DE102006010905A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Steuerung eines Stellglieds eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur Steuerung eines Stellglieds eines Kraftfahrzeugs Download PDF

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung eines Stellgliedes (3) eines Kraftfahrzeugs in einem Normalbetrieb und einem Nachlaufbetrieb vorgeschlagen. Die maximale Geschwindigkeit, mit der das Stellglied (3) angesteuert wird, ist im Nachlaufbetrieb geringer als im Normalbetrieb.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung bzw. einem Verfahren nach der Gattung der unabhängigen Patentansprüche. Aus der DE 103 54 054 A1 ist bereits eine Vorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine bekannt, bei der eine Drosselklappe angesteuert wird. Wenn eine Anforderung zum Abstellen der Brennkraftmaschine erfolgt, so wird zunächst die Drosselklappe in eine definierte geschlossene Position gestellt und erst danach wird ein Abstellen ermöglicht.
    •
  • Offenbarung der Erfindung
  • Vorteile der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche hat demgegenüber den Vorteil, dass auch in einem Nachlaufbetrieb der Brennkraftmaschine eine sichere und zuverlässige Steuerung eines Stellglieds des Kraftfahrzeugs erfolgen kann. Es kann daher das Abstellen des Kraftfahrzeugs erfolgen, ohne dass die Stellglieder zuvor in eine Ausgangsstellung gebracht werden. Weiterhin wird so ermöglicht, in einem Nachlaufbetrieb des Kraftfahrzeugs noch Stellbewegungen des Stellglieds zuzulassen, die beispielsweise für einen Auslauf einer Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs oder für Test- und Diagnosefunktionen in einem Nachlaufbetrieb des Kraffahrzeugs erforderlich sind.
  • Weitere Vorteile und Verbesserungen ergeben sich durch die Merkmale der abhängigen Patentansprüche. Eine Beschränkung der maximalen Geschwindigkeit der Ansteuerung des Stellgliedes ist insbesondere dann vorteilhaft; wenn das Stellglied einen Anschlag aufweist, gegen den es durch den Antrieb bewegbar ist. Es ist dann ausreichend, die maximale Geschwindigkeit der Bewegung des Stellgliedes in Richtung Anschlag zu begrenzen. Besonders einfach kann die Vorrichtung ausgebildet sein, wenn alle Bewegungen des Stellgliedes im Nachlaufbetrieb hinsichtlich der maximalen Geschwindigkeit begrenzt sind. Es kann so auch während des Nachlaufbetriebs eine erneute Startanforderung zugelassen werden, ohne dass bei einem dadurch ausgelösten Reset undefiniert schnelle Bewegungen des Stellglieds auftreten können. Besonders sinnvoll ist die erfindungsgemäße Vorrichtung in Verbindung mit einer digitalen Regelung des Stellglieds. Die Vorrichtung kann dabei so ausgebildet sein, dass im Nachlaufbetrieb ein Tiefpass größerer Zeitkonstante verwendet wird. Eine derartige Vorrichtung ist besonders einfach ausgebildet. Zur Erkennung des jeweiligen Betriebszustandes des Kraftfahrzeuges kann die Vorrichtung einfachererweise ein An- oder Aus-Signal der Zündung des Kraftfahrzeuges auswerten.
    •
  • Zeichnungen
  • Es zeigen
  • 1 eine Drosselklappe mit einer Vorrichtung zur Ansteuerung der Drosselklappe,
  • 2 eine Kennlinie der Ansteuerung der Drosselklappe und
  • 3 ein schematisches Schaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
  • Beschreibung
  • In der 1 wird schematisch ein Saugrohr 10 einer Brennkraftmaschine, die in einem Kraftfahrzeug eingebaut ist, dargestellt. Die Brennkraftmaschine und das Kraftfahrzeug sind aus Gründen der Übersichtlichkeit hier nicht dargestellt. Durch das Saugrohr 10 wird Luft, die für die Verbrennung in der Brennkraftmaschine erforderlich ist, angesaugt. Zur Beeinflussung des Luftstromes ist eine Drosselklappe 3 vorgesehen, die um eine Drehachse 5 drehbar gelagert ist. Mittels eines Motors 2 kann die Drosselklappe 3 drehbar um die Achse 5 verstellt werden, um so den zur Verfügung stehenden Strömungsquerschnitt durch das Saugrohr 10 zu beeinflussen. Durch diese Luftmenge wird die Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine beeinflusst. Zur Steuerung der Stellung der Drosselklappe 3 im Saugrohr 10 ist eine Steuervorrichtung 1 vorgesehen, die durch eine Verbindungsleitung 6 mit einem Antrieb 2 der Drosselklappe 3 in Verbindung steht. Der Antrieb 2, der beispielsweise als Elektromotor ausgebildet ist, ist mechanisch mit der Drosselklappe 3 verbunden und durch Betätigung des Antriebs 2 kann die Position der Drosselklappe 3 im Saugrohr 10 eingestellt werden. Der Antrieb 2 meldet über die Verbindungsleitung 6 ein Positionssignal der Drosselklappe 3 an die Steuervorrichtung 1 zurück. Die Ansteuerung der Drosselklappenposition 3 erfolgt als Regelung, dass heißt die Steuervorrichtung 1 erzeugt Steuersignale, um eine gewünschte Position der Drosselklappe 3 umzusetzen. Durch entsprechende Steuersignale wird der Antrieb 2 von der Steuervorrichtung 1 zur Bewegung der Drosselklappe in beide Richtungen, dass heißt sowohl in Richtung einer Querschnittsvergrößerung wie auch einer Querschnittsverringerung, angesteuert.
  • Zur Begrenzung der Bewegung der Drosselklappe 3 im Saugrohr 10 sind Anschläge 4 vorgesehen, die hier schematisch als Ausbuchtungen der Wand des Saugrohres 10 dargestellt sind. Derartige mechanische Anschläge 4 stellen somit eine definierte Endposition der Drosselklappe 3 dar, die in diesem Fall einer geschlossenen Drosselklappe 3 entsprechen. Durch den Antrieb 2 wird die Drosselklappe 3 aktiv in Richtung auf die Anschläge 4 verstellt. Dabei ist jedoch nicht gewollt, dass die Drosselklappe 3 mit maximaler Kraft und Geschwindigkeit, die der Antrieb 2 ermöglicht, einfach gegen die Anschläge 4 gefahren wird, da dabei die Gefahr der Beschädigung der Drosselklappe 3 besteht. Diese kann sowohl in einer plastischen Verformung der Drosselklappe 3 wie auch in einem Bruch bestehen. Auch wenn daher in einem Betrieb des Kraftfahrzeugs ein möglichst schnelles Schließen der Drosselklappe 3 vorgesehen ist, so erfolgt das Heranfahren an die Anschläge 4 so vorsichtig, dass dadurch eine Beschädigung der Drosselklappe 3 ausgeschlossen ist. Dies wird anhand der 2 erläutert.
  • In der 2 ist der Öffnungsgrad der Drosselklappe 3 gegenüber der Zeit t aufgetragen. Ein Öffnungsgrad von 100 % entspricht dabei einer vollständigen Öffnung der Drosselklappe 3, dass heißt die Drosselklappe 3 gibt den maximal möglichen Strömungsquerschnitt im Saugrohr 10 frei. Dies bedeutet, dass die Drosselklappe 3 parallel zur Längsrichtung des Saugrohrs 10 ausgerichtet ist. Ein Öffnungsgrad von 0 % entspricht einem vollständigen Schließen der Drosselklappe, dass heißt einem möglichst geringen Strömungsquerschnitt im Saugrohr 10. Dies entspricht dem Zustand, wenn die Drosselklappe 3 an den Anschlägen 4 anliegt. In diesem Zustand ist dann nur noch eine Luftströmung über feine Spalten zwischen der Drosselklappe 3 und der Wand des Saugrohrs 10 möglich. in der 2 wird das Schließen der Drosselklappe 3 vom Zustand „vollständig geöffnet" (= 100 %) in den Zustand „vollständig geschlossen" (= 0 %) dargestellt.
  • Die Kurve a stellt das Schließen der Drosselklappe 3 in einem Normalbetrieb des Kraftfahrzeugs dar. Ein derartiger Normalbetrieb des Kraftfahrzeugs ist dadurch gekennzeichnet, dass ein normaler Fahrbetrieb vorliegt, dass heißt alle normalen Funktionen des Kraftfahrzeugs werden ausgeübt. Im Fall einer Drosselklappe bedeutet dies, dass die Drosselklappe 3 zur Steuerung der Luftmenge einer Brennkraftmaschine verwendet wird und aufgrund von Bedienersignalen möglichst zügig entsprechende Fahrzustände der Brennkraftmaschine realisiert werden. Das in der 2 gezeigte Schließen der Drosselklappe 3 erfolgt wie die Kurve a zeigt, ausgehend vom Zustand „vollständig geöffnet", mit sehr großer Geschwindigkeit in Richtung eines Schließens der Drosselklappe. Dazu wird der Antrieb 2 von der Steuervorrichtung 1 mit maximaler Kraft in Richtung auf den geschlossenen Zustand angesteuert. Kurz vor Erreichen der Anschläge 4 wird jedoch die Stellgeschwindigkeit der Drosselklappe 3 deutlich verringert, um so ein langsames Heranfahren der Drosselklappe 3 gegen die Anschläge 4 sicherzustellen. Durch diese Maßnahme wird ein Aufprallen der Drosselklappe 3 auf den Anschlägen 4 verhindert, so dass keine Gefahr einer Beschädigung der Drosselklappe 3 besteht. Dabei kann es auch notwendig sein Steuerimpulse in Richtung eines Offnens zu erzeugen um die Drosselklappe aus ihrer starken Geschwindigkeit in Richtung Schließen abzubremsen. Es wird so im Normalbetrieb eine sehr schnelle Schließgeschwindigkeit für den größten Teil des Stellweges erreicht und nur in der Nähe der Drosselklappe wird die Schließgeschwindigkeit verringert.
  • Wenn ein Nutzer des Kraftfahrzeuges beschließt, das Kraftfahrzeug abzustellen, so wird der Normalbetrieb des Kraftfahrzeuges beendet. Üblicherweise erfolgt dies bei einem Kraftfahrzeug dadurch, dass der Fahrer des Wagens den Zündschlüssel zurückdreht und damit den Normalbetrieb beendet. Bei heutigen Kraftfahrzeugen ist jedoch auch bei beendetem Normalbetrieb noch ein Nachlaufbetrieb vorgesehen, dass heißt die entsprechenden Steuervorrichtungen werden noch für eine kurze Zeit weiter betrieben, um ein definiertes Abstellen des Kraftfahrzeugs zu erreichen. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, für diesen Nachlaufbetrieb des Kraftfahrzeuges eine verringerte Geschwindigkeit der Ansteuerung der Stellglieder vorzusehen. Dies ist in der 2 anhand der Kurve b gezeigt. Wie zu erkennen ist, wird im Nachlauf eine schlagartige Anforderung, die Drossel klappe in einen geschlossenen Zustand zu bringen, diese Anforderung mit einer langsameren zeitlichen Funktion der Drosselklappe umgesetzt. In der 2, Kurve b erfolgt das Schließen der Drosselklappe 3 mittels einer Tiefpassfunktion, die jedoch im Vergleich zu Kurve a eine deutlich längere Zeitkonstante bewirkt. Beispielsweise ist ein vollständiges Schließen der Drosselklappe nach der Kurve a nach typischerweise 100 msec erfolgt, während nach der Kurve b ein Schließen der Drosselklappe erst nach 250 msec erreicht wird. Da es in einem Nachlauf des Kraftfahrzeuges nicht erforderlich ist, einen Fahrerwunsch möglichst schnell umzusetzen, ist diese längere Zeitkonstante und die damit verbundene langsamere Bewegung der Drosselklappe im Nachlaufbetrieb möglich, ohne dass sie von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs wahrgenommen wird.
  • Aufgrund der verringerten Geschwindigkeit der Bewegung der Drosselklappe im Nachlaufbetrieb kann es bei einer Störung im Nachlaufbetrieb nicht dazu kommen, dass die Drosselklappe mit großer Geschwindigkeit gegen die Anschläge 4 fährt. In einem Normalbetrieb erfolgt ja zunächst die Verstellung der Drosselklappe mit großer Geschwindigkeit und wird erst unmittelbar vor den Anschlägen 4 verringert. In einem Nachlauf des Fahrzeugs besteht eine erhöhte Gefahr, dass die Steuervorrichtung 1 abgestellt wird und damit keine Verringerung der Geschwindigkeit der Drosselklappe 3 unmittelbar vor den Anschlägen 4 mehr möglich ist. Darum wird, sobald aufgrund eines Signals erkannt wird, dass das Fahrzeug abgestellt werden soll, die maximale Geschwindigkeit, mit der die Drosselklappe 3 betätigt wird, verringert, um nur noch eine langsame Verstellung, wie sie in der Kurve b der 2 gezeigt wird, zuzulassen. Wenn nämlich während einer schnellen Stellbewegung der Drosselklappe 3 die Steuervorrichtung 1 ausgeschaltet wird, so bewegt sich die Drosselklappe 3 aufgrund der kinetischen Energie der Drosselklappe 3 weiter in Richtung auf den Anschlag 4. Da im Nachlaufbetrieb eine erhöhte Gefahr besteht, dass die Steuervorrichtung 1 ausgeschaltet wird, wird sobald ein Nachlaufbetrieb festgestellt wird, die maximal mögliche Stellgeschwindigkeit der Drosselklappe 3 verringert.
  • Im Prinzip wäre es dabei ausreichend, während des Nachlaufes nur die Stellgeschwindigkeit in Richttung auf den Anschlag 4 zu begrenzen. Sofern bei dem Nachlauf noch Stellbewegungen der Drosselklappe 3 in Richtung eines Öffnens erforderlich sind, können diese auch schneller, dass heißt mit einer größeren Maximalgeschwindigkeit, erfolgen. Besonders einfach ist es aber natürlich, wenn generell die maximale Geschwindigkeit, mit der das Stellglied im Nachlauf betätigt werden kann, verringert wird.
  • In der 1 ist die Vorrichtung zur Steuerung der Drosselklappe 3 als einzelne Steuervorrichtung 1 dargestellt. Diese Steuervorrichtung 1 kann natürlich Teil eines größeren Steuergeräts, beispielsweise einer Motorsteuerung sein, die neben der Positionsregelung der Drosselklappe 3 weitere Steuerungsaufgaben für eine Brennkraftmaschine in dem Kraftfahrzeug wahrnimmt.
  • Bei einem Start der Brennkraftmaschine werden üblicherweise alle Steuervorrichtungen auf einen Ursprungszustand zurückgesetzt, um so alle Rechenvorgänge von einem definierten Ausgangszustand loslaufen zu lassen. Bei einem derartigen Reset können von den Steuervorrichtungen keine anderen Rechenvorgänge bearbeitet werden. Wenn somit während eines Nachlaufs des Kraftfahrzeugs von einem Fahrer das Fahrzeug wieder in einen Normalbetrieb versetzt wird, so können für einen kurzen Zeitraum keinerlei Steuerungsfunktionen wahrgenommen werden. Während dieser Phase kann somit auch keinerlei Steuerungseingriff auf die Drosselklappe 3 erfolgen. Während eines derartigen Reset wird sich somit die Drosselklappe 3, ausgehend von der momentanen Geschwindigkeit zum Beginn des Resets, aufgrund der gespeicherten kinetischen Energie einfach weiter bewegen. Durch die Begrenzung der Maximalgeschwindigkeit während des Nachlaufs wird somit vermieden, dass die Drosselklappe während dieses Reset-Vorganges eine so große Geschwindigkeit aufweist, dass sie mit nennenswerter Energie gegen die Anschläge 4 schlagen kann. Es wird so eine Beschädigung der Drosselklappe 3 während eines Resets vermieden.
  • Die Erfindung wurde hier anhand einer Drosselklappe 3 eines Saugrohrs 10 einer Brennkraftmaschine beschrieben. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Steuerung eines Stellgliedes bzw. das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung eines Stellgliedes kann jedoch bei allen elektrisch betätigten Stellgliedern in einem Kraftfahrzeug verwendet werden. Neben der hier vorgestellten Drosselklappe 3 wird dabei beispielsweise an eine Ladungsbewegungsklappe, ein Abgasrückführungsventil, ein Bypassventil für einen Kompressor oder ein Bypassventil für einen Abgasturbolader gedacht. Generell lässt sich die Erfindung bei allen Stellgliedern im Kraftfahrzeug einsetzen, bei dem ein mechanischer Anschlag für eine Endposition des Stellgliedes vorgesehen ist.
  • Eine Möglichkeit der Umsetzung der erfindungsgemäßen Ansteuerung ist die Verwendung eines Tiefpasses für die Ansteuerung des Stellglieds wobei für den Normalbetrieb eine andere Zeitkonstante verwendet wird wie im Nachlaufbetrieb. In der 3 werden schematisch einzelne Bearbeitungsblöcke für eine derartige Umsetzung, die in der Steuervorrichtung 1 vorhanden sind, gezeigt. Einem Tiefpass 100 wird dazu eine Zeitkonstante 101 und ein Wunschsignal 102 zugeführt. Bei dem Wunschsignal 102 handelt es sich um die gewünschte Position des Stellgliedes, beispielsweise die gewünschte Stellung der Drosselklappe 3. Durch den Tiefpass 100 wird die gewünschte Position 102 des Stellgliedes in ein entsprechend tiefpassgefiltertes Ansteuersignal 103 umgesetzt. Durch diese Tiefpassfilterung wird erreicht, dass die Position des Stellgliedes nicht schlagartig auf den gewünschten Wert gezogen wird, sondern mit einer „verrundeten" tiefpassgefilterten Ausgangsfunktion 103. In Abhängigkeit von der dem Tiefpass 100 zugeführten Zeitkonstante 101 können dabei die unterschiedlichen Zeitverläufe der Kurven a und b der 2 realisiert werden. Die Zuführung der Zeitkonstante 101 erfolgt durch eine Auswahleinheit 104, der ein Betriebsartensignal 105 zugeführt wird. Dieses Betriebsartensignal kann beispielsweise in dem Signal „Zündung – An" oder „Zündung – Aus" bestehen, wie es typischerweise in einem Kraftfahrzeug durch Betätigen des Zündschlosses durch einen Fahrer des Kraftfahrzeugs erzeugt wird. In Abhängigkeit von diesem Betriebszustandssignal 105 wird in der Auswahlvorrichtung 104 eine kürzere oder längere Zeitkonstante 101 für den Tiefpassfilter 100 ausgewählt. Die Vorrichtung nach der 3 kann sowohl als Programm in einer entsprechenden digitalen Schaltung wie auch durch bekannte einfache analoge Schaltungsmittel realisiert werden.

Claims (8)

  1. Vorrichtung (1) zur Steuerung eines Stellgliedes (3) eines Kraftfahrzeugs in einem Normalbetrieb und einem Nachlaufbetrieb des Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass eine maximale Geschwindigkeit der Ansteuerung des Stellglieds (3) im Nachlauf geringer ist als im Normalbetrieb.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (3) einen mechanischen Anschlag (4) aufweist, dass das Stellglied (3) durch einen Antrieb (2) in Richtung Anschlag (4) und weg vom Anschlag (4) bewegbar ist, und dass im Nachlaufbetrieb mindestens die maximale Geschwindigkeit, mit der das Stellglied (3) in Richtung Anschlag (4) bewegt wird, verringert ist.
  3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Nachlaufbetrieb generell die maximale Geschwindigkeit, mit der das Stellglied (3) bewegt wird, verringert ist.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Nachlaufbetrieb durch eine Startanforderung eines Nutzers des Kraftfahrzeugs ein Reset der Vorrichtung (1) auslösbar ist, und dass die Vorrichtung (1) während des Reset keine Steuersignale für den Antrieb (2) erzeugt.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Anspruche, dadurch gekennzeichnet, dass eine digitale Regelung vorgesehen ist, durch die eine Wunschposition des Stellgliedes (3) angefahren wird.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wunschposition in der Art eines Tiefpasses angefahren wird, wobei im Normalbetrieb eine geringere Zeitkonstante verwendet wird als im Nachlaufbetrieb.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Normalbetrieb durch ein Zündung-An-Signal und der Nachlaufbetrieb durch ein Zündung-Aus-Signal erkannt wird.
  8. Verfahren zur Steuerung eines Stellgliedes (3) eines Kraftfahrzeuges in einem Normalbetrieb und einem Nachlaufbetrieb des Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass eine maximale Geschwindigkeit, mit der das Stellglied (3) angesteuert wird, im Nachlaufbetrieb geringer ist als im Normalbetrieb.
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