DE3610571A1

DE3610571A1 - Vorrichtung zur steuerung der winkelverstellung einer drosselklappe in einem kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE3610571A1
Application number: DE19863610571
Authority: DE
Inventors: Hideaki Yokosuka Kanagawa Inoue; Shinji Tokio/Tokyo Katayose; Akira Yokosuka Kanagawa Takei; Minoru Yokohama Kanagawa Tamura
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1985-04-01
Filing date: 1986-03-27
Publication date: 1986-10-09
Also published as: US4735183A; DE3610571C2; JPS61226533A

Description

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VORRICHTUNG ZUR STEUERUNG DER WINKELVERSTELLUNG EINER DROSSELKLAPPE IN EINEM KRAFTFAHRZEUG

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit einer Vorrichtung zur Steuerung der Winkelverstellung einer Drosselklappe eines Kraftfahrzeugs, bei der die Drosselklappe mit Hilfe eines Stellmotors entsprechend der Betätigung des Gaspedals geöffnet oder geschlossen wird.

Herkömmliche Steuervorrichtungen der oben genannten Art werden beispielsweise in der bekanntgemachten japanischen Patentanmeldung 58-25853 und in der offengelegten japanischen Patentanmeldung 59-58131 beschrieben.

Beide Druckschriften beschreiben ein Stellglied mit einem in entgegengesetzte Richtungen antreibbaren Schrittmotor, der mit einer Drosselklappe verbunden ist, die in einem Ansaugrohr (einer Drosselkammer) einer Antriebsmaschine eines Kraftfahrzeugs montiert ist. Durch das Stellglied wird die Drosselklappe entsprechend einem elektrischen Impulssignal in Öffnungsrichtung oder in Schließrichtung verstellt.

25

Wenn jedoch in den oben beschriebenen herkömmlichen Vorrichtungen der Öffnungswinkel der Drosselklappe anhand der Anzahl der dem Schrittmotor zugeführten Schrittimpulse ermittelt wird, so ist die Genauigkeit der Positionserfassung und -einstellung der Drosselklappe durch die Auflösung der Impulse begrenzt. Eine Feineinstellung des Öffnungswinkels der Drosselklappe ist daher sehr schwierig, selbst wenn die Genauigkeit der Vorrichtung gegenüber herkömmlichen Systemen erhöht wird.

Da ferner der Öffnungswinkel der Drosselklappe mit Hilfe

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eines elektrischen Potentiometers abgetastet wird und der abgetastete Öffnungswinkel als Rückkopplungssignal verwendet wird, ergeben sich zusätzliche Fehler bei der Steuerung des öffnungswinkels der Drosselklappe durch üngenauigkeiten bei der Montage des Potentiometers oder Schwankungen der Spannung des Potentiometers.

Wenn das Gaspedal in eine Stellung gebracht wird, in der die Drosselklappe an sich vollständig geschlossen sein müßte, so besteht bei den herkömmlichen Vorrichtungen die Gefahr, daß die Drosselklappe nicht exakt in der vollständig geschlossenen Stellung gehalten wird, so daß die Leerlaufdrehzahl der Antriebsmaschine unnötig erhöht wird, und/oder daß die Drosselklappe wiederholt mit relativ hoher Geschwindigkeit an den Wänden des Ansaugrohres anschlägt, so daß sieh ein unerwünschter Verschleiß ergibt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Steuerung der Winkelstellung der Drosselklappe oder eines entsprechenden Steuergliedes zu schaffen, bei der das Steuerglied genau und mit relativ mäßiger Geschwindigkeit in eine vorgegebene Stellung (Schließstellung) überführt werden kann. 25

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1.

Erfindungsgemäß wird die Drosselklappe durch das Stellglied oder Antriebsglied freigegeben, wenn das Gaspedal vollständig gelöst wird, und die Feineinstellung der Drosselklappe in die geschlossene Stellung erfolgt mit Hilfe eines mechanischen Antriebs, beispielsweise mit Hilfe einer Rückholfeder.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel 5" der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Figur 1 ist ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung; und
10

Figuren 2 sind Flußdiagraitune zur Erläuterung und 3 der Arbeitsweise der Vorrichtung.

Gemäß Figur 1 ist ein Gaspedal 10 (oder allgemein ein Beschleunigungsgeber) in der Nähe des unteren Bereichs eines nicht gezeigten Fahrersitzes eines Kraftfahrzeuges angeordnet. Der Verstellwinkel (Betätigungsgrad) des Gaspedals 10 wird durch ein Potentiometer 12 abgetastet. Der durch das Potentiometer 12 abgetastete Wert wird als ein Spannungssignal einer Drosselklappen-Steuerschaltung 14 zugeführt. Die Steuerschaltung 14 enthält einen Mikrocomputer und nimmt das oben erwähnte Signal des Potentiometers 12 über einen Analog/Digital-Wandler 16 auf.

25

Das von dem Potentiometer 12 erzeugte Analogsignal wird durch den Analog/Digital-Wandler 16 in ein digitales Signal umgewandelt und an eine Zentraleinheit (CPU) 18 übermittelt, die daraufhin ein 4-bit-Steuersignal zur Steuerung der Winkelverstellung der Drosselklappe entsprechend der abgetasteten Betätigung des Gaspedals erzeugt. In einer Verriegelungsschaltung 20 wird der letzte Wert des Steuersignals gehalten.

Das Steuersignal wird von der Verriegelungsschaltung 20

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an eine Motor-Treiberschaltung 22 übermittelt,- so daß Wicklungen 24a,24b eines Schrittmotors 24 jeweils entsprechend dem Steuersignal erregt und angesteuert werden.
5

Die Achse der Drosselklappe 26 wird durch den Schrittmotor 24 angetrieben, so daß die Winkelstellung der Drosselklappe 26 entsprechend der Drehrichtung und der Schrittzahl des Schrittmotors 24 eingestellt wird. 10

Durch eine Rückholfeder 28 wird die Drosselklappe 26 in Richtung auf ihre vollständig geschlossene Stellung vorgespannt.

-5 Die Winkelstellung der Drosselklappe 26 wird durch die Zentraleinheit 18 anhand der Anzahl der Drehschritte des Schrittmotors 24 in jeder Richtung abgeschätzt.

Die Arbeitsweise der oben beschriebenen Vorrichtung soll anhand der Figuren 2 und 3 näher erläutert werden.

Figur 2 ist ein Flußdiagramm eines Interrupt-Programms, das in vorgegebenen Zeitintervallen durch ein die Zentraleinheit 18 steuerndes, nicht gezeigtes Betriebssystem aufgerufen wird. Das Betriebssystem ist üblicherweise in einem Nur-Lese-Speicher (ROM) gespeichert. Figur 3 ist ein Flußdiagramm eines sogenannten Zählerüberlauf-Interrupt-Programms, das entsprechend der Geschwindigkeit des Schrittmotors, die durch das periodische Interrupt-Programm gemäß Figur 2 ermittelt wird, wiederholt iteriert wird. D.h., die Zentraleinheit des Mikrocomputers enthält einen Zähler, der eine Anzahl von WinkeIbewegungs-Einheiten des Schrittmotors 24 zählt.

Gemäß Figur 2 ließt die Zentraleinheit 18 in Schritt

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die Winkelverstellung (Weg 1) des Gaspedals 10. In Schritt 102 berechnet die Zentraleinheit 18 in Abhängigkeit von der Stellung des Gaspedals einen Sollwert für den öffnungswinkel der Drosselklappe (eine gewünschte Schrittzahl STEP*).

In Schritt 104 berechnet die Zentraleinheit 18 die Abweichung £ der tatsächlichen Schrittzahl STEP der Drosselklappe 26 von der gewünschten Schrittzahl STEP*.

Darüber hinaus wird durch die Zentraleinheit 18 in Schritt 106 die gewünschte Motorgeschwindigkeit berechnet, die Drehrichtung des Schrittmotors 24 ausgewählt, die Reiterationsperiode des Zählerüberlauf-Interrupt-Programms festgelegt und ein Flag gesetzt, das die Drehrichtung des Motors angibt.

In Schritt 108 entscheidet die Zentraleinheit 18, ob das Gadpedal 10 die vollständig gelöste Stellung erreicht hat, d.h., ob das Gaspedal 10 eine Stellung erreicht hat, die der vollständig geschlossenen Stellung der Drosselklappe 26 entspricht. Wenn dies der Fall ist, so entscheidet die Zentraleinheit 18 in Schritt 110, ob die Drosselklappe 26 eine Position unmittelbar vor der vollständig geschlossenen Stellung erreicht hat. Zu diesem Zweck überprüft die Zentraleinheit, ob die tatsächliche Schrittzahl STEP des Schrittmotors 24 kleiner oder gleich 4 ist.

Wenn das Gadpedal 10 nicht losgelassen wurde oder wenn die Drosselklappe 26 nicht eine Position unmittelbar vor der vollständig geschlossenen Stellung erreicht hat, so wird in Schritt 212 ein Entregungs-Flag NOTRQ zurückgesetzt. Wenn dagegen das Gaspedal 10 losgelassen wurde und die Drosselklappe 26 eine Position unmittelbar

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vor der vollständig geschlossenen Stellung erreicht hat, so setzt die Zentraleinheit 18 in Schritt 114 das Entregungs-Flag NOTRQ.

Das Flußdiagramm des Zählerüberlauf-Interrupt-Programms soll unter Bezugnahme auf Figur 3 erläutert werden.

10 15 20 25

In einem Schritt 116 entscheidet die Zentraleinheit 18, ob das Entregungs-Flag NOTRQ gesetzt ist. Wenn dieses Flag nicht gesetzt ist, so entscheidet die Zentraleinheit 18 in Schritt 118, ob der Schrittmotor 24 in Ruhe ist, sich in Normalrichtung dreht oder ob er sich in Rückwärtsrichtung dreht. Bei der Drehung des Schrittmotors in Normalrichtung wird in Schritt 120 die tatsächliche Schrittzahl STEP um 1 erhöht. Wenn sich der Motor in Rückwärtsrichtung dreht, so wird die tatsächliche Schrittzahl STEP in Schritt 122 um 1 vermindert. Wenn sich der Schrittmotor in der Ruhestellung befindet, wird die Schrittzahl STEP nicht verändert.

Die in Schritt 120 oder 122 erhaltene tatsächliche Schrittzahl STEP entspricht dem tatsächlichen öffnungswinkel der Drosselklappe 26 und wird zur Berechnung der oben beschriebenen Abweichung £ verwendet.

In Schritt 124 wird eines der nachfolgend in Tabelle 1 wiedergegebenen Erregungsmuster 1,2,3 und 4 in einer vorgegebenen Reihenfolge ausgewählt, durch die die Drehrichtung des Schrittmotors 24 festgelegt wird.

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- 10 -

TABELLE 1

10 15 20 25 30

	1	27	26	25	24	23	22	21	20
Erregungs	2
muster	3
4	X	X	X	X	1	0	0	0
Entregungs- nauster	X	X	X	X	0	0	1	0
	X	X	X	X	0	1	0	0
X	X	X	X	0	0	0	1

X	X	X	X	1	1	1	1

Die Erregungsmuster 1,2,3 und 4 in Tabelle 1 geben an, welcher der Anschlußklemmen A und B des Schrittmotors ein Strom zugeführt wird, und in welcher Polarität der Strom zugeführt wird (d.h., von A nach A oder umgekehrt).

Wenn von dem Erregungsmuster 1 auf das Erregungsmuster 2 übergegangen wird, so wird der Schrittmotor 24 in der normalen Drehrichtung betätigt. Wenn das Erregungsmuster in der Reihenfolge 3,4,1,2 und 3 geändert wird, so wird der Schrittmotor 24 wiederholt in der normalen Drehrichtung betätigt. Wenn dagegen die Erregungsmuster in der Reihenfolge 1,4,3,2,1 und 4 ausgewählt werden, so wird der Schrittmotor 24 nacheinander schrittweise in Rückwärtsrxchtung betätigt.

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Auf diese Weise werden die Erregungsmuster 1,2,3 und in einer vorgegebenen Reihenfolge ausgewählt, so daß der Schrittmotor 24 schrittweise entweder in Normalrichtung oder in Rückwärtsrichtung gedreht wird. Die Drosselklappe 26 wird bei jedem Schritt des Schrittmotors 24 beispielsweise um 1,8° in Öffnungs- oder Schließrichtung verstellt.

Wenn das Gaspedal 10 losgelassen ist, so befindet sich die Drosselklappe 26 in der Position unmittelbar vor der vollständig geschlossenen Stellung, und bei der Abfrage in Schritt 116 wird festgestellt, daß das Flag NOTRQ gesetzt ist. In diesem Fall wird in Schritt ein Entregungsmuster aufgerufen, das ebenfalls in Tabelle 1 dargestellt ist. Auf diese Weise wird keine der Wicklungen 24a, 24b des Schrittmotors 24 erregt, und die Verstellung der Drosselklappe 26 in die vollständig geschlossene Stellung erfolgt ausschließlich mit Hilfe der Rückholfeder 28. Obgleich das Gaspedal 10 losgelassen wurde, kann die Drosselklappe 26 daher die vollständig geschlossene Stellung einnehmen, ohne daß sie einen Spalt mit den Wänden der Drosselkammer bildet. Da darüber hinaus die Drosselklappe 26 unmittelbar vor dem Erreichen der vollständig geschlossenen Stellung durch die Wirkung des Schrittmotors kurz angehalten wird, wird ein heftiger Aufprall der Drosselklappe auf die Wände oder einen Anschlag der Drosselkammer verhindert .

Wenn die tatsächliche Schrittzahl STEP des Motors 24 einen kleinen Wert, beispielsweise 4 oder weniger, aufweist, so erkennt die Zentraleinheit 18, daß sich die Drosselklappe 26 in einer Position unmittelbar vor der vollständig geschlossenen Stellung befindet. Der Grund besteht darin, daß die Winkelstellung des Schrittmotors

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24 nicht in jedem Fall mit der vollständig geschlossenen Stellung der Drosselklappe 26 übereinstimmt. Bei dem in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel angewandten Verfahren, bei dem vier Erregungsmuster 1,2,3 und 4 sequentiell ausgewählt werden, beträgt der maximale Fehler drei Schritte. Ein Toleranzbereich entsprechend einer Schrittzahl kleiner oder gleich 4 ist daher ausreichend .

Da bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der die Drosselklappe 26 antreibende Schrittmotor 24 entregt wird, wenn die Drosselklappe eine Position unmittelbar vor der vollständig geschlossenen Stellung erreicht hat, und die Drosselklappe danach durch die Kraft der Rückholfeder 28 in die vollständig geschlossene Stellung überführt wird, kann die Drosselklappe 26 exakt auf die vollständig geschlossene Stellung eingestellt werden, und es wird verhindert, daß die Drosselklappe bei Erreichen der vollständig geschlossenen Stellung mit hoher Geschwindigkeit auf die Drosselkammer aufprallt.

Hierdurch wird die Lebensdauer der Drosseleinheit erhöht, und die Leerlaufdrehzahl der Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs kann zuverlässig in dem normalen Leerlaufdrehzahlbereich gehalten werden.

Bei der Massenherstellung von Kraftfahrzeugen muß zwar bei der Montage der Schrittmotoren und der Drosselklappen der öffnungswinkel der Drosselklappe und das Erregungsmuster für den Schrittmotor derart eingestellt werden, daß der öffnungswinkel Null der Drosselklappe mit dem Erregungsmuster 1 zusammenfällt, doch wird erfindungsgemäß die Feineinstellung der Drosselklappe in der vollständig geschlossenen Stellung mit Hilfe der Rückholfeder 28 ausgeführt, so daß der Zeit- und Arbeitsauf-

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wand für die Feineinstellung verringert und die Herstellungskosten entsprechend gesenkt werden.

Die gleiche Wirkung kann durch eine Vorrichtung erzielt werden, bei der der öffnungswinkel der Drosselklappe mit Hilfe eines Potentiometers abgetastet wird.

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Claims

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PATENTANWÄLTE — EUROPEAN PATENT ATTORNEYS

Dipl.-Chem. Dr. N. ter Meer Dipl.-lng. H. Steinmeister ^ue5?irchers^MtrSe 45 Artur-Ladebeck-Strasse « D-8000 MUNOEN 80 D-48OO BIELEFELD 1

WG85285/283(2)/TB 2?. MSiZ 18ß*

St/Wi/me

NISSAN MOTOR COMPANY, LIMITED 2, Takara-cho, Kanagawa-kU/ Yokohair.a-shi, Kanagawa-ken, Japan

VORRICHTUNG ZUR STEUERUNG DER WINKELVERSTELLUNG EINER DROSSELKLAPPE IN EINEM KRAFTFAHRZEUG

PRIORITÄT: 01. April 1985, Japan, Nr. 60-68763 (P)

PATENTANSPRÜCHE orrichtung mit

(a) einem Steuerglied (26), durch dessen Position die Drehzahl einer Antriebsmaschine gesteuert wird und das

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die Antriebsmaschine im Leerlaufzustand hält, wenn es sich in einer vorgegebenen Position befindet,

(b) einer von Hand betätigbaren Bedienungseinrichtung (10) zum Einstellen des Stellglieds (26) in eine gewünschte Position,

(c) einer Abtasteinrichtung (12) zur Abtastung der Position der Bedienungseinrichtung (10) und zur Erzeugung eines der abgetasteten Position entsprechenden Signals; und

(d) einer das Signal der Abtasteinrichtung aufnehmenden Antriebseinrichtung (14,22,24) zur Betätigung des Steuerglieds (26) in Abhängigkeit von der Position der Bedienungseinrichtung (10),

dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung (14,22,24) das Steuerglied (26) freigibt, wenn die Bedienungseinrichtung (10) unbetätigt ist und die Abtasteinrichtung (12) kein Signal liefert, und daß eine Feineinstellvorrichtung (28) vorgesehen ist, die das Steuerglied (26) nach dessen Freigabe allmählich in die vorgegebene Position überführt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ e ichnet, daß das Steuerglied eine in einer Drosselkammer angeordnete Drosselklappe (26) ist, deren Achse mit der Antriebseinrichtung (24) verbunden ist, und daß die Feineinstellvorrichtung eine an der Achse der Drosselklappe befestigte Rückholfeder (28) ist, die die Drosselklappe in Richtung auf die vorgegebene Position vorspannt.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bedienungseinrichtung ein Gaspedal (10) ist und daß die Antriebseinrichtung (14,22,24) die Drosselklappe in eine in der Nähe der vorgegebenen Position gelegene Zwischenposition einstellt, wenn das Gaspedal (10) gelöst wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die vorgegebene Position der Drosselklappe (26) die vollständig geschlossene Stellung der Drosselklappe ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch eine zweite Abtasteinrichtung, die abtastet, ob die Drosselklappe (26) die Zwischenstellung erreicht hat,und ein das Erreichen der Zwischenstellung anzeigendes Signal an die Antriebseinrichtung liefert.
6. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung einen in entgegengesetzte Richtungen antreibbaren Schrittmotor (24) und eine Steuereinrichtung (14) umfaßt, die anhand der Drehrichtung und der Anzahl der zurückgelegten Schritte des Schrittmotors (24) abtastet, ob die Drosselklappe die Zwischenstellung erreicht hat.