WO2004074665A1 - Verfahren, computerprogramm und steuergerät zum betreiben einer brennkraftmaschine - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for operating an internal combustion engine of a certain type according to a state machine.
- the invention further relates to a computer program and a control device for performing this method.
- State machines are generally known in the prior art and in particular in software development. Generally speaking, they depict different states of a system. The individual states of the system are represented by variables and the values assigned to them, which can be queried by software modules. State machines of this type, as shown in FIG. 4, are also known in principle for internal combustion engines; in this case, the state machines specify various possible operating states, represented by thick dots in FIG. 4, for operating the internal combustion engine of the specific type and allowable transitions between these operating states. The operating states in the state machines can be divided into several
- Layers (l ... n, n + 1, ... N) can be grouped.
- the layers are structured hierarchically in such a way that at least one layer n is followed by at least one further layer n + 1, which comprises at least one sub-operating state for an operating state assigned to layer n.
- layer n and all layers upstream of it in the hierarchical structure of the state machine each represent operating states which the internal combustion engine of the specific type also has
- Internal combustion engines of another type have in common and that the further layer as well as all layers downstream of it in the hierarchical structure of the state machine each represent operating states that are specific for the internal combustion engine of the specific type.
- the Internal combustion engine has four layers.
- the first layer represents an operating state "motor control”.
- the operating state "driving motor” ' As sub-modes to the operating state “driving motor” ', in the second layer, the operating states of "Start”, "normal operation”, and
- the third layer in turn defines sub-operating states for the operating states of layer 3. It includes the states “standby”, “ready”, “start phase”, “idle”, “accelerate”, “run down” and “end”.
- the fourth layer includes the "pre-glow” or “not pre-glow” states as sub-operating states to the "ready" operating state in the third layer. It is important in this exemplary embodiment that the first to third layers represent operating states which are unspecific for the internal combustion engine of the specific type, and operating states are defined in the fourth layer which are specific for the internal combustion engine of the specific type.
- the state machine is designed such that a transition between individual operating states represented by it is only possible under certain conditions are the subject of the subclaims. Furthermore, it is advantageous if the method is designed such that the state machine not only maps operating states of the internal combustion engine, but also various operating states of a control unit of the internal combustion engine.
- the object of the invention is further achieved by a computer program for the control unit of the internal combustion engine and by the control unit itself.
- FIGURES The invention is described in detail below with reference to FIGS. 1-4 accompanying the description, wherein
- FIG. 1 shows the hierarchical basic structure of the state machine according to the invention
- Figure 3 shows a control unit and an internal combustion engine
- FIG. 4 general hierarchically structured layers of a state machine
- FIG. 1 shows an example of a basic structure of a state machine 12 for controlling an internal combustion engine of a certain type in accordance with the claimed method.
- FIG. 3 shows such an internal combustion engine of a certain type 20, which is controlled via a control device 10 in accordance with the state machine 12 stored therein.
- a starter 15 controlled by the control unit 10 serves to start the internal combustion engine 20.
- various operating states of the internal combustion engine are summarized, which specify the higher-level operating state “motor control”; these are the operating states “Standby” 2-7 (optional), “Start” 2-8, “Normal operation” 2-9 and “Follow-up” 2-10.
- All the sub-operating states of the internal combustion engine, which serve to prepare the internal combustion engine for the start and to carry out the start, are summarized under the designation “start”. In these sub-operating conditions
- the first to third layers n 1-3, insofar as they relate to the internal combustion engine and not to the control unit, only represent operating states which the internal combustion engine of a certain type, for example an Otto engine, with internal combustion engines of another type, for example with diesel engines , has in common.
- the fourth layer mainly represents operating states that are specific to the internal combustion engine of certain types, diesel engines or Otto engines.
- the "standby” state 2-7 is designed as an energy-saving mode in which certain electrically operated auxiliary units of the internal combustion engine can be switched off. In the concept of an energy-saving mode, communication in the "standby" state is possible via a network with other control devices.
- the operating temperature of the internal combustion engine can be monitored, the fuel supply to the internal combustion engine can be advanced, the throttle valve spring can be monitored or the emergency shutdown can be tested.
- the "standby" state is exited and the control of the internal combustion engine changes to a "tire" -State 3-1; the engine 20 can then be started immediately.
- the starter 15 for the internal combustion engine is activated and a speed of the internal combustion engine that is greater than a predetermined one
- Threshold value is ThrO, it is determined that this "tire" state 3-1 is exited and the internal combustion engine changes to the "start phase” state 3-2. Alternatively, if the "tire" state 3-1 occurs Ignition is switched off, no transition to the
- the operating state of the internal combustion engine is a state in which the internal combustion engine is installed, or depending on the driving situation.
- the starting point for considering the state machine 12 described is preferably a situation in which a computer or a microcontroller in the control unit 10, on which a computer program for executing the claimed and described method runs, is switched off. If the control device 10 is installed together with the internal combustion engine 20 in a vehicle, the computer is then, for example
- Such a “switched off” state is designated by the reference number 1-1 in Figure 2. However, as soon as the driver's door in particular is opened, a switch is actuated which causes the control device 10 to leave this state 1-1 and into one "Resef 'state 1-2 to pass. During this state 1-2, the control unit 10 is put into a predefined initial state. The control unit 10 then automatically changes from the "resef" state 1-2 to the "booting" state 1-3, in which the control unit is started up. Within the "booting” state, the control unit 10 sequentially goes through the "pre-initialization” states. .
- control unit 10 After completion of the “booting” state 1-1, the control unit 10 again automatically changes to the “initialization” state 1-4, with various adaptations and in particular pre-setting certain ones Variables take place. This is done by sequentially going through the states “standard boats” 2-4, “customer boats” 2-5 and “operating system preparation” 2-6. At the end of the “initialization” process, control unit 10 automatically goes into the state
- the internal combustion engine is normally started after the ignition is switched on, as has been described in detail above.
- various conditions are also preprogrammed, when the internal combustion engine does not enter the state from the “standby” state 2-7
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung einer Brennkraftmaschine (20) eines bestimmten Typs gemäss einem Zustandsautomaten (12). Es ist bekannt, dass bei derartigen Verfahren zunächst ein möglicher Betriebszustand der Brennkraftmaschine eingestellt wird, der einer Schicht n des Zustandsautomaten zugeordnet ist. In einer weiteren Schicht (n+1) werden dann durch das bekannte Verfahren Unterbetriebszustände zu dem zuvor ermittelten Betriebszustand spezifiziert. Um derartige Verfahren einfacher und schlanker für die Ansteuerung von verschiedenen Brennkraftmaschinen adaptieren zu können, wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, das Verfahren und den Zustandsautomaten derart auszubilden, dass der Zustandsautomat zumindest zwei Gruppen von Schichten aufweist, wobei die erste Gruppe von Schichten Betriebszustände repräsentiert, welche die Brennkraftmaschine des bestimmten Typs mit Brennkraftmaschinen eines anderen Typs gemeinsam hat und dass die zweite Gruppe von Schichten jeweils Betriebszustände repräsentiert, die spezifisch sind für die Brennkraftmaschine des bestimmten Typs.
Description
Verfahren, Computerprogramm und Steuergerät zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine eines bestimmten Typs gemäß einem Zustandsautomaten . Die Erfindung betrifft weiterhin ein Computerprogramm und ein Steuergerät zur Durchführung dieses Verfahrens.
Zustandsautomaten sind im Stand der Technik und insbesondere in der Softwareentwicklung grundsätzlich bekannt. Allgemein gesprochen bilden sie verschiedene Zustände eines Systems bildlich ab. Die einzelnen Zustände des Systems werden dabei von Variablen und diesen zugeordneten Werten repräsentiert, die von Softwaremodulen abfragbar sind. Auch für Brennkraftmaschinen sind derartige Zustandsautomaten wie in Figur 4 dargestellt grundsätzlich bekannt; in diesem Fall geben die Zustandsautomaten verschiedene mögliche Betriebszustände, in Figur 4 durch dicke Punkte dargestellt, zum Betreiben der Brennkraftmaschine des bestimmten Typs und erlaubte Übergänge zwischen diesen Betriebszuständen vor. Die Betriebszustände in den Zustandsautomaten können in mehrere
Schichten (l...n, n+1, ... N) gruppiert sein. Die Schichten sind in der Weise hierarchisch strukturiert, dass mindestens einer Schicht n mindestens eine weitere Schicht n+1 nachgelagert ist, die mindestens einen Unterbetriebszustand für einen der Schicht n zugeordneten Betriebszustand umfasst.
Bekannte Zustandsautomaten für Brennkraftmaschinen sind im Laufe der Zeit sukzessive gewachsen; sie wurden immer wieder bedarfsorientiert für spezielle Einzelanwendungen erweitert. Dies ist der Grund dafür, warum bestehende Zustandsautomaten für Brennkraftmaschinen heute sehr komplex und unhandlich sind. Wenn bekannte Zustandsautomaten für Einzelanwendungen in Verbindung mit Brennkraftmaschinen eines bestimmten Typs verwendet werden sollen, ist es heute unumgänglich, dass mit der Implementierung der bekannten Zustandsautomaten auch eine Vielzahl von Komponenten oder Teilsystemen mit installiert werden muss, die für die spezielle Einzelanwendung nicht unbedingt erforderlich wären.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es deshalb die Aufgabe der Erfindung, das beschriebene bekannte Verfahren, Computerprogramm und Steuergerät derart weiterzubilden, dass eine einfache und schlanke Anpassung an verschiedene verwendete Brennkraftmaschinen unterschiedlichen Typs möglich ist.
Diese Aufgabe wird durch das in Patentanspruch 1 beanspruchte Verfahren gelöst. Demnach ist zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Schicht n und alle ihr in der hierarchischen Struktur des Zustandsautomaten vorgelagerten Schichten jeweils Betriebszustände repräsentieren, welche die Brennkraftmaschine des bestimmten Typs mit
Brennkraftmaschinen eines anderen Typs gemeinsam hat und dass die weitere Schicht sowie alle ihr in der hierarchischen Struktur des Zustandsautomaten nachgelagerten Schichten jeweils Betriebszustände repräsentieren, die spezifisch sind für die Brennkraftmaschine des bestimmten Typs .
Vorteile Brennkraftmaschinen unterschiedlichen Typs sind insbesondere Dieselmaschinen oder Benzinmaschinen.
Durch die beanspruchte erfindungsgemäße Aufteilung der Schichten des Zustandsautomaten ist es bei einem Wechsel des Typs der verwendeten Brennkraftmaschine nur noch erforderlich, diejenigen Schichten im Zustandsautomaten auszutauschen oder anzupassen, die spezifisch sind für eine bestimmte Brennkraftmaschine. Alle anderen Schichten des Zustandsautomaten bleiben von dem Wechsel unberührt. Diese anderen Schichten/Teile der Software beziehungsweise der Steuerung der Brennkraftmaschine, welche nur von den allgemeinen (wiederverwendbaren) Schichten des Zustandsautomaten abhängig sind, können ohne Anpassung bei verschiedenen Typen von Brennkraftmaschinen eingesetzt werden.
Anders ausgedrückt: Bei einem Wechsel des Typs der verwendeten Brennkraftmaschine ist es nun nicht mehr erforderlich, den gesamten Zustandsautomaten, der grundsätzlich die Betriebszustände von einer Vielzahl von Brennkraftmaschinen unterschiedlichen Typs umfasst, zu übernehmen. Vielmehr ist es möglich, bei Verwendung eines neuen Brennkraftmaschinentyps zunächst nur diejenigen Schichten des Zustandsautomaten zu verwenden, welche
Betriebszustände repräsentieren, die brennkraftmaschinen- übergreifend, das heißt typen-unabhängig sind. Von den weiteren Schichten des Zustandsautomaten brauchen dann nur diejenigen Schichten übernommen zu werden, die für die spezifische verwendete Brennkraftmaschine geeignet sind. Auch innerhalb einer ausgewählten weiteren Schicht können einzelne, nicht benötigte Betriebszustandsmodule eliminiert oder ausgetauscht werden. Andere weitere Schichten, die in dem Zustandsautomaten grundsätzlich verfügbar sind, können weggelassen werden. Auf diese Weise ist grundsätzlich eine schlanke Adaption des Zustandsautomaten an beliebige Anwendungsfälle möglich.
Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass der Zustandsautomat für die
Brennkraftmaschine vier Schichten aufweist. Dabei repräsentiert die erste Schicht einen Betriebszustand "Motoransteuerung". Als Unterbetriebszustände zu dem Betriebszustand "Motoransteuerung" 'werden in der zweiten Schicht die Betriebszustände "Start", "Normalbetrieb" und
"Nachlauf" definiert . Die dritte Schicht definiert wiederum Unterbetriebszustände zu den Betriebszuständen der Schicht 3. Sie umfasst die Zustände "Standby", "Bereit", "Startphase", "Leerlauf", "Gas geben", "Auslaufen" und "Beenden". Schließlich umfasst die vierte Schicht die Zustände "Vorglühen" oder "Nicht vorglühen" als Unterbetriebszustände zu dem Betriebszustand "Bereit" in der dritten Schicht. Wichtig bei diesem Ausführungsbeispiel ist, dass die erste bis dritte Schicht Betriebszustände repräsentieren, welche für die Brennkraftmaschine des bestimmten Typs unspezifisch sind, und in der vierten Schicht Betriebszustände definiert sind, die für die Brennkraftmaschine des bestimmten Typs spezifisch sind. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens, wobei
der Zustandsautomat so ausgebildet ist, dass ein Übergang' zwischen einzelnen durch ihn repräsentierten Betriebszuständen nur unter bestimmten Bedingungen möglich ist, sind Gegenstand der Unteransprüche. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Verfahren so ausgebildet ist, dass der Zustandsautomat nicht nur Betriebszustände der Brennkraftmaschine, sondern auch verschiedene Betriebszustände eines Steuergerätes der Brennkraftmaschine abbildet .
Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch ein Computerprogramm für das Steuergerät der Brennkraftmaschine sowie durch das Steuergerät selber gelöst. Die Vorteile dieser Lösungen der Aufgabe entsprechen den oben unter Bezugnahme auf das erfindungsgemäße Verfahren beschriebenen Vorteilen.
Figuren Die Erfindung wird nachfolgend detailliert unter Bezugnahme auf die der Beschreibung beigefügten Figuren 1 - 4 beschrieben, wobei
Figur 1 die hierarchische Grundstruktur des erfindungsgemäßen Zustandsautomaten;
Figur 2 die durch den Zustandsautomaten abgebildeten
Betriebszustände der Brennkraftmaschine und des Steuergerätes für die Brennkraftmaschine; Figur 3 ein Steuergerät und eine Brennkraftmaschine; und
Figur 4 allgemeine hierarchisch strukturierte Schichten eines Zustandsautomaten
zeigt.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Figur 1 zeigt ein Beispiel für eine Grundstruktur eines Zustandsautomaten 12 zum Ansteuern einer Brennkraftmaschine eines bestimmten Typs gemäß dem beanspruchten Verfahren.
Figur 3 zeigt eine derartige Brennkraftmaschine eines bestimmten Typs 20, die über ein Steuergerät 10 gemäß dem darin abgespeicherten Zustandsautomaten 12 angesteuert wird. Ein von dem Steuergerät 10 angesteuerter Starter 15 dient zum Starten der Brennkraftmaschine 20.
Die in Figur 1 gezeigte Grundstruktur 12 weist insgesamt fünf Schichten n = 0 ... 4 auf. Eine oberste Schicht n = 0 repräsentiert den Betriebszustand "Motoransteuerung". Dabei handelt es sich um einen übergeordneten Begriff beziehungsweise Zustand aller möglichen Betriebszustände der Brennkraftmaschine und des Steuergerätes . Nachfolgend werden zunächst nur die verschiedenen Betriebszustände der Brennkraftmaschine diskutiert; eine Diskussion der verschiedenen Betriebszustände des Steuergerätes erfolgt weiter unten.
Der oberste Betriebszustand in der Schicht n = 1 lautet "Motoransteuerung" 1-6. In einer darunter liegenden Schicht n = 2 sind verschiedene Betriebszustände der Brennkraftmaschine zusammengefasst, welche den übergeordneten Betriebszustand "Motoransteuerung" spezifizieren; es handelt sich dabei um die Betriebszustände "Standby" 2-7 (optional), "Start" 2-8, "Normalbetrieb" 2-9 und "Nachlauf" 2-10. Unter der Bezeichnung "Start" sind alle Unterbetriebszustände der Brennkraftmaschine zusammengefasst, welche dazu dienen, die Brennkraftmaschine für den Start vorzubereiten sowie den Start durchzuführen. Bei diesen Unterbetriebszuständen
handelt es sich um die Zustände "Bereit" 3-1 und "Startphase" 3-2, welche in einer Schicht n=3 spezifiziert sind. Ebenfalls in der dritten Schicht n=3 sind die Unterbetriebszustände "Leerlauf" 3-3 und "Gasgeben" 3-4 als Unterbetriebszustände für den übergeordneten Zustand
"Normalbetrieb" 2-9 in der zweiten Schicht n=2 beschrieben. Die dritte Schicht n = 3 umfasst die Zustände "Anlaufen" 3- 5 und "Beenden" 3-6 als Unterbetriebszustände zu dem übergeordneten Betriebszustand "Nachlauf" 2-9 der Brennkraftmaschine, wie er in der zweiten Schicht genannt ist . Schließlich weist der in Figur 1 gezeigte Zustandsautomat eine vierte Schicht n = 4 auf, in welcher beispielhaft der Zustand "Bereit" aus der dritten Schicht n=3 näher spezifiziert ist. Beispielhaft kann während dieses "Bereif'-Zustandes bei Dieselmaschinen geprüft werden, ob ein "Vorglüh-Zustand" 4-1 oder ein "Nicht- Vorglühen"-Zustand 4-2 erreicht ist.
Erfindungsgemäß repräsentieren die erste bis dritte Schicht n=l - 3, soweit sie die Brennkraftmaschine und nicht das Steuergerät betreffen, lediglich Betriebszustände, welche die Brennkraftmaschine eines bestimmten Typs, zum Beispiel eines Otto-Motors, mit Brennkraftmaschinen eines anderen Typs, zum Beispiel mit Dieselmaschinen, gemeinsam hat. Demgegenüber repräsentiert die vierte Schicht vorwiegend Betriebszustände, die für Brennkraftmaschine bestimmter Typen, Dieselmotoren oder Otto-Motoren spezifisch sind.
Die einzelnen bisher genannten Betriebszustände und die möglichen Übergänge zwischen diesen Betriebszuständen während des Betriebs der Brennkraftmaschine werden nachfolgend unter Bezugnahme auf Figur 2 näher beschrieben.
Im Rahmen des Zustandes "Motoransteuerung" 1-6 ist, wie aus Figur 2 ersichtlich, der gesamte mögliche Betrieb der
Brennkraftmaschine des bestimmten Typs zusammenfassend dargestellt. Er gliedert sich insbesondere in die Zustände "Standby" 2-7, "Start" 2-8, "Normalbetrieb" 2-9 und "Nachlauf" 2-10. Der "Standby"-Zustand 2-7 ist als Energiesparmodus konzipiert, bei dem bestimmte elektrisch betriebene Nebenaggregate der Brennkraftmaschine abgeschaltet werden können. In der Konzeption als Energiesparmodus ist in dem "Standby"-Zustand eine Kommunikation über ein Netzwerk mit anderen Steuergeräten möglich. Außerdem kann während dieses Zustandes zum Beispiel eine Überwachung der Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine, ein Vorlaufen der Kraftstoffversorgung der Brennkraftmaschine, einer Überwachung der Drosselventilfeder oder ein Test der Notabschaltung erfolgen.
Wenn während des "Standby"-Zustandes 2-7 die Zündung des Fahrzeugs beziehungsweise der Brennkraftmaschine eingeschaltet wird oder eine andere äquivalente Information an das Steuergerät gegeben wird, wird der "Standby"-Zustand verlassen und die Steuerung der Brennkraftmaschine wechselt in einen "Bereif'-Zustand 3-1; ein Start der Brennkraftmaschine 20 kann dann unmittelbar folgen. In dem "Bereif'-Zustand kann zum Beispiel noch eine Überwachung von Leistungsverbrauchern erfolgen; bei Dieselmaschinen könnte in dem "Bereif'-Zustand gemäß einer darunter liegenden Schicht n=4 die Durchführung des Vorglühprozesses stattfinden. Sobald dann jedoch der Starter 15 für die Brennkraftmaschine aktiviert wird und eine Drehzahl der Brennkraftmaschine, die größer als ein vorgegebener
Schwellenwert ThrO ist, festgestellt wird, wird dieser "Bereif'-Zustand 3-1 verlassen und die Brennkraftmaschine wechselt in den "Startphase"-Zustand 3-2. Alternativ dazu erfolgt dann, wenn während des "Bereif'-Zustandes 3-1 die Zündung abgeschaltet wird, kein Übergang in den
"Startphase"-Zustand, sondern ein Übergang in den Zustand "Auslaufen" 3-5.
Der Zustand "Startphase" 3-2 dient dazu, die Brennkraftmaschine aus eigener Kraft zum Laufen zu bringen. Wenn dies nicht gelingt, das heißt, wenn die Brennkraftmaschine "abgewürgt" wird, was soviel bedeutet, als dass die Drehzahl der Brennkraftmaschine für eine bestimmte Mindestzeit unterhalb eines vorgebbaren Schwellenwertes Thrl bleibt, erfolgt ein Rücksprung in den "Bereif'-Zustand 3-1. Wird dagegen die Startphase erfolgreich abgeschlossen, das heißt, erhöht sich die Drehzahl der Brennkraftmaschine über einen vorgebbaren zweiten Schwellenwert Thr2, so erfolgt ein Übergang innerhalb der zweiten Schicht n=2 des Zustandsautomaten 12 von dem Betriebszustand "Start" 2-8 in den Betriebszustand "Normalbetrieb" 2-9.
Genauer gesagt erfolgt dann nach der Startphase zunächst ein Übergang der Brennkraftmaschine in einen "Leerlauf"- Zustand 3-3 in der dritten Schicht n = 3 des Zustandsautomaten, wie dies in der Figur 2 dargestellt ist. Je nach Wunsch des Fahrers eines Fahrzeugs, in dem die Brennkraftmaschine eingebaut ist, beziehungsweise je nach Fahrsituation wechselt der Betriebszustand der
Brennkraftmaschine während des Zustandes "Normalbetrieb" 2- 9 zwischen den Unterbetriebszuständen "Leerlauf" 3-3 und "Gasgeben" 3-4. Wird die Brennkraftmaschine 20 "abgewürgt", während sie sich in dem "Normalbetrieb" befindet, erfolgt innerhalb der Schicht n=2 ein Übergang in den
Betriebszustand "Start" 2-8 und genauer gesagt innerhalb der Schicht n=3 ein Übergang in den Zustand "Bereit" 3-1. Wird dagegen der Zustand "Normalbetrieb" 2-9 ordnungsgemäß durch Abschalten der Zündung beendet, so geht die Brennkraftmaschine in der Schicht n=2 in einen Zustand
"Nachlauf" 2-10 über. Innerhalb des Betriebszustandes "Nachlauf" 2-10 geht die Maschine nach dem Abschalten der Zündung zunächst in der Schicht n=3 in den Zustand "Auslaufen" 3-5 über. Dieser Zustand zeichnet sich dadurch aus, dass die Zündung zwar ausgeschaltet ist, die
Brennkraftmaschine aber noch nachläuft, das heißt, dass ihre Drehzahl noch ungleich null ist. Erst wenn auch die Drehzahl der Brennkraftmaschine einen vorgegebenen Schwellenwert Thr3 unterschreitet, verlässt die Brennkraftmaschine 20 diesen Zustand "Auslaufen" 3-5 und geht innerhalb der dritten Schicht n=3 in einen Zustand "Beenden" 3-6 über. Dieser Zustand kennzeichnet die endgültige Abschaltung der Brennkraftmaschine, wobei zwar bereits die Zündung abgeschaltet und die Drehzahl 0 ist, aber bestimmte Aggregate, wie zum Beispiel ein Lüfter noch nachlaufen können, um zum Beispiel die Brennkraftmaschine zu kühlen.
Sobald der Zustand "Nachlauf" beendet ist, wechselt die Maschine innerhalb der zweiten Schicht in den Zustand
"Standby" 2-7. Dieses Verhalten gilt dann, wenn während des Zustandes "Nachlauf" 2-10 die Zündung nicht wieder eingeschaltet wird. Wenn die Zündung jedoch während dieses Zustandes "Nachlauf" 2-10 in der zweiten Schicht n = 2 wieder eingeschaltet wird, gibt es drei alternative Vorgehensweisen für die Steuerung der Brennkraftmaschine. Eine erste Alternative besteht darin, dass die Brennkraftmaschine innerhalb der zweiten Schicht n = 2 von dem Zustand "Nachlauf" 2-10 in den Zustand "Start" 2-8 wechselt. Bezogen auf die dritte Schicht n = 3 ist es für diesen Wechsel unerheblich, ob sich die Brennkraftmaschine 20 beim Wiederanschalten der Zündung in dem Zustand "Auslaufen" 3-5 oder in dem Zustand "Beenden" 3-6 befindet; in beiden Fällen geht die
Brennkraftmaschine bei Anschalten der Zündung über in den Zustand "Bereit" 3-1. Alternativ dazu besteht die Möglichkeit, den Zustand "Motoransteuerung" 1-6 zu verlassen und in einen "Resef'-Zustand 1-2 des Steuergerätes 10 für die Brennkraftmaschine 20 überzugehen. Als dritte Alternative besteht die Möglichkeit, in einen Zustand "Abgeschaltet" 1-1 des Steuergerätes 10 überzugehen. Neben dem Betriebszustand "Motoransteuerung" 1-6, der, wie beschrieben, alle wesentlichen Betriebszustände der Brennkraftmaschine umfasst, kann der Zustandsautomat 12 auch verschiedene Betriebszustände des Steuergerätes 10 für die Brennkraftmaschine umfassen. Dabei handelt es sich wie in Figur 2 dargestellt, um die Zustände "Abgeschaltet" 1-1, "Reset" 1-2, "Booten" 1-3, "Initialisierung" 1-4 und "Herunterfahren" 1-5. Wie bereits aus der Struktur der Bezugszeichen ersichtlich, sind diese Zustände ebenfalls gleichrangig mit dem Zustand "Motoransteuerung" 1-6 in der ersten Schicht n = 1 des Zustandsautomaten 12 angeordnet.
Die Übergänge zwischen diesen einzelnen Zuständen des Steuergerätes 10 der Brennkraftmaschine und auch die Übergänge zwischen diesen Zuständen und den oben beschriebenen Zuständen der Brennkraftmaschine werden nachfolgend kurz beschrieben.
Ausgangspunkt für die Betrachtung des beschriebenen Zustandsautomaten 12 ist vorzugsweise eine Situation, bei der ein Computer beziehungsweise ein Mikrocontroller in dem Steuergerät 10, auf welchem ein Computerprogramm zur Durchführung des beanspruchten und beschriebenen Verfahrens abläuft, ausgeschaltet ist. Sofern das Steuergerät 10 zusammen mit der Brennkraftmaschine 20 in ein Fahrzeug eingebaut ist, ist der Computer beispielsweise dann
ausgeschaltet, solange die Türen des Fahrzeugs, insbesondere die Fahrertür, noch geschlossen ist oder ein anderes definiertes Aufweckereignis noch nicht eingetreten ist. Ein derartiger "Abgeschaltet''-Zustand ist in Figur 2 mit dem Bezugszeichen 1-1 bezeichnet. Sobald insbesondere die Fahrertür jedoch geöffnet wird, wird ein Schalter betätigt, welcher das Steuergerät 10 dazu veranlasst, diesen Zustand 1-1 zu verlassen und in einen "Resef'- Zustand 1-2 überzugehen. Während dieses Zustandes 1-2 wird das Steuergerät 10 in einen vordefinierten Ausgangszustand versetzt. Von dem "Resef'-Zustand 1-2 geht das Steuergerät 10 dann automatisch in den Zustand "Booten" 1-3 über, in welchem das Steuergerät hochgefahren wird. Innerhalb des Zustandes "Booten" durchläuft das Steuergerät 10 sequentiell die Zustände "Vorinitialisierung",
"Drehzahlinitialisierung" 2-2 und "Nachinitialisierung" 2- 3. Nach Abschluss des Zustandes "Booten" 1-1 geht das Steuergerät 10 wiederum automatisch in den Zustand "Initialisierung" 1-4 über, wobei verschiedene Anpassungen und insbesondere ein Vorbesetzen von bestimmten Variablen stattfinden. Dies erfolgt, indem die Zustände "Standardbooten" 2-4, "Kundenbooten" 2-5 und "Betriebssystem-Vorbereitung" 2-6 sequentiell durchlaufen werden. Am Ende des "Initialisierungs"-Prozesses geht das Steuergerät 10 automatisch in den Zustand
"Motoransteuerung" 1-6 in der ersten Schicht n = 1 über. Genauer gesagt geht das Steuergerät dann in der Schicht n = 2 in den Zustand "Standby" 2-7 über.
Von dem Zustand "Standby" 2-7 wird die Brennkraftmaschine normalerweise nach dem Einschalten der Zündung gestartet, wie dies oben ausführlich beschrieben wurde. Darüber hinaus sind jedoch in der Regel auch verschiedene Bedingungen vorprogrammiert, bei deren Eintreten die Brennkraftmaschine aus dem "Standby"-Zustand 2-7 heraus nicht in den Zustand
"Bereit" 3-1, sondern in den Zustand "Herunterfahren" 1-5 des Steuergerätes 10 übergeht. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der "Standby"-Zustand 2-7 eingenommen wurde, nachdem der Nachlauf-Zustand 2-9 verlassen wurde. In dem Zustand "Herunterfahren" wird das Steuergerät auf seine Abschaltung hin vorbereitet. Wenn der Zustand "Herunterfahren" beendet worden ist, geht das Steuergerät automatisch wieder in den Zustand "Abgeschaltet" 1-1 über. Wenn jedoch während des Zustandes "Herunterfahren" die Zündung wieder eingeschaltet werden oder ein anderes äquivalentes Ereignis eintreten sollte, geht das Steuergerät 10 in den Zustand "Reset" 1-2 über, um von dort aus automatisch, wie oben beschrieben, in den Zustand "Booten" überzugehen.
Claims
1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine eines bestimmten Typs (20) gemäß einem Zustandsautomaten (12) , welcher verschiedene mögliche Betriebszustände zum Betreiben der Brennkraftmaschine des bestimmten Typs sowie erlaubte Übergänge zwischen den Betriebszuständen vorgibt, wobei die Betriebszustände in dem Zustandsautomaten (12) in mehreren Schichten (l...n, n+1, ...N) gruppiert und die Schichten in der Weise hierarchisch strukturiert sind, dass mindestens einer Schicht (n) mindestens eine weitere Schicht (n+1) nachgelagert ist, welche mindestens einen
Unterbetriebszustand für einen der Schicht (n) zugeordneten Betriebszustand umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass
die Schicht (n) und alle ihr in der hierarchischen Struktur des Zustandsautomaten (12) vorgelagerten Schichten (0...n- 1) jeweils Betriebszustände repräsentieren, welche die Brennkraftmaschine (20) des bestimmten Typs mit Brennkraftmaschinen eines anderen Typs gemeinsam hat; und
die weitere Schicht (n+1) sowie alle ihr in der hierarchischen Struktur des Zustandsautomaten nachgelagerten Schichten (n+2...N) jeweils Betriebszustände
repräsentieren, die spezifisch sind für die Brennkraftmaschine (20) des bestimmten Typs.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Schichten (0...,n, n+1, ...N) des Zustandsautomaten (12) folgenden Betriebszustände der Brennkraftmaschine (20) umfassen:
Brennkraftmaschine (20) des bestimmten Typs mit Brennkraftmaschinen eines anderen Typs gemeinsam hat; und wobei die vierte Schicht (n=4) Betriebszustände repräsentiert, die für die Brennkraftmaschine (20) des bestimmten Typs spezifisch ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der dritten Schicht (n=3) die Brennkraftmaschine (20) nur dann von dem Zustand "Bereit" (3-1) in den Zustand "Startphase" (3-2) übergeht, wenn ein Anlassen der Brennkraftmaschine (20) durch einen Starter (15) erkannt wird, und dass ein Übergang von dem Zustand "Startphase" (3-2) zurück in den Zustand "Bereit" (3-1) nur dann stattfindet, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine (20) für eine vorgebbare Zeitdauer kleiner als ein erster vorgebbarer Schwellenwert (Thrl) ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
dass sich die Brennkraftmaschine innerhalb der zweiten Schicht (n = 2) zunächst in einem Zustand "Standby" (2-7) befindet, bevor sie von dem Zustand "Standby" in den Zustand "Bereit" (3-1) wechselt, wenn die Zündung für die Brennkraftmaschine eingeschaltet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der dritten Schicht (n=3) ein Übergang der Brennkraftmaschine (20) von dem Zustand "Leerlauf" (3-3) in den Zustand "Gasgeben" (3-4) und umgekehrt möglich ist, insbesondere ;je nach Vorgabe durch den Fahrer eines
Fahrzeugs, in dem die Brennkraftmaschine (20) betrieben wird.
6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der dritten Schicht (n=3) die Brennkraftmaschine (20) nur dann von dem Zustand
"Auslaufen" (3-5) in den Zustand "Beenden" (3-6) wechselt, wenn die Zündung ausgeschaltet und die Drehzahl der Brennkraftmaschine kleiner als ein dritter Schwellenwert Thr3 nahe null geworden ist .
7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der zweiten Schicht (n=2) die Brennkraftmaschine (20) von dem Zustand "Start" (2-8) direkt in den Zustand "Nachlauf" (2-10) übergeht, wenn die Zündung des Fahrzeugs, in dem die Brennkraftmaschine betrieben wird, ausgeschaltet wird oder eine äquivalente Information an das Steuergerat gegeben wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine innerhalb der dritten Schicht (n=3) von dem Zustand "Bereit" (3-1) oder von dem Zustand "Startphase" (3-2) in den Zustand "Auslaufen" (3-5) übergeht, wenn die Zündung ausgeschaltet wird oder eine äquivalente Information an das Steuergerat gegeben wird.
9. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der zweiten Schicht (n=2) die Brennkraftmaschine von dem Zustand "Start" (2-8) direkt in den Zustand "Normalbetrieb" (2-9) übergeht, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine einen vorgegebenen zweiten Schwellenwert (Thr2) überschreitet.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine innerhalb der dritten Schicht (n=3) von dem Zustand "Startphase" (3-2) in den Zustand "Leerlauf" (3-3) übergeht, wenn die Drehzahl der
Brennkraftmaschine den zweiten Schwellenwert überschreitet.
11. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der zweiten Schicht (n=2) die Brennkraftmaschine von dem Zustand "Normalbetrieb" (2-9) direkt in den Zustand "Start" (2-8) zurückgeht, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine einen vorgegebenen ersten Schwellenwert (Thrl) unterschreitet.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine aus dem Zustand "Normalbetrieb" (2-9) in der zweiten Schicht (n=2) in den Zustand "Bereit" (3-1) innerhalb der dritten Schicht (n=3) übergeht, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine den ersten Schwellenwert (Thrl) unterschreitet.
13. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der zweiten Schicht (n=2) die
Brennkraftmaschine von dem Zustand "Nachlauf" (2-10) direkt in den Zustand "Start" (2-8) zurückgeht, wenn die Zündung wieder eingeschaltet wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine dann, wenn die Zündung wieder eingeschaltet wird, innerhalb der dritten Schicht (n=3) entweder von dem Zustand "Auslaufen" (3-5) oder von dem
Zustand "Beenden" (3-6) aus in den Zustand "Bereit" (3-1) übergeht; oder dass die Brennkraftmaschine dann, wenn der Nachlauf beendet ist, innerhalb der dritten Schicht (n=3) entweder von dem Zustand "Auslaufen" (3-5) oder von dem Zustand "Beenden" (3-6) aus in den Zustand "Standby" (2-7) übergeht .
15. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustandsautomat (12) neben den Betriebszuständen der' Brennkraftmaschine auch verschiedene Betriebszustände des Steuergerätes der Brennkraftmaschine abbildet.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht (n=l) des Zustandsautomaten (12) neben dem Zustand "Motoransteuerung" (1-6) für die Brennkraftmaschine auch die Zustände "Abgeschaltet" (1-1), "Reset" (1-2), "Booten" (1-3), "Initialisierung" (1-4) und "Herunterfahren" (1-5) für das Steuergerät (10) der Brennkraftmaschine (20) umfasst.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (10) für die Brennkraftmaschine (20) dann von dem Zustand "Abgeschaltet" (1-1) in den Zustand "Reset" (1-2) übergeht, wenn das Steuergerät (10) eingeschaltet wird, insbesondere durch Aktivierung eines Schalters in einer Tür des Fahrzeugs, in welches das Steuergerät eingebaut ist.
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der ersten Schicht (n=l) ein Übergang von dem Zustand "Initialisierung" (1-4) in den Zustand "Motoransteuerung" (1-6) stattfindet, wenn die Initialisierung abgeschlossen ist.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass unter der Bedingung, dass die Initialisierung
abgeschlossen ist, der Übergang von dem Zustand "Initialisierung" (1-4) oder wahlweise entweder in den Zustand "Standby" (2-7) oder "Start" (2-8) in der zweiten Schicht (n=2) erfolgt und dass bei einem Sprung in den Zustand "Start" (2-8) direkt in den Zustand "Bereit" (3-1) in der dritten Schicht (n=3) gesprungen wird.
20. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Übergang von dem Zustand "Standby" (2-8) für die Brennkraftmaschine (20) in den Zustand "Heruntergefahren" (1-5) für deren Steuergerät nach einer vorgebbaren Bedingung erfolgt.
21. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine von dem Zustand "Nachlauf" (2- 10) aus, bei dem die Zündung ausgeschaltet ist, wahlweise in einen der Zustände "Reset" (1-2) , "Booten" (1-3) oder "Initialisierung" (1-4) übergeht, wenn die Zündung wieder eingeschaltet wird.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 - 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustand "Booten" (1-3) die Unterzustände "Standardbooten" (2-1), "Kundenbooten" (2-2) und "Betriebssystemvorbereitung" (2-3) umfasst, die während des Bootvorganges in der genannten Reihenfolge durchlaufen werden.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 - 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustand "Initialisierung" (1-4) die Unterzustände "Vorinitialisierung" (2-4), "Drehzahlinitialisierung" (2-5) und "Nachinitialisierung" (2-6) umfasst, die während des Initialisierungsvorgangs in der genannten Reihenfolge sequentiell durchlaufen werden.
24. Computerprogramm für ein Steuergerät (10) einer
Brennkraftmaschine (20), insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit Programmcode, der geeignet ist, das Verfahren gemäß
einem der Ansprüche 1 - 23 durchzuführen, wenn er auf einem Computer, vorzugsweise einem Prozessor innerhalb des Steuergerätes (10) , ausgeführt wird.
25. Computerprogramm nach Anspruch 24, wobei der Programmcode auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert ist.
26. Steuergerät (10) für eine Brennkraftmaschine (20), welches ausgebildet ist, die Brennkraftmaschine gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 23 anzusteuern.
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