DE3510173A1 - Ueberwachungseinrichtung fuer eine elektronisch gesteuerte drosselklappe in einem kraftfahrzeug - Google Patents

Ueberwachungseinrichtung fuer eine elektronisch gesteuerte drosselklappe in einem kraftfahrzeug

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Description

R. 19557 i.P. ' *'
13-3.1985 Rb/Hm
ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO STUTTGART 1
Überwachungseinrichtung für eine elektronisch gesteuerte Drosselklappe in einem Kraftfahrzeug
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Überwachungseinrichtung für eine elektronisch gesteuerte Drosselklappe in einem Kraftfahrzeug nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Aus der D-E-OS 31 09 638 ist bereits eine Schutz- und Überwachungseinrichtung für ein elektronisches Fahrpedal in Kraftfahrzeugen bekannt. Dabei gibt ein mit dem Fahrpedal verbundener, als elektrisches Potentiometer ausgebildeter Fahrpedalstellungsgeber einen Sollwert an einen Regler, der von einem mit der Drosselklappe verbundenen Potentiometer einen Istwert erhält, so daß der Regler eine Regeldifferenz bildet, und damit über eine Endstufe den Stellmotor der Drosselklappe antreibt. Auf diese Weise wird auf elektronischem Wege die bisherige mechanische Drosselklappenverstellung realisiert. Ein derartiges sogenanntes elektronisches
Fahrpedal besitzt damit den Vorteil, daß elektronische Eingriffe in die Drosselklappenverstellung von anderer Seite leicht möglich sind, insbesondere eine Leerlaufdrehzahlregelung oder Regelung der Fahrdynamik bei schnellen Beschleunigungsänderungen, die auf elektronischem Wege unabhängig von der Fahrpedalposition durchgeführt werden.
Besonderes Augenmerk ist bei einem elektronischen Fahrpedal auf die Betriebssicherheit zu legen. Bei einem komplexen elektronischen System steigen naturgemäß mit der Anzahl der Komponenten auch die Anzahl der möglichen Fehlerquellen. Insbesondere ist bei Fehlerquellen auf die Funktion der Stellungsgeber von Fahrpedal und Drosselklappe sowie dem Antrieb der Drosselklappe zu achten, die insbesondere durch mechanische Fehler, wie Verschleiß oder Verschmutzung, verursacht werden können. Hierzu ist es bekannt, dem Fahrpedal und/oder der Drosselklappe Endanschlagsschalter am oberen und/oder unteren Anschlagsende zuzuordnen, so daß sich aus den Schaltpositionen erlaubte oder unerlaubte logische Zustände ableiten lassen, die eine Fehlererkennung ermöglichen.
Dem gegenüber besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Überwachungseinrichtung vorzuschlagen, die nicht nur die Stellungsgeber eines solchen elektronischen Fahrpedals überwacht, indem auf derartige Anschlagsschalter weitgehend verzichtet wird, sondern die auch übrige Fehlerzustände im Regelkreis eines solchen elektronischen Fahrpedals erkennen und melden kann.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Überwachungseinrichtung mit dem kennzeichnenden Merkmal des Hauptanspruchs weist den Vorteil auf, daß der Stellungsgeber für die Drosselklappe auf ordnungsgemäß selbsttätige Einnahme einer Ruhelage geprüft wird, ohne daß hierzu ein Endanschlagsschalter notwendig ist.
R, 19557 i.P.
Durch die Unteransprüche sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung angegeben. Insbesondere ist es möglich, aus dem Verhalten des Regelkreises für den Drosselklappenantrieb direkt auf ein vorliegendes Fehlverhalten zu schließen. Die Überwachungssicherheit wird erhöht dadurch, daß in einer besonderen Logik auf Fehler geprüft wird, die zu keiner Regeldifferenz führen. Ein solcher Fehler ergibt sich beispiels weise, wenn sich ein Stellungsgeber gegenüber seinem mecha nischen Antrieb verdreht, oder wenn elektrische Nebenschlüsse durch Verschmutzung an den Stellungsgebern ein falsches Bild der Lage angeben. Eine erfindungsgemäße Überwachungseinrichtung ist besonders einfach während des Bremsvorganges bei größeren Geschwindigkeiten und größeren Drehzahlen durchzuführen, weil dann das Fahrpedal entlastet ist, so daß sich ein definierter mechanischer Überprüfungspunkt ergibt, und weil sich dieser Betriebszustand während des Betriebs des Kraftfahrzeugs ausreichend häufig einstellt. Somit kann die Überwachung insbesondere während der Schubabschaltung leicht vorgenommen werden.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt in Blocksymbolen eine erfindungsgemäße Überwachungseinrichtung, die in einen bekannten Stellungsregelkreis der Drosselklappe integriert ist.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Ein Fahrpedal 1 ist drehfest mit einem Fahrpedalstellungsgeber 2 und einem Fahrpedalschalter 8 verbunden. Der Fahrpedalschalter 8 schließt (öffnet), sobald das
Fahrpedal 1 betätigt wird. Der Fahrpedalstellungsgeber ist als Potentiometer ausgebildet, dessen Widerstand proportional zum eingestellten Winkel des Fahrpedals 1 ist. In einem besonderen Fall kann der Fahrpedalschalter 8 auch durch einen ähnlichen Vergleichsstellungsgeber 18 in Form eines Potentiometers ersetzt sein. Der Widerstand des Fahrpedalstellungsgebers 2 stellt einen Sollwert für einen Regler 3 dar, der an den Fahrpedalstellungsgeber 2 angeschlossen ist. Dieser Regler 3 steuert eine Endstufe h für ein Stellglied in der Ausführung eines Stellmotors 5 zum Antrieb der Drosselklappe 7 des Kraftfahrzeugs an. Der Stellmotor 5 ist dabei drehfest mit der Drosselklappe J sowie einem Drosselklappenstellungsgeber 6 verbunden, der ähnlich dem Fahrpedalstellungsgeber 2 als Potentiometer ausgebildet ist, so daß der Widerstand des Drosselklappenstellungsgebers 6 einen Istwert für die Stellung der Drosselklappe T an den Regler 3 abgibt. Hierdurch ist ein Regelkreis geschlossen, der dem Fachmann bekannt ist und somit nicht näher erläutert wird.
In der Zeichnung ist der Regler 3 als PID-Regler ausgeführt , der in Abhängigkeit einer Regeldifferenz die Endstufe k ansteuert. Die Überwachungseinrichtung läßt aber auch andere Reglertypen zu, etwa Schaltregler, die lediglich das Vorzeichen der Regeldifferenz berücksichtigen, solange nur die Sprungantwort des geschlossenen Regelkreises eine verschwindende Regeldifferenz aufweist. Somit ist die Erfindung nicht auf das hier gezeigte Ausführungsbeispiel einer Drosselklappenstellungsregelung beschränkt.
Ein Differenzbildner 9 erhält den Sollwert vom Fahrpedalstellungsgeber 2 und den Istwert vom Drosselklappenstellungsgeber 6, um hieraus die Regeldifferenz nachzu-
■ R. 19557 i.P.
bilden und diese auf ein Filter 10 zu geben. Das Filter filtert aus der Regeldifferenz das dynamische Verhalten des Regelkreises heraus, um so ein quasistationäres Signal auf einen Schwellenvergleieher 11 geben zu können. Bei einer bleibenden Regeldifferenz oder bei fehlertypischen Veränderungen der Regeldifferenzdynamik wird die Schalt schwelle des Schwellenvergleichers 11 überschritten, so daß das Ausgangssignal des Schwellenvergleichers 11 eine Fehlergröße darstellt, die eine Fehleranzeige 12 im Kraftfahrzeug betätigt.
Um darüber hinaus Fehler erkennen zu können, die keine bleibende Regeldifferenz zur Folge haben, ist eine Logik 13 als weitere Überwachungseinrichtung dem Regelkreis beigeschaltet.
Die Logik 13 erhält dafür das Ausgangssignal des Fahrpedalschalters 8 bzw. des Vergleichsstellungsgebers 18 sowie Fahrzeugdaten Ik. Weiterhin erhält die Logik 13 vom Drosselklappenstellungsgeber 6 den Istwert, vom Fahrpedalstellungsgeber 2 den Sollwert sowie die Stellgröße vom Ausgang des Reglers 3. Die Fahrzeugdaten 1k beinhalten die Meldung, ob die Bremse betätigt wird/wurde, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit über einer bestimmten Geschwindigkeit liegt und ob die Motordrehzahl über einer bestimmten Drehzahl liegt. Wenn diese Bedingungen erfüllt sind und der Fahrpedalschalter 8 geöffnet (geschlossen) ist, wird von der Logik 13 die Endstufe U stromlos geschaltet, so daß der Stellmotor 5 frei laufen kann. Die Feder der Drosselklappe 7 schließt darauf die Drosselklappe 7 vollständig und führt damit den Drosselklappenstellungsgeber β auf seinen Minimalwert. Die Logik 13 vergleicht diesen Minimalwert mit vorgegebenen Grenzen und stellt damit fest, ob etwa ein
Verdrehen der Antriebswelle der Drosselklappe T oder ein Festklemmen der Drosselklappe T vorliegt. Bei erkanntem Fehler wird als Ausgangssignal der Logik eine Fehlergröße gebildet, die die Fehleranzeige 12 betätigt.
Die Logik 13 prüft ferner, ob die Stellgröße des Reglers 3 langer als eine zugelassene Dauer einen vorgegebenen Extremwert überschreitet. Ist dies der Fall, wird ebenfalls die Fehleranzeige 12 betätigt und die Endstufe kvon der Logik 3 stromlos geschaltet oder mit einem Tastverhältnis getaktet, um einerseits die Endstufe vor Überlastungen zu schützen und andererseits die Drosselklappe in eine Position zu verlagern, bei der noch ein Notfahrbetrieb möglich ist. Die Taktung geschieht dabei mit einer Wiederholfrequenz, die so gewählt ist, daß die Drosselklappe dabei aufgrund ihrer Trägheit sowie der Trägheit der mit ihr verbundenen Elemente 5 und 6 eine ruhige Lage einnimmt, die dem gewählten Tastverhältnis entspricht.
Weiterhin überprüft die Logik 13 den Fahrpedalstellungsgeber 2 insoweit, ob der mit dem.Fahrpedal gekoppelte Schalter 8 schließt (öffnet), wenn der Fahrpedalstellungsgeber 2 einen Sollwert abgibt, der über einer ersten Sollwert schwelle (vorzugsweise 15 % des Maximalsollwertes) und unter einer zweiten Sollwertschwelle (vorzugsweise 25 % des Maximalsollwerts) liegt. Ist diese Bedingung erfüllt, gibt die Logik 13 keine Fehlergröße ab. Ist der Schalter 8 durch einen Vergleichsstellungsgeber 18 in Form eines Potentiometers ersetzt, überprüft die Logik 13 die Signaldifferenz zwischen Fahrpedalstellungsgeber 2 und Vergleichsstellungsgeber 18 auf einen vorgegebenen Maximalwert in jeder Lage des Fahrpedals ab. Überschreitet die Signaldifferenz zwischen Fahrpedalstellungsgeber und Vergleichsstellungsgeber 18 diesen vorgegebenen Maximalwert, wird von der Logik 13 eine Fehlergröße gebildet und die Fehleranzeige 12 betätigt. Bei geeigneter Kopplung zwischen
. 1955T i.P.
Fahrpedal 1 und Fahrpedalstellungsgeber 3 sowie Fahrpedal 1 und Schalter 8 bzw. Vergleichsstellungsgeber 18 kann damit ein Fehler infolge Verdrehung der an sich drehfesten Verbindung zwischen Fahrpedal 1 und Fahrpedalstellungsgeber 2 festgestellt werden.
Schließlich vollzieht die Logik 13 noch eine Plausibilitätsprüfung bezüglich der Ruhelage des Fahrpedals dahingehend, daß der vom Fahrpedalstellungsgeber 2 abgegebene Sollwert mit einem ersten Grenzschwellwert verglichen wird dann, wenn die Bremse betätigt wird und der Schalter 8 geöffnet (geschlossen) ist bzw. der Vergleichsstellungsgeber 18 ein Signal abgibt, das einen zweiten Grenzschwellwert unterschreitet.
Ohne Beschränkung der Allgemeinheit ist die erfindungsgemäße Überwachungseinrichtung auch in Verbindung mit einer selbstzündenden Brennkraftmaschine zu betreiben, wenn anstelle der Drosselklappe 7 der Verstellhebel bzw. die Regelstange einer Einspritzpumpe und anstelle des Drosselklappenstellungsgebers 6 ein Stellungs- bzw. Lagegeber für den Verstellhebel bzw. die Regelstange der Einspritzpumpe tritt.
Jl-
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Claims (11)

13.3.1985 Rb/Hm ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO STUTTGART 1 Ansprüche
1. Überwachungseinrichtung für eine elektronisch steuerbare Drosselklappe (7) in einem Kraftfahrzeug, mit einem Fahrpedal (1), mit einem damit drehfest verbundenen Fahrpedalstellungsgeber (2), mit einem Stellglied (Stellmotor 5) für die Drosselklappe (7) des Verbrennungsmotors und einem damit drehfest verbundenen Drosselklappenstellungsgeber (6), mit einem Regler (3), der vom Fahrpedalstellungsgeber (2) einen Sollwert und vom Drosselklappenstellungsgeber (6) einen Istvert erhält und eine Endstufe (U) für das Stellglied (5) ansteuert, dadurch gekennzeichnet, daß der Istwert mittels einer Logik (13) auf eine bestimmte Ober- und/oder Untergrenze überprüft wird, wenn die Drosselklappe (7) sich in einer definierten Lage befindet, dadurch, daß das Stellglied (5) antriebslos geschaltet wurde, und daß eine Fehlergröße dann gebildet wird, wenn der Istwert daraufhin die Obergrenze überschreitet oder die Untergrenze unterschreitet.
2. Überwachungseinrichtung für eine elektronisch steuerbare Drosselklappe (7) in einem Kraftfahrzeug, mit einem Fahrpedal (1), mit einem damit drehfest verbundenen Fahrpedalstellungsgeber (2), mit einem Stellglied (Stellmotor 5) für die Drosselklappe (7) des Verbrennungsmotors und einem damit drehfest verbunden Drossselklappenstellungsgeber (6), mit einem Regler (3), der
_2_
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vom Fahrpedalstellungsgeber (2) einen Sollwert und vom Drosselklappenstellungsgeber (6) einen Istwert erhält und eine Endstufe (h) für das Stellglied (5) ansteuert, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Filter (10) aus der Regeldifferenz eine vom dynamischen Verhalten des Regelkreises gefilterte Größe bildet, daß die gefilterte Größe mit einem vorgegebenen Schwellwert verglichen (11) wird und daß bei Überschreiten des vorgegebenen Schwellwertes eine Fehlergröße gebildet wird.
3. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellgröße am Ausgang des Reglers (3) in der Logik (13) dahingehend überprüft wird, ob sie langer als eine vorbestimmte Zeitdauer eine vorbestimmte Größe übersteigt, daß bei Überschreiten dieser vorbestimmten Zeitdauer eine Fehlergröße gebildet wird und daß die Endstufe (U) auf eine reduzierte Ansteuerung des Stellgliedes (5) umgeschaltet, vorzugsweise stromlos geschaltet wird.
U. Überwachungseinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Überprüfung dann stattfindet, wenn die Bremse betätigt wurde und die Fahrzeuggeschwindigkeit über einem bestimmten Wert liegt und die Motordrehzahl über einem bestimmten Wert liegt (1U).
5. Überwachungseinrichtung, insbesondere nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis h, dadurch gekennzeichnet, daß der Fahrpedalstellungsgeber (2) von der Logik (13) geprüft wird insoweit, daß ein mit dem Fahrpedal (1) gekoppelter Schalter (8) schließt (öffnet), wenn der Fahrpedalstellungsgeber (3) einen Sollwert abgibt, der
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über einer ersten Sollwertschwelle und unter einer zweiten Sollwert schwelle liegt, und daß eine Fehlergröße gebildet wird, wenn der abgegebene Sollwert "bei Betätigung des Schalters die vorgegebenen Sollwertschwelle nicht einhält.
6. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 55 dadurch gekennzeichnet, daß die erste Sollwertschwelle vorzugsweise "bei etwa 15 % und die zweite Sollwertschwelle vorzugsweise bei etwa 25 % des maximal möglichen Sollwertes liegt und der mit dem Fahrpedal (1) gekoppelte Schalter (8) vorzugsweise bei etwa 20 % der maximal möglichen Fahrpedalstellung schließt (öffnet).
7. Überwachungseinrichtung, insbesondere nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis k, dadurch gekennzeichnet, daß der Fahrpedalstellungsgeber (2) von der Logik (13) geprüft wird insoweit, daß ein mit dem Fahrpedal (1) gekoppelter Vergleichsstellungsgeber (18) ein Vergleichssignal abgibt, das mit dem vom Fahrpedalstellungsgeber (2) abgegebenen Sollwert signal verglichen wird und daß die Logik (13) eine Fehlergröße bildet, wenn die Differenz zwischen beiden Signalen einen vorgegebenen Betrag übersteigt.
8. Überwachungseinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis h, dadurch gekennzeichnet, daß der Fahrpedalstellungsgeber (2) hinsichtlich der Einnahme einer Ruhelage von der Logik (13) geprüft wird insoweit, daß bei geöffnetem (geschlossenem) Schalter (8) in Ruhelage des Fahrpedals (1) und bei Betätigen der Bremse der vom Fahrpedalstellungsgeber (2) abgegebene Sollwert mit einem Grenz schwellwert verglichen wird, und daß bei Überschreiten des Grenzschwellwertes eine Fehlergröße gebildet wird.
9. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Fehlergröße eine Fehleranzeige j vorzugsweise einen Signalgeber, betätigt.
10. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Endstufe im Fehlerfall ein Wotfahrsignal zugeführt erhält.
11. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in.Verbindung mit einer selbstzündden Brennkraftmaschine an die Stelle der Drosselklappe (T) ein Verstellhebel bzw. eine Regelstange einer Einspritzpumpe und an die Stelle des Drosselklappenstellungsgebers (6) ein Stellungs- bzw. Lagegeber für den Verstellhebel bzw. die Regelstange der Einspritzpumpe tritt.
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