DE10052442A1 - Stellvorrichtung für ein Fahrzeug mit einem mechanisch verstellbarem Bauteil und Verfahren zum Betreiben der Stellvorrichtung - Google Patents
Stellvorrichtung für ein Fahrzeug mit einem mechanisch verstellbarem Bauteil und Verfahren zum Betreiben der StellvorrichtungInfo
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Abstract
Einem mechanisch verstellbaren Bauteil (z. B. 1) ist ein Sensor (3, 4) zugeordnet, der den Stellungen des Bauteils entsprechende Sensorsignale generiert. Einer Ruhestellung des Bauteils ist ein Ausgangsbereich (sr) der Sensorwerte (s) zugeordnet, der die variierenden Ausgangsstellungen des Bauteils (z. B. 1) abdeckt. Eine Auswerteeinrichtung (9) speichert ein längeres konstantes Signal im Ausgangsbereich als Zwischenwert (st). Nach dem Überschreiten des Ausgangsbereiches (sr) und der nachfolgenden Rückkehr in diesen wird ein längeres konstantes Sensorsignal mit dem Zwischenwert (st) verglichen. Erweisen sich die beiden Werte als annähernd gleich groß, so speichert die Auswerteeinrichtung diesen Wert als Ausgangswert (sp, spn). DOLLAR A Dadurch wird ohne zusätzliche Hilfsmittel die Ruhestellung des Bauteils sicher verifiziert.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Stellvorrichtung für ein
Fahrzeug mit einem mechanisch verstellbarem Bauteil sowie ein
Verfahren zum Betreiben der Stellvorrichtung.
Bei Automobilen ist es üblich, ein z. B. als Fußhebel ausge
bildetes Stellglied mit einem Sensor zu koppeln, der die Win
kelstellung des Hebels erfaßt. Die Justage eines Positionsi
gnals des Fußhebels erfolgt nach dem Einbau in das Automobil,
indem in einer Anschlagstellung des Fußhebels über einen ex
ternen 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 subtra
hiert oder kompensiert Die Prozesssicherheit dieser Verfahren
ist nach automotiven Aspekten kaum gewährleistet. Beim späte
ren Betrieb des Fahrzeugs ist es möglich, daß sich die Geome
trie des Hebelwerks z. B. durch sich vergrößerndes Lagerspiel,
durch Verformungen oder im Reparaturfall verändert. Auch der
z. B. als Drehpotentiometer oder Hallsensor ausgebildete Sen
sor kann seine Charakteristik durch Abnutzung oder Verschmut
zung z. B. mit Eisenpartikeln verändern. Die Eigenschaften der
elektronischen Komponenten werden sich im Betrieb auch durch
Alterung und Umwelteinflüße ändern, was zwangsweise zum Si
gnaldrift führt.
Übliche adaptive Lernsysteme können hier nicht angewandt wer
den, da die Betätigungsprofile der Signale sowohl vom Fahrer
als auch von Verkehrssituationen abhängen, wie z. B. eine un
kontrolliert lange Verweildauer in einer bestimmten Position.
Ferner kann mit den bekannten Alghorithmen keine kurzzeitig
hervorgerufene Nullpunktänderungen erfaßt werden, wie solche,
die z. B. nach einer Reparatur entstehen.
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 Nachju
stierung 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 si
chern.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus
den in den Ansprüchen 2 bis gekennzeichneten Merkmalen.
Durch die Weiterbildung nach Anspruch 2 ist es möglich, die
Ruhestellung mit hoher Sicherheit zu verifizieren. Es ist an
sich auch denkbar, die Ausgangsstellung im Moment des Ein
schaltens 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 Signal
verschiebungen während des Betriebs infolge von Temperatur
schwankungen 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 Sen
sorsignale 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.
Durch die Weiterbildung nach Anspruch 3 kann die Stellvor
richtung als weitgehend autonomes System vorbereitet und ein
gebaut werden, ohne daß weitere Abstimmmaßnahmen erforderlich
sind.
Die Rückstelleinrichtung nach Anspruch 4 wird in einfacher
Weise die Ruhestellung sichergestellt.
Durch die Weiterbildung nach Anspruch 5 wird eine Bedienvor
richtung geschaffen, die bei großer Funktionssicherheit ein
fach hergestellt und in ein Automobil eingebaut werden kann.
Eine Spule des induktiven Sensors kann z. B. an einem Pedalge
häuse und ein von der Spule erfaßtes Metallteil an einem Fuß
hebel befestigt sein. Eine zugehörige Steuerelektronik ist
ebenfalls am Pedalgehäuse befestigt und mit der Spule in ei
ner 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 6, 7 und 8 geben die ge
naue 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 Pe
daleinrichtung eines Automobils mit einem wegaufneh
menden Sensor in einer Ausgangsstellung,
Fig. 2 die Teile nach Fig. 1 in einer anderen Funktions
stellung,
Fig. 3 ein Verlaufsdiagramm der Sensorwerte bei sich än
dernder Pedalstellung der Pedaleinrichtung nach
Fig. 1.
Nach Fig. 1 ist ein mechanisch verstellbares Bauteil in Form
eines als Bedienorgan dienenden Fußhebels 1 um eine Pedalach
se 2 schwenkbar in einem Gehäuse 5 gelagert, das in den Fuß
raum eines Automobils einsetzbar ist. Oberhalb des Fußhebels
1 befindet sich ein stationär angebrachtes Spulenteil 3, das
ein zum Fußhebel 1 hin gerichtetes elektromagnetisches Wech
selfeld 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 Fuß
hebel 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 Ände
rung des induktiven Widerstand des Spulenteils 3, was zu ei
ner 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 ver
ändern.
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 Aus
gangsstellung liegt der Fußhebel gegen die Kraft einer Rück
stellfeder 7 an einem Anschlag 8 des Gehäuses 5 an und nimmt
dabei ein Ruhestellung ein, deren Sensorwert einen entspre
chenden Ausgangswert darstellt. Ein Ende des Metallteils ist
dem Spulenteil eng benachbart und beeinflußt dessen elektro
magnetisches Wechselfeld entsprechend stark.
Nach Fig. 2 ist der Fußhebel in eine Funktionsstellung ge
schwenkt, in der der Abstand zum Spulenteil 3 erheblich ver
größert ist. Der induktive Widerstand des Spulenteils hat
sich entsprechend geändert. In einer nicht dargestellten, un
mittelbar angekoppelten Umsetzeinrichtung können die Sensor
werte in Ausgangssignale umgewandelt werden und in einer
elektronischen Auswerteeinrichtung der Baugruppe 6 verarbei
tet werden.
Fig. 3 gibt den Verlauf der Sensorwerte während eines Bedi
enzyklus 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 Aus
gangsbereich sr der Sensorwerte, innerhalb dessen der Aus
gangswert variieren kann. In der Auswerteeinrichtung ist ein
bisheriger Ausgangswert sp abgespeichert. Im linken Kurvenab
schnitt befindet sich der Fußhebel in der Anschlagstellung
nach Fig. 1. Der Sensorwert s liegt hier signifikant ober
halb des gespeicherten bisherigen Ausgangswertes sp. Da die
mit einem Zeitglied versehene Stelleinrichtung keinen weite
ren 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 ge
schwenkt, wobei die Sensorwerte s den Schwellwert sw deutlich
überschreiten. Nachdem der Fußhebel in die in Fig. 1 gezeig
te Ausgangsstellung zurückgekehrt ist, erreichen die Sensor
werte s im rechten Kurventeil exakt die Höhe des Zwischenwer
tes 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 Zwi
schenwert st als neuen Ausgangswert spn für die Ruhestellung
des Fußhebels 1 (Fig. 1) ab.
Eine derartige Stelleinrichtung und ein derartiges Justier
verfahren läßt sich entsprechend nicht nur auf Bedienorgane
eines Fahrzeugs, sondern auch auf andere Stell- und Antriebs
einrichtungen mit periodischen Abläufen z. B. bei einem Verga
sers oder einer Einspritzanlage anwenden. Die Verifizierung
der Ruhestellung durch exakte Wiederholung macht dabei zu
sätzliche Auswertungen z. B. von Tasterstellungen oder der
Stromaufnahme von Stellantrieben überflüssig. Ein besonderer
Vorteil besteht darin, daß die Einrichtung mit dem zugehöri
gen Sensor völlig unabhängig von anderen Messgrößen arbeiten
kann, was eine weitgehende Entflechtung von verschiedenen
Meß- und Steuereinrichtungen des Fahrzeugs ermöglicht.
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
s Sensorwert
sw Schwellwert
st Zwischenwert
sp Ausgangswert
spn neuer Ausgangswert
sr Ausgangsbereich
t Zeit
tm Mindestdauer
Claims (8)
1. Stellvorrichtung für ein Fahrzeug mit einem mechanisch
verstellbarem Bauteil (z. B. 1) und mit einem die Stellungen
des Bauteils messenden Sensor (3, 4), der mit einer elektro
nischen Auswerteeinrichtung (9) verbunden ist,
wobei eine Ruhestellung des Bauteils als Ausgangsstellung de finierbar ist und
wobei die der Ruhestellung entsprechenden Werte (s) von Sen sorsignalen in der Auswerteeinrichtung (9) als Ausgangswert sp speicherbar sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ruhestellung des Bauteils während des Betriebs des Fahrzeugs überwachbar ist und
daß bei einer signifikanten Abweichung der Sensorsignale in der Ruhestellung vom Ausgangswert (sp) der Wert der aktuellen Sensorsignale als neuer Ausgangswert (spn) speicherbar ist.
wobei eine Ruhestellung des Bauteils als Ausgangsstellung de finierbar ist und
wobei die der Ruhestellung entsprechenden Werte (s) von Sen sorsignalen in der Auswerteeinrichtung (9) als Ausgangswert sp speicherbar sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ruhestellung des Bauteils während des Betriebs des Fahrzeugs überwachbar ist und
daß bei einer signifikanten Abweichung der Sensorsignale in der Ruhestellung vom Ausgangswert (sp) der Wert der aktuellen Sensorsignale als neuer Ausgangswert (spn) speicherbar ist.
2. Stellvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Auswerteeinrichtung mit Mitteln zur Erkennung eines Stellzyklus versehen ist,
daß eine längere stationäre Verweilstellung des Bauteils (z. B. 1) in einem Ausgangsbereich (sr) der Ruhestellung in der Auswerteeinrichtung (9) speicherbar ist,
und daß das Verlassen des Ausgangsbereichs (sr) und die annä hernd exakte Rückkehr in die gespeicherte stationäre Verweil stellung und das längere Verweilen darin als die tatsächliche Ruhestellung speicherbar ist.
daß die Auswerteeinrichtung mit Mitteln zur Erkennung eines Stellzyklus versehen ist,
daß eine längere stationäre Verweilstellung des Bauteils (z. B. 1) in einem Ausgangsbereich (sr) der Ruhestellung in der Auswerteeinrichtung (9) speicherbar ist,
und daß das Verlassen des Ausgangsbereichs (sr) und die annä hernd exakte Rückkehr in die gespeicherte stationäre Verweil stellung und das längere Verweilen darin als die tatsächliche Ruhestellung speicherbar ist.
3. Stellvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Bauteil (1) als Bedienorgan ausgebildet ist und
daß der Sensor (3, 4)) und zumindest Teile der Auswerteein richtung (9) in einer gemeinsamen Baugruppe (6) zusammengefaßt und mit einem Gehäuse (5) für das Bedienorgan verbunden sind.
daß das Bauteil (1) als Bedienorgan ausgebildet ist und
daß der Sensor (3, 4)) und zumindest Teile der Auswerteein richtung (9) in einer gemeinsamen Baugruppe (6) zusammengefaßt und mit einem Gehäuse (5) für das Bedienorgan verbunden sind.
4. Stellvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Bedienorgan (z. B. 1) mit einer Rückstelleinrichtung
(z. B. 7) versehen ist, die nach dem Freigeben des Bedienor
gans dieses in die Ausgangsstellung zurückbewegt.
5. Stellvorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Bedienorgan als federbelasteter Schwenkhebel, insbe sondere als Fußhebel (1) ausgebildet ist und
daß der als induktiver Abstandssensor ausgebildete Sensor (3, 4) die Winkelstellungen des Schwenkhebels (z. B. 1) detek tiert.
daß das Bedienorgan als federbelasteter Schwenkhebel, insbe sondere als Fußhebel (1) ausgebildet ist und
daß der als induktiver Abstandssensor ausgebildete Sensor (3, 4) die Winkelstellungen des Schwenkhebels (z. B. 1) detek tiert.
6. Verfahren zum Betreiben einer Stellvorrichtung nach einem
der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Stellung eines mechanischen Bauteils (z. B. 1) durch einen Sensor (3, 4) detektiert wird, der mit einer elektroni schen 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 zulässi gen Bereich der Ruhestellung entspricht und
daß der Bedienzyklus durch die Überschreitung Schwellwertes (sw) und anschließende Rückkehr der Sensorwerte (s) in den Ausgangsbereich (sr) definiert wird.
wobei die Stellung eines mechanischen Bauteils (z. B. 1) durch einen Sensor (3, 4) detektiert wird, der mit einer elektroni schen 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 zulässi gen Bereich der Ruhestellung entspricht und
daß der Bedienzyklus durch die Überschreitung Schwellwertes (sw) und anschließende Rückkehr der Sensorwerte (s) in den Ausgangsbereich (sr) definiert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Auswerteeinrichtung den Signalpegel des Sensors kon tinuierlich oder in engen Zeitabständen erfaßt und mit dem Schwellwert (sw) vergleicht,
daß der Wert eines über eine Mindestdauer konstanten Sensor signals unterhalb des Schwellwertes in der Auswerteeinrich tung als Zwischenwert (st) erkannt und gespeichert wird,
daß nach einem Überschreiten und anschließendem Unterschrei ten des Schwellwertes (sw) der Signalpegel mit dem Zwischen wert (st) und dem Ausgangswert (sp) verglichen wird und
daß ein anschließendes über die Mindestdauer konstantes Sen sorsignal (s) in der Höhe des vom Ausgangswert (sp) abwei chenden Zwischenwertes als neuer Ausgangswert (spn) abgespei chert wird.
daß die Auswerteeinrichtung den Signalpegel des Sensors kon tinuierlich oder in engen Zeitabständen erfaßt und mit dem Schwellwert (sw) vergleicht,
daß der Wert eines über eine Mindestdauer konstanten Sensor signals unterhalb des Schwellwertes in der Auswerteeinrich tung als Zwischenwert (st) erkannt und gespeichert wird,
daß nach einem Überschreiten und anschließendem Unterschrei ten des Schwellwertes (sw) der Signalpegel mit dem Zwischen wert (st) und dem Ausgangswert (sp) verglichen wird und
daß ein anschließendes über die Mindestdauer konstantes Sen sorsignal (s) in der Höhe des vom Ausgangswert (sp) abwei chenden Zwischenwertes als neuer Ausgangswert (spn) abgespei chert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausgangsstellung des Bedienorgans auch während das
Betriebs des Automobils überwacht und bei hinreichender Ab
weichung neu festgelegt wird.
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