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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung und einem Verfahren zur Auswertung eines Sensorsignals, das eine Stellung eines Fahrpedals eines Kraftfahrzeugs angibt, nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs. Bei der Auswertung eines Fahrpedals eines Kraftfahrzeugs ist die Erkennung eines Leerlaufzustandes besonders wichtig. Dieser Zustand muss immer sicher erkannt werden, damit das Motormoment zurückgenommen wird, wenn der Fahrer den Fuß vom Fahrpedal nimmt. Um immer sicherzustellen, dass dieser Leerlaufzustand erkannt wird, wird für das Sensorsignal des Fahrpedalsensors ein Schwellwert vorgesehen, unter dem das Fahrpedalsignal als Anforderung eines Leerlaufzustandes aufgefasst wird. Aufgrund von Fertigungstoleranzen bzw. Einbautoleranzen beim Einbau des Fahrpedals in das Kraftfahrzeug muss diese Leerlaufschwelle so gewählt werden, dass unter Berücksichtigung aller Toleranzen immer eine ausreichend gute Leerlauferkennung möglich ist. Dies führt aber dazu, dass bei einer Betätigung des Fahrpedals zunächst ein gewisser Totweg vorhanden ist, bei dem trotz Betätigung des Fahrpedals durch den Fahrer keine Erhöhung des Motormoments vorgenommen wird, da trotz der Betätigung durch den Fahrer das Sensorsignal noch unterhalb der für den Leerlauf vorgesehenen Signalschwelle liegt. Insbesondere bei einem Anfahren des Kraftfahrzeugs kann dies dazu führen, dass der Motor abstirbt, da der Fahrer das Pedal nicht ausreichend stark betätigt hat.
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Aus der
DE 198 42 374 A1 und der
DE 199 30 009 B4 ist die Auswertung eines Sensorsignals für die Stellung eines Fahrpedals eines Kraftfahrzeugs bekannt, wobei bei einer Unterschreitung eines Vergleichspegels ein Leerlauf erkannt wird.
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Vorteile der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs löst dem gegenüber die Aufgabe für einen bestimmten Betriebszustand, nämlich das Anfahren des Kraftfahrzeugs, eine geringere Ansprechschwelle des Gaspedals zu realisieren. Dies führt dazu, dass für den Fahrer zumindest beim Anfahren des Kraftfahrzeugs nahezu kein Totweg des Pedals spürbar ist, was die geschilderten Probleme beim Anfahren des Kraftfahrzeugs verringert. Da dies auf das Anfahren des Kraftfahrzeugs beschränkt bleibt, ist mit dieser Verringerung des Totweges keine verringerte Sicherheit der Leerlauferkennung verbunden.
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Weitere Vorteile und Verbesserungen ergeben sich durch die Merkmale der abhängigen Patentansprüche. Besonders einfach erfolgt die Erkennung des Anfahrens wenn der Gradient des Sensorsignal ausgewertet wird, insbesondere in Verbindung mit einer Auswertung der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs. Ein Lernprozess für den zweiten Vergleichspegel wird insbesondere dann zugelassen, wenn das Sensorsignal mit einem geringen Gradienten in einem Bereich liegt, der geringer ist als der zweite Vergleichspegel. Nach einem erkannten Anfahren wird sinnvoller Weise der zweite Vergleichspegel solange weiter für die Leerlauferkennung verwendet, wie der Gradient des Sensorsignals ausreichend groß ist. Dadurch wird die Kennlinie des Fahrpedalsensors auch nach einem Anfahren ohne einen Sprung solange weiterverwendet, wie der Sensorsignalgradient über einer Ruheschwelle liegt. Aus Sicherheitsgründen sollte der zweite Vergleichspegel auch nur dann verwendet werden, wenn keine weiteren Fehlermeldungen vorliegen, insbesondere hinsichtlich des Fahrpedals, der Abspeicherung der Vergleichswerte oder des Gradienten des Fahrpedals. Aus Sicherheitsgründen werden bei jedem Start des Kraftfahrzeugs der erste und zweite Vergleichspegel zunächst auf denselben Ausgangswert gesetzt. Erst wenn bei einem Fahrzyklus ein Lernvorgang erfolgt ist, wird die Verwendung eines gelernten zweiten Vergleichspegels zugelassen. Durch diese Maßnahme wird sichergestellt, dass durch Veränderungen an dem Kraftfahrzeugs während eines Stillstand des Kraftfahrzeugs keine Veränderungen des Fahrpedalsensors erfolgt sind.
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Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Gesamtansicht des Fahrpedals, der Vorrichtung zur Auswertung des Sensorsignals und eines Motors,
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2 eine Kennlinie eines Fahrpedalsensors und
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3 Verfahrensschritte zur Auswertung eines Sensorsignals, das die Stellung eines Fahrpedals eines Kraftfahrzeugs angibt.
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Beschreibung
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In der 1 wird schematisch ein Fahrpedal 101 gezeigt, welches einen Sensor für die Stellung des Fahrpedals aufweist. Dieser Sensor, der bspw. als Potentiometer ausgebildet sein kann, gibt ein Signal, bspw. ein Spannungssignal an eine Auswerteeinheit 102. Die Auswerteeinheit 102 berechnet aus dem Sensorsignal eine Fahrpedalstellung und gibt diese an eine Stellgrößenberechnungsvorrichtung 103 weiter, die üblicherweise ein Motorsteuergerät ist. Von der Stellgrößenberechnungsvorrichtung 103 werden Stellgrößen zur Stellung entsprechende Aktoren, die zur Steuerung der Brennkraftmaschine 104 dienen, berechnet. Die entsprechenden Steuergrößen werden so von der Stellgrößenberechnungsvorrichtung 103 zur Steuerung an die Brennkraftmaschine 104 weitergegeben. Die ganze Vorrichtung dient üblicherweise zur Steuerung eines Kraftfahrzeugs, d. h. durch Betätigung des Fahrpedals 101 gibt der Fahrer des Kraftfahrzeugs einen Drehmomentenwunsch an den Motor 104. Durch entsprechende Steuersignale wird dann die Brennkraftmaschine 104 so angesteuert, das ein entsprechendes Motormoment erzeugt wird. Die hier gezeigte Vorrichtung wird als elektronisches Gaspedal bezeichnet.
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Bei einem derartigen elektronischen Gaspedal muss immer sichergestellt sein, dass keine unberechtigten Momentenanforderungen an die Stellgrößenberechnungseinheit 103 abgegeben werden, damit auch keine entsprechenden Momente von der Brennkraftmaschine 104 erzeugt werden. Aus Sicherheitsgründen ist daher ein besonderes Augenmerk darauf zu legen, dass ein Leerlaufzustand, d. h. der Zustand in dem vom Fahrer keinerlei Drehmoment der Brennkraftmaschine angefordert wird, sicher erkannt wird. Problematisch ist dabei, dass aufgrund von Fertigungstoleranzen bzw. von Einbautoleranzen des Fahrpedals 101 in die Brennkraftmaschine nicht immer gewährleistet werden kann, das bei jedem Kraftfahrzeug der gleiche Zusammenhang zwischen einer Betätigung des Fahrpedals durch einen Fahrer und einem entsprechenden Ausgangssignal besteht. Dieser Sachverhalt wird in der 2 noch näher erläutert.
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In der 2 wird das Sensorsignal S gegenüber dem Betätigungsweg W des Fahrpedals 101 durch einen Fahrer aufgetragen. Die Kennlinie S des Signals gegenüber dem Weg W entspricht einer Geraden, wobei beim Weg 0 bereits ein gewisses Sensorsignal S0 vorhanden ist. Dieser Wert S0 kann variieren, d. h. je nach Fertigungstoleranzen oder Einbautoleranzen des Fahrpedals im Kraftfahrzeug verschiebt sich der Wert S0 nach oben oder unten auf der S-Achse. Es wird daher ein Vergleichswert V1 vorgesehen, der so gewählt ist, dass er auf jeden Fall höher ist als jeder Wert von S0, der aufgrund von Einbau oder Fertigungstoleranzen im schlechtesten Fall zu erwarten ist. Erst wenn das Sensorsignal S diesen ersten Vergleichswert V1 überschreitet, wird daher von der Auswerteeinheit 102 ein Momentenwunsch des Fahrers an das Steuergerät 103 weitergemeldet. Dies dient dazu, um auf jeden Fall sicherzustellen, dass bei einer Nichtbetätigung des Fahrpedals durch den Fahrer keinerlei Momentenforderung an die Brennkraftmaschine abgegeben wird. Falls nämlich der Wert S0 d. h. der Schnittpunkt der Kennlinie oberhalb von V1 liegen würde, so würde bei einem Loslassen des Fahrpedals durch den Fahrer noch eine gewisse Restmomentenanforderung an die Brennkraftmaschine gestellt, was aus Sicherheitsgründen nicht zulässig ist.
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Aufgrund des sich so ergebenden Unterschiedes zwischen V1 und S0 ergibt sich aber bei der Betätigung der Fahrpedals 101 durch einen Fahrer ein gewisser Leerweg, d. h. der Weg W1, der zurückgelegt werden muss, bis das Sensorsignal S den Wert V1 überschreitet, wird vom Fahrer als Totweg des Pedals wahrgenommen. Da dieser Totweg von Fahrzeug zu Fahrzeug variiert, kann dies dann dazu führen, dass der Fahrer die Kupplung bei ungenügendem Drehmoment der Brennkraftmaschine freigibt und es so zu einem ruckelnden Anfahren des Fahrzeugs oder zu einem sogenannten Abwürgen des Motors kommt.
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Um diesen Totweg zu verringern, wird nun erfindungsgemäß vorgeschlagen, einen zweiten Vergleichswert V2 vorzusehen, der deutlich geringer ist als der Vergleichswert V1. Dieser Vergleichswert V2 darf aber nur verwendet werden, wenn keine Gefahr besteht, dass ein vom Fahrer eigentlich gewünschter Leerlaufzustand nicht erkannt werden könnte. Zu diesem Zweck wird der Gradient, d. h. die zeitliche Änderung des Sensorsignals S verwendet. Immer wenn der Gradient des Sensorsignals negativ ist, d. h. das Fahrpedal wird in Richtung Loslassen des Fahrpedals betätigt, wird auf jeden Fall der Vergleichswert V1 verwendet. Aus Sicherheitsgründen erfolgt dies auch, wenn der Gradient des Sensorsignals S nicht größer ist als ein bestimmter Ruhewert, wobei der Ruhewert auf jeden Fall positiv ist. Nur wenn der Gradient des Sensorsignals S im ausreichenden Maße positiv ist, wird die Verwendung des Vergleichswertes V2 verwendet, um eine Betätigung des Fahrpedals zu erkennen. Der zu dem zweiten Vergleichswert V2 gehörende Weg W2 ist deutlich geringer als der Totweg W1 des Fahrpedals. Aus Sicherheitsgründen wird aber V2 um einen bestimmten Versatz größer gewählt als der Wert S0, um sicherzustellen, dass rein statistische Schwankungen des Sensorsignals S nicht als ein vermeintlicher Momentenwunsch des Fahrers interpretiert wird.
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In der 3 wird ein Programmschema gezeigt, welches durch die Auswertevorrichtung 102 abgearbeitet wird. Bei einem Start der Brennkraftmaschine wird zunächst der Schritt 21 aufgerufen, in dem das Programm gestartet wird. Auf den Schritt 21 folgt der Schritt 1, in dem ein erster Vergleichspegel V1 und ein zweiter Vergleichspegel V2 jeweils auf einen festen Wert gesetzt werden. Der Wert für den ersten Vergleichspegel V1 ist dabei so gewählt, dass bei der ungünstigsten Addition aller Fertigungs- und Einbautoleranzen des Fahrpedalgebers auf jeden Fall sicher ein Leerlaufzustand erkannt wird. In diesem ersten Schritt 1 wird auch der zweite Vergleichspegel V2 auf einen Wert gesetzt, bei dem ein Leerlaufzustand sicher erkannt wird. Üblicherweise werden beide Vergleichspegel auf den gleichen Wert gesetzt. Auf den Schritt 1 folgt dann der Schritt 2 und folgende Schritte. Der Schritt 1 wird nur einmal beim Start der Brennkraftmaschine abgearbeitet, weitere Schleifen des Programms ohne einen Start der Brennkraftmaschine starten direkt beim Schritt 2.
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In den Schritten 2, 3 und 4 erfolgen nacheinander einige Sicherheitsabfragen, um sicherzustellen, dass eine ordnungsgemäße Funktion des Fahrpedals vorliegt. Im Schritt 2 wird zunächst überprüft, ob eine Fehlermeldung bezüglich des Fahrpedals vorliegt. Derartige Fehlermeldungen können von anderen Programmen, die eine Diagnose des Fahrpedals vornehmen, erfolgen. Wenn im Schritt 2 festgestellt wird, dass eine Fehlermeldung vorliegt, so folgt auch den Schritt 2 der Schritt 13. Wenn im Schritt 2 festgestellt wird, dass keine Fehlermeldung vorliegt, so folgt auf den Schritt 2 der Schritt 3. Im Schritt 3 wird überprüft, ob der zweite Vergleichswert V2 korrekt aus dem Speicher ausgelesen wurde. Dies erfolgt bspw. anhand der Überprüfung einer Prüfsumme oder aber der Vergleichspegel ist zweimal im Speicher abgelegt und es wird überprüft, ob beide Werte übereinstimmen. Wenn dabei festgestellt wird, dass der zweite Vergleichswert V2 fehlerhaft ist, so folgt aus den Schritt 2 der Schritt 13. Wenn festgestellt wird, dass der zweite Vergleichswert V2 korrekt ist, so folgt auf den Schritt 3 der Schritt 4. Im Schritt 4 wird überprüft, ob der Fahrpedalwert in Vollgasnähe ist. Wenn dies der Fall ist, so folgt auf den Schritt 4 der Schritt 13. Wenn dies nicht der Fall ist, folgt auf den Schritt 4 der Schritt 5.
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Im Schritt 13 wird festgelegt, dass für die Beurteilung der Frage, ob ein Leerlaufzustand vorliegt oder nicht der erste Vergleichswert V1 verwendet wird. Es wird somit in Schritt 13 bewirkt, dass der erste Vergleichswert verwendet wird, bei dem auch bei einer ungünstigen Addition von Toleranzen auf jeden Fall ein Leerlaufzustand sicher erkannt wird.
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Im Schritt 5 wird der Gradient des Fahrpedalwerts berechnet. Die Gradientenberechnung erfolgt einfach dadurch, dass der eingelesene Wert des Sensorsignals mit dem Sensorsignal des vorhergehenden Programmdurchlaufs verglichen wird. Ebenso ist es möglich, den Gradienten zu bilden, indem nicht nur der letzte, sondern mehrere vorhergehende Werte miteinander verglichen werden. Der Fahrpedalgradient gibt somit an, wie stark sich die Stellung des Gaspedals zeitlich ändert. Bei einem aktiven Betätigen des Gaspedals in Richtung Vollgas ist der Fahrpedalgradient positiv. Wenn das Fahrpedal vom Fahrer in einer Stellung festgehalten wird, so ist der Fahrpedalgradient 0. Wenn der Fahrer das Fahrpedal in Richtung Leerlauf betätigt, d. h. den Fuß vom Fahrpedal herunternimmt, so ist der Fahrpedalgradient negativ. Auf den Schritt 5 folgt der Schritt 6. Im Schritt 6 wird überprüft, ob der Fahrpedalgradient physikalisch plausibel ist. Da ein Fahrpedal von einem menschlichen Fahrer nur mit einer endlichen Geschwindigkeit betätigt werden kann, kann der Fahrpedalgradient in positiver Richtung nicht beliebig groß sein. Aufgrund der Trägheit des Fahrpedals kann auch der Fahrpedalgradient auch in negativer Richtung nicht beliebig groß sein. Wenn daher sowohl in positiver wie auch negativer Richtung ein unplausibel großer Gradient festgestellt wird, so wird daraus geschlossen, dass eine gestörte Messung der Sensorsignale vorliegt und auf den Schritt 6 folgt dann wieder der Schritt 13. Wenn im Schritt 6 festgestellt wurde, dass der Fahrpedalgradient physikalisch plausibel ist, so folgt auf den Schritt 6 der Schritt 7. Im Schritt 7 wird überprüft, ob der Wert des Sensorsignals unterhalb des zweiten Vergleichswerts V2 ist. Wenn dies der Fall ist folgt auf den Schritt 7 der Schritt 8. Im Schritt 8 wird überprüft, ob es sich um einen Anfahrvorgang handelt. Dazu wird zunächst der Fahrpedalgradient ausgewertet, insbesondere wird überprüft, ob der Fahrpedalgradient über einer Ruheschwelle liegt. Diese Ruheschwelle liegt auf jeden Fall im Bereich eines positiven Fahrpedalgradienten, d. h. es wird überprüft, ob das Fahrpedal von dem Fahrer in Richtung einer Lasterhöhung betätigt wird. Wenn also der Fahrpedalwert unter den zweiten Vergleichswert V2 liegt und einen positiven Gradienten oberhalb einer Ruheschwelle aufweist, so wird auf ein Anfahren des Kraftfahrzeugs geschlossen. Weiterhin kann auch noch überprüft werden, ob die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs unter einem Schwellwert liegt. Durch diese zusätzliche Anfrage wird somit sichergestellt, dass es sich um ein Anfahren aus dem Stand oder einer sehr langsamen Fahrzeugbewegung heraus handelt. Nur wenn ein Anfahren des Kraftfahrzeugs erkannt wird folgt auf den Schritt 8 der Schritt 9. In diesem Schritt 9 wird festgelegt, dass der zweite Vergleichspegel V2 zur Feststellung herangezogen wird, dass der Leerlaufzustand verlassen wird. Es werden somit Sensorsignale oberhalb des zweiten Vergleichspegels V2 als Momentenanforderungen durch den Fahrer aufgefasst und entsprechend die Brennkraftmaschine zur Abgabe einer Last angesteuert. Wenn im Schritt 8 festgestellt wird, dass es sich nicht um ein Anfahren der Brennkraftmaschine handelt, insbesondere wenn kein positiver Gradient des Fahrpedals oberhalb der Ruheschwelle vorliegt, so folgt auf den Schritt 8 der Schritt 11. In diesem Schritt 11 wird ein Lernvorgang durchgeführt, bei dem ein Wert für den zweiten Vergleichswert V2 ermittelt wird. Das Lernverfahren nach Schritt 11 wird normalerweise nach einem Start der Brennkraftmaschine dann aktiviert, wenn ohne Betätigung des Fahrpedals durch den Fahrer das Kraftfahrzeug im Leerlauf betrieben wird. Ein besonders einfaches Lernverfahren besteht darin, einfach den niedrigsten Wert für das Sensorsignal festzustellen, der zumindest für eine gewisse Zeit auftritt. Der so gemessene Wert würde dann dem Wert S0 in der 2 entsprechen. Durch Addition mit einem gewissen vorgegebenen Offset wird dann der zweite Vergleichswert V2 gebildet, der deutlich näher an dem Wert S0 liegt als der erste Vergleichswert V1. Aufgrund gewisser Streuungen des Messsignals ist es nicht sinnvoll, den Wert S0, d. h. den niedrigsten überhaupt möglichen Wert als zweiten Vergleichswert zu verwenden. Für dieses Lernverfahren können noch weitere Sicherheitsüberprüfungen erfolgen, die sicherstellen, dass kein unsinniger Wert für S0 bzw. den zweiten Vergleichswert V2 ermittelt werden. Sowohl auf den Schritt 9, wie auch auf den Schritt 11, folgt dann jeweils der Schritt 14.
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Wenn die Brennkraftmaschine gestartet wird, so wird der zweite Vergleichswert V2 im Schritt 1 zunächst auf einen Sicherheitswert gestellt. Wenn geeignete Betriebszustände vorliegen, erfolgt danach dann das Lernverfahren des Schrittes 11, in dem dann ein neuer Vergleichswert V2 gelernt wird. Dieser zweite Vergleichswert V2 kann dann zur Verringerung des Totweges des Fahrpedals verwendet werden, wenn ein Anfahren des Kraftfahrzeugs erkannt wird.
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Wenn im Schritt 7 festgestellt wird, dass der Fahrpedalwert über den zweiten Vergleichspegel V2 liegt, so folgt auf den Schritt 7 der Schritt 10. Im Schritt 10 wird wiederum überprüft, ob der Fahrpedalgradient über der Ruheschwelle liegt. Wenn dies der Fall ist, so folgt auf den Schritt 10 der Schritt 12. Im Schritt 12 wird festgelegt, dass für diesen Fall ein im letzten Programmdurchlauf verwendeter Vergleichspegel für ein Verlassen des Leerlaufzustandes weiter verwendet wird. Wenn es sich um einen Anfahrzustand handelt, so wird weiterhin der zweite Vergleichswert V2 verwendet. Wenn vorhergehend der Vergleichswert V1 verwendet wurde, so wird dieser Wert weiter verwendet. Dadurch wird erreicht, dass bei einem Anfahren des Fahrzeugs der zweite Vergleichswert V2 solange weiter verwendet wird, wie das Fahrpedal weiterhin mit positivem Gradienten betätigt wird. Sobald dann das Fahrpedal nicht mehr mit einem positiven Gradienten oberhalb der Ruheschwelle betätigt wird, folgt auf den Schritt 10 der Schritt 13, d. h. es wird dann wieder der erste Vergleichswert V1 verwendet, um auf ein Verlassen des Leerlaufzustandes zu schließen. Die Verwendung des zweiten Vergleichswerts V2 erfolgt somit nur, wenn ein Anfahren des Kraftfahrzeugs erfolgt, d. h. ausgehend von einem Sensorwert des Fahrpedals mit einem Pegel unterhalb von V2 mit ausreichend starkem positiven Gradienten eine Betätigung des Fahrpedals erfolgt. Aufgrund dieses Verfahrens ist es für die starke sicherheitsrelevante Funktion des Auswertung des Fahrpedals 101 möglich, eine Totwegreduzierung vorzunehmen, ohne dass dabei die Sicherheit der Fahrpedalauswertung leidet.
