DE3937102C2

DE3937102C2 - Vorrichtung zur elektronischen Steuerung der Drosselklappenöffnung

Info

Publication number: DE3937102C2
Application number: DE3937102A
Authority: DE
Inventors: Kenji Ohta; Shigeru Horikoshi; Hayato Sugawara
Original assignee: Hitachi Automotive Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 1988-11-07
Filing date: 1989-11-07
Publication date: 1995-01-19
Anticipated expiration: 2009-11-08
Also published as: US4982710A; JP2559480B2; KR940002216B1; DE3937102A1; JPH02125937A; KR900008159A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektronischen Steuerung der Drosselklappenstellung einer Brennkraftma schine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebe nen Gattung. Eine derartige Steuervorrichtung ist bei spielsweise aus der US 4 508 078 bekannt.

Dort ist der Drosselklappe und dem Fahrpedal je ein Sensor zugeordnet, deren Ausgangs signale in einer elektronischen Steuereinheit verarbeitet werden. Die Verstellgeschwindigkeit der Fahrpedalverstel lung wird in der Steuereinheit durch Differentiation der Ausgangssignale des Fahrpedalsensors erfaßt und von der Steuereinheit zu Stellsignalen für den Gleichstrommotor verarbeitet. Wenn die Verstellgeschwindigkeit des Fahrpe dals unter einem Bezugswert liegt, entspricht das Stell signal für den Gleichstrommotor dem Ausgangssignal des Fahrpedalsensors. Bei Verstellgeschwindigkeiten oberhalb dieses Bezugswertes werden die Werte des Stellsignals vergrößert.

In der US 4 601 271 ist eine Drosselklappenanordnung be schrieben, bei welcher der scheibenförmige Rotor eines Elektromotors direkt auf der Drosselklappenwelle befestigt ist und in einem Gehäuse beidseitig neben dem Rotor Perma nentmagnete angeordnet sind. Die Stromzufuhr zu der Rotor spule erfolgt über eine Steuereinrichtung und einen Kom mutator, in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen eines Fahrpedalsensors und eines Drosselklappensensors.

In der DE-A-34 15 183 ist eine Vorrichtung zur Adaption des Kennlinienverlaufs eines Stellglieds bekannt, mit der unerwünschte Einflußgrößen eliminiert werden können. Zur Adaption z. B. der Stellglied-Kennlinie bei der Leerlauf- Füllungsregelung einer Brennkraftmaschine wird ein in ei nem Regler erzeugter Sollwert für den versellbaren Öff nungsquerschnitt eines Kraftstoff führenden Bypasskanals durch multiplikative und/oder additive Einwirkung korri giert. Als Integratoren ausgebildete Rechenglieder erhal ten ein aus einem Luftmengen-Sollwert und einem Luftmen gen-Istwert bestimmtes Eingangsdifferenzsignal.

In der Zeitschrift "Regelungstechnische Praxis", 23. Jahrg., 1981, H. 12, S. 428-436, ist von D. Ahrens und H. Günter ein Aufsatz "Verfahren der Positionierung und La geregelung" veröffentlicht worden, in dem allgemein die in der Antriebstechnik bei der Lageregelung von Bauteilen be stehende Problematik diskutiert wird. Als die Lagegenauig keit beeinträchtigende Einflüsse werden die Reibung in den bewegten Systemen und auch die durch Induktion verursach ten Anlaufverzögerungen von Elektromotoren angegeben, die durch Berechnung von entsprechenden Verstärkungsfaktoren in ausreichendem Maße kompensiert werden.

In der JP-A-61-93 251 ist eine Betätigungsvorrichtung für die Drosselklappe einer Brennkraftmaschine für ein mit ei nem Traktions-Regelsystem (TRS) bzw. Anti-Schlupf-System ausgerüstetes Kraftfahrzeug beschrieben. Bei diesen Anti- Schlupf-Regelsystemen wird eine zusätzliche Drosselklappe von einem Gleichstrommotor gegen die Kraft einer Rückhol feder aus ihrer normalen Offen-Stellung in Schließrichtung bewegt, sobald die elektronische Steuereinrichtung durch Vergleich der Ausgangssignale von Rad-Sensoren einen merk baren Schlupf zwischen einem der Antriebsräder und der Aufstandsfläche festgestellt hat.

Bei den bekannten Betätigungsvorrichtungen für eine Dros selklappe unter Verwendung eines Gleichstrommotors ergeben sich Ungenauigkeiten der Drosselklappenpositionierung, die beispielsweise auf veränderliche Betriebsparameter, wie Reibung der bewegten Einzelteile, und auf Alterung zurück zuführen sind. Da das gesamte Management der Brennkraftma schine und ggf. auch des Getriebes von der angesaugten Luftmenge in entscheidendem Maße mitbestimmt wird, kommt der genauen Positionierung bzw. Einstellung der Drossel klappe eine wesentliche Bedeutung zu,

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Steue rung der Drosselklappenstellung einer Brennkraftmaschine zu schaffen, welche von veränderlichen Betriebsbedingungen unbeeinflußt eine ausreichend genaue Einstellung eines gewünschten Öffnungsgrades gewährleistet.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angege benen Merkmale gelöst. Die erfindungsgemäße Steuereinrich tung kann die Ursachen für die Veränderungen der Betriebs eigenschaften erkennen und bei der Bestimmung der Steuer signale für den Gleichstrommotor mit berücksichtigen. So wird die jeweilige Federkonstante der dem Gleichstrommotor entgegenwirkenden Rückstellfeder bei voll geöffneter oder voll geschlossener Drosselklappe ermittelt. Zusätzlich wird auch die Reibung der Drosselklappenteile und des Gleichstrommotors bestimmt und zusammen mit den Werten der Federkonstanten bei der Erzeugung der Steuersignale für den Gleichstrommotor mit berücksichtigt. Da Änderungen der Reibungskräfte auch die Rückstellkraft der Feder beein flussen, können verschiedene Änderungen von Betriebspa rametern durch die lernende Steuerung der erfaßten Feder konstanten mit ausreichender Genauigkeit kompensiert wer den, beispielsweise der Einfluß der Reibungs- und Träg heitskräfte.

Bei der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung wird einmal die Differenz zwischen einem Ist-Wert und einem Soll-Wert des Drosselklappen-Öffnungsgrades als Proportionalterm (P-gesteuerte Komponente), und zum anderen der differen zierte Wert des Öffnungsgrades als Differentialterm (D- gesteuerte Komponente) verwendet, wobei diese Komponenten noch durch Addition der Reibungskorrekturwerte korrigiert werden, um ein genaues Steuerergebnis zu erhalten.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Antriebssystems, in dem die erfindungsgemäße Vorrichtung Anwendung findet;

Fig. 2 eine Detailansicht der in Fig. 1 gezeigten Drosselklappe;

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drosselsteuerung;

Fig. 4 das Schaltbild einer Ausführungsform der Motorantriebsschaltung;

Fig. 5 ein Steuerungsblockschaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Steuerung der Drosselklappenöffnung;

Fig. 6 einen die Beziehung zwischen der tatsächlichen Drehwinkelposition der Drosselklappe und dem tatsächlichen Gleichstrommotor-Strom darstellenden Graphen;

Fig. 7 einen die Ansprechcharakteristik bei sich veränderndem Parameter b darstellenden Graphen;

Fig. 8 einen die Beziehung zwischen den Parametern a und b darstellenden Graphen;

Fig. 9 ein Steuerblockschaltbild einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Steuerung der Drosselklappenöffnung;

Fig. 10 einen die Veränderung der Drosselklappenöffnung darstellenden Graphen, wenn der Gleichstrommotor- Strom allmählich gesenkt wird;

Fig. 11 einen die Ansprechcharakteristik der Drosselklappenposition darstellenden Graphen; und

Fig. 12 ein Flußdiagramm des erfindungsgemäßen Rechenprogramms.

Nun wird mit Bezug auf die Figuren eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Steuerung der Drosselklappenöffnung im einzelnen beschrieben. Fig. 1 stellt eine erläuternde Ansicht eines Traktionsregelsystems eines Kraftfahrzeugs dar, in dem eine Ausführungsform der Erfindung Anwendung findet. Das in Fig. 1 gezeigte Traktionsregelsystem ist von einer sogenannten "Tandembauart", in der zwei Drosselklappen vorgesehen sind. Das System ist mit einer ersten Drosselklappe 2, die direkt durch ein Gaspedal 4 betätigt wird, und mit einer zweiten Drosselklappe 6, die durch einen als Drosselbetätigungselement wirkenden Gleichstrommotor 8 geöffnet und geschlossen wird, ausgerüstet, so daß die Traktionsregelung durch Steuerung der Öffnung der zweiten Drosselklappe 6 ausgeführt wird. Wie in Fig. 2 gezeigt, ist bei der zweiten Drosselklappe 6 eine Feder oder Rückholfeder 10 vorgesehen, die die Drosselklappe 6 aus Gründen der Störungssicherheit in die vollständig geöffnete Position vorspannt, so daß diese von selbst in die vollständig geöffnete Position zurückgestellt wird, wenn die Stromzuführung an den Gleichstrommotor 8 unterbrochen ist. Der Gleichstrommotor 8 ist über eine Übersetzung 12 mit der zweiten Drosselklappe 6 verbunden, um die Klappe 6 gegen die Feder 10 zu öffnen und zu schließen.

Wenn in einem von einem leistungsstarken Motor angetriebenen Kraftfahrzeug das Gaspedal 4 unangemessen betätigt wird, kann das Fahrzeug durch das übermäßige Drehmoment an den Antriebsrädern 14 und 16 ins Schleudern geraten. Daher empfängt eine Traktionssteuerung 18 von einzelnen Radgeschwindigkeitssensoren 20, 22, 24 und 26 Signale, um anhand der Differenz zwischen den Geschwindigkeiten der Antriebsräder 14 und 16 und der Geschwindigkeit der bewegten Räder 28 und 30 das Auftreten eines Schlupfs zu ermitteln und um an eine Drosselsteuerung 32 einen Befehl zur Steuerung des Gleichstrommotors 8 entsprechend dem Öffnungsgrad der zweiten Drosselklappe 6 zu liefern, um dadurch die Ausgangsleistung eines Motors 34 so anzupassen, daß der Schlupf in einem vorgegebenen Bereich unterdrückt wird.

Die Öffnung der zweiten Drosselklappe 6 wird zu diesem Zeitpunkt mittels eines Drosselsensors 36 ermittelt und der Traktionssteuerung 18 zugeführt, wodurch ein Rückkopplungssystem gebildet wird.

Die vorliegende Erfindung wird mit bezug auf Fig. 3, in der eine Ausführungsform der Drosselsteuerung 32 gezeigt ist, beschrieben. Die ermittelten Signale der Radgeschwindigkeitssensoren 20, 22, 24 und 26 werden an eine Geschwindigkeitsermittlungseinrichtung 40 und weiterhin an eine Schlupfverhältnisberechnungseinrichtung 42 geliefert, um ein den Schlupfgrad angebendes Schlupfverhältnis S zu berechnen.

Wie oben beschrieben, wird der Öffnungsgrad der zweiten Drosselklappe 6 so gesteuert, daß das Schlupfverhältnis S in einem vorbestimmten Bereich gehalten wird. In einer Zielöffnungsgradberechnungseinrichtung 44 wird der Öffnungsgrad zu diesem Zeitpunkt, d. h. ein Zielöffnungsgrad R_t, berechnet.

Der so berechnete Zielöffnungsgrad R_t wird in die Drosselsteuerung 32 eingegeben, an die andererseits vom Drosselsensor 36 der tatsächliche Öffnungsgrad R_r der zweiten Drosselklappe 6 zugeführt wird.

Der Zielöffnungsgrad R_t und der tatsächliche Öffnungsgrad R_r werden in eine Differenzsteuersignalberechnungseinrichtung 46 eingegeben, die ein zur Differenz dieser Signale proportionales Steuersignal, also ein Differenzsteuersignal berechnet.

Außerdem wird der tatsächliche Öffnungsgrad R_r vom Drosselsensor 36 in eine Öffnungsgradsignalberechnungseinrichtung 48 eingegeben, in der ein zum Öffnungsgrad proportionales Signal erzeugt wird.

Der tatsächliche Öffnungsgrad R_r vom Drosselsensor 36 wird zudem einer Differenziereinrichtung 50 zugeführt, die einen die Bewegungsgeschwindigkeit der zweiten Drosselklappe 6 angebenden differenzierten Öffnungswert R_v ausgibt. Dieser differenzierte Öffnungswert R_v wird an eine Differentialsteuersignalberechnungseinrichtung 52 und an eine Reibungskorrektursignalberechnungseinrichtung 54 geliefert. Die Differentialsteuersignalberechnungseinrichtung 52 liefert ein dem differenzierten Öffnungswert R_v entsprechendes Differentialsteuersignal, während die Reibungskorrektursignalberechnungseinrichtung 54 ein Reibungskorrektursignal ausgibt.

Sämtliche auf vier Leitungen geführte Signale werden einer Addier-/Subtrahiereinrichtung 56 zugeführt, die die Signale dreier Leitungen, d. h. das Differenzsteuersignal von der Differenzsteuersignalberechnungseinrichtung 46, das Differentialsteuersignal von der Differentialsteuersignalberechnungseinrichtung 52 und das Öffnungsgradsteuersignal von der Öffnungsgradsignalberechnungseinrichtung 48 einer Rechenoperation unterzieht. Das von der Reibungskorrektursignalberechnungseinrichtung 54 gelieferte Reibungskorrektursignal wird später beschrieben.

Das Rechenergebnis wird durch eine Spannungskorrektureinrichtung 58 korrigiert und dann in eine Arbeitssteuersignalberechnungseinrichtung 60 eingegeben. Das korrigierte Signal wird durch die Berechnungseinrichtung 60 in ein Arbeitssteuersignal für die Steuerung des Gleichstrommotors umgewandelt und an die Motorantriebseinrichtung 62 geliefert, um den Gleichstrommotor 8 anzutreiben und dadurch die zweite Drosselklappe 6 zu öffnen und zu schließen.

In Fig. 4 sind Einzelheiten der Motorantriebseinrichtung 62 gezeigt. Die Motorantriebseinrichtung 62 wird von einer sogenannten "H-Typ-Transistorbrückenschaltung" gebildet und ist aus vier FETs 70, 72, 74 und 76 aufgebaut. Durch paarweise Steuerung der Leitfähigkeit diagonal angeordneter FETs, z. B. der FETs 70 und 76 bzw. der FETs 72 und 74, wird der Gleichstrommotor 8 vorwärts und rückwärts gedreht. Insbesondere wird die Stromsteuerung des Gleichstrommotors 8 durch Steuerung der Leitfähigkeiten der einzelnen FETs anhand von Impulssignalen und durch die Änderung des Pegelverhältnisses der Impulssignale bewerkstelligt.

Wenn in diesem Moment der Strom des Gleichstrommotors 8 auf einen vorgegebenen Wert geregelt wird, d. h. wenn die erwähnte Belastung auf einen vorgegebenen Wert eingestellt wird, wird der Wert des tatsächlich durch den Gleichstrommotor 8 fließenden Stroms anhand der Klemmenspannung geändert.

Daher wird die Spannung durch Ermittlung der Spannung des Gleichstrommotors 8 mittels einer Spannungsermittlungseinrichtung 80 und durch Lieferung des ermittelten Wertes an die oben erwähnte Spannungskorrektureinrichtung 58 korrigiert.

Ein Mikrocomputer 82 weist einen Nur-Leser-Speicher (ROM), in dem ein Programm gespeichert ist, einen Schreib-Lese- Speicher (RAM) und einen A/D-Wandler auf und steuert über Schaltelemente 84, 86, 88 und 90 in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Drosselsensors 36 und eines Gaspedalpositionssensors 91 wahlweise die vier FETs 70, 72, 74 und 76, um den Gleichstrommotor-Strom einzustellen. Dieser Gleichstrommotor-Strom wird durch Ermittlung der Spannung über einen Widerstand 92 gemessen. Ein Verstärker 94 versorgt den Mikrocomputer 82 mit dem ermittelten Motorstromsignal, um die Amplitude des Gleichstrommotor-Stroms kontinuierlich zu steuern.

Diese Funktionen der Drosselsteuerung 32 sind in dem in Fig. 5 gezeigten Steuerungsblockschaltbild dargestellt.

In Fig. 5 entspricht ein die Federkonstante K_s′ einer Rückstellfeder 10 enthaltender Block 100 der Öffnungsgradsignalberechnungseinrichtung 48; ein Block 102, der das Trägheitsmoment I_s′ der gesamten Betätigungsvorrichtung der zweiten Drosselklappe enthält, die aus dem Gleichstrommotor 8 und der Drosselklappe 6 aufgebaut ist, entspricht der Differenzsteuersignalberechnungseinrichtung 46; ein Block 104, der ebenfalls das Trägheitsmoment I_s′ enthält und mit dem differenzierten Öffnungsgradwert R_v versorgt wird, entspricht der Differentialsteuersignalberechnungseinrichtung 52; ein Block 106 schließlich entspricht der Reibungskorrektursignalberechnungseinrichtung 54. Ferner stellt ein Block 108 den Gesamtaufbau eines Drosselklappenbetätigungsmechanismus dar, der aus dem Gleichstrommotor 8 und der Drosselklappe 6 aufgebaut ist. In diesem Block 108 wirkt ein Block 110 als Korrekturterm für eine Reibungsdrehmomentkonstante T_f.

Die Parameter sind wie folgt definiert:

T_m: Gleichstrommotordrehmoment
T_fm: Reibungsdrehmoment der Motorwelle
I_m: Trägheitsmoment des Gleichstrommotors
R_m: Drehwinkel des Gleichstrommotors
G: Übersetzungsverhältnisse eines zwischen dem Gleichstrommotor 8 und der Drosselklappe 6 dazwischengeschalteten Reduktionsgetriebemechanismus
I_g: Trägheitsmoment des Getriebes
R_r: Drosselklappenöffnungsposition
R₀: von der Feder 10 bewirkte Einstellposition
K_s: Federkonstante
T_f: Reibungsdrehmoment der Drosselwelle
T_v: Luftwiderstand der Drosselklappe
I: Motorstrom
K_m: Drehmomentkonstante, die das Ausgangsdrehmoment pro Einheitsstromwert des Gleichstrommotors 8 angibt
K_s′: tatsächliche Federkonstante
I_s′: tatsächliches Trägheitsmoment
a,b: Polzuordnungsparameter, die die Ansprechzeit beherrschen, die durch das Intervall zwischen dem Moment, in dem der Befehl zum Öffnen der Drosselklappe 6 ausgegeben wird und dem Moment, in dem die Drosselklappe 6 den dem Öffnungsbefehl entsprechenden Öffnungsgrad erreicht, gegeben ist.

Wenn der Gleichstrommotor 8 so betätigt wird, daß er die vollständig geschlossene Drosselklappe 6 öffnet, ist das Trägheitsmoment I_s′ durch die folgende Gleichung gegeben:

Is′=ImG²+Ig

Die Zustandsgleichung ist durch

gegeben, wobei

Wenn die Zustandsrückkopplung

angewendet wird, um eine beliebige Ansprechempfindlichkeit zu erhalten, wird das Blockschaltbild in die in Fig. 5 gezeigte Darstellung geändert.

Nun wird angenommen, daß K_s=K_s′ und I_s=I_s′ ist; damit wird die detaillierte Erläuterung fortgesetzt.

Wenn K_m=K_m′ ist, kann das gesamte Regelsystem anhand der folgenden, vereinfachten Zustandsgleichungen (4) und (5) behandelt werden:

Wenn die Parameter a und b festgesetzt werden, stimmt die Ansprechempfindlichkeit des Regelsystems mit der folgenden Übertragungsfunktion (6) überein:

Der Wert des an den Gleichstrommotor 8 gelieferten Stroms hat jedoch einen Grenzwert, so daß es schwierig ist, die Ansprechempfindlichkeit des Systems mit der obigen Zustandsgleichung oder Übertragungsfunktion in Übereinstimmung zu bringen. Ein kleiner Unterschied zwischen ihnen hat keinen Einfluß auf die Stabilität des Gesamtsystems.

In Fig. 6 ist ein Graph gezeigt, der die Beziehung zwischen der tatsächlichen Drehwinkelposition der Drosselklappe 6 und dem tatsächlichen Gleichstrommotor-Stromwert darstellt. Der maximale Gleichstrommotor-Strom ist begrenzt, so daß beim Starten des Gleichstrommotors kein Überstrom durch diesen Motor fließt. Wenn die Grenze 0.08 Sekunden nach dem Startzeitpunkt freigegeben wird, stimmt die Ansprechempfindlichkeit mit der oben erwähnten Übertragungsfunktion überein.

Wenn die durch den Gleichstrommotor ausgeführte, oben erwähnte Drehpositionssteuerung auf die Drosselklappenpositionssteuerung angewendet wird, ist die Vermeidung eines Überschwingens in der Drosselklappensteuerung erforderlich. Wenn die Drosselklappe aufgrund eines Überschwingens auf eine Sperre trifft, verursacht dies eine Fehlerhaftigkeit, ein Geräusch und eine kurze Lebensdauer des Systems.

Durch eine geeignete Wahl der oben genannten Parameter a und b kann mit der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung eine Ansprechempfindlichkeit, die frei von jeglichem Überschwingen ist, erzielt werden.

In Fig. 7 sind Ansprechcharakteristiken gezeigt, bei denen der Parameter a auf einem konstanten Wert gehalten und der Parameter b variiert wird. Wie aus Fig. 7 ersichtlich, kann mit einem geeigneten Wert b einerseits die Einstellzeit minimiert und andererseits ein Überschwingen verhindert werden.

In Fig. 8 ist für einen vorgegebenen Wert des Parameters a der optimale Wert des Parameters b angegeben. Dieser Graph eignet sich für die Festlegung der Parameter a und b.

In der obigen Erläuterung wurde der dritte Ausdruck der Formel (1) vernachlässigt, andererseits wurden das Reibungsdrehmoment, die Hysterese der Feder 10 und die anfängliche Einstellast der Feder 10 hinzuaddiert.

In Fig. 5 werden das Reibungsdrehmoment und die Federhysterese mit T_f′ bzw. durch die Geschwindigkeitsfunktion bezeichnet, während die anfängliche Einstellposition der Feder 10 mit R₀ bezeichnet wird. Die anfängliche Einstellast der Feder K_sxR₀ wird durch den Ausdruck (K_m/K_m′)xK_s′xR₀′ in der Steuerschaltung kompensiert.

Das Reibungsdrehmoment und die Hysterese der Feder 10 werden mittels der Gleichung T_f=(K_m/K_m′)xT_f′ kompensiert.

Die anfängliche Einstellposition R₀ der Feder 10 und das Reibungsdrehmoment und die Federhysterese T_f variieren beträchtlich mit der Produktstreuung, der Umgebungsänderung und der Alterungsverschlechterung, so daß eine einheitliche Festlegung der Werte R₀ und T_f in der Steuerschaltung unmöglich ist.

Wenn der Wert R₀′ den Wert R₀ nicht kompensieren kann und das Regelsystem in einem stabilen Zustand ist (vollständig geöffnet oder vollständig geschlossene Position), so gilt die folgende Gleichung:

Is′ (a²+b²) (Rt-Rr) = Ks′(R₀′-R₀)

wobei K_s=K_s′ und K_m=K_m′ ist.

Diese Gleichung kann wie folgt umgeformt werden:

Hierbei ist T_f eine mit der Geschwindigkeit sich ändernde Funktion.

Am Beginn der Bewegung der Drosselklappe erzeugt die durch T_f-T_f′ gegebene Reibung eine gegen die Bewegung der Drosselklappe 6 gerichtete Kraft.

Für die Drosselklappenbetriebscharakteristik ist die Erfüllung der Gleichung T_f-T_f′ = 0 erstrebenswert; die Verringerung von T_f-T_f′ auf Null ist jedoch sehr schwierig. Falls T_f-T_f′<0, wird das Regelsystem instabil. Daher ist es ratsam, T_f-T_f′ <0 zu setzen und die Differenz T_f-T_f′ als Reibung zu behandeln.

Der positive Wert T_f-T_f′ bewirkt eine Abweichung R_t-R_r, die durch die Gleichung

gegeben ist.

In Fig. 10 ist die Bewegung der Drosselklappe gezeigt, wenn der Gleichstrommotor-Strom allmählich erhöht oder gesenkt wird. In Fig. 10 wird nur der Gleichstrommotor- Strom verändert. Wenn i₁ einen Stromwert zum Zeitpunkt t₁, zu dem die Drosselklappe die Bewegung in einer Richtung beginnt, und i₂ einen Stromwert zu einem Zeitpunkt t₂, zu dem die Drosselklappe die Bewegung in der Gegenrichtung beginnt, darstellt, gelten die folgenden Gleichungen:

Kmi₁ = KsR₀ + T_f

Kmi₂ = KsR₀ - T_f

Wegen der letzten dieser drei Gleichungen wird R₀ durch R₀′ geschätzt und kompensiert.

In Fig. 11 ist ein Beispiel der Ansprechcharakteristik gezeigt, wenn T_f-T_f′<R₀ und die Zielposition R_t=20° ist.

Wegen T_f-T_f′<R₀ bleibt eine nicht kompensierte Abweichung R_t-R_r.

Falls T_f-T_f′=0 ist, wird die Abweichung auf Null verringert; da es jedoch schwierig ist, in einem praktischen System T_f-T_f′ auf den Wert Null einzuregeln, werden statt dessen die Parameter a und b so geändert, daß ein Überschwingen bewirkt und die Abweichung T_f-T_f′ durch dieses Überschwingen kompensiert wird. Folglich weist das Regelsystem eine genaue und stabile Regelungscharakteristik auf, wie sie in Fig. 6 gezeigt ist.

In Fig. 12 ist ein Flußdiagramm des in der Mikroprozessoreinheit 82 bereitgestellten Rechenprogramms gezeigt. Das Flußdiagramm wird in jedem vorgegebenen Zeitintervall mittels eines Zeitablaufplanes gestartet.

Im Schritt 120 nimmt das Programm die Drosselklappenposition R_r und im Schritt 121 die Gaspedalposition R_t auf und berechnet im Schritt 122 die Abweichung R_r-R_t.

Dann geht das Programm weiter zum Schritt 124, in dem der Motorstromwert i berechnet wird, sofern die folgenden Bedingungen nicht erfüllt sind:

(1) im Schritt 123 wird die Zielposition R_t=0 ermittelt; oder
(2) im Schritt 127 wird ermittelt, daß die Zielposition R_t angenähert gleich der wirklichen Position R_r ist.

Der Wert des Stroms i ist durch die Gleichung

i = A(Rt-Rr) - BΔRr + C(Rr -R₀′),

gegeben.

Im Schritt 125 setzt das Programm ein Zustandsbit auf den Wert "1" und gibt den Stromwert i im Schritt 126 aus.

Wenn andererseits der Zielwert R_t=0 und die tatsächliche Position R_r angenähert gleich R_t ist, wird im Schritt 128 beurteilt, ob ΔR Null ist oder nicht. Wenn im Schritt 128 beurteilt wird, daß ΔR Null ist und im Schritt 129 festgestellt wird, daß das Zustandsbit den Wert "1" besitzt, geht das Programm weiter zum Schritt 130, um i₁=i₁+Δi zu berechnen. Dann berechnet das Programm in den Schritten 131 und 132 die Stromwerte i₂ bzw. i, um den Stromwert i ausgegeben.

Falls im Schritt 129 das Zustandsbit den Wert "-1" besitzt, berechnet das Programm im Schritt 136 i₂=i₂-Δi und im Schritt 137 den Stromwert i, und denselben auszugeben.

Wenn im Schritt 129 das Zustandsbit den Wert "0" besitzt, werden im Schritt 135 die Stromwerte i und i₁ auf den Wert 0 (Anfangseinstellung) gesetzt.

Wenn im Schritt 128 ΔR<0 ist, geht das Programm zum Schritt 139 weiter, löscht das Zustandsbit und bestimmt im Schritt 140 einen gelernten Wert R₀′. Wie oben erwähnt, ist der gelernte Wert R₀′, der durch einen Lernprozeß bestimmt wurde, durch die folgende Gleichung gegeben.

Die Steuerung wird anschließend unter Verwendung des gelernten Wertes R₀′ ausgeführt.

Wenn in dem obigen System die Einflüsse der Drehmomentkonstanten T_f des Blocks 110 in dem aus dem Gleichstrommotor 8, der Drosselklappe 6 und der Rückstellfeder 10 aufgebauten Betätigungssystem hinreichend klein sind, um vernachlässigt werden zu können, entsteht bei den oben erwähnten drei Arten von Steuersignalen kein ernsthaftes Problem. Die Einflüsse aufgrund der Reibungsdrehmomentkonstanten T_f können jedoch nicht vernachlässigt werden, so daß eine hohe Genauigkeit nicht erhalten werden kann. Wenn im Betätigungssystem ein nicht vernachlässigbares Drehmoment vorliegt, wird es durch die durch den Block 110 dargestellte Reibungsdrehmomentkonstante T_f so beeinflußt, daß es als die Differenz zwischen dem Zielöffnungsgrad R_t und dem tatsächlichen Öffnungsgrad R_r erscheint.

In der vorliegenden Ausführungsform wird daher für die oben erwähnte Reibungskorrektursignalberechnungseinrichtung 54 der Block 106 hinzugefügt, der in dem Steuerblock als Korrekturterm für die Reibungsdrehmomentkonstante T_f wirkt.

Durch den Block 106 werden alle im Drosselklappenbetätigungsmechanismus 108 enthaltene Elemente bei der Steuerung berücksichtigt, so daß die Steuerung so ausgeführt werden kann, daß keine Differenz bestehen bleibt.

Die Reibungskorrektursignalberechnungseinrichtung 54, das heißt der Block 106, ist mit einer Tabelle versehen, die das Reibungsdrehmoment, das durch im voraus ausgeführte tatsächliche Messungen bestimmt wird, enthält, so daß das der Reibungsdrehmomentkonstanten T_f entsprechende Reibungskorrektursignal erzeugt und in die Addier-/Subtrahiereinrichtung 56 eingegeben wird.

Zu diesem Zeitpunkt entsteht jedoch das Problem, daß der Wert der Reibungsdrehmomentkonstanten T_f durch die Öffnungs- oder Schließungsrate der Drosselklappe 6 geändert wird. Insbesondere zeigt die Reibungskraft bei statischer bzw. dynamischer Reibung so weitgehend verschiedene Werte, daß die erstere im allgemeinen als beträchtlich höher angesehen werden muß. Wenn für die Reibungsdrehmomentkonstante T_f ein der Bewegung der Drosselklappe 6 entsprechender geschätzter Wert verwendet wird, ist die Korrektur durch die Reibungsdrehmomentkonstante T_f dann, wenn die ruhende Drosselklappe 6 geöffnet oder geschlossen werden soll, so unzureichend, daß die Drosselklappe 6 wahrscheinlich unbewegt bleibt. Wenn der geschätzte Wert zum Anhalten der Drosselklappe 6 verwendet wird, kann die Korrektur durch die Reibungsdrehmomentkonstante T_f ein so hohes Ausmaß annehmen, daß in der Steuerung ein Überschwingen hervorgerufen wird.

In der vorliegenden Ausführungsform ist der Block 106 mit zwei Arten von Tabellen versehen, die dem Betrieb bei ruhender Drosselklappe 6 und bei bewegter Drosselklappe 6 entsprechen. Diese Tabellen werden entsprechend dem differenzierten Öffnungsgradwert R_v gewählt.

Die Reibungskorrektur kann stets ungeachtet dem Steuerzustand der zweiten Drosselklappe 6 genau ausgeführt werden, so daß die TRS-Steuerung mit hinreichend hoher Genauigkeit ausgeführt werden kann.

Den Einflüssen der Temperatur und der Feuchtigkeit auf die Reibungskraft wurde in der vorliegenden Ausführungsform keine besondere Beachtung geschenkt. Wenn die Reibungsdrehmomentkonstante T_f unter Beachtung dieser Einflüsse geschätzt wird, kann die Steuerung selbstverständlich mit noch höherer Genauigkeit ausgeführt werden.

Die beschriebene Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist auf die Anwendung in einer Steuerung des Öffnungsgrades der Drosselklappe in einem Traktionsregelsystem eines Kraftfahrzeugs gerichtet. Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine solche Anwendung beschränkt, sie kann vielmehr auf irgendeinen Ventil- oder Klappenmechanismus angewendet werden, falls das Ventil oder die Klappe mittels eines Betätigungselementes geöffnet oder geschlossen wird. Es bedarf keiner besonderen Erwähnung, daß die Wirkungen der vorliegenden Erfindung in jedem dieser Fälle erwartet werden können. Erfindungsgemäß können ausreichend viele im Betätigungssystem für die Drosselklappe eines Verbrennungsmotors vorhandene Steuerfaktoren berücksichtigt werden, so daß der Klappenöffnungsgrad ohne Schwierigkeit mit hoher Genauigkeit gesteuert werden kann, womit hochgenaue Steuerungseigenschaften des Traktionsregelsystems des Kraftfahrzeugs erzielt werden.

Claims

1. Vorrichtung zur Steuerung der Drosselklappenstellung einer Brennkraftmaschine, bestehend aus

- einem Gleichstrommotor (8) mit einem Getriebe zum Verstellen der im Ansaugrohr der Brennkraftmaschine angeordneten Drosselklappe (6),
- einem dem Gleichstrommotor (8) zugeordneten Dros selklappensensor (36) zum Erfassen der Ist-Stellung (R_r) der Drosselklappe (6),
- einer Einrichtung (44) zum Bestimmen einer Soll-Stellung (R_t) der Drosselklappe (6) und
- einer elektronischen Steuereinheit (32), die zumindest ein Rechenglied (46) zum Bestimmen der Differenz zwi schen der Soll-Stellung (R_t) und der vom Drosselklap pensensor (36) erfaßten Ist-Stellung (R_r) der Drossel klappe (6) enthält und ein die Stromstärke des Gleich strommotors (8) steuerndes Ausgangssignal erzeugt,
dadurch gekennzeichnet, daß
- die Steuereinheit (32) ein Differenzierglied (50) zum Differenzieren der Ausgangssignale des Drosselklappen sensors (36) nach der Zeit zum Erhalt eines die Ver stellgeschwindigkeit der Drosselklappe (6) kennzeichnenden Wertes (R_v), eine Einrichtung (54) zum Bestimmen eines Reibungskorrekturwertes entsprechend dem Ausgangswert (R_v) des Differenziergliedes (50) sowie eine Recheneinheit (56) aufweist, die aus der im Re chenglied (46) bestimmten Differenz und dem in der Einrichtung (54) bestimmten Reibungskorrekturwert ein korrigiertes Ausgangssignal erzeugt, und
- ein Spannungsmesser (80) zum Erfassen der Betriebs spannung des Gleichstrommotors (8) mit einem Korrek turglied (58) der Steuereinheit (32) gekoppelt ist, in dem das Ausgangssignal der Recheneinheit (56) auf der Grundlage der erfaßten Motorspannung korrigiert wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zweite Drosselklappe (2), die direkt durch ein Gas pedal (4) betätigt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (54) zum Bestimmen des Reibungskorrek turwertes der Recheneinheit (56) das Reibungskorrektur signal zum Ausgleich von Änderungen der Reibung und der Massenträgheit des Gleichstrommotors (8) und der Dros selklappe (6) zuführt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (54) zum Bestimmen des Reibungskorrek turwertes der Recheneinheit ein Datenfeld mit korrigier ten Werten für differenzierte Ist-Stellungen (R_v) enthält.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (54) zum Bestimmen des Reibungskorrek turwertes der Recheneinheit erste und zweite Datenfelder enthält, die Korrekturwerte für differenzierte Ist-Stel lungen (R_v) aufweisen, so daß Reibungskorrektursignale er zeugt werden, die dem Betrieb bei ruhender und bei bewegter Drosselklappe (6) entsprechen.