DE3938378A1 - System zur elektronischen steuerung und/oder regelung der leistung einer brennkraftmaschine eines kraftfahrzeugs - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die dargestellte Erfindung betrifft ein System zur elektronischen Steuerung und/oder Regelung der Leistung einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der EP-A 1 21 937 ist auf dem Gebiet der elektronischen Steuerung einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs bekannt, eine Drossel­ klappe im Ansaugrohrsystem der Brennkraftmaschine durch einen auf ein elektrisches Steuersignal ansprechendes Stellglied zu betätigen, wobei das Steuersignal von der Stellung des Fahrpedals abgeleitet wird. Mit Fahrpedal und Drosselklappe verbundene Potentiometer lie­ fern ein Sollwertsignal bzw. ein Istwertrückkopplungssignal. Aus ei­ nem Vergleich dieser Signale ergeben sich die Betätigungssignale für das Stellglied.

Da aus Sicherheitsgründen die Drosselklappe durch eine Feder in Richtung ihrer Leerlauf- oder vorgegebenen, geschlossenen Position vorgespannt ist, führt jede Funktionsunterbrechung des Stellglieds während des normalen Betriebs der Brennkraftmaschine zu einer Bewe­ gung der Drosselklappe in Richtung ihrer Leerlauf- oder geschlosse­ nen Position mit der Konsequenz, daß die Ausgangsleistung der Brenn­ kraftmaschine reduziert wird. Wenn der Fahrer diesen Leistungsver­ lust bemerkt, ist seine unmittelbare Reaktion, das Fahrpedal nieder­ zudrücken. Ist die Unterbrechung nur von kurzer Dauer, wie z. B. im Fall eines Wackelkontakts im elektrischen Kreis des Stellglieds, führt das Stellglied, sobald es wieder in Funktion ist, die Drossel­ klappe schnell in eine neue Stellung, die der neuen Stellung des Fahrpedals entspricht. Dabei findet ein ungewünschter Anstieg der Motorausgangsleistung über die ursprünglich vom Fahrer gewünschte hinaus statt. Da der Fahrer auf einen Anstieg der Motorausgangslei­ stung nicht vorbereitet ist, insbesondere wenn der Fahrer dadurch überrascht wurde, kann dies eine Gefahrenquelle darstellen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei erkannten elek­ trischen Störungen derartige sicherheitskritische Fahrsituation zu vermeiden. Eine verzögerte, beispielsweise einer vorgegebenen zeit­ lichen Funktion folgende Wiederaufnahme der Systemfunktion nach Weg­ fall einer zuvor erkannten elektrischen Störung, die eine oben be­ schriebene Situation zur Folge haben könnte, stellt ein sicherheits­ unkritisches Wiederanfahren des Systems sicher.

Vorteile der Erfindung

Das System gemäß dem kennzeichnend Teil des Patentanspruchs 1 beseitigt die Nachteile und vermeidet die sie begleitenden Risiken.

Jede Unterbrechung der normalen Funktion des Stellglieds während des normalen Betriebs der Brennkraftmaschine kann durch das in Richtung eines Wertes, der der Leerlauf - oder vorgegebenen, geschlossenen Stellung der Drosselklappe entspricht, abnehmende Istwertsignal er­ kannt werden,wenn das Sollwertsignal konstant bleibt oder ansteigt, d. h. mit anderen Worten, ohne entsprechende Abnahme im Sollwertsig­ nal. Wenn das Stellglied wieder in Funktion ist, bewegt es die Dros­ selklappe unmittelbar und schnell in die dem Sollwertsignal entspre­ chende Stellung. Dieser Sollwert kann natürlich größer als der Wert sein, der vor der Funktionsunterbrechung des Stellglieds angefallen ist, wenn der Fahrer das Fahrpedal zusätzlich niedergedrückt hat. Ein plötzliches, schnelles Anwachsen der Motorausgangsleistung könn­ te die Folge sein. Die Drosselklappe wird jedoch in diese Position verzögert einer vorgegebenen zeitlichen Funktion folgend bewegt.

Die Merkmale der Unteransprüche sehen in Verbindung mit der nachfol­ genden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels zweckdienliche Ausge­ staltungen der von dem unabhängigen Patentanspruch umrissenen Er­ findung vor.

Zeichnung

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Beispiels beschrieben unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Dabei ist Fig. 1 eine schematisierte Darstellung eines Systems zur elektronischen Steuerung und/oder Regelung der Leistung einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs gemäß eines Ausführungsbeispieles der Erfin­ dung, Fig. 2 ist eine grafische Darstellung der Zustände, die im Betrieb des Systems der Fig. 1 auftreten können, und Fig. 3 ist ein Flußdiagramm, das die Funktion des Mikrocomputers des Systems der Fig. 1 illustriert.

Fig. 1 beschreibt zunächst eine Drosselklappe 11 im Ansaugrohrsy­ stem 12 einer Brennkraftmaschine (nicht dargestellt), die durch ein Stellglied 13 betätigt wird. Ein Sensor 14 in der Form eines Poten­ tiometers 15 sieht ein Rückkopplungssignal auf der Leitung 16 zum Mikrocomputer 17 vor, der über die Leitung 18 ein Sollwertsignal von einem Potentiometer 19 empfängt, das einen Sensor 20 bildet, der auf die Position eines Fahrpedals 21 anspricht. Die Drosselklappe 11 ist durch eine Feder in Richtung ihrer Leerlauf- oder vorgegebenen ge­ schlossenen Stellung aus Sicherheitsgründen vorgespannt und stellt ein Stellorgan dar, das vom Stellglied 13 in Abhängigkeit des aus dem Niederdrücken des Fahrpedals 21 abgeleiteten Steuersignals betä­ tigt wird.

Ein derartiges System kann auch analog ausgeführt sein. Dabei wird der ggf. digital verarbeitete, vom Fahrpedal 21 abgenommenen Soll­ wert in einer analogen Vergleichsstelle mit dem die Stellung der Drosselklappe repräsentierenden Istwert verglichen und das Ver­ gleichsergebnis in einem mit analogen Schaltungselementen ausgeführ­ ten Lageregler zur Ansteuerung des Stellglieds 13 verarbeitet.

In normalen Betriebszuständen, wenn das Fahrpedal betätigt ist, wird ein Sollwertsignal auf Leitung 18 mit einem Istwertsignal auf Lei­ tung 16 verglichen und entsprechende Betätigungssignale werden zum Stellglied 13 gesendet, bis die Drosselklappe in einer derartigen Stellung ist, daß das Istwertrückkopplungssignal auf Leitung 16 mit dem Sollwertsignal übereinstimmt. Den Änderungen im Sollwertsignal wird durch Bewegung der Drosselklappe 11 schnell gefolgt, obwohl na­ türlich eine unbedeutende Zeitverzögerung vorhanden ist, bevor die Drosselklappe 11 tatsächlich die gewünschte Position erreicht. Solch ein normales Betriebsverhalten ist grafisch anhand des Beispiels auf der linken Seite von Fig. 2 dargestellt, in welcher die horizontale Achse die Zeit und die vertikale Achse Soll- und Istwertsignale als Spannungswerte repräsentiert. Das Symbol VD bezeichnet das Sollwert­ signal, während das Symbol VA das Istwertsignal bezeichnet. Auf die anfängliche Betätigung des Fahrpedals 21 steigt das Sollwertsignal, zur Zeit t 1, auf den Wert VD 1 und das Istwertsignal auf den korre­ spondierenden Wert VA 1 mit einer unbedeutenden Zeitverzögerung an. Der Sollwert steigt, nachdem er auf dem Spannungswert VD 1 bis zur Zeit t 2 konstant geblieben ist, auf den Wert VD 2 zur Zeit t 3 an, bleibt konstant bis zur Zeit t 4 und nimmt dann zur Zeit t 5 auf den Wert VD 3 ab. Das Istwertsignal folgt auf VA 2 zu einem Zeitpunkt, der gerade nach der Zeit t 3 liegt und fällt auf VA 3 zu einem Zeitpunkt, der gerade nach der Zeit t 5 liegt. Während diesem normalen Betriebs­ verhalten hat die unbedeutende Abweichung zwischen Sollwertsignal VD und Istwertsignal VA, die zeitweise auftreten kann, keine Konsequen­ zen und befindet sich innerhalb der normalen Betriebstoleranz.

Wenn beispielweise die Funktion des Stellglieds 13 unterbrochen ist, bewegt sich die Drosselklappe 11 in Richtung ihrer Leerlauf- oder vorgegebenen geschlossenen Stellung. Dies ist im Mittelteil von Fig. 2 dargestellt, wobei zu bemerken ist, daß das Sollwertsignal beispielsweise als auf VD 4 konstant bleibend vom Zeitpunkt t 6 bis zum Zeitpunkt t 10 angenommen wird. Das Istwertsignal VA dagegen ist zum Zeitpunkt t 6 auf VA 4, zum Zeitpunkt t 7 ist die Funktion des Stellglieds 13 unterbrochen und da die Drosselklappe 11 sich in Richtung ihrer Leerlauf- oder vorgegebenen geschlossenen Stellung bewegt, nimmt das Istwertsignal ab und erreicht den Wert VA 5 zum Zeitpunkt t 8. Unter der Annahme, daß zu diesem Zeitpunkt t 8 die Funktion des Stellglieds 13 wieder hergestellt ist, würde bei norma­ lem Betriebsverhalten das Stellglied 13 unmittelbar und sofort die Drosselklappe 11 derart auf eine Stellung bewegen, daß das Istwert­ signal sehr schnell zum Wert VA 4 anwachsen würde. Dies würde den Ef­ fekt zur Folge haben, daß ein plötzliches Anwachsen der Motoraus­ gangsleistung erzeugt wird, das auf ein relativ langsames Abfallen der Motorausgangsleistung folgt. Ferner würde die unmittelbare, in­ stinktive Reaktion des Fahrers ein weiteres Niederdrücken des Fahr­ pedals sein, wenn er einen derartigen Abfall in der Motorausgangs­ leistung erkennt. Diese Umstände würden Anlaß geben zu einem sehr schnellen Ansteigen der Motorausgangsleistung, zu einem Wert, der höher als der durch den Fahrer gewünschte ist. Das System der darge­ stellten Erfindung vermeidet diese Schwierigkeit, da der Mikrocompu­ ter 17 in derartiger Weise arbeitet, daß die Betätigungssignale des Stellglieds 13 nur so gestaltet sind, daß die Drosselklappe sich zeitlich verzögert zum Zeitpunkt t 9 in die passende Position bewegt, wie grafisch in Fig. 2 angedeutet ist.

Eine Fehlfunktion der Drosselklappe 11 bei Steuerung durch das Stellglied 13 kann ebenso die Form annehmen, daß das Istwertsignal und das Sollwertsignal in entgegengesetzten Richtungen sich bewegen, z. B. kann der Fahrer das Fahrpedal niederdrücken, um ein Anwachsen des Sollwertsignals zu erzeugen, während die Drosselklappe in die entgegengesetzte Richtung sich bewegt und ein abnehmendes Ist-Posi­ tionssignal hervorruft. Auch dies kann erkannt werden und wird auf der rechten Seite der Fig. 2 dargestellt. Zum Zeitpunkt t 10 wächst das Sollwertsignal VD von VD 4 auf VD 5 zum Zeitpunkt t 11, während das Istwertsignal VA von VA 4 zum Zeitpunkt t 10 auf den niedrigeren Wert zum Zeitpunkt t 11 abfällt. Dies kann als ein Ergebnis einer Funk­ tionsunterbrechung des Stellglieds 13 angenommen werden, der zum Zeitpunkt t 11 noch einmal betriebsfähig wird. Dann bewegt das Stell­ glied 13 die Drosselklappe 11 nicht unmittelbar und sehr schnell in die Stellung, die dem Sollwertsignal VD 5 entspricht, sondern derart zeitlich verzögert, daß das Istwertsignal VA den entsprechenden Wert VA 5 zum Zeitpunkt t 12 erreicht.

Die Art und Weise, in der der Mikrocomputer 17 arbeitet, kann anhand des Flußdiagramms von Fig. 3 beschrieben werden. Die Soll- und Ist­ wertsignale werden in 22 a aus einer analogen in eine digitale Form zur weiteren Verarbeitung umgewandelt und die digitalen Signale VA und VD werden in 22 miteinander verglichen. Wenn diese Signale in­ nerhalb eines von der Einstellzeit des Stellglieds 13 und der Dros­ selklappe abhängigen Zeitfensters übereinstimmen, werden die Fehler­ bits in 23, die dem Fehlerzustand "Drosselklappe klemmt" und "elek­ trische Störung" entsprechen, gelöscht. Es ist aber anzumerken, daß bei normalen Betriebsbedingungen diese Fehlerbits nicht gesetzt sind, und das Hauptprogramm fährt dann auf normale Weise fort.

Wenn jedoch die Werte von Soll- und Istwert innerhalb der Einstell­ zeit nicht übereinstimmen, wird eine Abfrage in 24 durchgeführt, ob der Istwert der Stellgliedposition sich in Richtung des vorgegebenen Wertes (Sollwerts) verändert. Ist dies nicht der Fall, wird ein Un­ terprogramm zur Fehlerzuordnung eingeleitet und in 25 eine Abfrage durchgeführt, ob der gemessene Istwert der Stellgliedposition fal­ lende Tendenz zeigt. Diese Situation charakterisiert eine elektri­ sche Störung, die zu einer Bewegung des Stellglieds in Richtung sei­ ner Leerlauf- bzw. vorgegebenen geschlossenen Position führt, obwohl der vorgegebene Wert steigt oder gleichbleibt. Ein Beispiel für ei­ nen derartigen Fehlerzustand ist eine Unterbrechung im Bereich der Ansteuerung des Stellglieds. Durch Setzen des Fehlerbits in 27, das eine derartige elektrische Störung bezeichnet, wird dieser Fehlerzu­ stand angezeigt.

Läßt die Abfrage in 25 keine fallende Tendenz des Istwertsignals er­ kennen, so zeigt eine nahezu gleichbleibende Stellgliedposition bei zunehmendem oder fallendem vorgegebenen Sollwert einen mechanischen Fehler, beispielsweise ein Klemmen des Stellorgans an. In 26 wird das entsprechende Fehlerbit gesetzt. Zusätzlich besteht die in den Blöcken 26 und 27 angedeutete Möglichkeit der Einleitung eines Not­ fahrbetriebs im Fehlerfall.

Zusätzlich besteht in diesem Zusammenhang die Möglichkeit aus einem zunehmendem Istwert bei gleichbleibender oder fallender Tendenz im vorgegebenen Wert einem Fehler des Microcomputers oder einen Kurz­ schluß im Bereich der Ansteuerung des Stellglieds zu erkennen. Der­ artige Fehler führen nach aus dem Stand der Technik bekannten Ver­ fahren zur Einleitung einer Notlauffunktion, die eine Rückführung des Stellglieds in seine Ruhestellung bewirkt und somit die Charak­ teristik der zuerst genannten Fehlerzustands zeigt.

Wird im Abfrageblock 24 ein sich in Richtung auf den vorgegebenen Wert hin bewegender Istwert der Stellgliedposition erfaßt, können zwei Gründe für ein derartiges Verhalten sprechen; zum einen besteht die Möglichkeit, daß der Istwert aufgrund der Einstellzeit des Stellglieds den vorgegebenen Wert noch nicht eingeholt hat, zum an­ deren kann der Istwert der Stellgliedposition im Fall einer elektri­ schen Störung wie eine Funktionsunterbrechung des Stellglieds 13 nach Wegfall dieser Störung dem vorgegebenen Wert zu folgen begin­ nen. Dieser zweite Zustand kann erkannt werden, da in (im) den vor­ hergehenden Programmdurchläufen (-lauf) beim Auftreten beispiels­ weise einer Funktionsunterbrechung des Stellglieds das Fehlerbit, das die elektrische Störung bezeichnet, erfindungsgemäß in 27 ge­ setzt wurde. Dies wird in 29 abgefragt und wenn es gesetzt ist, wird das Stellglied 13 entsprechend Block 30 derart betätigt, daß das Istwertsignal VA und damit die Stellgliedposition verzögert auf den vorgegebenen Wert gebracht wird. Beispielweise wird das die Stell­ gliedposition beeinflussende Ansteuersignal nach Wegfall des Fehler­ zustandes einer zeitabhängig vorgegebenen Funktion folgend auf den vom Rechner ermittelten Wert geführt. Ein weiterer Realisierungsan­ satz ist in einem Filter (z.B. Tiefpaß) zu sehen, der bei Wegfall des Fehlerzustandes aktiviert das Ansteuersignal verzögert. Dadurch wird die eingangsgenannte kritische Fahrsituation wirksam vermieden und ein Überschwingen des Regelsystems nach Wiederaufnahme seiner Funktion bei Wegfall einer zuvor erkannten elektrischen Störung ver­ hindert.

Claims (4)

1. System zur elektronischen Steuerung und/oder Regelung der Lei­ stung einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit einem elek­ trisch betätigbaren, die Motorleistung beeinflussenden Stellglied, dessen Einstellung in Abhängigkeit eines vorgegebenen und eines ak­ tuellen Wertes erfolgt zur Herstellung einer Übereinstimmung zwi­ schen vorgegebenem und aktuellem Wert, dadurch gekennzeichnet, daß eine Überprüfung der Veränderung von vorgegebenem und aktuellem Wert der Stellung des Stellglieds stattfindet und daraus das Vorhanden­ sein einer elektrischen Störung und/oder ihr Wegfall abgeleitet wird und daß nach Wegfall einer zuvor erkannten elektrischen Störung des Systems dessen Funktion verzögert wiederaufgenommen wird.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens aus einem sich in Richtung seiner geschlossenen Stellung bewegenden Stellglied bei sich nicht in gleicher Weise veränderndem Sollwert eine elektrische Unterbrechung im Ansteuerkreis erkannt wird.

3. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die nach Wegfall eines zuvor erkannten Fehlerzustandes die Regelung derart einsetzt, daß die Stellgliedpositon einer vorge­ gebenen zeitlichen Funktion folgend auf die vom Regelsysten vorgege­ bene Position gesteuert wird.

4. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei Wegfall einer zuvor erkannter elektrischen Stö­ rung, wenn die Stellung des Stellglieds dem vorgegebenen Sollwert zu folgen beginnt, das Ansteuersignal für das Stellglied derart vorge­ geben wird, daß die Stellung des Stellglieds sich zeitlich verzögert dem vorgegebenen Sollwert nähert.