DE10052442C2

DE10052442C2 - Stellvorrichtung für ein Fahrzeug mit einem mechanisch verstellbaren Bauteil und Verfahren zum Betreiben der Stellvorrichtung

Info

Publication number: DE10052442C2
Application number: DE10052442A
Authority: DE
Inventors: Konrad Slanec
Original assignee: Methode Electronics Malta Ltd
Current assignee: Methode Electronics Malta Ltd
Priority date: 2000-10-23
Filing date: 2000-10-23
Publication date: 2003-06-05
Anticipated expiration: 2020-10-24
Also published as: US6988050B2; DE50103975D1; ES2230370T3; WO2002035073A1; US20030075891A1; EP1242734B1; EP1242734A1; DE10052442A1; ATE278870T1; JP2004512227A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Stellvorrichtung für ein Fahrzeug mit einem mechanisch verstellbaren Bauteil sowie ein Verfahren zum Betreiben der Stellvorrichtung.

Bei Automobilen ist es üblich, ein z. B. als Fußhebel ausgebildetes Stellglied mit einem Sensor zu koppeln, der die . Winkelstellung des Hebels erfaßt. Die Justage eines Positionssignals des Fußhebels erfolgt nach dem Einbau in das Automobil, indem in einer Anschlagstellung des Fußhebels über einen externen Signaleingang ein Hilfssignal gesetzt wird oder die Position des Sensors selbst mechanisch verstellt wird. Der in diesem Moment am Sensor anliegende Signalpegel wird dann als Ausgangswert abgespeichert und im späteren Betrieb subtrahiert oder kompensiert. Die Prozesssicherheit dieser Verfahren ist nach automotiven Aspekten kaum gewährleistet. Beim späteren Betrieb des Fahrzeugs ist es möglich, daß sich die Geometrie des Hebelwerks z. B. durch sich vergrößerndes Lagerspiel, durch Verformungen oder im Reparaturfall verändert. Auch der z. B. als Drehpotentiometer oder Hallsensor ausgebildete Sensor kann seine Charakteristik durch Abnutzung oder Verschmutzung z. B. mit Eisenpartikeln verändern. Die Eigenschaften der elektronischen Komponenten werden sich im Betrieb auch durch Alterung und Umwelteinflüße ändern, was zwangsweise zum Signaldrift führt.

Übliche adaptive Lernsysteme können hier nicht angewandt werden, da die Betätigungsprofile der Signale sowohl vom Fahrer als auch von Verkehrssituationen abhängen, wie z. B. eine unkontrolliert lange Verweildauer in einer bestimmten Position. Ferner kann mit den bekannten Algorithmen keine kurzzeitig hervorgerufene Nullpunktänderungen erfaßt werden, wie solche, die z. B. nach einer Reparatur entstehen.

Durch die DE 36 12 904 A ist ein Verfahren zur Toleranzkompensation eines Positionsgebersignals bekannt geworden, bei dem die Ruhestellung des Bauteils während des Betriebs des Fahrzeugs überwacht wird. Dabei werden die Messwerte eines oberen eines unteren Anschlags gespeichert. Kommt es während des Betriebs zu einer Überschreitung eines dieser Endwerte, wird der neue Messwert als neuer Endwert abgespeichert. Dies hat den Nachteil, daß eine tatsächliche Drift der Ruhestellung zum Mittelbereich hin überhaupt nicht erfasst werden kann.

Ferner ist durch die DE 198 28 533 A eine induktive Sensoreinrichtung zur Erfassung von Pedalstellungen bekannt geworden. Diese ist aufgrund ihrer Bauweise nicht dafür geeignet, eine Endstellung zu erkennen. Denn das bewegliche Sensorelement 6 wird hier nicht in der Hauptwirkrichtung der Spulenachse, sondern quer zu dieser bewegt. Die Meßwerte fallen zu beiden Seiten der Spule ab und lassen sich somit einer Endstellung nicht eindeutig zuordnen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Justageaufwand zu eliminieren und die Funktionssicherheit zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird durch Erfindung gemäß Anspruch 1 gelöst. Durch die ständige Überwachung der Ruhestellung während des Betriebs können nun Verschiebungen des Signalpegels in der Anschlagstellung erfaßt und korrigiert werden. Eine Nachjustierung durch Fachpersonal ist nicht mehr erforderlich. Ein besonderer Vorteil besteht darin, daß an die Stabilität, die Qualität und die Montage der Stelleinrichtung weniger hohe Anforderungen gestellt werden müssen, um ihre Funktion zu sichern.

Eine Verschiebung des Ruhewertes kann sicher in beiden Richtungen erkannt werden. Durch das Prinzip der Wiederholung eines Ausgangswertes in einer längeren Verweilstellung ist es möglich, die Ruhestellung mit hoher Sicherheit zu verifizieren. Es ist an sich auch denkbar, die Ausgangsstellung im Moment des Einschaltens der Fahrzeugelektronik festzulegen. Wenn aber in diesem Moment z. B. das Kupplungspedal betätigt wurde, führt dies zu einer Fehlinterpretation mit einer entsprechenden Fehlfunktion des Bediensystems. Außerdem würden sich Signalverschiebungen während des Betriebs infolge von Temperaturschwankungen nicht erfassen lassen. Da es nahezu unmöglich ist, eine freie Schwebestellung exakt mehrfach hintereinander zu treffen und zu halten, kann mit hoher Sicherheit davon ausgegangen werden, daß eine zumindest einmalige Wiederholung einer Haltestellung innerhalb eines Ausgangsbereichs der Sensorsignale die tatsächliche Ausgangsstellung darstellt. Durch dieses Schema wird zwar die Ausgangsstellung dynamisch erfaßt, jedoch durch Schwingungen wie sie z. B. im Automobil vorkommen nicht beeinflußt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den in den Ansprüchen 2 bis 4 gekennzeichneten Merkmalen.

Durch die Weiterbildung nach Anspruch 2 kann die Stellvorrichtung als weitgehend autonomes System vorbereitet und eingebaut werden, ohne daß weitere Abstimmmaßnahmen erforderlich sind.

Die Rückstelleinrichtung nach Anspruch 3 wird in einfacher Weise die Ruhestellung sichergestellt.

Durch die Weiterbildung nach Anspruch 4 wird eine Bedienvorrichtung geschaffen, die bei großer Funktionssicherheit einfach hergestellt und in ein Automobil eingebaut werden kann. Eine Spule des induktiven Sensors kann z. B. an einem Pedalgehäuse und ein von der Spule erfaßtes Metallteil an einem Fußhebel befestigt sein. Eine zugehörige Steuerelektronik ist ebenfalls am Pedalgehäuse befestigt und mit der Spule in einer Baugruppe zusammengefaßt, die auch die Auswerteelektronik enthalten kann. Der induktive Sensor erfaßt den Abstand zum Metallteil und damit auch die Winkelstellung des Fußhebels.

Die Erfindungen nach den Ansprüchen 5 und 6 geben die genaue Prozedur der Ermittlung des Ausgangswertes an. Dabei kann der Verifizierungsgrad noch weiter gesteigert werden, wenn das Ausgangssignal nach einer weiteren Wiederholung des exakten Ruhepegels anerkannt und abgespeichert wird. Eine solche mehrfache Wiederholung ergibt sich z. B. beim Betätigen des Kupplungspedals in einer Anfahrphase.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisiert eine partielle Seitenansicht einer Pedaleinrichtung eines Automobils mit einem wegaufnehmenden Sensor in einer Ausgangsstellung,

Fig. 2 die Teile nach Fig. 1 in einer anderen Funktionsstellung,

Fig. 3 ein Verlaufsdiagramm der Sensorwerte bei sich ändernder Pedalstellung der Pedaleinrichtung nach Fig. 1.

Nach Fig. 1 ist ein mechanisch verstellbares Bauteil in Form eines als Bedienorgan dienenden Fußhebels 1 um eine Pedalachse 2 schwenkbar in einem Gehäuse 5 gelagert, das in den Fußraum eines Automobils einsetzbar ist. Oberhalb des Fußhebels 1 befindet sich ein stationär angebrachtes Spulenteil 3, das ein zum Fußhebel 1 hin gerichtetes elektromagnetisches Wechselfeld induziert. Das Spulenteil 3 ist Teil einer am Gehäuse befestigten Baugruppe 6, die am Gehäuse 5 befestigt ist und die eine Steuer- und Auswerteelektronik für das Spulenteil enthält.

Am z. B. aus glasfaserverstärktem Kunststoff bestehenden Fußhebel 1 ist ein Metallteil 4 angesetzt, das zusammen mit dem Spulenteil einen induktiven Sensor bildet und dessen Abstand zum Spulenteil 3 sich in Abhängigkeit von der Schwenkstellung des Fußhebels 1 ändert. Dies bewirkt eine entsprechende Änderung des induktiven Widerstand des Spulenteils 3, was zu einer entsprechenden Änderung der meßbaren Verlustleistung des Spulenteils 3 führt. Das aus Blech gebogene Metallteil 4 weist eine konvexe nockenartige Krümmung auf, deren Verlauf so gestaltet ist, daß sich die Ausgangssignale des Sensors annähernd proportional zu Winkelstellung des Fußhebels 1 verändern.

Das Metallteil weist eine einfach zu erzeugende Biegekontur auf und kann mit geringem Aufwand durch Einlegen in eine Gießform für den Fußhebel mit diesem verbunden werden. Dieses Teil des Sensors verursacht daher beim weiteren Einbau in den Pedalraum keinerlei zusätzliche Kosten. In der gezeigten Ausgangsstellung liegt der Fußhebel gegen die Kraft einer Rückstellfeder 7 an einem Anschlag 8 des Gehäuses 5 an und nimmt dabei ein Ruhestellung ein, deren Sensorwert einen entsprechenden Ausgangswert darstellt. Ein Ende des Metallteils ist dem Spulenteil eng benachbart und beeinflußt dessen elektromagnetisches Wechselfeld entsprechend stark.

Nach Fig. 2 ist der Fußhebel in eine Funktionsstellung geschwenkt, in der der Abstand zum Spulenteil 3 erheblich vergrößert ist. Der induktive Widerstand des Spulenteils hat sich entsprechend geändert. In einer nicht dargestellten, unmittelbar angekoppelten Umsetzeinrichtung können die Sensorwerte in Ausgangssignale umgewandelt werden und in einer elektronischen Auswerteeinrichtung der Baugruppe 6 verarbeitet werden.

Fig. 3 gibt den Verlauf der Sensorwerte während eines Bedienzyklus wieder, wobei t die eine Zeitachse und s die Achse der Sensorwerte darstellt. Ein in der Auswerteeinrichtung 9 (Fig. 1) gespeicherter Schwellwert sw begrenzt einen Ausgangsbereich sr der Sensorwerte, innerhalb dessen der Ausgangswert variieren kann. In der Auswerteeinrichtung ist ein bisheriger Ausgangswert sp abgespeichert. Im linken Kurvenabschnitt befindet sich der Fußhebel in der Anschlagstellung nach Fig. 1. Der Sensorwert s liegt hier signifikant oberhalb des gespeicherten bisherigen Ausgangswertes sp. Da die mit einem Zeitglied versehene Stelleinrichtung keinen weiteren Sensor z. B. in Form eines Endtasters für die Erkennung der Anschlagstellung aufweist, vermutet sie in dem über eine definierte Mindestdauer tm konstanten Sensorwert unterhalb des Schwellwerts sw einen neuen Ausgangswert, den sie als provisorischen Zwischenwert st abspeichert.

In der nachfolgenden Phase wird der Fußhebel 1 aus seiner Ausgangslage in die in Fig. 2 dargestellte Funktionslage geschwenkt, wobei die Sensorwerte s den Schwellwert sw deutlich überschreiten. Nachdem der Fußhebel in die in Fig. 1 gezeigte Ausgangsstellung zurückgekehrt ist, erreichen die Sensorwerte s im rechten Kurventeil exakt die Höhe des Zwischenwertes st, der über die festgelegte Mindestdauer tm konstant bleibt. Die Auswerteeinrichtung 9 vergleicht diesen Wert mit dem Zwischenwert st. Nach hinreichender Übereinstimmung der beiden Werte und signifikanter Abweichung vom gespeicherten Ausgangswert sp speichert die Auswerteeinrichtung den Zwischenwert st als neuen Ausgangswert spn für die Ruhestellung des Fußhebels 1 (Fig. 1) ab.

Eine derartige Stelleinrichtung und ein derartiges Justierverfahren läßt sich entsprechend nicht nur auf Bedienorgane eines Fahrzeugs, sondern auch auf andere Stell- und Antriebseinrichtungen mit periodischen Abläufen z. B. bei einem Vergasers oder einer Einspritzanlage anwenden. Die Verifizierung der Ruhestellung durch exakte Wiederholung macht dabei zusätzliche Auswertungen z. B. von Tasterstellungen oder der Stromaufnahme von Stellantrieben überflüssig. Ein besonderer Vorteil besteht darin, daß die Einrichtung mit dem zugehörigen Sensor völlig unabhängig von anderen Messgrößen arbeiten kann, was eine weitgehende Entflechtung von verschiedenen Meß- und Steuereinrichtungen des Fahrzeugs ermöglicht.

Bezugszeichen

1

Fußhebel

2

Pedalachse

3

Spulenteil

4

Metallteil

5

Gehäuse

6

Baugruppe

7

Rückstellfeder

8

Anschlag

9

Auswerteeinrichtung
s Sensorwert
sw Schwellwert
st Zwischenwert
sp Ausgangswert
spn neuer Ausgangswert
sr Ausgangsbereich
t Zeit
tm Mindestdauer

Claims

1. Stellvorrichtung für ein Fahrzeug mit einem mechanisch verstellbaren Bauteil (1) und mit einem die Stellungen des Bauteils messenden Sensor (3, 4), der mit einer elektronischen Auswerteeinrichtung (9) verbunden ist,
wobei eine Ruhestellung des Bauteils als Ausgangsstellung definierbar ist,
wobei die der Ruhestellung entsprechenden Werte (s) von Sensorsignalen in der Auswerteeinrichtung (9) als Ausgangswert sp speicherbar sind,
wobei die Ruhestellung des Bauteils während des Betriebs des Fahrzeugs überwachbar ist und
wobei bei einer signifikanten Abweichung der Sensorsignale in der Ruhestellung vorn Ausgangswert (sp) der Wert der aktuellen Sensorsignale als neuer Ausgangswert (spn) speicherbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Auswerteeinrichtung mit Mitteln zur Erkennung eines Stellzyklus versehen ist,
daß eine längere stationäre Verweilstellung des Bauteils (1) in einem Ausgangsbereich (sr) der Ruhestellung in der Auswerteeinrichtung (9) speicherbar ist,
und daß das Verlassen des Ausgangsbereichs (sr) und die annähernd exakte Rückkehr in die gespeicherte stationäre Verweilstellung und das längere Verweilen darin als die tatsächliche Ruhestellung speicherbar ist.

2. Stellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Bauteil (1) als Bedienorgan ausgebildet ist und
daß der Sensor (3, 4)) und zumindest Teile der Auswerteeinrichtung (9) in einer gemeinsamen Baugruppe (6) zusammengefaßt und mit einem Gehäuse (5) für das Bedienorgan verbunden sind.

3. Stellvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bedienorgan (1) mit einer Rückstelleinrichtung (7) versehen ist, die nach dem Freigeben des Bedienorgans dieses in die Ausgangsstellung zurückbewegt.

4. Stellvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das Bedienorgan als federbelasteter Schwenkhebel, insbesondere als Fußhebel (1) ausgebildet ist und
daß der als induktiver Abstandssensor ausgebildete Sensor (3, 4) die Winkelstellungen des Schwenkhebels (1) detektiert.

5. Verfahren zum Betreiben einer Stellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Stellung eines mechanischen Bauteils (1) durch einen Sensor (3, 4) detektiert wird, der mit einer elektronischen Auswerteeinrichtung (9) gekoppelt ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß für die Ermittlung der Ausgangsstellung des Bauteils den Sensorsignalen ein Schwellwert (sw) zugeordnet und in der Auswerteeinrichtung (9) abgespeichert wird,
daß die unterhalb des Schwellwertes liegenden Sensorsignale dem. Ausgangsbereich (sr) zugeordnet werden, der dem zulässigen Bereich der Ruhestellung entspricht,
daß der Bedienzyklus durch die Überschreitung Schwellwertes (sw) und anschließende Rückkehr der Sensorwerte (s) in den Ausgangsbereich (sr) definiert wird,
daß die Auswerteeinrichtung den Signalpegel des Sensors kontinuierlich oder in engen Zeitabständen erfaßt und mit dem Schwellwert (sw) vergleicht,
daß der Wert eines über eine Mindestdauer konstanten Sensorsignals unterhalb des Schwellwertes in der Auswerteeinrichtung als Zwischenwert (st) erkannt und gespeichert wird,
daß nach einem Überschreiten und anschließendem Unterschreiten des Schwellwertes (sw) der Signalpegel mit dem Zwischenwert (st) und dem Ausgangswert (sp) verglichen wird und
daß ein anschließendes über die Mindestdauer konstantes Sensorsignal (s) in der Höhe des vom Ausgangswert (sp) abweichenden Zwischenwertes als neuer Ausgangswert (spn) abgespeichert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsstellung des Bedienorgans auch während das Betriebs des Automobils überwacht und bei hinreichender Abweichung neu festgelegt wird.