-
Stand der
Technik
-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung
einer Verstelleinrichtung gemäß den Oberbegriffen
der unabhängigen
Patentansprüche.
-
Aus
der
DE 39 31 455 A1 ist
ein Verfahren zur Steuerung der Luftzufuhr einer Brennkraftmaschine
eines Kraftfahrzeugs bekannt, bei dem das Luftzufuhrstellelement
einen mechanischen Anschlag besitzt und die Bewegung des Stellelements in
einer vorgegebenen Umgebung dieses mechanischen Anschlags in der
Richtung des mechanischen Anschlags verzögert erfolgt. Die Verzögerung der Drosselklappenbewegung
führt zur
Verringerung der Stellgeschwindigkeit im Bereich des mechanischen Anschlages
und somit zu einer geringeren mechanischen Beanspruchung der Stelleinrichtung
beim Auftreffen auf den mechanischen Anschlag, während die stattfindende Überwachung
des Stellerstroms auf einen zulässigen
Grenzwert elektrische Schäden
der Stelleinrichtung vermeidet.
-
Aus
der
DE 33 46 436 A1 ist
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Verstelleinrichtung
am Beispiel einer Leerlaufdrehzahlregelung bekannt mit einem Ventil
in der Luftansaugleitung einer Brennkraftmaschine, welches auf digitaler
Basis unter Verwendung von Tabellenwerten angesteuert wird. Dabei
werden so genannte Stromzeigerwerte (Adressenwert) auf der Basis
eines (Stellungs- oder Drehzahl)sollwerts ermittelt und in ein Tastverhältnis eines
Ansteuersignals für
einen elektrischen Motor umgesetzt. Eine vergleichbare Vorgehensweise
kann bei der Ansteuerung von Schrittmotoren verwendet werden, bei
denen ein vorgegebener Positionssollwert in einen Tabellenzeigerwert
umgesetzt wird, in dessen Abhängigkeit
die Stromwerte für
die Phasen des Schrittmotors in Betrag und Richtung festgelegt werden.
Problematisch bei der Steuerung von Verstelleinrichtungen sind die
naturgemäß vorhandenen mechanischen
Endanschläge,
die möglicherweise während des
Betriebs der Verstelleinrichtung angefahren werden und die bei unkontrolliertem
Anschlag zu einem Aufbau hoher Stromwerte durch die Wicklungen des
elektrischen Motors sowie zu mechanischen Schäden führen können.
-
Daher
werden in der Regel Lernverfahren für die Position der Verstelleinrichtung
in ihrer Anschlagstellung vorgeschlagen, bei denen einmalig oder
mit jedem Betriebsbeginn oder während
des Betriebs, z.B. im Schiebebetrieb, der Endanschlag angefahren und
die Position erfaßt
und abgespeichert wird. Auf der Basis des gespeicherten Positionswerts
kann dann die Steuerung der Verstelleinrichtung begrenzt werden,
so daß der
Anschlag nicht erreicht wird. Da durch Erwärmung und/oder Alterung der
Anschlagswert sich ständig ändert, muß das Anschlagslernverfahren
in der Regel öfters
durchgeführt
werden und genau sein. Dies kann bei einigen Ausführungen nicht
befriedigend sein.
-
Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, Maßnahmen anzugeben, welche eine Überlastung
bei der Steuerung von Verstelleinrichtungen gegen einen ihrer mechanischen
Anschläge
wirksam vermeidet, ohne daß ein
aufwendiges Lernverfahren der mechanischen Endanschläge eingesetzt
werden muß bzw. wobei
eine vereinfachte Form eines Lernverfahrens nur mit Blick auf steuerungs-
bzw. regelungstechnischen Gründe
ausreicht.
-
Dies
wird dadurch erreicht, daß dann,
wenn sich die Verstelleinrichtung im Bereich eines Anschlags befindet
und ein Antrieb der Verstelleinrichtung gegen den Anschlag erfolgt,
eine zeitabhängige Änderung
des Zeigerwertes im Sinne einer Begrenzung des Ansteuersignals erfolgt.
-
Vorteile der
Erfindung
-
Durch
die erfindungsgemäße Vorgehensweise
werden Überlastungen
infolge von Antreiben einer Verstelleinrichtung gegen einen ihrer
mechanischen Endanschläge
wirksam vermieden.
-
Insbesondere
ist von Vorteil, daß kein
bzw. nur ein eingeschränktes
vereinfachtes Lernen der Anschläge
notwendig ist, wenn eine ungefähre
Lage der Anschlagsposition aus Regelungs- bzw. Steuerungsgründen, z.B.
im Bereich der Leerlaufregelung, notwendig erscheint.
-
Toleranzen
durch Alterungen und andere Drifterscheinungen sind beim erfindungsgemäßen Verfahren
unkritisch, da bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise bei entsprechender
Vorgabe eine Ansteuerung des Anschlages erfolgt.
-
Die
erfindungsgemäße Vorgehensweise führt zu einer
wesentlichen Reduzierung der Anfahrkräfte am Anschlag.
-
Insbesondere
vorteilhaft ist die Anwendung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise bei der Steuerung
von Drosselklappen im Luftansaugsystem einer Brennkraftmaschine
im Zusammenhang mit einer Leerlaufregelung, einer elektronischen
Motorleistungssteuerung und/oder einer Antriebsschlupfregelung.
-
Die
erfindungsgemäße Vorgehensweise
läßt sich
vorteilhaft sowohl im Bereich des minimalen Anschlags als auch im
Bereich des Maximalanschlags einer Drosselklappe durchführen. Dabei
kann in vorteilhafter Weise im Bereich der vollgeöffneten
Drosselklappe, das heißt
des maximalen Anschlags, ein großer Toleranzbereich gewählt werden
und die erfindungsgemäße Vorgehensweise
als Sicherheitsprogramm dienen.
-
Ferner
ist keine Änderung
der mechanischen Konstruktion der Verstelleinrichtung notwendig.
-
Weitere
Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie
aus den abhängigen
Ansprüchen.
-
Zeichnung
-
Die
erfindungsgemäße Vorgehensweise
wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen
naher erläutert.
Dabei zeigt 1 ein Übersichtsblockschaltbild einer
Steuereinrichtung für
eine Verstelleinrichtung, in 2 ist anhand
eines Flussdiagramms zur Darstellung der erfindungsgemaßen Vorgehensweise
im Bereich eines Minimal- und eines Maximalanschlages als Rechenprogramm
skizziert.
-
Beschreibung
von Ausführungsformen
-
In 1 ist
mit 10 eine Steuereinheit dargestellt, mit 12 eine
Versteileinrichtung bezeichnet. Der Steuereinheit sind Eingangsleitungen 13 bis 15 zugeführt, welche
die Steuereinheit 10 mit Messeinrichtungen 16 bis 18 verbinden.
Ferner weist die Steuereinheit 10 eine weitere Eingangsleitung 20 auf,
welche die Steuereinheit 10 und die Verstelleinrichtung 12 verbindet.
Die Ausgangsleitung 22 der Steuereinheit 10 führt auf
die Verstelleinrichtung 12. Die Eingangsleitungen 13 bis 15 werden
einer Sollwertbildungseinheit 24 zugeführt, welche ferner in einem Ausführungsbeispiel
auf die Leitung 20 zugeführt ist. Eine Verbindungsleitung 26 verbindet
die Sollwertbildungseinheit 24 mit Steuermittel 28,
welche zum Beispiel aus einem Regler bestehen. Die Ausgangsleitung 30 der
Steuermittel 28 führt
einerseits auf die Ansteuermittel 32, andererseits auf
die Auswerteeinheit 34, welcher ferner die Verbindungsleitung 20 zugeführt ist.
Die Ausgangsleitung 36 der Auswerteeinheit 34 führt auf
die Ansteuermittel 32, deren Ausgangsleitung 22 zur
Verstelleinrichtung 12 führt. Die Ausgangsleitung 22 führt auf
einen Antrieb 38, welcher als Gleichstrommotor, Schrittmotor
oder Drehsteller ausgebildet sein kann. Dieser ist über die
mechanische Verbindung 40 mit einer im Luftansaugsystem 42 angeordneten
Drosselklappe 44 verknüpft.
Die Drosselklappe 44 bzw. die mechanische Verbindung 40 oder
der Antrieb 38 sind über
eine Wirkverbindung 46 mit einer Meßeinrichtung 48 zur Erfassung
der Stellung der Verstelleinrichtung 12 verbunden, deren
Ausgangsleitung die Leitung 20 darstellt.
-
Die
Funktion der in 1 skizzierten Anordnung wird
im folgenden am Beispiel einer elektronischen Motorleistungssteuerung
beschrieben. Die Sollwertbildungseinheit 24 bildet in Abhängigkeit
der von den Meßeinrichtungen 16 bis 18 erzeugten
Betriebsgrößen, insbesondere
in Abhängigkeit
der Stellung eines vom Fahrer betätigbaren Bedienelements, einen
Positionssollwert für
die Verstelleinrichtung 12. Dieser wird, sofern eine Lageregelung
der Verstelleinrichtung 12 vorgesehen ist, mit dem über die
Leitung 20 zugeführten
Istwert in Beziehung gesetzt und über die Leitung 26 an
die Steuermittel 28 abgegeben. Diese bilden in Abhängigkeit
des Sollwerts bzw. der Abweichung des Sollwerts vom Istwert nach
einer vorgegebenen Vorgehensweise (z.B. Regleralgorithmen wie PID,
Verzögerungsglieder
oder Modelle abhängig
von einer Regelabweichung) einen Tabellenzeigerwert (Stromzeiger
SZGR/Adressenwert). welcher über
die Leitung 30 zu den Ansteuermitteln 32 geführt wird.
Handelt es sich bei dem Antrieb 38 um einen Gleichstrommotor,
der durch ein Ansteuersignal betrieben wird, so bestehen die Ansteuermittel 32 im
wesentlichen aus einer Tabelle, welche den Stromzeigerwert (die
Adresse) der Leitung 30 in ein Ansteuertastverhältnis des
Ansteuersignals für
den Gleichstrommotor 38 umsetzt.
-
Der
Stromzeigerwert wird im Ansteuermittel 32 bei einem Schrittmotor
als Antrieb in mindestens ein Stromwertepaar umgesetzt, welches
an die beiden Ansteuerphasen des Schrittmotors ausgegeben wird und
eine schrittweise Verstellung und eine Feinpositionierung der Verstelleinrichtung 12 entsprechend
dem Positionssollwert bewirkt.
-
Neben
der in 1 dargestellten Drosselklappe kann als Stellglied
der Verstelleinrichtung 12 auch die Regelstange eines Dieselmotors
oder der Hebel einer Dieseleinspritzpumpe vorgesehen sein.
-
Bei
Anwendung der Anordnung nach 1 im Rahmen
einer Leerlaufregelung wird in der Sollwertbildungseinheit 24 ein
in Abhängigkeit
von Betriebsgrößen gebildeter
Drehzahlsollwert mit dem Drehzahlistwert verglichen und ein die
Regelabweichung repräsentierender
Wert über
die Leitung 26 zur Ansteuerung der Verstelleinrichtung 12 berechnet.
Die weiteren Betriebsgrößen sind
dabei in bekannter Weise z.B. Batteriespannung, Motortemperatur,
Klimaanlagenstatus, etc.. Bei einem Antriebsschlupfregelungssystem
wird in der Sollwertbildungseinheit 24 ein in Abhängigkeit
des gemessenen Schlupfes eines Antriebsrads und dem Sollschlupf abhängiger Wert über die
Leitung 26 weitergegeben.
-
Ferner
kann die Anordnung nach 1 auch im Zusammenhang mit der
Positionierung von Verstelleinrichtungen mit alternativen Antriebskonzepten Anwendung
finden.
-
Der
von den Steuermitteln 28 gebildete Tabellenzeigerwert wird
der Auswerteeinheit 34 zugeführt. Dieser wird ferner die
Position der Verstelleinrichtung zugeführt, welche mit vorgegebenen Schwellwerten
für den
minimalen und gegebenenfalls maximalen Anschlag verglichen wird.
Dadurch wird ein Positionsbereich in der Nähe des jeweiligen Anschlags
festgelegt, innerhalb derer die Auswerteeinheit 34 aktiv
ist. Der vorgegebene Wert, welcher den Anschlagsbereich begrenzt,
ist so zu wählen, daß er immer
größer als
die mögliche
Toleranz des Anschlages ist. Beim maximalen Anschlag, wenn die Verstelleinrichtung 12 in
ihrer voll offenen Stellung steht, kann dieser Toleranzbereich größer gewählt werden,
wodurch wie nachfolgend beschrieben, die Stellgeschwindigkeit in
Richtung auf die voll offene Drosselklappe vermindert und somit
Sicherheit gewonnen werden kann. Bei einem Schrittmotorantrieb ist
dieser Anschlagsbereich derart zu wählen, daß er den Bereich der Feinpositionierung
innerhalb eines Grobschrittes nicht überschreitet.
-
In
der Auswerteeinheit 34 wird ferner der Tabellenzeigerwert
mit einem vorgegebenen Schwellwert verglichen, der anzeigt, dass
eine Ansteuerung gegen den Anschlag erfolgt. Ab diesem Zeitpunkt läuft eine
Zeitdauer ab, innerhalb derer der Stromzeigerwert auf einen Minimalwert
begrenzt wird, was über
die Leitung 36 als Eingriff in das Ansteuermittel 32 in 1 symbolisch
dargestellt ist.
-
Mit
anderen Worten, erfolgt innerhalb des Anschlagsbereichs eine gesteuerte
Begrenzung des durch die Antriebseinheit 38 fließenden Stroms.
Diese Strombegrenzung kann dabei vorteilhafter Weise zeitabhängig in
einem oder mehreren Schritten auf einen minimalen Stromwert reduziert
werden, der keinerlei Überlastung
zulässt.
-
Eine
entsprechende Vorgehensweise in Form eines Rechenprogramms ist anhand
des Flussdiagramms für
den Minimal- und Maximalanschlag skizziert. Selbstverständlich kann
eine Anwendung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise
sich auch nur auf den minimalen bzw. auf den maximalen Anschlag
beschränken.
-
Nach
Start des Programmteils in 2, beispielsweise
kurbelwellensynchron, werden in einem ersten Schritt 100 der
Stromzeiger SZGR sowie der Positionswert POS der Verstelleinrichtung 12 eingelesen.
Im darauf folgenden Schritt 102 wird der Positionswert
POS mit einem unteren Grenzwert verglichen, ob der aktuelle Positionswert
POS kleiner oder gleich dieser Schwelle DELTAMIN ist. Ist dies nicht, der
Fall, ist dies ein Zeichen dafür,
dass sich die Verstelleinrichtung 12 nicht im Bereich des
unteren Anschlags befindet und der Programmteil fahrt mit dem Abfrageschritt 104 und
der Abfrage, ob der Positionswert größer oder gleich einem oberen
Grenzwert DELTAMAX ist. Ist auch dies nicht der Fall, so befindet
sich die Verstelleinrichtung 12 auch nicht im Bereich ihres
maximalen Anschlags, so dass der Programmteil gemäß 2 beendet
wird und die normale Steuerfunktion durchgeführt wird.
-
Befindet
sich gemäß Schritt 102 die
Drosselklappe im Anschlagsbereich um den minimalen Anschlag, das
heißt
wird die Abfrage nach Schritt 102 mit 'JA" beantwortet,
so wird im darauf folgenden Abfrageschritt 106 der Stromzeigerwert
SZGR mit einem ersten Wert verglichen, welcher derart gewählt ist,
dass ein Überschreiten.
dieses ersten Werts durch den Stromzeigerwert ein Antrieb der Versteileinrichtung 12 gegen
ihren minimalen Anschlag anzeigt. Befindet sich der Stromzeigerwert
unterhalb dieses ersten Werts, so wird gem 13 Schritt 108 der Zähler T1
zu Null gesetzt und der Programmteil mit Schritt 104 fortgeführt. Befindet
sich der Stromzeigerwert jedoch über
diesem ersten Wert, das heißt
ist ein Antrieb der Verstelleinrichtung gegen den Anschlag erkannt,
so wird der Zeitzähler
T1 um Eins inkrementiert und im darauf folgenden Abfrageschritt 112 der Zählerstand
T1 mit einem maximalen Zählerstand verglichen.
Ist der Zählerstand
kleiner als dieser Maximalwert wird mit Schritt 104 fortgefahren,
andernfalls wird gemäß Schritt 114 der
Stromzeigerwert SZGR auf einen vorbestimmten Minimalwert SZGRmin
reduziert und der Programmteil mit Schritt 104 fortgeführt.
-
Die
Schritte 102 bis 114 führen in der erfindungsgemäßen Vorgehensweise
im Anschlagbereich um den minimalen Anschlag bei Antrieb der Verstelleinrichtung
gegen den Anschlag zu einer zeitabhängigen Reduzierung der Ansteuerung
unter Zurücknahme
des Stromzeigerwertes. Um bei Schrittmotoren die Funktion dieser
Vorgehensweise sicherzustellen, muss der untere Grenzwert DELTAMIN
im Bereich der Feinpositionierung innerhalb eines Grobschrittes
liegen.
-
Wird
im Schritt 104 erkannt, dass die Verstelleinrichtung 12 sich
im, Bereich ihres maximalen Anschlags befindet, wird eine vergleichbare
Vorgehensweise eingeschlagen. Im Abfrageschritt 116, der
auf den Abfrageschritt 104 im Falle einer 'JA"-Entscheidung folgt,
wird überprüft, ob der
Stromzeigerwert einen vorgegebenen zweiten Wert überschritten hat, welcher einen
Antrieb der Verstelleinrichtung 12 gegen den oberen Anschlag
anzeigt. Ist dies nicht der Fall, wird gemäß Schritt 118 der
Zähler
T2 zu Null gesetzt und der Programmteil beendet. Hat der Stromzeigerwert
den zweiten Wert überschritten
und wurde daher ein Antrieb der Verstelleinrichtung 12 gegen den
oberen Anschlag erkannt, so wird gemäß Schritt 120 der
Zähler
T2 inkrementiert und im darauf folgenden Abfrageschritt mit einem
Maximalwert verglichen. Überschreitet
der Zähler
T2 nicht den Maximalwert, so wird der Programmteil beendet, andernfalls der
Stromzeigerwert auf einen minimalen Wert gesetzt (Schritt 124).
Danach wird der Programmteil beendet.
-
Auch
hier findet somit bei Antrieb der Verstelleinrichtung gegen ihren
oberen Anschlag eine zeitabhängige
Reduzierung des Stromzeigerwertes und somit des Ansteuerstromes
statt. Für
die Auswahl der Schwelle DELTAMAX gelten die oben genannten Grundsätze.
-
Bei
Durchführung
des Programmteils nach 2 im Sinne der Strombegrenzung
wird die normale Steuerfunktion der Steuereinheit 10 ausgesetzt. Diese
ist lediglich dann aktiv, wenn sich die Verstelleinrichtung nicht
in den vorgegebenen Positionsbereichen befindet oder der Stromzeigerwert
die entsprechenden Werte nicht überschritten
hat. In diesen Fällen
findet auch im Bereich des Anschlags die normale Steuerfunktion
Anwendung.
-
In
einem Ausführungsbeispiel
wird bei Erreichen der Grenzwerte durch den Stromzeigerwert dieser
nicht sofort, sondern schrittweise auf den minimalen Stromzeigerwert
gesetzt.