DE3812762A1 - Verfahren und anordnung zur ueberwachung eines istwertgebers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anord­ nung zur Überwachung eines Istwertgebers einer Stell­ vorrichtung, insbesondere für die Leistungssteuerung einer Brennkraftmaschine, wobei von dem Istwertgeber eine Ausgangsspannung abgegeben wird, welche von der Stellung der Stellvorrichtung innerhalb eines vorge­ gebenen Bereichs abhängig ist.

Insbesondere bei der Leistungssteuerung der Brenn­ kraftmaschine eines Kraftfahrzeugs kann durch eine Fehlsteuerung der Stellvorrichtung eine Gefahrensitu­ ation entstehen. Eine derartige Stellvorrichtung wird üblicherweise dadurch gesteuert, daß ein den Sollwert darstellendes Signal und ein Istwertsignal einem Regler zugeführt werden, an dessen Ausgang die Stellvorrichtung angeschlossen ist. Das Istwertsig­ nal wird von einem Istwertgeber abgeleitet. Bei einem Defekt des Istwertgebers, bei welchem der festgelegte Zusammenhang zwischen der Stellung der Stellvorrichtung und dem Istwertsignal - also dem Ausgangssignal des Istwertgebers - nicht mehr gewähr­ leistet ist, erfolgt eine Fehlsteuerung der Stellvor­ richtung. In einem Kraftfahrzeug können von einem derartigen Defekt insbesondere dann Gefahren ausge­ hen, wenn der Defekt zu einer ungewollten Beschleuni­ gung des Kraftfahrzeugs führt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Über­ wachung des Istwertgebers zu ermöglichen, wobei zu berücksichtigen ist, daß es bei dem Istwertgeber keine Einwirkungsmöglichkeit einer bedienenden Per­ son gibt, die Stellvorrichtung in eine definierte Stellung zu bringen. Eine fehlerhaft verlaufende Kennlinie soll erkannt werden, bevor die Stellvor­ richtung eine sicherheitskritische Stellung ein­ nimmt.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekenn­ zeichnet, daß unabhängig von der Erzeugung der Aus­ gangsspannung Prüfsignale in Abhängigkeit davon abge­ leitet werden, in welchem von mehreren Teilbereichen des Stellbereichs sich die Stellvorrichtung befin­ det, und daß der Wert der jeweils abgegebenen Aus­ gangsspannung mit Sollwerten verglichen wird, welche für die Grenzen desjenigen Teilbereichs abgespei­ chert sind, dem die jeweils abgeleiteten Prüfsignale zugeordnet sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat unter anderem den Vorteil, daß wesentliche Abweichungen des Ausgangs­ signals von der vorgesehenen Kennlinie erkannt wer­ den und daß weitere Maßnahmen zur Abwendung von Gefahren getroffen werden können - beispielsweise eine Unterbrechung der Einwirkung des Steuergerätes auf die Stellvorrichtung.

Eine zusätzliche Überwachungsmöglichkeit ist gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfah­ rens, bei welchem die Ausgangsspannung auf einen Bereich begrenzt ist, der kleiner als eine dem Ist­ wertgeber zugeführte Betriebsspannung ist, dadurch gegeben, daß ferner die jeweils abgegebene Ausgangs­ spannung mit den Grenzen des Bereichs verglichen wird.

Eine andere Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß der Stellbereich in drei Teilbereiche unterteilt ist, wobei die Grenze zwischen einem ersten und einem zweiten Teilbereich in der Nähe derjenigen Grenze des Stellbereichs liegt, welche nicht sicherheitskritisch ist, und daß die Grenze zwischen dem zweiten und einem dritten Teilbereich näher an der nicht sicherheitskritischen Grenze des Stellbereichs als an der sicherheitskriti­ schen Grenze liegt.

Mit dieser Weiterbildung des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens wird vermieden, daß innerhalb des mittleren Bereichs auftretende Fehler nur dann erkannt werden, wenn sie zu einer Ausgangsspannung führen, welche im Bereich der maximalen Ausgangsspannung liegen.

Gemäß einer anderen Weiterbildung des erfindungsge­ mäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß die Grenze zwi­ schen dem zweiten und dem dritten Teilbereich nicht näher an der Grenze zwischen dem ersten und dem zwei­ ten Teilbereich liegt als ein Weg, den die Stellvor­ richtung bei maximal möglicher Verstellgeschwindig­ keit innerhalb derjenigen Zeit zurücklegt, die zu einem Vergleich der Ausgangsspannung jeweils benö­ tigt wird. Sowohl mit Analogschaltungen als auch mit Hilfe eines Mikrocomputers aufgebaute Steuergeräte benötigen für einen Vergleich der Ausgangsspannungen eine gewisse Zeit. Sollte ein Fehler auftreten, der zu einer sicherheitskritischen Verstellung der Stell­ vorrichtung führt, wobei diese aus dem zweiten in den dritten Teilbereich gerät, kann ein Fehler nicht festgestellt werden, wenn nach Auftreten des Fehlers ein Vergleich erst dann stattfindet, wenn sich die Stellvorrichtung im dritten Teilbereich befindet und ferner die Ausgangsspannung größer als der Sollwert für die Grenze zwischen dem zweiten und dem dritten Teilbereich ist. Dieses wird bei der letztgenannten Weiterbildung berücksichtigt.

Eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemä­ ßen Verfahrens ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Ausgangsspannung ein Potentiometer und zur Ableitung der Prüfsignale Schalter vorgesehen sind. Dabei können zum Vergleich der Ausgangsspan­ nungen mit den vorgegebenen Werten Vergleichsschal­ tungen oder ein Mikrocomputer vorgesehen sein.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zwei davon sind schematisch in der Zeichnung an Hand mehrerer Figuren dargestellt und nachfolgend be­ schrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer elektro­ nischen Gaspedalanlage mit einer erfindungs­ gemäßen Anordnung,

Fig. 2 graphische Darstellungen zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens und

Fig. 3 ein Struktogramm für ein das erfindungsgemäße Verfahren betreffendes Rechenprogramm.

Bei der elektronischen Gaspedalanlage gemäß Fig. 1 wird mit Hilfe eines Gaspedals 1 ein Sollwert für die Stellung der Drosselklappe 2 vorgegeben und einem Steuergerät 3 zugeführt. Das Steuergerät 3 erhält seine Betriebsspannung vom positiven Pol 4 der Fahrzeugbatterie über einen Spannungsregler 5. Das Steuergerät 3 ist in an sich bekannter Weise auf­ gebaut und enthält neben anderen Komponenten einen Mikroprozessor 6. Ein Ausgang 7 des Steuergerätes 3 ist über eine Endstufe 8 mit einer Stellvorrichtung 9 für die Drosselklappe 2 verbunden.

Die Welle 10 der Drosselklappe 2 ist in nicht näher dargestellter Weise mit dem Schleifer 11 eines Poten­ tiometers 12 verbunden, so daß eine die Drosselklap­ penstellung kennzeichnende Spannung als Istwert an das Steuergerät abgegeben wird. In Reihe mit dem Potentiometer 12 sind zwei Widerstände 13, 14 ge­ schaltet, wodurch der Bereich der Ausgangsspannung gegenüber der Betriebsspannung derart begrenzt wird, daß bei intaktem Istwertgeber die Ausgangsspannung nicht kleiner als ein unterer Wert U _min und nicht größer als ein oberer Wert U _max werden kann. Mit der Drosselklappenwelle 10 sind ferner zwei Schalter 15, 16 verbunden, die bei verschiedenen Winkelstellungen der Drosselklappenwelle 10 betätigt werden und ent­ sprechend Signale an das Steuergerät 3 abgeben.

Fig. 2a) zeigt die Ausgangsspannung U des Istwertge­ bers in Abhängigkeit von der Stellung S der Drossel­ klappe. Außerdem ist in Fig. 2a) der Wert der Betriebsspannung U₀ eingetragen. Die Spannung U steigt von U _min bis U _max linear mit der Bewegung der Drosselklappe von der Leerlaufstellung LL bis zur Vollaststellung VL an. Bei den Stellungen S 1 und S 2 werden die Schalter 15, 16 (Fig. 1) betätigt. Danach läßt sich der gesamte Stellbereich in drei Teilbe­ reiche A, B, C einteilen. Die Schaltzustände sind in Fig. 2a) mit Z 1.1, Z 1.2, Z 2.1 und Z 2.2 bezeichnet sind. Die Ausgangsspannungen, die sich bei intaktem Istwertgeber bei den Stellungen S 1 und S 2 ergeben, sind U₁ und U₂. Wenn also von den Schaltern abgege­ bene Signale anzeigen, daß sich die Drosselklappe im Bereich B befindet, ist eine Ausgangsspannung zu erwarten, welche größer als U₁, jedoch kleiner als U₂ ist.

Fig. 2b) enthält zusätzlich zu den Angaben in Fig. 2a) zwei angenommene Fehlerkennlinien, die sich durch Defekte des Istwertgebers einstellen können. Dabei verläuft die Fehlerkennlinie F 1 innerhalb des gesamten Stellbereichs oberhalb der Kennlinie bei intaktem Istwertgeber. Dieses hat zur Folge, daß die Drosselklappe geringer geöffnet ist, als durch den Fahrer vorgegeben. Obwohl davon keine Gefährdung durch eine Leistungssteigerung der Brennkraftmaschi­ ne ausgeht, kann eine Erkennung dieses fehlerhaften Zustandes sinnvoll sein und ist durch das erfindungs­ gemäße Verfahren möglich. Bereits im unteren Bereich A verläuft die Fehlerkennlinie oberhalb der Spannung U₂, so daß in diesem Bereich ein Fehler erkannt wird. Im Bereich B verläuft die Fehlerkennlinie F 1 oberhalb der Spannung U₁, so daß hier ebenfalls ein Fehler erkannt wird. Lediglich im Bereich C verläuft die Kennlinie oberhalb der Spannung U₂ so, daß die Spannung U plausibel ist. Ein Fehler wird bei dieser Fehlerkennlinie erst gegen Ende des Aussteuerberei­ ches (kurz von VL) erkannt, da dann die Spannung U _max überschritten wird.

Die Fehlerkennlinie F 2 entspricht einem Fehler, wel­ cher sicherheitskritischer ist als der Fehler gemäß Fehlerkennlinie F 1. Die Fehlerkennlinie F 2 verläuft teilweise unterhalb der Sollkennlinie, so daß sie dem Steuergerät eine weniger geöffnete Drosselklappe meldet als tatsächlich vorhanden. Der Fehler kann innerhalb der Bereiche A und C nach dem erfindungs­ gemäßen Verfahren erkannt werden, während sich im Bereich B die Ausgangsspannung U innerhalb der Span­ nungen U₁ und U₂ befindet. Da bei dem erfindungsgemä­ ßen Verfahren der Bereich B klein gegenüber dem gesamten Stellbereich gewählt ist, ist das Fehlver­ halten der Stellvorrichtung in diesem Bereich jedoch ebenfalls relativ gering.

Während im Zusammenhang mit den Fig. 2a) und 2b) eine statische Betrachtung erfolgte, verdeutlicht Fig. 2c) das dynamische Verhalten. Dabei wird davon ausgegangen, daß das Steuergerät für den Vergleich der Ausgangsspannung U mit den durch die Schalter gemeldeten Zuständen eine gewisse Zeit benötigt. Dieses gilt sowohl bei der Verwendung einer festver­ drahteten elektronischen Schaltung als auch bei einer programmgesteuerten Überwachungseinrichtung. Bei letzterer ergibt sich unter anderem eine Verzö­ gerung durch die Abfragehäufigkeit der Zustände so­ wie der Ausgangsspannung. Dabei ist eine Abstimmung der Abfragehäufigkeit auf die maximal mögliche Ver­ stellgeschwindigkeit der Stellvorrichtung erforder­ lich.

Der Schalter, der bei S 2 seinen Zustand ändert, ist nur soweit in Richtung auf die Maximalstellung ver­ schoben, daß selbst bei maximal möglicher Verstellge­ schwindigkeit mindestens einmal beim Zustand Z 2.2 - und zwar zwischen S 2 und X 1 - die Spannung U geprüft wird. In diesem Bereich muß zur Erkennung eines Fehlers U kleiner als U₂ sein. Der Abstand zwischen S 2 und X 1 ist bestimmt durch die maximale Zeit, in der das Steuergerät mindestens einmal eine Prüfung auf U kleiner als U₂ durchführt. Die Strecke x ergibt sich also aus dieser Zeit multipliziert mit der maximal möglichen Verstellgeschwindigkeit der Stellvorrichtung. Ist nämlich bis zum Punkt X 1 der Fehler nicht erkannt, so wird er im weiteren Verlauf von F 3 nicht mehr erkannt, da dann U größer als U₂ ist.

Es werden somit alle fehlerhaft verlaufenden Kenn­ linien erkannt, die unterhalb der in Fig. 2c) darge­ stellten Fehlerkennlinie F 3 verlaufen und somit kritischer sind. Es ergibt sich der Vorteil, daß fehlerhaft verlaufende Fehlerkennlinien der beschrie­ benen Art spätestens in der mit X 1 bezeichneten Stellung erkannt werden und Gegenmaßnahmen ergriffen werden können, d. h. bevor die Stellvorrichtung in fehlerhafter Weise ihre maximale Stellung erreicht hat.

Fig. 3 zeigt ein Struktogramm des im Steuergerät zur Überwachung vorgesehenen Programms. Zunächst wird geprüft, ob die Ausgangsspannung U des Istwertgebers größer als U _max ist. Ist dieses nicht der Fall, so wird geprüft, ob U kleiner als U _min ist. Ist eine dieser Bedingungen erfüllt, liegt ein Fehlerfall vor, da die Spannung U außerhalb der erlaubten Gren­ zen ist.

Als nächster Programmschritt erfolgt eine Feststel­ lung, in welchem Teilbereich sich die Drosselklappe befindet. Zunächst wird dazu der Zustand Z (S 1) des Schalters 15 (Fig. 1) abgefragt. Es wird damit fest­ gestellt, ob die Stellung S 1 über- oder unterschrit­ ten ist. Danach wird jeweils der Zustand Z (S 2) des Schalters 16 abgefragt. Ist die Stellung der Drossel­ klappe kleiner als S 2, so liegt der Zustand Z 2.1 vor, worauf die Ausgangsspannung U mit U₁ verglichen wird. Ist sie kleiner als U₁, so wird die Kennlinie als korrekt erkannt, falls sich die Drosselklappe im Bereich A befindet. Ist U jedoch nicht kleiner, wird ein Fehler gemeldet, da die Ausgangsspannung U dann für diesen Bereich A zu hoch ist.

Wird festgestellt, daß der Zustand Z 1.1 und der Zustand Z 2.2 vorliegen, so wird ebenfalls ein Fehler gemeldet, da diese beiden Zustände nicht gleichzei­ tig vorhanden sein dürfen.

Für den Fall, daß der Zustand Z 1.2 und der Zustand Z 2.1 vorliegen, wenn also die Stellungen der Schal­ ter auf den Bereich B schließen lassen, wird eben­ falls die Ausgangsspannung U mit U₁ verglichen. Ist U größer als U₁, wird entschieden, ob U kleiner als U₂ ist. Ist dieses der Fall, so ist die Kennlinie korrekt, während anderenfalls ein Fehler angezeigt wird. Ein Fehler wird auch dann gemeldet, wenn U nicht größer als U₁ ist.

Schließlich wird die Spannung U mit der Spannung U₂ verglichen, wenn die Zustände Z 1.2 und Z 2.2 vorlie­ gen. Ist dann U größer als U₂, ist die Kennlinie korrekt, während anderenfalls ein Fehler gemeldet wird.

Claims (7)

1. Verfahren zur Überwachung eines Istwertgebers einer Stellvorrichtung, insbesondere für die Lei­ stungssteuerung einer Brennkraftmaschine, wobei von dem Istwertgeber eine Ausgangsspannung abgegeben wird, welche von der Stellung der Stellvorrichtung innerhalb eines vorgegebenen Bereichs abhängig ist, dadurch gekennzeichnet, daß unabhängig von der Erzeu­ gung der Ausgangsspannung Prüfsignale in Abhängig­ keit davon abgeleitet werden, in welchem von mehre­ ren Teilbereichen des Stellbereichs sich die Stell­ vorrichtung befindet, und daß der Wert der jeweils abgegebenen Ausgangsspannung mit Sollwerten vergli­ chen wird, welche für die Grenzen desjenigen Teilbe­ reichs abgespeichert sind, dem die jeweils abgeleite­ ten Prüfsignale zugeordnet sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Aus­ gangsspannung auf einen Bereich begrenzt ist, der kleiner als eine dem Istwertgeber zugeführte Be­ triebsspannung ist, dadurch gekennzeichnet, daß fer­ ner die jeweils abgegebene Ausgangsspannung mit den Grenzen des Bereichs verglichen wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellbereich in drei Teilbereiche unterteilt ist, wobei die Grenze zwi­ schen einem ersten und einem zweiten Teilbereich in der Nähe derjenigen Grenze des Stellbereichs liegt, welche nicht sicherheitskritisch ist, und daß die Grenze zwischen dem zweiten und einem dritten Teil­ bereich näher an der weniger sicherheitskritischen Grenze des Stellbereichs als an der sicherheitskriti­ schen Grenze liegt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Grenze zwischen dem zweiten und dem dritten Teilbereich nicht näher an der Grenze zwi­ schen dem ersten und dem zweiten Teilbereich liegt als ein Weg, den die Stellvorrichtung bei maximal möglicher Verstellgeschwindigkeit innerhalb derjeni­ gen Zeit zurücklegt, die zu einem Vergleich der Aus­ gangsspannung jeweils benötigt wird.

5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Ausgangsspannung ein Potentio­ meter und zur Ableitung der Prüfsignale Schalter vor­ gesehen sind.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß zum Vergleich der Ausgangsspannung mit den vorgegebenen Werten Vergleichsschaltungen vorgesehen sind.

7. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß zum Vergleich der Ausgangsspannung mit den vorgegebenen Werten ein Mikrocomputer vorgesehen ist.