DE3844353C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektrischen Ansteuern des elektrisch-mechanisch betriebenen Luftmengen-Stellantriebs bei einem elektronisch-mechanischen Fahrpedal.

Stand der Technik

Seit Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen verwendet werden, ist es bekannt, den Luftmengensteller, in aller Regel eine Drosselklappe, mit Hilfe eines Fahrpedales zu verstellen. Das Fahrpedal und der Luftmengensteller sind mechanisch gekoppelt. In den letzten Jahren wurden auch sogenannte elektronische Fahrpedale entwickelt. Bei diesen besteht keine mechanische Kopplung mehr zwischen Fahrpedal und Luftmengensteller, son­ dern mit dem Fahrpedal ist mechanisch ein Pedalwertgeber, in der Regel ein Drehpotentiometer, gekoppelt. Das Potentiometer gibt einen elektrischen Sollwert ab, der einer elektronischen Lageregelung zugeführt wird, die mit Hilfe des Sollwerts und des Istwerts der Stellung des Luftmengenstellers ein Stell­ signal für einen Stellmotor liefert, der entsprechend dem ihm zugeführten Stellsignal die Lage des Luftmengenstellers fest­ legt.

Aus der DE-OS 28 36 067 ist ein System zur Steuerung und Regelung einer Brennkraftmaschine bekannt, bei dem über ein vom Fahrer betätigbares Fahrpedal die zuzuführende Kraftstoffmenge vorgegeben wird und über einen Stellungsregelkreis für die die Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine beeinflussende Drosselklappe die zur Verbrennung der vorgegebenen Kraftstoffmenge benötigte Luft nachgeführt wird. Dabei wird in Abhängigkeit der Stellung des Fahrpedals und weiterer Betriebsparameter der Brennkraftmaschine ein Sollwert für die Stellungsregelung der Drosselklappe vorgegeben, der mit einem über einen Stellungsgeber ermittelten Stellungsistwert der Drosselklappe verglichen wird und ein Servomotor derart angesteuert wird, daß die Drosselklappe in die der Sollwertposition entsprechende Stellung verstellt wird. Um bei plötzlichen Änderungen der Fahrpedalstellung bzw. der zuzuführenden Kraftstoffmenge eine plötzliche Veränderung der Abgaszusammensetzung aufgrund der zu langsamen Nachführung der zur Verbrennung benötigten Luft zu vermeiden, wird vorgeschlagen, das Stellungsignal des Fahrpedals zu differenzieren und das differenzierte Stellungssignal dem Ansteuersignal des Stellmotors im Stellungsregelkreis der Drosselklappe zu beaufschlagen. Dadurch wird eine plötzliche Änderung der Drosselklappenstellung und damit der zugeführten Luftmenge bewirkt.

Weiterhin ist es bekannt, die beiden eben genannten Vorrich­ tungen zu koppeln. Dies erfolgt aus Sicherheitsgründen. Zum Koppeln der beiden Vorrichtungen ist die Welle, die den Stell­ motor mit einer Drosselklappe verbindet, von einer äußeren Stelleinrichtung umgeben, die mit dem Fahrpedal mechanisch gekoppelt ist. Die Stellmotorwelle kann sich mit Spiel inner­ halb der äußeren Stelleinrichtung bewegen. Wird das Fahrpedal verstellt, verdreht sich die äußere Stelleinrichtung, jedoch wird fast gleichzeitig die Stellmotorwelle verdreht, da das Ändern der Stellung des Fahrpedales zu einem neuen Sollwert für die Lageregelung führt, der schnell in einen neuen Stell­ wert umgesetzt wird. Die Welle befindet sich daher dauernd in etwa in der Mitte des Spielbereichs, der gegenüber der äußeren Stelleinrichtung besteht. Fällt die elektronische Lageregelung aus, wird die Stellmotorwelle nicht mehr elektrisch verstellt, wodurch die äußere Stelleinrichtung an Anschlägen an der Welle anschlägt, wenn das Fahrpedal verstellt wird. Dann wird die Welle durch die äußere Stelleinrichtung mitgenommen. Somit wird die Drosselklappe unmittelbar mechanisch durch das Fahr­ pedal verstellt, wobei allerdings eine kleine Hysterese auf­ grund des Spiels zwischen der äußeren Stelleinrichtung und der Stellmotorwelle besteht.

Probleme treten jedoch dann auf, wenn bei funktionsfähiger elektronischer Lageregelung das Fahrpedal sehr schnell ver­ stellt wird, insbesondere, wenn ein Fahrer, ausgehend von Vollgas, plötzlich den Fuß vom Fahrpedal nimmt. Dann schlägt die äußere Stelleinrichtung schnell an den Anschlägen an der Stellmotorwelle an, was zur Folge hat, daß auch das Fahrpedal nicht schnell in seine Leerlauflage zurückkehrt, sondern daß dieses Zurückkehren nur mit derjenigen Geschwindigkeit er­ folgt, mit der sich die Stellmotorwelle in die Leerlauflage zurückdreht. Dadurch, daß das Fahrpedal sozusagen hängen­ bleibt, ist die der Lageregelung maximal zuführbare Regelab­ weichung auf einen Wert begrenzt, der dem halben Spiel zwi­ schen äußerer Stelleinrichtung und Stellmotorwelle entspricht. Es ist leicht möglich, trotz dieses begrenzten Wertes der Regelabweichung große Stellwerte zum schnellen Verstellen des Stellmotors zu erhalten, wenn nämlich die Verstärkung im Lageregelungskreis entsprechend hoch gewählt wird, oder wenn im PID-Regler stark differenziert wird. Beide Maßnahmen er­ höhen jedoch die Schwingungsneigung des Lageregelungskreises erheblich.

Diese Problemstellung ist durch den in der DE-OS 38 36 067 genannten Vorschlag nicht zu beseitigen, da eine unmittelbare Abhängigkeit der Luftmengenstellerstellung vom differenzierten Fahrpedalstellungssignal einen Eingriff in die Regelstruktur mit möglicherweise nachteiligen Folgen für die Funktion der Regelkreises bedeutet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum elektrischen Ansteuern des elektrisch-mechanisch betriebenen Luftmengen-Stellantriebs bei einem elektronisch-mechanischen Fahrpedal anzugeben, das auch bei plötzlichen starken Ände­ rungen der Fahrpedalstellung zu einer schnellen Änderung der Stellung des Luftmengenstellers führt, wobei aber dennoch Lageregelung mit geringer Schwingungsneigung möglich ist. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine Vor­ richtung zum Ausführen eines solchen Verfahrens anzugeben.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung ist für das Verfahren durch die Merkmale von Anspruch 1 und für die Vorrichtung durch die Merkmale von An­ spruch 2 gegeben. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Vor­ richtung ist Gegenstand des Anspruchs 3.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß als Sollwert nicht nur unmittelbar derjenige verwendet wird, der direkt vom Fahrpedal-Stellungssignal vom Pedalwertgeber abhängt, sondern daß zusätzlich ein Ableitungs-Sollwert ver­ wendet wird, der durch Differenzieren des genannten Fahrpedal­ Stellungssignals gebildet ist. Die Summe der beiden genannten Sollwerte wird als Sollwert für die Lageregelung des Luftmen­ genstellers verwendet.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist außer einem für sich bekannten Mittel zum Bilden des Direkt-Sollwertes noch ein Differenziermittel zum Bilden des Ableitungs-Sollwertes und ein Additionsmittel zum Bilden der Summe der beiden Sollwerte auf. Vorteilhafterweise ist das Differenziermittel durch ein RC-Differenzierglied gebildet. Dies hat den Vorteil, daß der Ableitungs-Sollwert praktisch zeitgleich mit einer Änderung der Pedalstellung zum Bilden des Wertes der Regelabweichung zur Verfügung steht. Hier ist zu beachten, daß der Sollwert bei einem elektronischen, und demgemäß auch bei einem elek­ tronisch-mechanischen Fahrpedal mit Hilfe eines Mikrorechners aus dem Fahrpedal-Stellungssignal berechnet wird. Diese Be­ rechnung mit Hilfe des Mikrocomputers bedingt eine Verzöge­ rung von einigen Millisekunden zwischen einem Zeitpunkt, zu dem die Fahrpedalstellung geändert wird und dem Zeitpunkt, zu dem sich dies in dem an den Lageregelungskreis ausgegebenen Sollwert äußert. Diese Verzögerungszeit kann durch besondere Maßnahmen verkürzt werden, was es ermöglicht, den Ableitungs- Sollwert auch durch den Mikrorechner statt durch ein RC-Dif­ ferenzierglied zu bestimmen. Dies wirkt sich jedoch auf die Leistung des Rechners für andere Aufgaben negativ aus, weswe­ gen das äußere RC-Differenzierglied besonders bevorzugt ist. Unabhängig davon, wie der Ableitungs-Sollwert gebildet wird, ist es in bezug auf geringes Schwingungsverhalten des Lagere­ gelungskreises vorteilhafter, eine Differenzierung beim Soll­ wert und nicht beim Wert der Regelabweichung mit Hilfe des PID-Reglers vorzunehmen. Dies, weil sich die erhöhte Diffe­ renzierung dann nicht bei der Lagereglung um einenfesten Wert auswirkt, wie er bei gleichbleibender Pedalstellung vorliegt.

Zeichnung

Die einzige Figur zeigt ein Blockschaltbild eines Fahrpedals mit Pedalwertgeber, eines Luftmengenstellers mit zugehörigem Lageregelungskreis und einer Vorrichtung zum Bilden eines Sollwertes für den Lageregelungskreis mit Hilfe des Signales vom Pedalwertgeber.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

In der Figur bedeuten gestrichtelte Linien mechanische Kopp­ lungen. So ist ein Fahrpedal 1 mechanisch mit einem Pedal­ wertgeber 2 verbunden. Der Pedalwertgeber 2 ist z. B. ein Drehpotentiometer, dessen Welle mit der Achse des Fahrpeda­ les 1 verbunden ist. Mechanische Koppelung besteht weiterhin zwischen einem Stellmotor 8 und einer Drosselklappe 9, sowie einem Drosselklappenpotentiometer 10, die beide von der Welle des Stellmotors 8 angetrieben werden. Schließlich kann eine mechanische Koppelung 11 zwischen dem Fahrpedal 1 und der Welle des Stellmotors 8 vorhanden sein. Diese mechanische Koppelung stimmt mit derjenigen überein, die eingangs für elektronisch- mechanische Fahrpedale erläutert wurde.

Das Fahrpedal-Stellungssignal FPS vom Pedalwertgeber 2 wird in herkömmlicher Weise einem Mikrocomputer 3 zugeführt, der einen Direkt-Sollwert DSW berechnet, der an eine Verknüpfungs­ stelle 4 ausgegeben wird. In der Verknüpfungsstelle 4 wird vom Direkt-Sollwert DSW der Istwert IW abgezogen, wie er vom Drosselklappenpotentiometer 10 geliefert wird. Der dadurch gebildete Wert RAW der Regelabweichung wird einem PID-Reg­ ler 5 zugeführt, der ein Stellsignal berechnet, das über eine verstärkende Treiberstufe 6 den Stellmotor 8 treibt. Der Be­ griff "Direkt-Sollwert" soll andeuten, daß dieser Sollwert in der Regel eindeutig mit dem Fahrpedal-Stellungssignal ver­ knüpft ist, daß also zu jedem Wert des Fahrpedal-Stellungs­ signales ein einziger Direkt-Sollwert gehört, und umgekehrt. Jedoch muß diese Bedingung nicht notwendigerweise erfüllt sein. Der Direkt-Sollwert kann auf jede beliebige Art und Weise, wie sie von elektronischen und elektronisch-mechani­ schen Fahrpedalen her bekannt ist, aus dem Fahrpedal-Stel­ lungssignal gewonnen sein.

Unterschiedlich gegenüber bekannten Anordnungen ist ein RC- Differenzierglied 7, dem das Fahrpedal-Stellungssignal FPS zugeführt wird und das an seinem Ausgang einen Ableitungs- Sollwert ASW ausgibt, der in der Verknüpfungsstelle 4 zum Direkt-Sollwert DSW addiert wird. Dieses Differenzierglied 7 gewährleistet, daß eine schnelle Änderung der Stellung des Fahrpedales 1 zu einem großen Sollwert und damit einer großen Regelabweichung RAW selbst dann führt, wenn das Spiel zwi­ schen der mechanischen Stelleinrichtung 11 und der Welle des Stellmotors 8 gering ist.

Das RC-Differenzierglied 7 sorgt jedoch nicht nur für einen großen Wert der Regelabweichung RAW im Falle einer plötzli­ chen Änderung der Stellung des Fahrpedales 1, sondern es sorgt auch dafür, daß der Wert der Regelabweichung praktisch unmit­ telbar zusammen mit der Änderung des Fahrpedals geändert wird. Dies galt für bisherige Verfahren und Vorrichtungen für elek­ tronische Fahrpedale nicht, da bei einem elektronischen Fahr­ pedal der Sollwert bisher grundsätzlich und ausschließlich mit Hilfe eines Mikrorechners aus dem Fahrpedal-Stellungs­ signal berechnet wurde. Da die zugehörige Berechnungsschleife vom Mikrorechner nur etwa alle 10-15 Millisekunden durch­ laufen wird, kann dieser nur in diesen Zeitabständen einen neuen Sollwert ausgeben. Im vorliegenden Fall reagiert dem­ entsprechend der Direkt-Sollwert so langsam wie der Sollwert bei bekannten Verfahren und Vorrichtungen. Der aus Direkt- und Ableitungs-Sollwert gebildete Summen-Sollwert reagiert jedoch aufgrund der schnellen Reaktion des Ableitungs-Soll­ wertes sehr schnell auf Änderungen der Fahrpedalstellung.

Es ist denkbar, daß für die Verfahrensschritte, die zum Be­ treiben eines elektronischen oder eines elektronisch-mechani­ schen Fahrpedales erforderlich sind, in Zukunft ein speziel­ les integriertes Schaltungsbauteil verwendet wird. Solche speziellen Bauteile sind dazu in der Lage, Rechenschleifen in sehr kurzer Zeit zu durchlaufen. In diesem Falle kann auch die Differenzierung des Fahrpedal-Stellungssignales von dem speziellen Bauteil vorgenommen werden.

Auf das RC-Differenzierglied 7 kann aber auch verzichtet wer­ den, wenn dafür gesorgt wird, daß die Verzögerung durch einen Mikrocomputer zwischen Eingang eines neuen Wertes des Fahr­ pedal-Stellungssignales und Ausgang eines Sollwertes für die Lageregelung des Luftmengenstellers gering bleibt. Dies kann z. B. dadurch erfolgen, daß jeder neue Wert für das Stellungs­ signal mit dem vorigen Wert in sehr kurzen Zeitabständen ver­ glichen wird, und dann, wenn die Differenz einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt, ein Interruptsignal dafür sorgt, daß die Berechnung eines neuen Sollwertes mit hoher Priorität erfolgt. Noch schneller kann der Interrupt dann erfolgen, wenn das Fahrpedal-Stellungssignal durch Hardware differen­ ziert wird, mit einem Schwellenwert hardwaremäßig verglichen wird und bei Überschreiten der Schwelle ein Interruptsignal ausgegeben wird, das für eine hohe Priorität der Berechnung eines neuen Sollwertes sorgt. Der hardwaremäßige Aufwand ist hierbei jedoch größer, als wenn unmittelbar der differenzier­ te Wert des Fahrpedal-Stellungssignales für das Berechnen des Sollwertes verwendet wird. Jedoch bietet das Berechnen durch den Mikrocomputer den Vorteil, daß auch beim Berechnen eines differenzierten Wertes besondere Gesichtspunkte in der logi­ schen Verarbeitung berücksichtigt werden können.

Claims (4)

1. Verfahren zum elektronischen Ansteuern eines elektrisch-mechanisch betriebenen Luftmengenstellers bei einem elektronisch-mechanischen Fahrpedal mittels eines Regelkreises zur Regelung der Stellung des Luftmengenstellers,

• - mit einem Regler, dem ein in Abhängigkeit der Stellung eines vom Fahrer betätigbaren Bedienelemente gebildeten, zu dem Istwert der Stellung des Luftmengenstellers in Beziehung gesetzten Sollwert für die Stellung des Luftmengenstellers zugeführt wird,
• - wobei der Regler in Abhängigkeit der Differenz zwischen Soll- und Istwert die Stellung des Luftmengenstellers im Sinne einer Verringerung der Differenz zwischen Soll- und Istwert einstellt,
• - wobei ferner durch Differenzierung ein Maß für die Änderungsgeschwindigkeit der Stellung des Bedienelements ermittelt wird und dieses bei der Einstellung des Luftmengenstellers berücksichtigt wird,

dadurch gekennzeichnet,

• - aus dem gebildeten Sollwert und dem ermittelten Maß für die Änderungsgeschwindigkeit der Bedienelementestellung durch Aufschaltung dieser Änderungsgeschwindigkeit auf den gebildeten Sollwert im Sinne einer Veränderung des Sollwertes in Richtung der Änderung der Bedienelementestellung ein neuer Sollwert bestimmt wird,
• - und dieser neue Sollwert zu dem Istwert der Stellung des Luftmengenstellers in Beziehung gesetzt dem Regler zugeführt wird.

2. Vorrichtung zum elektronischen Ansteuern des elektrisch-mechanisch betriebenen Luftmengenstellers bei einem elektronisch-mechanischen Fahrpedal mittels eines Regelkreises zur Regelung der Stellung des Luftmengenstellers,

• - mit einem Regler, dem ein in Abhängigkeit der Stellung eines vom Fahrer betätigbaren Bedienelements gebildeten zu dem Istwert der Stellung des Luftmengenstellers in Beziehung gesetzten Sollwert für die Stellung des Luftmengenstellers zugeführt wird, und der die Stellung des Luftmengenstellers im Sinne einer Verringerung der Differenz zwischen Soll- und Istwert einstellt,
• - mit einem Mittel zur Bildung eines Sollwerts für die Regelung der Stellung des Luftmengenstellers in Bezug auf die Stellung eines vom Fahrer betätigbaren Bedienelements,
• - mit einem Mittel, welches diesen Sollwert zur Regelung der Stellung des Luftmengensteller zu einem Istwert der Stellung des Luftmengenstellers in Beziehung setzt,
• - mit einem Differenziermittel, die ein Maß für die Änderungsgeschwindigkeit der Stellung des Bedienelements ermitteln
• - und Mittel, die diese Änderungsgeschwindigkeit bei der Einstellung des Luftmengenstellers berücksichtigen, dadurch gekennzeichnet,
• - die Mittel zur Berücksichtigung der Änderungsgeschwindigkeit der Bedienelementestellung das durch Differentiation ermittelte Maß für die Änderungsgeschwindigkeit auf den gebildeten Sollwert im Sinne einer Veränderung des Sollwertes in Richtung der Änderung der Bedientelementestellung ein neuer Sollwert bestimmt wird,
• - der zu einem Istwert der Stellung des Luftmengenstellers in Beziehung gesetzt dem Regler zugeführt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Differenziermittel ein RC-Differen­ zierglied (7) ist.