DE2732781C3 - Einrichtung zum Steuern von betriebsparameterabhängigen und sich wiederholenden Vorgängen - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Mikroprozessoren enthaltende Steuereinrichtungen in Kraftfahrzeugen sind zum Beispiel bereits aus folgenden Literaturstellen bekannt:
Electronics, January 20, 1977, Seite 102 ff
Electronic Design 1, January 4, 1977, Seite 34 ff,
Electronik, 1977, Heft 4, Seite 48 ff,
SAE-Paper Nr. 750 432, Application of Microprocessors to the Automobile, Seite 65 ff,
etz-b, Band 28, 1976, Heft 15, Seite 496 ff,
Computer, August 1974, Seite 33 ff.

Weiterhin sind fest verdrahtete Rechner zur Steuerung von Vorgängen im Kraftfahrzeug, bzw. in der Brennkraftmaschine, z. B. aus der DE-OS 25 04 843 bekannt. Ein solcher festverdrahteter Rechner hat gegenüber einem Mikroprozessor-System den Nachteil schlechterer Variabilität, während die bekannten Mikroprozessor-Systeme in Abhängigkeit von der notwendigen Eingabe/Ausgabe-Einheit und der davon wiederum abhängigen notwendigen Speicherwerte im Festwertspeicher aufgrund aufwendiger Programme zur Aufbereitung und Verarbeitung der extern angelegten Signale mehr oder weniger langwierige und damit langsame Rechenprozesse ausführen müssen, die insbesondere bei höheren Drehzahlen eine Beschränkung auf Kosten der Rechengenauigkeit erfahren müssen.

Aus der DE-OS 25 39 113 ist eine elektronische Einrichtung zur Steuerung eines sich periodisch wiederholenden Vorgangs bei Brennkraftmaschinen bekannt, wobei diese Einrichtung über einen Rechner verfügt und auch einen Zähler aufweist. In diesem Zähler sind Inkremente eines Gebers einzählbar, wobei der Zählerstand in einen Speicher einschreibbar ist und von diesem an den Rechner weitergebbar ist. Das Zählergebnis wird erst dann in den Speicher übernommen, wenn eine vorgegebene Torzeit beendet ist, d. h. bei der in dieser Druckschrift gezeigten Anordnung steht das Ergebnis erst dann zur Verfügung, wenn der Zählvorgang als solcher abgeschlossen ist. Weiterhin ist aus der DE-OS 23 43 905 eine Vorrichtung zur digital- elektronischen Steuerung der Zündung bei Brennkraftmaschinen bekannt, die jedoch kein Mikrorechnersystem aufweisen, sondern aus einer Vielzahl von Einzelkomponenten aufgebaut ist. Die vorzunehmenden Funktionen sind dabei fest verdrahtet, so daß die dort beschriebene Vorrichtung nur durch umfangreiche Änderungen im Schaltungsaufbau variabel zu gestalten ist. Zudem ist der schaltungstechnische Aufwand groß, da für jede Verknüpfung von Werten eigene Vergleichsschaltungen erforderlich sind.

Aus der DE-OS 26 49 690 ist ein Steuersystem für die Zündzeitpunktverstellung bei einer Brennkraftmaschine bekannt. Bei dem Steuersystem wird die Stellung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine mit Hilfe eines Impulsgebers erfaßt, der pro 180 Grad Kurbelwellendrehung ein Bezugsmarkensignal abgibt. Die Bezugsmarkensignale werden einer Recheneinheit und nach Verzögerung dem Rücksetzeingang eines Zählers zugeführt. Nach dem Rücksetzvorgang zählt der Zähler die von einem Taktgenerator erzeugten Taktimpulse. Jedes Bezugsmarkensignal löst in der Recheneinheit die Berechnung von Zündzeitpunkten und Schließwinkelwerten aus. Die berechneten Werte werden in Register ausgelesen und in dazugehörigen Komparatoren mit den Werten des Zählers für die Taktsignale verglichen. Bei Übereinstimmung der Werte werden von den Komparatoren Signale abgegeben.

Der Zähler zählt lediglich Taktimpulse, die in der Recheneinheit als Zeitmaßstab Verwendung finden. Zur Bestimmung der Kurbelwellenstellung sind dadurch längere Berechnungen seitens der Recheneinheit erforderlich. Außerdem ist die Einrichtung insbesondere bei Beschleunigungsvorgängen sehr ungenau, da sowohl die Kurbelwellenstellung nicht feststeht als auch der Zündzeitpunkt bzw. der Schließwinkel nicht sicher festzulegen ist.

Aufgabe des Erfindungsgegenstandes ist es demgegenüber, auf einfache Art und Weise und ohne Belastung des Mikroprozessors der Einrichtung ein Signal zu schaffen, das proportional zur Kurbelwellen- oder Nockenwellenstellung ist und das zur Auslösung von betriebsparameterabhängigen Vorgängen geeignet ist.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß der Mikroprozessor von der Ermittlung von kurbelwellen- oder nockenwellenartigen Signalen entlastet ist, und daher seine übrigen Aufgaben besser wahrnehmen kann. Gleichzeitig ist es ihm möglich, auf den Zählerstand des Zählers jederzeit zurückzugreifen und den Zählerstand zu erfragen.

Insgesamt wird dadurch eine schnelle Verarbeitung der außen anliegenden Informationen in Schaltbefehle möglich, wobei diese Aufbereitung und Verknüpfung durch den Mikroprozessor über den Datenbus und den Adressenbus gesteuert wird. Das System ist dadurch sehr vielseitig und leicht anpaßbar an verschiedene Typen von Brennkraftmaschinen und Mikroprozessor-Typen. Diese Eingabe/Ausgabe-Einheit ist leicht integrierbar und ermöglicht den programmgesteuerten Ablauf verschiedener Zählvorgänge, für die Mikroprozessoren der heutigen Generation noch nicht geeignet sind. Ferner wird die Speicherung von Schaltsignalen ermöglicht, die über den jeweiligen Betriebszustand des Motors Auskunft geben. Bei Bedarf können diese gespeicherten Werte abgefragt werden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Einrichtung möglich. Besonders vorteilhaft ist das Vorhandensein und die Ausbildung eines Zeitgliedes als Zähler in der Eingabe/Ausgabe-Einheit zur Zählung einer Taktfrequenz, wobei der abzuzählende Zählerstand vom Datenbus übernehmbar ist. Über den Datenbus können dadurch leicht verschiedene Standzeiten des Zeitglieds eingestellt und abgefragt werden. Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, zur Ruhestromabschaltung in der Endstufenanordnung eine als Zähler ausgebildete Drehzahlerkennungsstufe vorzusehen, durch die bei Unterschreitung einer Grenzdrehzahl ein Signal in den Datenbus übertragbar ist, durch das diese Unterschreitung erkannt werden und eine entsprechende Abschaltung in der Endstufenanordnung ausgelöst werden kann.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines bekannten Mikrorechner-Systems für eine Brennkraftmaschine,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Blockschaltbild,

Fig. 3 eine Dekodiereinrichtung zur Steuerung der mit dem Datenbus verbundenen Schaltelemente gemäß Fig. 2,

Fig. 4 ein Signal/Zählerstand-Diagramm zur Erläuterung der Wirkungs- weise des in den Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 5 ein Beispiel einer schaltungsmäßigen Ausgestaltung einer Rücksetzstufe,

Fig. 6 ein Beispiel einer schaltungsmäßigen Ausgestaltung einer Steuer- Dekodierstufe und einer Auswahllogik und

Fig. 7 eine weitere Ausgestaltung des Ausführungsbeispiels der Erfindung im Blockschaltbild.

Beschreibung der Erfindung

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Mikrorechnersystem ist ein Mikroprozessor 10 mit einem Arbeitsspeicher (RAM) 11, mit einem Festwertspeicher (ROM, PROM oder EPROM) 12 sowie mit einer Eingabe/Ausgabe-Einheit 13 über einen Datenbus 14 und einen Adressenbus 15 verbunden. In Abhängigkeit von dem zu übertragenen Informationsgehalt, bzw. in Abhängigkeit von der Anzahl der anwählbaren Adressen kann ein solcher Datenbus 14 z. B. aus acht Einzelleitungen und ein Adressenbus 15 zum Beispiel aus drei Einzelleitungen bestehen. Eine die Bauteile 10 bis 12 verbindende Lese-Befehlsleitung 16 ist über eine Klemme 17 mit der Eingabe/Ausgabe-Einheit 13 verbunden und dient dazu, anliegende oder gespeicherte Informationen abzurufen. Eine die Bauteile 10, 11 verbindende Schreib-Befehlsleitung 18 ist über eine Klemme 19 ebenfalls mit der Eingabe/Ausgabe-Einheit 13 verbunden und dient dazu, Informationen in Zwischenspeicher einzulesen. Eine Programmunterbrechungs-Befehlsleitung (Interrupt) 20 führt von der Eingabe/Ausgabe-Einheit 13 über eine Klemme 21 zum Mikroprozessor 10. Diese Leitung dient dazu, bei Vorliegen bestimmter Informationen ein gerade im Mikroprozessor ablaufendes Programm zu unterbrechen. Vom Mikroprozessor 10 führt eine Lösch-Befehlsleitung (Clear) 22 über eine Klemme 23 zur Eingabe/Ausgabe-Einheit 13. Sie dient dazu, bestimmte Anfangsbedingungen, z. B. bei einem Programmbeginn, zu schaffen. Ein Frequenzgenerator 24 ist mit dem Mikroprozessor 10 verbunden, um diesem Baustein eine Grundtaktfrequenz zuzuführen. Vorzugsweise eine daraus durch Teilung gewonnene Frequenz wird über Klemme 25 der Eingabe/Ausgabe-Einheit zugeführt. Eine eine Versorgungsspannung führende Klemme 26 ist mit einer Spannungsstabilisierungsschaltung 27 verbunden, deren stabilisierte Ausgangsspannung einer Klemme 28, sowie sämtlichen Bauelementen zugeführt ist, die Elektronik beinhalten.

Eine Eingangsschaltung 29 weist sieben Eingänge 30 bis 36 auf, die mit externen Signalgebern verbunden sind. Dadurch wird der jeweilige Zustand, z. B. einer Brennkraftmaschine an das Rechnersystem gemeldet. Eine mit den Eingängen 30, 31 verbundene Geberanordnung 37 besteht aus einer vorzugsweise mit der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine verbundenen Zahnscheibe 370, auf der umfangsseitig eine Vielzahl von Zähnen 371 angebracht sind. Diese Zähne werden durch einen ersten Aufnehmer 372 abgetastet, indem jeder ferromagnetische Zahn in diesen induktiven Aufnehmer 372 eine Flußänderung hervorruft, die ein Spannungssignal zur Folge hat. Die dadurch erzeugte drehzahlabhängige Signalfolge wird dem Eingang 30 zugeführt. Statt ferromagnetischer Zähne können auch andere Marken vorgesehen sein, die durch andere Aufnehmer abtastbar sind. So kann z. B. die Scheibe in Umfangsrichtung streifenförmig magnetisiert sein oder eine Lochanordnung aufweisen, die durch optische Vorrichtungen abtastbar ist. Eine Bezugsmarke 373 ist ebenfalls auf der Scheibe 370 angeordnet. Diese Bezugsmarke 373 kann natürlich auch auf einer anderen Scheibe oder einem anderen Drehteil angeordnet sein. Die Bezugsmarke 373 wird von einem zweiten Aufnehmer 374 abgetastet und das Bezugsmarkensignal dem Eingang 31 zugeführt. Weitere Informationen der Brennkraftmaschine, bzw. des Fahrzeugs liegen als Versorgungsspannung U, Temperatur T, Drosselklappenstellung α, Stellung des Drosselklappenschalters 38 und Stellung des Startschalters 39 an den Eingängen 32 bis 36 an. Die Zahl dieser weiteren Informationen ist noch beliebig erweiterbar und nicht auf die dargestellten Informationen beschränkt. Die dargestellten sieben Eingangsinformationen an den Eingängen 30 bis 36 werden in der Eingangsschaltung aufbereitet, entstört und soweit erforderlich, digitalisiert. Ausgangsseitig werden diese Informationen über die Klemmen 40 bis 46 der Eingabe/Ausgabe-Einheit 13 zugeführt. Sofern Informationen an der Eingangsschaltung 29 in analoger Form vorliegen, werden sie durch einen in der Eingangsschaltung 29 enthaltenen Analog-Digital-Wandler in Frequenzen umgewandelt. Eine Signalaufbereitung kann z. B. mit Hilfe von Schmitt-Triggern erfolgen. Zur Entstörung können an sich bekannte Entprell-Schaltungen sowie Schaltungen zum Schutz gegen Überspannungen eingesetzt werden.

Zwei Endstufenausgänge der Eingabe/Ausgabe-Einheit sind über Klemmen 47, 48 mit Schaltendstufen 49, 50 verbunden, die im dargestellten Fall als Zündungsendstufen ausgebildet sind. Solche Zündungsendstufen enthalten in bekannter Weise einen Halbleiterschalter im Primärstromkreis einer Zündspule, in deren Sekundärstromkreis wenigstens eine Zündstrecke 51, 52, bzw. Zündkerze geschaltet ist. Ebensogut können diese Schaltendstufen 49, 50, oder auch weitere Schaltendstufen zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung Verwendung finden.

Die Wirkungsweise des dargestellten, an sich bekannten Mikroprozessor-Systems ist bekannt und vielfach in der Literatur beschrieben. Neben dem eingangs genannten Stand der Technik sei in diesem Zusammenhang vor allem auf die Gebrauchsbücher der verschiedenen Mikroprozessor- Hersteller verwiesen, in denen detailliert sowohl der Aufbau und die Beschaltung der einzelnen Bausteine, wie auch deren Wirkungsweise und Programmierung beschrieben ist. Aufbauvarianten und Schaltungsmöglichkeiten, bzw. -Vorschläge sind sehr detailliert angegeben. Als Beispiel sei auf die Handbücher der Firma RCA "User Manual for the CDP 1802 Cosmac Microprocessor MPM-201A" und "RCA, Integrated Circuits, SSD-210, 4-76" verwiesen.

Im Rahmen eines im Festwertspeicher 12 gespeicherten Programms werden vom Mikroprozessor 10 extern an der Eingabe/ Ausgabe-Einheit 13 anliegende Informationen im Zusammenhang mit fest gespeicherten Informationen verarbeitet. Das errechnete Ergebnis, im vorliegenden Fall die Zündzeitpunkte und die Schließzeiten, werden den Schaltendstufen 49, 50 weitergegeben zur Ausführung der gewünschten Schaltbefehle. Endergebnisse und Zwischenergebnisse werden zum Teil im Arbeitsspeicher 11 zwischengespeichert, um dann bei Bedarf durch den Mikroprozessor wieder abgerufen zu werden.

Die Anzahl der verwendeten Mikroprozessoren, Festwertspeicher und Arbeitsspeicher ist nicht gemäß der Darstellung beschränkt, sondern kann in Abhängigkeit der zu verarbeitenden Informationen, dem Umfang des Programms und dem Umfang der gespeicherten Daten beliebig erweitert werden. Diese Anzahl hängt natürlich auch vom jeweils verwendeten Bauteiltyp ab, bzw. von dessen Arbeits- und Speichermöglichkeiten, also z. B. von der Anzahl der bits.

In dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die mit dem Drehzahlsignal beaufschlagte Klemme 40 über eine Frequenzvervielfachungsstufe 60 mit dem Takteingang C eines ersten Zählers 61 verbunden. Der Datenbus 14 ist über einen ersten Zwischenspeicher 62, dessen Übernahmeeingang über eine Klemme 63 gesteuert wird, mit den Setzeingängen des ersten Zählers 61 verbunden. Die Zahlenausgänge des ersten Zählers 61 sind sowohl an erste Vergleichseingänge eines Komparators 64 angelegt, wie auch über eine erste Torstufe 65 mit dem Datenbus 14 verbunden. Die vorzugsweise als Parallelschaltung verschiedener Transmissions-Gatter ausgebildete erste Torstufe 65 wird über eine Klemme 66 gesteuert. Die das Bezugsmarkensignal führende Klemme 41 ist über ein ODER-Gatter 67 mit dem Ladeeingang (Preset Enable) PE des ersten Zählers 61 verbunden. Der Überlaufausgang (Carry Out) CO des ersten Zählers 61 ist mit einem weiteren Eingang des ODER-Gatters 67 verbunden. Zweite Vergleichseingänge des Komparators 64 sind über einen zweiten Zwischenspeicher 68 mit dem Datenbus 14 verbunden. Der zweite Zwischenspeicher 68 wird über eine Klemme 69 gesteuert. Der Ausgang des Komparators 64 ist mit dem Setzeingang S eines Flipflops 70 verbunden, dessen Ausgang über eine Klemme 71 mit dem Steuereingang einer Auswahllogik 72 verbunden ist. Die Auswahl der einzelnen Endstufenkanäle erfolgt vom Datenbus 14 her über eine erste Dekodierstufe 73, deren Ausgänge ebenfalls mit der Auswahllogik 72 verbunden sind und die über eine Klemme 74 gesteuert wird. Eine detailliertere Darstellung der Beschaltung der Bauteile 72, 73 ist in Fig. 6 gezeigt. Die J- und K-Eingänge zweier JK-Flipflops 75, 76 sind mit Ausgängen der Auswahllogik 72 verbunden. Je ein Ausgang der beiden Flipflops 75, 76 ist mit einer der beiden Klemmen 47, 48 zur Steuerung der Schaltendstufen 49, 50 verbunden. Die Klemme 23 ist mit dem Rücksetzeingang R eines Flipflops 77 verbunden, von dem ein Ausgang über eine Klemme 78 an den Rücksetzeingang R der Flipflop-Anordnung 75, 76 angeschlossen ist. Der Setzeingang S des Flipflops 77 ist an die Klemme 74 angeschlossen.

Zur Ruhestromabschaltung in den Schaltendstufen 49, 50 ist ein zweiter Zähler 79 vorgesehen, dessen Setzeingänge über einen dritten Zwischenspeicher 80 mit dem Datenbus 14 verbunden sind. Der dritte Zwischenspeicher 80 wird über eine Klemme 81 gesteuert. Der Takteingang C des zweiten Zählers 79 ist mit einer, eine Taktfrequenz führenden Klemme 82 verbunden. Der Ladeeingang PE des zweiten Zählers 79 ist mit dem Ausgang der Frequenzvervielfachungsstufe 60 verbunden. Der Überlaufausgang CO ist mit dem Setzeingang S eines Flipflops 83 verbunden, dessen Ausgang, ebenso wie der Ausgang des Flipflops 70 über ein ODER-Gatter 84 mit der Klemme 21 verbunden ist.

Zur Erzeugung verschiedener, benötigter Zeitintervalle ist ein als dritter Zähler 85 ausgebildetes Zeitglied vorgesehen, dessen Setzeingänge an dem Datenbus 14 angeschlossen sind. Der Takteingang C ist mit einer eine Taktfrequenz führenden Klemme 86 verbunden. Der Ladeeingang PE ist an eine Klemme 87 angeschlossen. Der Überlaufausgang CO ist mit dem Rücksetzeingang R eines Flipflops 88 verbunden, dessen Ausgang mit einem Toreingang (Carry In) CI des dritten Zählers 85 verbunden ist. Der Setzeingang S des Flipflops 88 wird über die Klemme 87 gesteuert.

Zur Meldung eines Bezugsmarkensignals an den Mikroprozessor 10 ist die Klemme 41 mit dem Setzeingang S eines Flipflops 90 verbunden, dessen Ausgang an den Eingang b einer Rückmelde- Torstufe 91 angeschlossen ist. Die Ausgänge dieser, über eine Klemme 92 gesteuerten Rückmelde-Torstufe 91 sind mit dem Datenbus 14 verbunden. Weitere Eingänge a, c bis h sind mit den Ausgängen der Flipflops 88, 83, 70, mit den beiden Klemmen 45, 46, sowie mit den Ausgängen der beiden Flipflops 75, 76 verbunden.

Die Steuerung der Rücksetzeingänge R der Flipflops 70, 83, 90 erfolgt über eine mit dem Datenbus 14 verbundene, zweite Dekodierstufe 93, deren Steuereingang mit der Klemme 74 verbunden ist.

Die Eingangssignale für die dargestellte Schaltung, sowie für die in den folgenden Figuren dargestellten Schaltungen sind vorzugsweise mit der Grundfrequenz gerastert, bzw. synchronisiert. Für diesen Zweck notwendige Synchronisierungsstufen sind jedoch der Einfachheit halber nicht näher dargestellt und aus der eingangs genannten DT-OS 25 04 843, Fig. 4, bekannt. Die dort gezeigte Schaltung dient gleichzeitig der Frequenzverdoppelung. Ebenfalls nicht dargestellt sind eventuell an den Ausgängen benötigte Verstärkerstufen. Sie können je nach Bedarf und Signalpegel vorgesehen werden.

Die in Fig. 3 dargestellte Dekodiereinrichtung 100 ist eingangsseitig mit dem Adressenbus 15 sowie über die Klemmen 17, 19 mit der Lese-Befehlsleitung 16 und der Schreib-Befehlsleitung 18 verbunden. Ausgangsseitig ist die Dekodiereinrichtung 100 mit den Klemmen 63, 66, 69, 74, 81, 87, 92 und 114 verbunden. Die Dekodiereinrichtung 100 ist ebenfalls in der Eingabe/Ausgabe-Einheit 13 enthalten und dient zum Steuern der mit den besagten Klemmen verbundenen Torstufen, Zwischenspeicher, Dekodierstufen und Zähler. In Abhängigkeit von den anliegenden Eingangssignalen erscheint an einer oder an mehreren Ausgangsklemmen der Dekodiereinrichtung 100 ein Signal, durch das die jeweils damit verbundene Stufe betätigt wird. Dadurch kann z. B. ein Signal eine Torstufe passieren oder ein Zähler einen anliegenden Zahlenwert übernehmen. Die Reihenfolge dieser Befehle wird über das Programm im Mikroprozessor festgelegt und als Befehl über die Leitungen 15, 16, 18 ausgegeben.

Die prinzipielle Wirkungsweise der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Eingabe/Ausgabe-Einheit 13 in Zusammenhang mit dem in Fig. 1 dargestellten System wird im folgenden anhand des in Fig. 4 dargestellten Signal/Zählerstand-Diagramms erläutert. Die an der Klemme 40 anliegende Drehzahl-Signalfolge wird in ihrer Frequenz in der Frequenzvervielfachungsstufe 60 vervielfacht, vorzugsweise verdoppelt, und erscheint als Signalfolge A am Takteingang des als Rückwärtszähler ausgebildeten ersten Zählers 61. Die in Fig. 4 dargestellten Signalfolgen sind für den Fall konstant bleibender Drehzahlparameter dargestellt. Das Bezugsmarkensignal B bewirkt am Ladeeingang PE ein Setzen des Zählers 61 mit dem im ersten Zwischenspeicher 62 gespeicherten Zahlenwert. Dieser zwischengespeicherte Zahlenwert wurde bereits vorher auf ein Signal an der Klemme 63 hin vom Datenbus 14 übernommen. Der übernommene Zahlenwert wird im Takt der Signalfolge A abwärts gezählt, bis beim Zählerstand Null ein Überlaufsignal C am Überlaufausgang CO entsteht. Dieses Überlaufsignal C bewirkt wiederum über das ODER-Gatter 67 ein erneutes Setzen des Zählers 61. Dieses Signal C wirkt somit wie zusätzliche interne Bezugsmarkensignale. Die Zahl der ablaufenden Zählintervalle bis zum erneuten Auftauchen eines externen Bezugsmarkensignals B richtet sich z. B. nach der Zahl der Zylinder der Brennkraftmaschine. Bei einer 8-Zylinder-Brennkraftmaschine werden vier Bezugsmarken pro Umdrehung benötigt. In der Figur sind dafür ein externes Bezugsmarkensignal B und drei interne Bezugsmarkensignale C pro Umdrehung vorgesehen. Zu Beginn des fünften, nicht mehr dargestellten Zyklus, fallen externe und interne Bezugsmarken zusammen. Genausogut können natürlich auch zwei externe und zwei interne Bezugsmarken vorgesehen werden.

Der vom Zwischenspeicher 62 übernommene Zahlenwert ist variabel und wird vom Programm in Abhängigkeit der jeweils anliegenden Parameter festgelegt. Der jeweils am Ausgang des Zählers 61 anliegende Zählerstand kann auf ein Signal an der Klemme 66 vom Mikroprozessor über den Datenbus 14 und die erste Torstufe 65 zu jedem beliebigen Zeitpunkt abgefragt werden.

In den zweiten Zwischenspeicher 68 werden im Takt der an seinem Steuereingang anliegenden Signalfolge D die jeweils über den Datenbus anliegenden Zahlenwerte zwischengespeichert. Diese Zahlenwerte wechseln im dargestellten Beispiel zwischen Z1 und Z2. Diese zwischengespeicherten Zahlenwerte liegen an den zweiten Vergleichseingängen des Komparators 64 an. Erreicht der Zählerstand im Zähler 61 den Zahlenwert Z2, so gibt der Komparator 64 ein erstes Ausgangssignal ab und bei Erreichen des Zählerstands Z1 ein zweites. Diese Ausgangssignale sind als Signalfolge E dargestellt. Durch die Signale der Signalfolge E wird jeweils das Flipflop 70 gesetzt und durch Signale der zweiten Dekodierstufe 93 jeweils zurückgesetzt. Durch die Ausgangssignale des Flipflops 70 und damit indirekt durch die Signale E wird über die Auswahllogik 72, die wiederum durch die erste Dekodierstufe 73 gesteuert wird, abwechselnd die Flipflop-Anordnung 75, 76 gesetzt und rückgesetzt, so daß an deren Ausgängen die Signalfolgen J und K entstehen. Dies wird im Zusammenhang mit Fig. 6 noch näher erläutert werden. Die Signalfolgen J und K steuern abwechselnd die Schaltendstufen 49, 50 und geben, z. B. bei einer Zündanlage, die Schließzeiten des elektrischen Schalters im Primärstromkreis einer Zündspule vor, wobei durch das Signalende jeweils die Zündung ausgelöst wird. Bei einer Einspritzanlage wären dies entsprechend die Einspritzdauer und der Einspritzzeitpunkt.

Zu Beginn des Programms wird über die Klemme 23 ein Lösch- Signal erzeugt, durch das das Flipflop 77 rückgesetzt wird, was wiederum eine Rücksetzung der Flipflop-Anordnung 75, 76 zur Folge hat. Durch diese Anordnung werden definierte Anfangsbedingungen geschaffen. Das Setzen des Flipflops 77 erfolgt im Anschluß über die Dekodiereinrichtung 100 und die Klemme 74.

Um eine Ruhestromabschaltung in den Schaltendstufen 49, 50 zu gewährleisten, soll unterhalb einer bestimmten Drehzahl der Strom abgeschaltet werden, d. h. die in den Schaltendstufen 49, 50 enthaltenen elektrischen Schalter geöffnet werden. Um diese untere Grenzdrehzahl zu erkennen, wird der Zähler 79 mit jedem Signal A auf den im Zwischenspeicher 80 zwischengespeicherten Zahlenwert geladen und mit der Frequenz der an der Klemme 82 anliegenden Taktfrequenz abwärts gezählt. Oberhalb dieser Grenzdrehzahl reicht die Zeit zwischen zwei Signalen A nicht aus, um den Zählerstand Null zu erreichen, d. h. es entsteht kein Überlaufsignal am Überlaufausgang CO. Ab der festgelegten Grenzdrehzahl wird ein solches Überlaufsignal erzeugt und setzt das Flipflop 83. Dies wird einmal über den Eingang c der Rückmelde-Torstufe 91 dem Mikroprozessor gemeldet und zum anderen wird an der Klemme 21 ein sogenanntes Interrupt-Signal erzeugt, durch das das jeweils laufende Programm unterbrochen werden kann. Diese Zwischenunterbrechung eines laufenden Programm durch ein Interrupt-Signal ist Stand der Technik und im eingangs angeführten Stand der Technik beschrieben. Die Grenzdrehzahl kann über den Datenbus 14 variiert werden, indem von diesem in den Zwischenspeicher 80 variable Zahlenwerte übernommen werden.

Der dritte Zähler 85 bildet zusammen mit dem Flipflop 88 ein Zeitglied, durch das die verschiedenen, benötigten Steuerzeiten für das System erzeugt werden können. Durch ein Steuersignal der Dekodiereinrichtung 100 an der Klemme 87 wird gleichzeitig das Flipflop 88 gesetzt und der Zähler 85 mit dem vom Datenbus 14 her anliegenden Zahlenwert geladen. Von diesem Zahlenwert an wird mit der an der Klemme 86 anliegenden Taktfrequenz abwärts gezählt bis der Zählerstand Null erreicht ist und am Überlaufausgang CO ein Rücksetzsignal für das Flipflop 88 entsteht. Dieses Rücksetzsignal setzt das Flipflop 88 zurück und sperrt gleichzeitig den Zähler 85 über den Toreingang CI für weitere Zählvorgänge. Die Signaldauer des Ausgangssignals am Flipflop 88 gibt die Standzeit des Zeitglieds vor. Eine Abfrage seitens des Mikroprozessors kann über die Rückmelde-Torstufe 91 erfolgen. Weitere Zustandsmeldungen wie der Schaltzustand des Drosselklappenschalters 38 und des Startschalters 39, können über die Klemmen 45, 46 abgefragt werden. Ebenso verhält es sich mit den Steuerausgangssignalen an der Klemme 47, 48. Die Gesamtheit dieser Informationen werden in der Rückmelde-Torstufe 91 gesammelt und zum Teil in den Flipflops 88, 90, 83, 70 gespeichert. Die Abfrage erfolgt durch ein Steuersignal an der Klemme 92.

Mit der Dekodiereinrichtung 100 lassen sich aus Adressen, Schreib- und Lesesignalen nicht nur Steuersignale zum programmgesteuerten Laden von Speichern und Zählern sowie zum Lesen von Registern und Zählern erzeugen, sondern es ist auch vom Programm her eine Auswahl mehrerer Eingabe/Ausgabe-Einheiten möglich, die z. B. gleichzeitig mit einem Mikroprozessor verbunden sein können. So ist z. B. mit zwei Eingabe/Ausgabe- Einheiten ein kombiniertes Zünd- und Einspritzsystem möglich.

Das in Fig. 5 gezeigte Beispiel einer schaltungsmäßigen Ausgestaltung der als Rücksetzstufe wirkenden zweiten Dekodierstufe 93 weist drei NOR-Gatter 930, 931, 932 auf. Jeweils ein Eingang dieser NOR-Gatter 930 bis 932 ist mit einer Leitung des Datenbusses 14 verbunden während jeweils ein anderer Eingang über einen Inverter 933 mit der Klemme 74 verbunden ist. Jeweils ein weiterer Eingang der drei NOR-Gatter 930 bis 932 ist an eine von drei weiteren Leitungen des Datenbusses 14 angeschlossen. Ein Ausgangssignal an einem der NOR-Gatterausgänge entsteht nur dann, wenn an sämtlichen drei Eingängen O-Signale anliegen. Dies ist der Fall, wenn einmal an der gemeinsamen Datenleitung des Datenbusses 14 ein O-Signal anliegt, weiterhin ein Steuersignal an der Klemme 74, das über den Inverter 933 in ein O-Signal umgewandelt wird, und zusätzlich noch ein O-Signal an der speziellen, dem jeweiligen NOR-Gatter zugeordneten Datenleitung des Datenbusses 14.

In Fig. 6 ist das Beispiel einer schaltungsmäßigen Ausgestaltung der Steuer-Dekodierstufe 73 sowie der Auswahllogik 72 gezeigt. Eine erste Datenleitung 140 des Datenbusses 14 ist über ein UND-Gatter 730 mit dem Takteingang eines ersten D-Flipflops 731 verbunden. Die Klemme 74 ist mit einem weiteren Eingang des UND-Gatters verbunden. Der Ausgang des UND- Gatters 730 ist jeweils mit einem Eingang zweier UND-Gatter 732, 733 verbunden, deren Ausgänge jeweils an die Takteingänge zweier weiterer D-Flipflops 734, 735 angeschlossen sind. Die D-Eingänge dieser Flipflops 734, 735 sind an eine zweite Datenleitung 141 angeschlossen. Eine dritte Datenleitung 142 ist mit dem zweiten Eingang des UND-Gatters 732 und über einen Inverter 736 mit dem zweiten Eingang des UND-Gatters 733 verbunden. Die beiden komplementären Ausgänge des Flipflops 734 sind über je ein UND- Gatter 720, 721 mit den beiden Eingängen des JK-Flipflops 75 verbunden, während die beiden komplementären Ausgänge des D- Flipflops 735 über je ein weiteres UND-Gatter 722, 723 an die beiden Eingänge des JK-Flipflops 76 angeschlossen sind. Ein Ausgang des D-Flipflops 731 ist über ein UND-Gatter 724 an einen Eingang eines ODER-Gatters 725 angeschlossen, dessen Ausgang mit jeweils dem zweiten Eingang der UND-Gatter 720 bis 723 verbunden ist. Der invertierende Ausgang des D-Flipflops 731 ist mit dem zweiten Eingang des ODER-Gatters 725 verbunden. Die Klemme 71 ist an einen weiteren Eingang des UND-Gatters 724 angeschlossen.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise der in Fig. 6 dargestellten Anordnung soll nochmals das in Fig. 4 dargestellte Diagramm herangezogen werden. Über das Flipflop 731 können Signale E von der Klemme 71 her gesperrt werden, wenn der invertierende Ausgang ein 1-Signal aufweist. In diesem Falle erfolgt die Steuerung der beiden J-K-Flipflops 75, 76 ausschließlich über den Datenbus 14, was z. B. bei Abschaltung der Endstufe unterhalb einer Grenzdrehzahl erforderlich ist. Liegt am invertierenden Ausgang des Flipflops 731 ein O-Signal an, so erfolgt die Freigabe der UND-Gatter 720 bis 723 durch Signale E. Ob durch ein Signal E oder ein invertiertes Ausgangssignal des Flipflops 731 das Flipflop 75 oder das Flipflop 76 betätigt wird, wird in der ersten Dekodierstufe 73 entschieden. Eine Steuersignalfolge F an der Klemme 74 erscheint am Ausgang des UND-Gatters 730 bei Vorliegen eines 1-Signals an der Datenleitung 140. Diese Signalfolge wirkt in Abhängigkeit davon, ob an der Datenleitung 142 ein 1-Signal oder ein 0-Signal anliegt, entweder für das Flipflop 734 oder für das Flipflop 735 als Taktsignal. Das erste dargestellte Signal F wirke aufgrund eines 1-Signals an der Datenleitung 142 auf das Flipflop 734. Wenn bei Auftreten dieses Signals F an der Datenleitung 141 ein 0-Signal anliegt, wechselt der mit dem UND-Gatter 721 verbundene Ausgang des Flipflops 734 von einem 1-Signal zu einem 0-Signal. Das zweite Signal F wirke durch Anliegen eines 0-Signals an der Datenleitung 142 als Taktsignal für das Flipflop 735. Da gleichzeitig ein 1-Signal an der Datenleitung 140 anliegen möge, wechselt der mit dem UND-Gatter 723 verbundene Ausgang des Flipflops 735 von einem 0-Signal zu einem 1-Signal. Das dritte Signal F wirke wiederum auf das D-Flipflop 735, dessen Ausgang nunmehr wegen eines anliegenden 0-Signals an der Datenleitung 141 wieder zu einem 0-Signal wechselt. Diese Vorgänge wiederholen sich in der gezeigten Reihenfolge. Eine Verknüpfung der Signalfolgen H und G, bzw. deren invertierter Signalfolgen, mit der Signalfolge E durch die UND-Gatter 720 bis 723 führt zu den Signalfolgen J und K, durch die - wie bereits oben ausgeführt - die Schließzeiten für eine Zündungsendstufe festgelegt werden können. Für den Fall, daß am invertierenden Ausgang des D-Flipflops 731 ein 1-Signal anliegt, also für den Fall der direkten Steuerung der Endstufenanordnung durch den Mikroprozessor, werden die Signalfolgen G und H direkt als Signalfolgen J und K an die Ausgänge 47, 48 übertragen. Diese Übertragung erfolgt mit einer an die J-K-Flipflops 75, 76 angelegten, in der Zeichnung nicht näher dargestellten Taktfrequenz, deren Frequenz sehr hoch ist im Vergleich zur Frequenz der Signalfolgen G und H.

In Fig. 7 sind weitere Ausgestaltungen und Ausbildungen der Eingabe/Ausgabe-Einheit 13 gezeigt, die zum Teil in Verbindung mit bereits dargestellten und beschriebenen Bauelementen stehen. Diese weisen die gleichen Bezugsszeichen auf und sind nicht noch einmal beschrieben. Die Klemmen 40, 42 bis 44, an denen externe Gebersignale anliegen, sind über eine vorzugsweise aus der Parallelschaltung mehrerer Transmissions-Gatter bestehenden Umschaltvorrichtung 110 mit einer Frequenzvervielfachungsstufe 111 verbunden, deren Ausgang an den Takteingang C eines vierten Zählers 112 angeschlossen ist. Die Zahlenausgänge des vierten Zählers 112 sind über eine, vorzugsweise aus einer Vielzahl von Transmissions-Gattern bestehenden dritten Torstufe 113 mit dem Datenbus 14 verbunden. Die Steuerung der dritten Torstufe 113 erfolgt über die Klemme 114, die eine weitere Ausgangsklemme der Dekodiereinrichtung 100 darstellt. Der Toreingang CI des vierten Zählers 112 ist mit dem Ausgang des Flipflops 88 verbunden.

Die die Grundtaktfrequenz führende Klemme 25 ist mit dem Eingang einer Frequenzuntersetzungsstufe 115 verbunden, an deren acht Ausgängen vorzugsweise acht verschiedene Ausgangsfrequenzen anliegen. Die ersten vier Ausgangsfrequenzen sind über eine Umschaltvorrichtung 116 und über die Klemme 82 dem Takteingang C des zweiten Zählers 79 zugeführt. Die weiteren vier Ausgangsfrequenzen sind über eine weitere Umschaltvorrichtung 117 über die Klemme 86 dem Takteingang des dritten Zählers 85 zugeführt. Zur Steuerung der drei Umschaltvorrichtungen 110, 116, 117 ist der Datenbus 14 über zwei Umschalt-Dekodierstufen 118, 119 mit den Umschalteingängen der genannten Umschaltvorrichtungen verbunden. Die Auslösung der Schaltbefehle erfolgt über die Klemme 74, die mit den Umschalt-Dekodierstufen 118, 119 verbunden ist.

Die Wirkungsweise der in Fig. 7 dargestellten, zusätzlichen Schaltungsanordnung für die Eingabe/Ausgabe-Einheit 13 besteht darin, daß die jeweils ausgewählte, in der Frequenzvervielfachungsstufe verdoppelte Geberfrequenz im Zähler 112 z. B. in ein 8-bit-Datenwort umgewandelt wird, das, gesteuert durch die Klemme 114, in den Datenbus 14 eingelesen werden kann. Dazu wird die jeweils am Zähler 112 anliegende Taktfrequenz während einer vom Zeitglied 85, 88 vorgegebenen Torzeit gezählt. Der Endzählerstand ist somit ein Maß für das anliegende Gebersignal und kann als Datenwort über den Datenbus 14 vom Mikroprozessor erfaßt werden.

Um die Variabilität der Eingabe/Ausgabe-Einheit 13 zu erhöhen, soll die Taktfrequenz der Zähler 85, 79 variiert werden. Dies geschieht dadurch, daß verschieden unterteilte Grundtaktfrequenzen über Umschaltvorrichtungen 116, 117 den beiden Zählern 79, 85 zugeführt werden. Die Auswahl der unterteilten Frequenzen erfolgt über den Datenbus und die Umschaltdekodierstufen 118, 119, durch die die Umschaltvorrichtungen 116, 117 betätigbar sind. Durch die doppelte Variation einmal der Taktfrequenz und zum anderen der übernommenen Zahlenwerte sind sehr breite Einsatzmöglichkeiten und Arbeitsbereiche der genannten Zähler möglich. Auf ein Signal an der Klemme 74 hin erscheint ein Ausgangssignal an einem der Ausgänge der Dekodierstufen 118, 119, wodurch eines der Transmissions-Gatter, die in den Umschaltvorrichtungen 110, 116, 117 enthalten sind, die anliegende Frequenz durchschaltet.

Im folgenden sollen in tabellarischer Form im Handel erhältliche Bauteile aufgeführt werden, die z. B. in den angegebenen Schaltungen Verwendung finden können. Die angegebenen Bauteile stammen sämtliche von der Firma RCA (mit einer Ausnahme) und sind mit ihrer Nummer bezeichnet:

Mikroprozessor 10: CDP 1802 D oder CDP 1802 CD
Arbeitsspeicher 11: CDP 1824
Festwertspeicher 12: CDP 1833 CD
Zähler 61, 79, 85, 112 4029
Zwischenspeicher 62, 68, 80: 4042
Komparator 64: MC 14 585 (Motorola)
Torstufe 65, 91, 114: 4016
Dekodierstufen 73, 93, 100, 118, 119: CD 4556
Umschaltvorrichtungen 110, 116, 117: 4016 oder 4052
Frequenzuntersetzerstufe 115: 4040

Claims (19)

1. Einrichtung zum Steuern von betriebsparameterabhängigen und sich wiederholenden Vorgängen von Brennkraftmaschinen, insbesondere von Zündvorgängen von Brennkraftmaschinen mit Fremdzündung, mit einem Mikroprozessor, der über Busleitungen mit je wenigstens einem Festwertspeicher (ROM, PROM), einem Arbeitsspeicher (RAM) sowie einer Eingabe/Ausgabeeinheit verbunden ist, an die externe Signalgeber zur Erzeugung von betriebsparameterabhängigen Signalen anschließbar sind, und mit einem Zähler zur Ermittlung betriebsparameterabhängiger Informationen, in in Zeitintervallen Inkremente einzählbar sind, wobei die Ergebnisse über den Bus vom Mikroprozessor abrufbar sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Zähler (61) in Abhängigkeit von mindestens einer kurbel- und/oder nockenwellenabhängigen Bezugsmarke (41) auf einen vorgegebenen Wert (62) setzbar ist,
daß die in den Zähler (61) einzählbaren Inkremente kurbel- und/oder nockenwellenabhängig sind,
daß der Zählerstand des Zählers (61) jederzeit abrufbar ist (65) und
daß bei vom Mikroprozessor vorgegebenen Zählerständen (62, 68) zu steuernde Vorgänge auslösbar sind, wobei ein Komparator (64) vorgesehen ist, dem der Ausgangswert des Zählers (61) und der Ausgangswert eines vom Mikroprozessor ladbaren Zwischenspeichers (68) zuführbar sind und dessen Ausgangssignal mit einer mehrere Befehlskanäle aufweisenden Schaltanordnung (72, 75, 76, 49, 50) in Wirkverbindung steht, deren Vorauswahl durch eine durch den Datenbus gesteuerte Auswahllogik (72, 73) erfolgt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Mikroprozessor ladbare Zwischenspeicher (68) nach der Abgabe eines Signales des Komparators (64) mit einem weiteren Ausgangswert gesetzt wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung weiterer, interner Bezugsmarken der externe Bezugsmarkeneingang und der Überlaufeingang des Zählers (61) über eine ODER-Verknüpfung (67) miteinander verbunden sind.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Zählereingang des Zählers (61) eine Frequenzvielfachungsstufe (60) vorgeschaltet ist.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine weitere, betriebsparameterabhängige Größe in Form einer Frequenz einem Zähler (112) zuführbar ist, dessen Zählzeit von einem über den Datenbus einstellbaren Zeitglied (85, 88) vorgebbar ist, und daß das Zählergebnis über eine Torstufe (113) in den Datenbus übertragbar ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere betriebsparameterabhängige Größen über eine Umschaltvorrichtung (110) dem Zähler (112) zuführbar sind und daß die Umschaltvorrichtung (110) durch eine vom Datenbus (114) gesteuerte Dekodierstufe (118) schaltbar ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitglied (85, 88) einen Zähler aufweist zur Zählung einer Taktfrequenz, wobei ein abzuzählender Zählerstand vom Datenbus (14) übernehmbar ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktfrequenz über den Datenbus veränderbar ist.

9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ruhestromabschaltung in der Endstufenanordnung (49, 50) eine Drehzahlerkennungsstufe (79) vorgesehen ist, durch die bei Unterschreitung einer Grenzdrehzahl ein Signal vorzugsweise in den Datenbus (14) übertragbar ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahlerkennungsstufe (79) als ein eine Taktfrequenz zählender Zähler ausgebildet ist, in dem fortwährend Zählintervalle ablaufen, deren Beginn durch Drehzahlsignale festlegbar ist und daß bei Erreichen eines festlegbaren Zählerstands ein eine Grenzdrehzahl anzeigendes Signal erzeugbar ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß durch variables Setzen des Zählers (79) über den Datenbus (14) die Grenzdrehzahl variierbar ist.

12. Einrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktfrequenz über den Datenbus (14) veränderbar ist.

13. Einrichtung nach Anspruch 8 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Frequenzuntersetzerstufe (115) für eine Grundtaktfrequenz mit mehreren Ausgangsfrequenzen vorgesehen ist und daß eine über den Datenbus (14) gesteuerte Umschaltvorrichtung (116, 117) für diese Ausgangsfrequenzen der Frequenzuntersetzerstufe (115) zugeordnet ist.

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltvorrichtung (116, 117) durch eine vom Datenbus (14) gesteuerte Dekodierstufe (119) schaltbar ist.

15. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine, mit intern und/oder extern der Eingabe/Ausgabe-Einheit ermittelten Daten beaufschlagte Rückmeldeeinheit (91) mit dem Datenbus (14) verbunden ist.

16. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einem Eingang der Rückmeldeeinheit (91) ein Zwischenspeicher (88, 90, 83, 70) vorgeschaltet ist.

17. Einrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückmeldeeinheit (91) aus wenigstens einem Transmissionsgatter besteht.

18. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine über den Adressenbus anwählbare Dekodiereinrichtung (100) vorgesehen ist zur schrittweisen Steuerung der mit dem Datenbus (14) verbundenen Schaltelemente.

19. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Eingang der Rückmeldeeinheit (91) mit einem Schaltersignal (Klemme 45, 46) verbunden ist.