisher auf die Eigensicherheit jedes einzelnen Steuergeräts bzw. jedes einzelnen elektronisch gesteuerten Fahrzeugsystems für sich gelegt. Daraus folgt ein hoher Applikationsaufwand. Insbesondere bei einer Motor- bzw. Brennkraftmaschinensteuerung (für Otto- oder Dieselmotoren) fällt dadurch eine hohe Anzahl von abgespeicherten Kennfeldern an, wenn jede programmierte Funktion abgesichert werden muss. Ein Beispiel allein für den Aufwand einer Funktionsprogrammierung bei der Vorgabe einer Soll-Antriebsleistung in Abhängigkeit von der Fahrpedalstellung ist aus dem Patentdokument DE 102 49 689 A1 der Anmelderin zu entnehmen. Würden die dort dargestellten Kennfelder zur Funktionsprogrammierung eigensicher diagnostiziert werden, wäre etwa der doppelte Programmieraufwand bzw. Speicherplatz erforderlich; denn zu jeder Kennlinie der Kennfelder müsste eine Fehlererkennungsschwelle abgelegt werden (Prinzip siehe 8). Hierbei ist „α_FP” die Stellung des Fahrpedals und „M_A” das Soll-Antriebsmoment. Die in 8 (mit durchgezogener Linie) dargestellte Kennlinie ist eine von vielen Soll-Kennlinien, zu der (gestrichelt dargestellt) eine Fehlererkennungskennlinie programmiert wäre.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Erkennung von Fehlern in einem Antriebssystem eines Kraftfahrzeuges zu vereinfachen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Patentansprüche sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erkennung von Fehlern in einem elektronisch gesteuerten Antriebssystem eines Kraftfahrzeuges mittels eines elektronischen Steuergeräts erfasst das elektronische Steuergerät zumindest die Fahrpedalstellung und die Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeuges als Eingangssignale. Mittels des Steuergeräts ist unabhängig von seinem eigentlichen Funktionsumfang ein erstes Fehlererkennungsprogramm durchführbar, durch das ein Fehler erkannt wird, wenn ein definierter von einer Fahrpedalstellungsändenrng abhängiger Beschleunigungsgradient länger als für einen vorgegebenen Zeitraum überschritten wird. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Steuergerät entsprechend programmiert.
Vorzugsweise ist der definierte von einer Fahrpedalstellungsänderung abhängige Beschleunigungsgradient begrenzt durch die maximale Steigung einer Kennlinie des eigentlichen Funktionsumfangs, durch die abhängig von der Fahrpedalstellung eine Soll-Fahrzeugbeschleunigung vorgegeben wird. Diese maximale Steigung wird empirisch insbesondere in Fahrversuchen ermittelt, um festzustellen, welche Beschleunigungsgradienten für den Fahrer gerade noch zumutbar bzw. beherrschbar sind. Der (die) definierte(n) von einer Fahrpedalstellungsänderung abhängige(n) Beschleunigungsgradient(en) wird (werden) in einem Speicher des Steuergerätes abgelegt und in das Programm des Steuergerätes zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingebunden.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist bei nicht betätigtem Fahrpedal mittels des Steuergeräts unabhängig vom seinem eigentlichen Funktionsumfang ein zweites Fehlererkennungsprogramm durchführbar, durch das ein Fehler erkannt wird, wenn ein definierter – vorzugsweise von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängiger – Beschleunigungsschwellwert länger als für einen vorgegebenen Zeitraum überschritten wird.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist im Falle eines nicht aktivierten Antriebsschlupfregelsystems mittels des Steuergeräts unabhängig vom seinem eigentlichen Funktionsumfang ein drittes Fehlererkennungsprogramm durchführbar, durch das ein Fehler erkannt wird, wenn bei nicht betätigtem Fahrpedal oder abnehmendem Fahrpedalwinkel länger als für einen vorgegebenen Zeitraum ein aus den Raddrehzahlen ermittelter Beschleunigungsgradient positiv ist und gleichzeitig ein nicht aus den Raddrehzahlen ermittelter Fahrzeugbeschleunigungsgradient ebenfalls positiv ist. Hierzu erhält das Steuergerät entweder direkt oder über eine digitale Businformation die Raddrehzahlwerte oder die aus den Raddrehzahlen ermittelte Beschleunigung als Eingangssignal(e). Die Raddrehzahlen werden über entsprechende Sensoren in bekannter Weise ohnehin beispielsweise für eine Schlupfregelung erfasst. Ein nicht aus den Raddrehzahlen ermittelter Fahrzeug-Beschleunigungsgradient kann beispielsweise mittels eines eigenen Längsbeschleunigungssensors oder aus dem Tachosignal (z. B. Getriebeabtriebsdrehzahl) ermittelt werden.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele zur Erläuterung der Erfindung dargestellt. Es zeigen
1 ein Beispiel zum ersten Fehlererkennungsprogramm,
2 ein Beispiel zur Ermittlung eines definierten von einer Fahrpedalstellungsänderung abhängiger Beschleunigungsgradient,
3 ein Beispiel zum zweiten Fehlererkennungsprogramm,
4 ein Beispiel zum dritten Fehlererkennungsprogramm, bei dem kein Fehler erkannt wird,
5 ein Beispiel zum dritten Fehlererkennungsprogramm, bei dem ein Fehler erkannt wird,
6 eine schematische Übersicht über eine mögliche Vernetzung von elektronischen Steuergeräten zu elektronisch gesteuerten Systemen in einem Kraftfahrzeug,
7 eine schematische Übersicht über Komponenten eines Kraftfahrzeuges mit einem mögliches Netz von elektronisch gesteuerten Systemen und
8 eine Fehlerdiagnose nach dem Stand der Technik.
In 7 ist eine schematische Übersicht über Komponenten eines Kraftfahrzeuges mit einem mögliches Netz von elektronisch gesteuerten Systemen bestehend aus einer Brennkraftmaschine VM mit elektronischem Motor-Steuergerät DMS, aus einem Automatikgetriebe G mit elektronischem Getriebe-Steuergerät EGS und aus einem Bremssystem mit elektronischem Brems-Steuergerät DSC dargestellt. Weiterhin werden schematisch die Räder R des Fahrzeuges dargestellt, die Sensoren zur Erfassung der Raddrehzahlen n_R aufweisen. Die Signale zur Erfassung der Raddrehzahlen n_R werden beispielsweise im Brems-Steuergerät DSC erfasst. Daraus wird beispielsweise eine aus den Raddrehzahlen ermittelte Beschleunigung a_{n_R} berechnet. Das Motor-Steuergerät DMS erhält die aus den Raddrehzahlen ermittelte Beschleunigung a_{n_R} beispielsweise über eine digitale Busverbindung, die zwischen allen Steuergeräten besteht. Hierzu ist in 6 nochmal eine schematische Übersicht über eine mögliche Vernetzung der elektronischen Steuergeräte DMS, DSC, EGS und optional auch eines Fahrassistent-Steuergerätes FAS über digitale Busverbindungen dargestellt.
Gemäß 6 erhält das elektronische Motor-Steuergerät DMS die Stellung des Fahrpedals beispielsweise direkt über das Signal eines Sensors zur Messung des Fahrpedalwinkels α_FP sowie die Fahrzeug-Beschleunigung a_Fzg direkt über das Signal eines Sensors zur Messung der Fahrzeuglängsbeschleunigung.
Erfindungsgemäß wird hier beispielsweise mittels des elektronischen Motor-Steuergeräts DMS, das zumindest die Fahrpedalstellung α_FP und die Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeuges a_Fzg als Eingangssignale erfasst, unabhängig vom seinem eigentlichen Funktionsumfang ein erstes Fehlererkennungsprogramm SF_01 durchgeführt, wenn nicht ein anderes Fehlererkennungsprogramm dem ersten Fehlererkennungsprogramm vorgeht. Die „Netto”-Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeuges a_Fzg(netto) ist eine in bekannter Weise um eine Hangabtriebs-Beschleunigung gegebenenfalls bereinigte Längsbeschleunigung. Wie in 1 durch die gestrichelte Linie dargestellt, wird demnach grundsätzlich ein Fehler erkannt, wenn ein definierter von einer Fahrpedalstellungsänderung Δα_FP/Δt abhängiger Beschleunigungsgradient Δa_Fzg(netto)/Δt länger als für einen vorgegebenen Zeitraum überschritten wird. Mit der durchgezogenen Linie wird der Ist-Verlauf angedeutet, der hier nicht zu einer Fehlererkennung führen würde.
Gemäß 1 wird mit dem ersten Fehlererkennungsprogramm SF_01a insbesondere für positive Fahrpedalstellungsänderungen Δα_FP/Δt ein von einer Fahrpedalstellungsänderung Δα_FP/Δt abhängiger Beschleunigungsgradient Δa_Fzg(netto)/Δt gemäß einer in 2 hergeleiteten maximal zulässigen Beschleunigungsänderung [Δa_Fzg/Δα_FP]_max definiert:
Der definierte von einer Fahrpedalstellungsänderung Δα_FP/Δt abhängige Beschleunigungsgradient Δa_Fzg(netto)/Δt ist begrenzt durch die maximale Steigung Δa_{Fzg_soll}/Δα_FP in einer Kennlinie des eigentlichen Funktionsumfangs, durch die abhängig von der Fahrpedalstellung α_FP eine Soll-Fahrzeugbeschleunigung a_{Fzg_soll} vorgegeben wird. Dabei wird vorzugsweise zusätzlich ein Toleranzbereich TB um [Δa_Fzg/Δα_FP]_max zugelassen (siehe 1 ).
Gemäß 1 wird mit einem ersten Fehlererkennungsprogramm SF_01b insbesondere für negative Fahrpedalstellungsänderungen Δα_FP/Δt ein von einer Fahrpedalstellungsänderung Δα_FP/Δt abhängiger minimaler Beschleunigungsgradient Δa_Fzg(netto)/Δt hier von [Δa_Fzg/Δα_FP]_max = Null definiert; denn hierdurch wird eine Bremsleistung vom Fahrer angefordert, durch die grundsätzlich nie eine Beschleunigungszunahme erfolgen sollte.
3 zeigt ein das erste Fehlererkennungsprogramm SF_01 bei nicht betätigtem Fahrpedal α_FP = 0 ablösendes zweites Fehlererkennungsprogramm SF_02: Demnach wird bei nicht betätigtem Fahrpedal α_FP = 0 mittels des Steuergeräts DMS unabhängig vom seinem eigentlichen Funktionsumfang ein Fehler erkannt, wenn ein definierter vorzugsweise von der Fahrzeuggeschwindigkeit v_Fzg abhängiger Beschleunigungsschwellwert a_Fzg(netto) länger als für einen vorgegebenen Zeitraum überschritten wird; denn auch im Schubbetrieb darf eher keine größere Beschleunigung vorkommen.
Mit den 4 und 5 wird ein weiterer Sonderfall im Falle eines nicht aktivierten Antriebsschlupfregelsystems dargestellt, wenn Radschlupf auftritt, der nicht durch das Brems-Steuergerät DSC ausgeregelt wird: Hierbei wird mittels des Motor-Steuergeräts DMS ebenfalls unabhängig vom seinem eigentlichen Funktionsumfang ein drittes Fehlererkennungsprogramm SF_03 zusätzlich oder anstelle des ersten Fehlererkennungsprogramms SF_01 durchgeführt, durch das ein Fehler erkannt wird, wenn bei nicht betätigtem Fahrpedal α_FP = 0 oder bei abnehmendem Fahrpedalwinkel Δα_FP/Δt, < 0 länger als für einen vorgegebenen Zeitraum ein aus den Raddrehzahlen ermittelter Beschleunigungsgradient Δa_{n_R}/Δt positiv ist und gleichzeitig ein nicht aus den Raddrehzahlen n_R ermittelter Fahrzeugbeschleunigungsgradient Δa_Fzg/Δt ebenfalls positiv ist. Durch diese Fehlererkennung kann das Motor-Steuergerät DMS anstelle des Antriebsschlupfregelsystems bzw. des Brems-Steuergeräts DSC eine Antriebsmomentreduzierung vornehmen und so für einen stabilen Fahrzustand sorgen.
In 4 wird demnach kein Fehler erkannt, da der Auslöser für den Radschlupf ein Wechsel von Hoch-Reibwert μ_high auf Niedrig-Reibwert μ_low bei gleichbleibendem Antriebsmoment ist: es ergeben sich gegensinnige Verläufe der beiden Beschleunigungsgradienten Δa_{n_R}/Δt und Δa_Fzg/Δt. Gemäß 5 wird jedoch ein Fehler im Rahmen des Funktionsumfanges erkannt, da trotz gleichbleibendem Hoch-Reibwert μ_high offenbar durch einen Fehler im Antriebssystem (z. B. im Brennkraftmaschinensteuergerät DMS oder im Getriebesteuergerät EGS, 7) das Antriebsmoment unzulässig erhöht wird. Durch Vergleich der Verlaufsrichtungen des Beschleunigungsgradienten Δa_{n_R}/Δt und des Fahrzeugbeschleunigungsgradient Δa_Fzg/Δt (hier in 5 positive Verläufe) wird gemäß 5 ausgeschlossen, dass die zulässige Situation gemäß 4 (gegensinnige Verläufe) vorliegt.
Grundsätzlich wird durch alle Fehlererkennungsprogramme SF_01 (in Form einer Beschleunigungs-Änderungs-Überwachung), SF_02 (in Form einer Beschleunigungs-Schub-Überwachung) und SF_03 (in Form eines Verhinderns ungewollt durchdrehender Räder) im Falle einer Fehlererkennung das Antriebsmoment reduziert oder ganz abgeschaltet.
Durch dieses erfindungsgemäße Verfahren wird ein systemübergreifendes aber einfaches der Motorsteuerung zugeordnetes Überwachungskonzept geschaffen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19731283 A1 [0002]
DE 19612857 A1 [0003]
DE 10249689 A1 [0004]

Claims

Verfahren zur Erkennung von Fehlern in einem elektronisch gesteuerten Antriebssystem eines Kraftfahrzeuges mittels eines elektronischen Steuergeräts (DMS), das zumindest die Fahrpedalstellung (α_FP) und die Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeuges (a_Fzg) als Eingangssignale des elektronischen Steuergeräts (DMS) erfasst, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Steuergeräts (DMS) unabhängig von seinem eigentlichen Funktionsumfang ein erstes Fehlererkennungsprogramm (SF_01; SF_01a, SF_01b) durchführbar ist, durch das ein Fehler erkannt wird, wenn ein definierter von einer Fahrpedalstellungsänderung (Δα_FP/Δt) abhängiger Beschleunigungsgradient (Δa_Fzg(netto)/Δt) länger als für einen vorgegebenen Zeitraum überschritten wird.
Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der definierte von einer Fahrpedalstellungsänderung (Δα_FP/Δt) abhängige Beschleunigungsgradient (Δa_Fzg(netto)/Δt) begrenzt ist durch die maximale Steigung ([Δa_Fzg/ΔαFP]_max) einer Kennlinie des eigentlichen Funktionsumfangs, durch die abhängig von der Fahrpedalstellung (α_FP) eine Soll-Fahrzeugbeschleunigung (a_{Fzg_soll}) vorgegeben wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei nicht betätigtem Fahrpedal (α_FP = 0) mittels des Steuergeräts (DMS) unabhängig vom seinem eigentlichen Funktionsumfang ein zweites Fehlererkennungsprogramm (SF_02) durchführbar ist, durch das ein Fehler erkannt wird, wenn ein definierter Beschleunigungsschwellwert (a_Fzg(netto)) länger als für einen vorgegebenen Zeitraum überschritten wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle eines nicht aktivierten Antriebsschlupfregelsystems (DSC) mittels des Steuergeräts (DMS) unabhängig vom seinem eigentlichen Funktionsumfang ein drittes Fehlererkennungsprogramm (SF_03) durchführbar ist, durch das ein Fehler erkannt wird, wenn bei nicht betätigtem Fahrpedal (α_FP = 0) oder abnehmendem Fahrpedalwinkel (Δα_FP/Δt, < 0) länger als für einen vorgegebenen Zeitraum ein aus den Raddrehzahlen ermittelter Beschleunigungsgradient (Δa_{n_R}/Δt) positiv ist und gleichzeitig ein nicht aus den Raddrehzahlen ermittelter Fahrzeugbeschleunigungsgradient (Δa_Fzg/Δt) ebenfalls positiv ist.