DE19504412A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine.

Bei der Steuerung von Brennkraftmaschinen wird neben der Be­ einflussung der Kraftstoffzumessung und des Zündwinkels auch die Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine durch ein im Ansaug­ trakt der Brennkraftmaschine befindliches Leistungsstell­ glied gesteuert. Die Betätigung des Leistungsstellgliedes erfolgt durch Betätigen eines Fahrpedals durch den Fahrer mit mechanischen und/oder elektrischen Mittel. Zur Fahrge­ schwindigkeitsregelung, zur Leerlaufregelung, zur Antriebs­ schlupf- oder Motorschleppmomentregelung, zur Fahrgeschwin­ digkeits-, Drehzahl- oder Drehmomentbegrenzung, etc. wird die Luftzufuhr über eine elektronische Steuereinheit unab­ hängig von der Betätigung des Fahrpedals eingestellt. Da durch das Leistungsstellglied die Leistung der Brennkraftma­ schine gesteuert wird, ist bei Steuersystemen, welche mit elektrischen Mittel leistungserhöhend wirken, besonderes Au­ genmerk auf die Betriebssicherheit zu legen. Dabei ist unter allen Umständen zu vermeiden, daß aufgrund eines Fehlverhal­ tens des elektrischen Steuersystems die Motorleistung unkon­ trolliert erhöht wird.

So ist beispielsweise aus der DE 43 30 696 A1 ein Steuer­ system mit zwei zueinander redundanten Mikrocomputern vorge­ sehen, die jeweils den gleichen Funktionsumfang aufweisen und die beide über eine Endstufe auf das Leistungsstellglied der Brennkraftmaschine einwirken. Die Mikrocomputer sind da­ bei in der Lage, das Stellglied im Sinne einer Erhöhung und einer Erniedrigung der Motorleistung zu betätigen. Aus Si­ cherheitsgründen ist eine Betätigung des Stellgliedes in leistungserhöhendem Sinn nur dann möglich, wenn von beiden Rechnern entsprechende Signale vorliegen.

Diese Vorgehensweise benötigt infolge der Redundanz der bei­ den Rechenelemente erhöhten Aufwand und ist somit insbeson­ dere für Steuereinrichtungen zur Fahrgeschwindigkeits- und Leerlaufregelung aufgrund der damit verbundenen hohen Kosten nicht geeignet. Ferner sind infolge der Redundanz aufwendige Maßnahmen zur Sicherstellung der Betriebssicherheit dieses Steuersystems zu treffen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, Maßnahmen zur Steuerung der Leistung einer Brennkraftmaschine anzugeben, insbesondere zur Fahrgeschwindigkeits- und Leerlaufregelung, die eine elektrische Betätigung des Leistungsstellgliedes mit deut­ lich verringertem Aufwand und dennoch unverändert hoher Be­ triebssicherheit erlauben.

Dies wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprü­ che erreicht.

Aus der DE 42 20 244 A1 ist eine mechanische Stelleinrich­ tung für eine Leistungsstellelement, eine Drosselklappe, be­ kannt, bei dem die Drosselklappenachse über einen elektri­ schen Motor verstellbar ist. Diese umfaßt ein sogenanntes Zwischenstück, welches über eine erste Feder mit der Dros­ selklappenachse, über eine zweite mit dem ortsfesten Gehäuse der Stelleinrichtung verbunden ist. Durch Zusammenwirken der beiden Federn wird im antriebslosen Fall des Motors die Drosselklappe in einer vorbestimmten Position gehalten, wel­ che einen vorgegebenen Öffnungsquerschnitt offen läßt. Dabei wirkt die zweite Feder in Richtung der vollständig geschlos­ senen Stellung der Drosselklappe, während die erste Feder in Öffnungsrichtung der Drosselklappe wirkt. Die konstruktive Auslegung der Federauslenkung bestimmt somit die Position der Drosselklappe bei stromlos geschaltetem Motor. Das Zwi­ schenstück ist ferner auf mechanischem Wege vom Fahrer durch Betätigen des Fahrpedals betätigbar. Beim Treten des Fahrpe­ dals zieht das Zwischenstück die Drosselklappenachse mit und öffnet so die Drosselklappe. Bei Loslassen des Fahrpedals wird das Zwischenstück unter der Wirkung zweiten Feder zu­ rückgezogen und die Drosselklappe geschlossen. Ist der Motor aktiv, betätigt er die Drosselklappenachse und öffnet und schließt die Drosselklappe unabhängig von der Betätigung des Fahrpedals.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße elektronische Leistungssteuerung einer Brennkraftmaschine benötigt einen deutlich vermindertem Auf­ wand bei gleichbleibend hoher Betriebssicherheit.

Besonders vorteilhaft ist dabei ihre Anwendung zur Regelung der Fahrgeschwindigkeit und des Leerlaufs der Brennkraftma­ schine.

Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, daß lediglich ein Rechenelement vorgesehen ist, ohne daß die Betriebssicher­ heit beeinträchtigt ist. Dabei kann in vorteilhafter Weise auch auf redundante Meßeinrichtungen wie z. B. redundante Ge­ ber zur Erfassung der Stellung des Leistungsstellgliedes verzichtet werden.

Weitere Vorteile ergeben sich bei Verwendung eines Schritt­ motors zur Steuerung des Leistungsstellgliedes, da in diesem Fall auf die aus dem Stand der Technik bekannten Maßnahmen zur Sicherstellung einer Notposition des Stellgliedes bei stromlosem Antrieb verzichtet werden kann.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist, daß durch eine aus diskreten Bauelementen und/oder logischen Bauelementen auf­ gebaute Überwachungslogik der Zugriff des Rechenelements auf das Leistungsstellglied kontrolliert wird. Im Fehlerfall des Rechenelements entsteht so kein ungewollter Betriebszustand.

Besonders vorteilhaft ist dabei auch, daß die Überwachungs­ logik nicht nur den Zugriff des Rechenelement auf das Stell­ glied, sondern auch dessen Ausmaß kontrolliert.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Be­ schreibung von Ausführungsformen sowie aus den abhängigen Ansprüchen.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargelegten Ausführungsformen näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 ein Übersichtsblockschaltbild eines Leistungssteuer­ systems, während in Fig. 2 und 3 die Erfindung anhand eines ersten Ausführungsbeispiels dargestellt ist. Die Fig. 4 und 5 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der als Antrieb für das Leistungsstellglied ein Schritt­ motor eingesetzt wird.

Beschreibung von Ausführungsformen

In Fig. 1 ist mit 10 eine Steuereinheit dargestellt, welche eine Recheneinheit 12 und eine Überwachungslogik 14 umfaßt. Ferner ist eine Ansteuereinheit 16 Teil der Steuereinheit 10. Die Ansteuereinheit 16 weist eine Ausgangsleitung 18 auf, welche sie mit einem elektrischen Motor 20 verbindet. Der elektrische Motor 20 ist über eine mechanische Verbin­ dung 22 mit einem Leistungsstellglied 24, vorzugsweise einer im Luftansaugsystem einer Brennkraftmaschine angeordneten Drosselklappe, verbunden. Eine erste Leitung 26 und eine zweite Leitung 28 verbinden Ansteuereinheit 16 und Rechen­ einheit 12. Ferner weist die Ansteuereinheit 16 wenigstens eine Eingangsleitung 30 auf, die sie mit der Überwachungslo­ gik 14 verbindet. Der Recheneinheit 12 sind Eingangsleitun­ gen 32 bis 34 von Meßeinrichtungen 36 bis 38 zugeführt, die Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine und/oder des Fahrzeugs erfassen. Entsprechend sind der Überwachungslogik 14 Ein­ gangsleitungen 40 bis 42 zugeführt, die ebenfalls von Meß­ einrichtungen 36 bis 38 ausgehen.

Abhängig von den zugeführten Betriebsgrößen stellt die Re­ cheneinheit 12 über die Leitungen 26 und 28 sowie die An­ steuereinheit 16 die Leistung der Brennkraftmaschine durch Betätigung des Stellgliedes ein. Dabei werden je nach Aus­ führungsbeispiel verschiedene Funktionen realisiert. Es wird beispielsweise eine Fahrgeschwindigkeitsregelung abhängig von einem vom Fahrer durch Betätigen eines Bedienelements vorgegebenen Sollgeschwindigkeitswert und einem gemessenen Istgeschwindigkeitswert durchgeführt, eine Leerlaufdrehzahl­ regelung, bei welcher die Leerlaufdrehzahl einer Solldreh­ zahl angenähert wird, eine Motorleistungssteuerung, in wel­ cher die Stellung der Drosselklappe 24 auf einen vom Fahrer über das Fahrpedal vorgegebenen Wert, eine Antriebs­ schlupfregelung, die die Leistung abhängig von einem Schlupfzustand an den Antriebsräder des Fahrzeugs steuert, eine Motorschleppmomentregelung, die die Leistung abhängig von einem Schlupfzustand an den nicht angetriebenen Räder steuert, Begrenzungsfunktionen, bei denen der zu begrenzende Parameter auf den Grenzwert geregelt wird, etc.

Die Recheneinheit 12 berechnet im Sinne wenigstens einer der oben beschriebenen Funktionen Ansteuersignale für den elek­ trischen Motor 20, der auf diese Weise in seiner ersten (vorwärts) oder zweiten Drehrichtung (rückwärts) bewegt wird. Dabei werden in einem Ausführungsbeispiel die lei­ stungserhöhend wirkenden Ansteuersignale für die erste Dreh­ richtung über die Leitung 28, die leistungsmindernd wirken­ den Ansteuersignale für die zweite Drehrichtung über die Leitung 26 übermittelt. Die Ansteuereinheit 16 stellt eine H-Brückenschaltung dar, bei der jeweils die diagonal gegen­ überliegenden Leistungstransistoren zur Steuerung des in der Diagonalen angeordneten Motors 20 paarweise durch das jewei­ lige Ansteuersignal betätigt werden. Die Ansteuersignale sind im bevorzugten Ausführungsbeispiel pulsweitenmodulierte Signale, wobei die Pulsweite ein Maß für den durch den Motor fließenden, mittleren Strom ist.

Über die Ausgangsleitung 30 kontrolliert die Überwachungslo­ gik 14 den Zugriff des Rechenelements 12 auf den elektri­ schen Motor 20 und damit auf die Leistung der Brennkraftma­ schine. Dies erfolgt durch Sperren der gesamten Endstufe und/oder durch Blockieren der Ansteuerung in leistungserhö­ hendem Sinn in vorbestimmten, von der Überwachungslogik aus­ gewählten Betriebszuständen. Zu diesem Zweck werden der Überwachungslogik 14 im bevorzugten Ausführungsbeispiel Signale zugeführt, anhand derer der jeweilige Betriebsmodus der Brennkraftmaschine und/oder des Fahrzeugs ermittelt wer­ den kann. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel eines Steuer­ system zur Fahrgeschwindigkeit- und Leerlaufregelung werden Bediensignale des Fahrers sowie Signale bezüglich Betriebs­ größen zugeführt, anhand derer die unterschiedlichen Be­ triebsphasen ermittelt werden. Die Überwachungslogik 14 ist dabei derart aufgebaut, daß sie im Leerlaufregelbetrieb die Vorwärtsansteuerung, die leistungserhöhende Ansteuerung des elektrischen Motors durch das Rechenelement 12 verbietet, während sie in dem Fahrgeschwindigkeitsregelbetrieb dem Rechenelement 12 diese Möglichkeit bereitstellt. Durch die aus dem Stand der Technik bekannte Konstruktion des Stell­ gliedes selbst bzw. durch entsprechende Ansteuerung des Mo­ tors wird im Leerlauf eine im Leerlaufbereich oder an dessen oberem Rand liegende Position des Stellgliedes eingestellt. Die Recheneinheit 12 führt dann die Leerlaufregelung durch Betätigen des elektrischen Motors ohne leistungserhöhende Ansteuerung des Motors mit Hilfe der in die vorgegebene Po­ sition rückstellende Kraft durch.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 wird als Motor 20 ein DC-Motor eingesetzt. Dem Rechenelement 12 werden die Ein­ gangsleitungen 32 bis 34 zugeführt. Über die Ausgangsleitung 26 ist es mit der Endstufe 16 verbunden, die wenigstens eine H-Brückenschaltung aufweist. Über die Ausgangsleitungen 18a und 18b ist der elektrische Gleichstrommotor 20 an die End­ stufe 16 angeschlossen. Die Ausgangsleitung 28a der Rechen­ einheit 12 führt auf ein logisches UND-Gatter 104, dessen Ausgangsleitung 28b auf die Endstufe 16 führt.

In einem Ausführungsbeispiel weist die Recheneinheit 12 die in Fig. 1 nicht dargestellte Ausgangsleitung 106 auf, wel­ che auf ein zweites UND-Gatter 108 führt. Die Ausgangslei­ tung 110 des UND-Gatters 108 führt ebenfalls auf die Endstu­ fe 16.

Der Überwachungslogik 14 ist über eine erste Eingangsleitung 32a das Bremssignal, über eine Leitung 32b das Aus-Signal von einem Bedienelement des Fahrgeschwindigkeitsreglers und über die Leitung 32c die Fahrgeschwindigkeit selbst zuge­ führt. In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wird fer­ ner über die Leitung 32d ein Maß für die Stellung des elek­ trischen Motors 20 bzw. des Stellglieds und über die Leitung 32e ein Signal, welches das Einschalten des Fahrgeschwindig­ keitsreglers kennzeichnet, zugeführt.

Die Leitung 32c führt auf eine Schwellwertstufe 112, deren Ausgangsleitung 116 ebenso wie die Leitungen 32a und 32b auf ein NOR-Gatter 118 führt. Dessen Ausgangsleitung 120 führt auf das UND-Gatter 104.

In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel führt ferner von dieser Ausgangsleitung 120 eine Leitung 122 auf einen inver­ tierenden Eingangs eines weiteren UND-Gatter 124, dem als zweite Eingangsleitung die Leitung 126 von einer Schwell­ wertstufe 128 zugeführt wird. Der Schwellwertstufe 128 ist die Leitung 32d zugeführt. Die Ausgangsleitung 130 des UND-Gatters 124 führt auf ein ODER-Gatter 132, dem ferner als Eingangsleitung die Leitung 32e zugeführt ist. Die Aus­ gangsleitung 134 des ODER-Gatters 132 führt auf das UND-Gatter 108.

Die in Fig. 2 geschilderte Vorrichtung dient im bevorzugten Ausführungsbeispiel zur elektrischen Verstellung des Lei­ stungsstellgliedes, der Drosselklappe, zur Regelung der Fahrgeschwindigkeit und der Leerlaufdrehzahl. Zur normalen Leistungssteuerung ist die Drosselklappe über eine mechani­ sche Verbindung mit dem Fahrpedal verbunden. Grundlegender Gedanke der Erfindung ist, daß durch die Überwachungslogik 14 außerhalb des Fahrgeschwindigkeitsreglerbetriebs eine fehlerhafte Betätigung der Drosselklappe und somit eine un­ gewollte Leistungsabgabe oberhalb der Leerlaufwerte verhin­ dert wird. Dabei wird dem Rechenelement 12 das Öffnen der Drosselklappe nur bis zu einem definierten Öffnungsgrad er­ laubt, oberhalb dieses Öffnungsgrads jedoch verhindert. Das Schließen der Drosselklappe in leistungsminderndem Sinne ist unabhängig vom Fahrbetriebszustand immer möglich. Die End­ stufe 16 bleibt ständig aktiv. Voraussetzung für diese Vor­ gehensweise ist, daß die die Drosselklappe steuernde Stelleinrichtung mechanisch oder elektrisch eine Leer­ lauföffnung bereitstellt, welche im bzw. am oberen Rand des Leerlaufregelungsbereichs liegt.

Im Fahrgeschwindigkeitsregelmodus bestimmt das Rechenelement 12 wenigstens auf der Basis einer durch Betätigen des Be­ dienelements eingestellten Sollgeschwindigkeit, der Istge­ schwindigkeit ein Ansteuersignal für den elektrischen Motor, welches je nach Betätigungsrichtung als pulsweitenmodulier­ tes Signal über die Leitung 26 bzw. 28a ausgegeben wird. Da­ bei steuert das Ansteuersignal über die Leitung 26 die Tran­ sistoren der Endstufe so, daß der Motor in Rückwärtsrichtung im Sinne eines Schließens der Drosselklappe betätigt wird, während er durch Ansteuerung über die Leitung 28a und b in Öffnungsrichtung verstellt wird.

Im bevorzugten Ausführungsbeispiel einer Fahrgeschwindig­ keits- und Leerlaufregelung wertet die Recheneinheit 12 und die Überwachungslogik 14 anhand der ihr zugeführten Be­ triebsgrößen aus, in welchem Fahrzustand sich das Fahrzeug befindet, das heißt welcher Betriebsmodus aktiv ist. Derar­ tige Signale sind Bediensignale des Fahrers wie ein bei Be­ tätigen des Bremspedals auftretendes Signal, welches ein En­ de des Fahrgeschwindigkeitsmodus kennzeichnet, ein Geschwin­ digkeitssignal, welches bei Unterschreiten einer vorgegebe­ nen Grenzgeschwindigkeit, beispielsweise 40 km/h, ein Ende des Fahrgeschwindigkeitsregelmodus kennzeichnet oder das vom Bedienelement des Fahrgeschwindigkeitsreglers übermittelte "Aus-Signal. Bei Vorliegen wenigstens eines dieser Signale schaltet die Recheneinheit 12 die Fahrgeschwindigkeitsrege­ lung ab. Parallel dazu wertet die Überwachungslogik 14 die Signale aus. Tritt wenigstens eines der oben beschriebenen Signale auf, wechselt der Pegel am Ausgang des NOR-Gatters 118 auf 0. Dadurch wird in Verbindung mit dem UND-Gatter 104 dem Rechenelement 12 auf jeden Fall, auch im Fehlerfall, die Möglichkeit genommen, über die Leitung 28a den Motor 20 in Vorwärtsrichtung, d. h. leistungserhöhend, zu betätigen. So­ mit wird auch im Fehlerfall des Rechenelements 12 eine lei­ stungserhöhende Ansteuerung des Stellgliedes verhindert. Das Rechenelement 12 kann außerhalb des Fahrgeschwindigkeitsre­ gelmodus den Motor und damit die Drosselklappe nur über die Leitung 26, das heißt in leistungsminderndem Sinne zur Leer­ laufregelung ansteuern.

Die Leerlaufregelung ist dabei aktiv, wenn die Stellung der Drosselklappe ihren Leerlaufwert erreicht hat. Dies wird über die Leitung 32d und die Schwellwertstufe 128 erkannt. In einer vorteilhaften Ausführungsform wird die Endstufe 16 bei nicht aktivem Fahrgeschwindigkeitsregler und nicht akti­ vem Leerlaufregler über die Leitung 110 stromlos geschaltet. Liegt ein "Ein"-Signal vom Bedienelement des Fahrgeschwin­ digkeitsreglers der Überwachungseinheit 14 vor, wird ein entsprechendes Signal über das ODER-Gatter 132 sowie die Leitungen 134 und 106 und das UND-Gatter 108 auf die Leitung 110 gegeben, so daß in Verbindung mit einem entsprechenden Signal vom Rechenelement 12 die Endstufe 16 zur Durchführung der Fahrgeschwindigkeitsregelung aktiviert wird. Wird der Fahrgeschwindigkeitsregler abgeschaltet, so wird die Endstu­ fe 16 wieder stromlos, da das "Ein"-Signal verschwindet. Er­ reicht in diesem Betriebszustand des Fahrgeschwindigkeits­ reglers die Drosselklappe ihre Leerlaufposition, wird am Ausgang der Schwellwertstufe 128 ein hoher Signalpegel er­ zeugt. Durch den hohen Signalpegel am invertierenden Eingang des UND-Gatters 124 wird in Verbindung mit einer vergleich­ baren Funktion im Rechenelement 12 die Endstufe für den Leerlaufregelbetrieb aktiviert. Dadurch ist sichergestellt, daß die Endstufe nur in den Betriebszuständen aktiv ist, in denen das Stellglied elektrisch betätigt wird. Dies ist ein weiterer Sicherheitsgewinn.

Dabei kann in einem weiteren Ausführungsbeispiel die Endstu­ fe durch Rechenelement und Überwachungslogik mittels einer logischen Oder-Verknüpfung aktiviert werden.

Neben der anhand Fig. 2 beschriebenen vorteilhaften An­ steuerung des Gleichstrommotors durch je ein pulsweitenmodu­ liertes Signale je Drehrichtung wird in einem anderen vor­ teilhaften Ausführungsbeispiel die Ansteuerung durch ein er­ stes pulsweitenmoduliertes Signal, welches der Endstufe ein Maß für den einzustellenden Strom übermittelt, und durch ein zweites Signal, dessen Pegel die Drehrichtung kennzeichnet, durchgeführt. Dabei wird das pulsweitenmodulierte Signal über die Leitung 26, das Statussignal über die Leitung 28a ausgegeben. Die Überwachungslogik ist in diesem Fall derart ausgestaltet, daß außerhalb des Fahrgeschwindigkeitsregelbe­ trieb das Statussignal auf der Leitung 28b auf dem Wert für Rückwärtsansteuerung (leistungsmindernd) festgehalten wird. In der einfachsten Ausführung wird der Rückwärtsansteuerung der Pegel 0 zugeordnet, so daß außerhalb des Fahrgeschwin­ digkeitsregelbetriebs auf der Leitung 28b immer Null-Pegel ist.

Bei der Verwendung eines Gleichstrommotors als Antrieb ist es vorteilhaft, daß zur Durchführung der Leerlaufregelung das Stellglied bei Nichtansteuerung auf mechanischem Wege, beispielsweise durch Verwendung der bekannten Stelleinrich­ tung, in eine Leerlaufposition geführt wird, welche am obe­ ren Ende bzw. im oberen Bereich des Leerlaufregelbereichs liegt. Dadurch wird Fahrgeschwindigkeitsregelbetrieb eine vollständige Betätigung der Drosselklappe über den elektri­ schen Motor gewährleistet, während im Leerlaufregelbetrieb zur Leistungsreduzierung eine Betätigung der Drosselklappe in Schließrichtung erfolgt, bei Zurücknahme der entsprechen­ den Ansteuerung eine Leistungserhöhung zur bis zur maximalen Leerlaufleistung erfolgt.

Zusammenfassend ist festzustellen, daß bei dem in Fig. 2 beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel der Zugriff des Rechenelements auf das Leistungsstellglied durch die Überwachungslogik derart gesteuert wird, daß das Rechenele­ ment im Fahrgeschwindigkeitsregelbetrieb den vollen Zugriff, im Leerlauf einen beschränkten Zugriff besitzt. Im Leerlauf kann das Stellglied nur bis zu einem maximalen Wert geöffnet werden. Das Rechenelement kann somit nur eine maximale Leer­ laufleistung einstellen.

Fig. 3 zeigt ein Flußdiagramm, welches ein im Rechenelement 12 ablaufendes Programm zur Durchführung der Fahrgeschwin­ digkeits- und Leerlaufregelung zeigt. Nach Start des Pro­ grammteils wird im ersten Schritt 400 abgefragt, ob der Fah­ rer den Fahrgeschwindigkeitsregelbetrieb wünscht und die Ge­ schwindigkeit die vorgegebene Schwelle überschritten hat. Ist dies der Fall, wird im Schritt 402 die Fahrgeschwindig­ keitsregelung und im darauffolgenden Schritt 404 die Endstu­ fe über die Leitung 106 aktiviert. Daraufhin wird im Schritt 406 in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, welches eine Lageregelung der Drosselklappe umfaßt, ein Drosselklappen­ sollwert wenigstens auf der Basis der vom Fahrer vorgegebe­ nen Sollgeschwindigkeit und der gemessenen Istgeschwindig­ keit ermittelt. Im darauffolgenden Schritt 408 wird auf der Basis des Drosselklappensollwertes und des gemessenen Ist­ wertes die Ansteuerrichtung sowie die Pulsweite des auszuge­ benden Impulssignals bestimmt derart, daß nach Maßgabe einer vorgegebenen Regelstrategie (z. B. PID) der Drosselklap­ penistwert sich dem Sollwert annähert. Danach wird im Schritt 410 das Impulssignal über die Leitung 26 bzw. 28a ausgegeben und die Drosselklappe entsprechend betätigt. Dann wird der Programmteil beendet und zu gegebener Zeit wieder­ holt.

Liegt kein Fahrgeschwindigkeitsregelbetrieb vor, so wird im Schritt 412 überprüft, ob die Drosselklappe sich im Leer­ laufzustand befindet. Ist dies nicht der Fall, wird über die Leitung 106 im Schritt 414 ein die Endstufe deaktivierendes Signal abgegeben und der Programmteil beendet.

Befindet sich die Drosselklappe im Leerlaufzustand, wird ge­ mäß Schritt 416 die Leerlaufregelung und gemäß Schritt 418 die Endstufe aktiviert. Daraufhin wird gemäß Schritt 420 der Drosselklappensollwert wenigstens auf der Basis eines Dreh­ zahlsollwertes und eines Drehzahlistwertes bestimmt und im Schritt 422 analog zum Schritt 408 Ansteuerrichtung und Im­ pulslänge zur Regelung des Drosselklappenistwertes auf den Sollwert bestimmt. Das Ansteuersignal wird gemäß Schritt 424 ausgegeben und der Programmteil beendet.

Ermittelt der Regler im Schritt 422 eine Vorwärtsansteuerung der Drosselklappe, so wird dieser Ansteuerwert zwar ausgege­ ben, führt jedoch infolge des 0-Pegels auf der Leitung 120 nicht zur Betätigung der Drosselklappe. Diese ist daher stromlos und bewegt sich infolge der Federwirkung in öffnen­ de Richtung. Erst wenn die Drosselklappenstellung den Soll­ wert überschreitet, ermittelt der Regler 422 ein Ansteuer­ signal in schließender Richtung, welches durch Ausgabe über die Leitung 26 zur Ansteuerung des Motors entgegen der Fe­ derkraft führt. Eine Regelung der Leerlaufdrehzahl auf einen Sollwert wird auf diese Weise erreicht.

Neben der dargestellten Regelung der Fahrgeschwindigkeit und der Leerlaufdrehzahl kann die erfindungsgemäße Vorgehenswei­ se auch in vorteilhafter Weise in einem Steuersystem mit elektronischer Einstellung der Drosselklappe abhängig von der Fahrpedalbetätigung angewendet werden. Zu diesem Zweck trennt das Rechenelement 12 und die Überwachungslogik 14 den Leerlaufregelbetrieb vom Fahrbetrieb, indem zusätzlich zu den oben beschriebenen Signalen ein die Leerlaufstellung des Fahrpedals kennzeichnendes Signal herangezogen wird. Leer­ laufregelbetrieb liegt dann vor, wenn das Fahrpedal nicht betätigt und der Fahrgeschwindigkeitsregler nicht einge­ schaltet ist. Im gegenteiligen Fall wird auf Fahrbetrieb er­ kannt, und die Vorwärtsbestromung des Motors durch das Rechenelement 12 erlaubt.

Entsprechend können in weiteren Ausführungsbeispielen neben oder anstelle der Fahrgeschwindigkeits- und Leerlaufregelung weitere Funktionen vorgesehen sein, z. B. eine Antriebs­ schlupfregelung. Wird ein Schlupfzustand an den Antriebsrä­ dern erkannt, führt ein dem Rechenelement und der Überwa­ chungslogik zugeführtes Statussignal zur Aktivierung der End­ stufe bzw. der Vorwärtsansteuerung. Ein ASR-Betrieb kann durchgeführt werden. Ebenso lassen sich die anderen ein­ gangsgenannten Funktionen, die eine aktive, leistungsstei­ gernde Ansteuerung benötigen, durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise realisieren.

In einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel wird als elektrischer Motor ein Schrittmotor eingesetzt. Dies ist in Fig. 4 dargestellt. Dabei arbeiten die im ersten Ausfüh­ rungsbeispiel nach Fig. 2 beschriebenen Elemente entspre­ chend. Diese werden im folgenden nicht mehr näher beschrie­ ben.

Zur Ansteuerung des zweiphasigen Schrittmotors 20 werden je Phase eine H-Brückenschaltung 16a bzw. 16b verwendet, welche über die Leitungen 18a und 18b bzw. 18c und 18d mit den Pha­ senwicklungen des Schrittmotors 20 verbunden sind. Über die Leitung 110 werden die beiden Endstufen entsprechend dem er­ sten Ausführungsbeispiel aktiviert bzw. deaktiviert. Zur Re­ gelung des durch die Schrittmotorwicklungen fließenden Stro­ mes sind Stromregler 500a und 500b vorgesehen, welche den einzelnen Phasen zugeordnet sind. Der Stromregler 500a ist dabei über eine Leitung 502a mit der Endstufe 16a, der Stromregler 500b über eine Leitung 502b mit der Endstufe 16b verbunden. Der Stromregler 500a ist über die Leitung 26 mit dem Rechenelement 12 verbunden, der Stromregler 500b über die Leitung 28b mit einer Maximalwertauswahlstufe 504 ver­ knüpft, der als Eingangsleitung die Leitungen 28a und 134 zugeführt sind. Die Überwachungslogik 14 ist entsprechend Fig. 2 aufgebaut und trennt anhand ihrer Eingangssignale Fahrgeschwindigkeitsregelbetrieb und Leerlaufregelbetrieb.

Zur Regelung des Schrittmotors gibt das Rechenelement 12 phasenverschobene Ansteuersignale über die Leitungen 26 und 28a an die Stromregler ab. Diese regeln den durch die Pha­ senwicklungen des Schrittmotors fließenden Strom auf den durch die Pulsweite der Ansteuersignale vorgegebenen Soll­ wert. Dabei ist auch ein Mikrostep-Betrieb vorgesehen, in welchem der Strom zur Feineinstellung der Position des Schrittmotors auf Zwischenwerte geregelt wird. Die Überwa­ chungslogik 14 trennt Fahrgeschwindigkeitsregel- und Leer­ laufregelbetrieb, wobei die Logik im Normalfahrbetrieb, bei mechanischer Betätigung der Drosselklappe, durch Vorgabe ei­ nes Maximalstromwertes über die Leitung 120 zur Maximal­ wertauswahlstufe 504 garantiert, daß der Rechner die Dros­ selklappe nicht größer als eine maximale Leerlauföffnung öffnen kann. Infolge der Maximalstromvorgabe durch die Über­ wachungsvorgabe 14 wird die eine Phase des Schrittmotors mit Nennstrom bestromt. Hat der Schrittmotor beispielsweise eine Schrittweite von 7,2°, entspricht der Leerlaufregelbetrieb der Feldvektorlage, welche durch die bestrombare zweite Phase des Schrittmotors erzeugt wird, einem Bereich, der je nach Strom um +/- 3,6° veränderbar ist. Schaltet der Fahrer den Fahrgeschwindigkeitsregler ein, wird die bisher konstant bestromte Phase durch die Überwachungslogik freigegeben (z. B. durch einen Null-Pegel auf der Leitung 120). Der Rech­ ner kann die Drosselklappe vollständig öffnen, wenn die Ge­ schwindigkeit größer als 40 Stundenkilometer ist. Im Fehler­ fall bzw. bei Verlassen des Fahrgeschwindigkeitsregelbetrieb schaltet die Logik die Schrittmotorendstufen solange strom­ los, bis die Drosselklappe im Leerlaufbereich angekommen ist. Dort wird die eine Phase über die Maximalwertvorgabe wieder bestromt und die Leerlaufregelung ermöglicht.

Zur Einstellung der Schrittmotorlage wird bei der Steller­ fertigung die Phasenlage des Schrittmotors auf den unteren Anschlag bezogen eingestellt. Dadurch wird gewährleistet, daß bei der Bestromung der einen Phase mit Nennstrom die Drosselklappe 3,6° geöffnet ist, somit den im vorhergehenden Ausführungsbeispiel auf mechanischen Wege erreichten Quer­ schnitt auf elektrischem Wege eingestellt ist.

Der Aufbau einer Stelleinrichtung für diese Ausführungsform ist in Fig. 5 dargestellt. Das Fahrpedal 600 ist über einen Bowdenzug 602 mit einem Mitnehmerstück 604 verbunden. Dieses ist über eine Feder 606 mit dem Gehäuse 608 verknüpft. Ein ein Schalter 628 wird bei Entfernen des Mitnehmerstücks 604 vom Gehäuse 608 geöffnet. Ferner ist eine Drosselklappe 610, die mit einer Achse 612 mit zwei Anschlägen 616 und 620 ver­ bunden ist, dargestellt. An der Achse ist ein Stellungsgeber 614 angeordnet. Der erste Anschlag 616 ist über eine Feder 618 mit dem Gehäuse 608 verbunden. Der Motor 20 bewegt über ein zweites Mitnehmerstück 622 die Achse 612.

Bei Betätigen des Fahrpedals 600 wird das Mitnehmerstück 604 in der Zeichenebene nach rechts verschoben und nimmt über seinen Anschlag 605 und den Anschlag 616 die Achse 612 und damit die Drosselklappe 610 unabhängig von der Betätigung des Schrittmotors mit. Die Federn 606 und 618 gewährleisten eine Rückführung des Mitnehmer 604, der Achse und der Dros­ selklappe 612 in die Ausgangsstellung. Im Fahrgeschwindig­ keitsregelbetrieb bei losgelassenem Fahrpedal 600 steuert der Schrittmotor in Zusammenwirkung mit der Feder 618 über den Anschlag 620 und den Mitnehmer 622 die Drosselklappenpo­ sition. Im Leerlaufregelbetrieb bei ebenfalls losgelassenem Fahrpedal 600 ist die Steuerung des Schrittmotors durch die Überwachungslogik derart verriegelt, daß eine Betätigung der Drosselklappe lediglich im Bereich der Schrittweite des Schrittmotors von 7,2° auf die vorstehend beschriebene Weise ermöglicht wird.

Aus Sicherheitsgründen kann auch bei diesem Stellelement nach Fig. 5 eine Feder vorgesehen sein, welche bei stromlos geschaltetem Motor die Drosselklappe in eine vorgegebene Po­ sition öffnet. In diesem Fall muß gewährleistet sein, daß der Schrittmotor die Drosselklappe schließend ansteuern kann.

Das zur Realisierung der Steuerfunktionen im Rechenelement ablaufende Programm entspricht dem in Fig. 3 skizzierten. Auch bei Verwendung eines Schrittmotor gibt es Ausführungen, in denen neben oder anstelle der Fahrgeschwindigkeits- und Leerlaufregelung weitere Funktionen wie oben angedeutet durchgeführt werden.

Claims (12)

1. Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine,

• - mit einem elektrisch betätigbaren Stellelement zur Beein­ flussung der Leistung der Brennkraftmaschine,
• - mit einem Rechenelement, welches in wenigstens zwei Be­ triebsmodi die Leistung der Brennkraftmaschine durch Betäti­ gen des Stellelements steuert,
• - wobei das Stellelement über einen elektrischen Motor durch Ansteuerung in beide Drehrichtungen betätigt wird,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - eine Überwachungslogik vorgesehen ist, welche zwischen den wenigstens zwei Betriebsmodi unterscheidet und abhängig vom vorliegenden Betriebsmodus die Ansteuerung des elektrischen Motors durch das Rechenelement einschränkt oder freigibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Betriebsmodus der Fahrgeschwindigkeitsregelmodus, der zweite Betriebsmodus der Leerlaufregelmodus ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungslogik, derart aufgebaut ist, daß im Leer­ laufregelbetriebsmodus eine Öffnung des Stellelements und damit eine Steuerung der Leistung der Brennkraftmaschine über die Leerlaufleistung hinaus unterbunden ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der elektrische Motor ein Gleich­ strommotor ist, bei welchem die Überwachungslogik die An­ steuerung im Leerlaufregelbetrieb in eine, die Leistung der Brennkraftmaschine erhöhende Richtung unterbindet.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Leerlaufregelung im Leerlaufregelungsbetrieb durch ak­ tives Ansteuern des Motors in leistungsmindernder Richtung ermöglicht ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der elektrische Motor ein Schritt­ motor ist, dessen wenigstens eine Phase im Leerlaufregelbe­ trieb mit Nennstrom bestromt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Leerlaufregelungsbetrieb eine Leerlaufregelung durch Steuern des Stromes durch die zweite Phase des Schrittmotors bei Be­ stromung der anderen Phase mit Nennstrom erfolgt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Überwachungslogik die Be­ triebsmodi anhand von Fahrgeschwindigkeits- und Bediensigna­ len, wie Bremsbetätigungssignal, Fahrpedalbetätigungssignal und/oder Fahrgeschwindigkeitsreglerbediensignal unterschei­ det.

9. Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs,

• - mit einem elektrisch betätigbaren Stellelement, welches einen elektrischen Motor umfaßt,
• - mit einer Recheneinheit, welche in wenigstens zwei Be­ triebsmodi den elektrischen Motor in beide Drehrichtungen ansteuert,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - eine Überwachungslogik vorgesehen ist, welche die beiden Betriebsmodi unterscheidet und in wenigstens einem der Be­ triebsmodi die Ansteuerung des elektrischen Motors durch die Recheneinheit einschränkt oder freigibt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Motor ein Gleichstrommotor ist und das Stellelement derart ausgestaltet ist, daß bei stromlosem Mo­ tor eine vorgegebene Position außerhalb der Endstellungen des Stellelements eingenommen wird.