DE4303560A1

DE4303560A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Verstelleinrichtung

Info

Publication number: DE4303560A1
Application number: DE19934303560
Authority: DE
Inventors: Georg Haubner; Hans Schrumpf
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1993-02-08
Filing date: 1993-02-08
Publication date: 1994-08-11
Anticipated expiration: 2013-02-09
Also published as: DE4303560B4

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steue rung einer Verstelleinrichtung gemäß den Oberbegriffen der unabhän gigen Patentansprüche.

Aus der DE-OS 33 46 436 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Verstelleinrichtung am Beispiel einer Leerlaufdreh zahlregelung bekannt mit einem Ventil in der Luftansaugleitung einer Brennkraftmaschine, welches auf digitaler Basis unter Verwendung von Tabellenwerten angesteuert wird. Dabei werden sogenannte Stromzei gerwerte (Adressenwert) auf der Basis eines (Stellungs- oder Dreh zahl)sollwerts ermittelt und in ein Tastverhältnis eines Ansteuer signals für einen elektrischen Motor umgesetzt. Eine vergleichbare Vorgehensweise kann bei der Ansteuerung von Schrittmotoren verwendet werden, bei denen ein vorgegebener Positionssollwert in einen Tabel lenzeigerwert umgesetzt wird, in dessen Abhängigkeit die Stromwerte für die Phasen des Schrittmotors in Betrag und Richtung festgelegt werden. Problematisch bei der Steuerung von Verstelleinrichtungen sind die naturgemäß vorhandenen mechanischen Endanschläge, die mög licherweise während des Betriebs der Verstelleinrichtung angefahren werden und die bei unkontrolliertem Anschlag zu einem Aufbau hoher Stromwerte durch die Wicklungen des elektrischen Motors sowie zu mechanischen Schäden führen können.

Daher werden in der Regel Lernverfahren für die Position der Ver stelleinrichtung in ihrer Anschlagstellung vorgeschlagen, bei denen einmalig oder mit jedem Betriebsbeginn oder während des Betriebs, z. B. im Schiebebetrieb, der Endanschlag angefahren und die Position erfaßt und abgespeichert wird. Auf der Basis des gespeicherten Posi tionswerts kann dann die Steuerung der Verstelleinrichtung begrenzt werden, so daß der Anschlag nicht erreicht wird. Da durch Erwärmung und/oder Alterung der Anschlagswert sich ständig ändert, muß das An schlagslernverfahren in der Regel öfters durchgeführt werden und ge nau sein. Dies kann bei einigen Ausführungen nicht befriedigend sein.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Maßnahmen anzugeben, welche eine Überlastung bei der Steuerung von Verstelleinrichtungen gegen einen ihrer mechanischen Anschläge wirksam vermeidet, ohne daß ein aufwen diges Lernverfahren der mechanischen Endanschläge eingesetzt werden muß bzw. wobei eine vereinfachte Form eines Lernverfahrens nur mit Blick auf steuerungs- bzw. regelungstechnischen Gründen ausreicht.

Dies wird dadurch erreicht, daß dann, wenn sich die Verstelleinrich tung im Bereich eines Anschlags befindet und ein Antrieb der Ver stelleinrichtung gegen den Anschlag erfolgt, eine zeitabhängige Än derung des Zeigerwertes im Sinne einer Begrenzung des Ansteuer signals erfolgt.

Vorteile der Erfindung

Durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise werden Überlastungen in folge von Antreiben einer Verstelleinrichtung gegen einen ihrer mechanischen Endanschläge wirksam vermieden.

Insbesondere ist von Vorteil, daß kein bzw. nur ein eingeschränktes vereinfachtes Lernen der Anschlage notwendig ist, wenn eine ungefäh re Lage der Anschlagsposition aus Regelungs- bzw. Steuerungsgründen, z. B. im Bereich der Leerlaufregelung, notwendig erscheint.

Toleranzen durch Alterungen und andere Drifterscheinungen sind beim erfindungsgemäßen Verfahren unkritisch, da bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise bei entsprechender Vorgabe eine Ansteuerung des An schlages erfolgt.

Die erfindungsgemäße Vorgehensweise führt zu einer wesentlichen Re duzierung der Anfahrkräfte am Anschlag.

Insbesondere vorteilhaft ist die Anwendung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise bei der Steuerung von Drosselklappen im Luftansaug system einer Brennkraftmaschine im Zusammenhang mit einer Leerlauf regelung, einer elektronischen Motorleistungssteuerung und/oder ei ner Antriebsschlupfregelung.

Die erfindungsgemäße Vorgehensweise läßt sich vorteilhaft sowohl im Bereich des minimalen Anschlags als auch im Bereich des Maximalan schlags einer Drosselklappe durchführen. Dabei kann in vorteilhafter Weise im Bereich der vollgeöffneten Drosselklappe, das heißt des maximalen Anschlags, ein großer Toleranzbereich gewählt werden und die erfindungsgemäße Vorgehensweise als Sicherheitsprogramm dienen.

Ferner ist keine Änderung der mechanischen Konstruktion der Ver stelleinrichtung notwendig.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie aus den abhängigen Ansprüchen.

Zeichnung

Die erfindungsgemäße Vorgehensweise wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen naher erläutert. Dabei zeigt Fig. 1 ein Übersichtsblockschaltbild einer Steuereinrichtung für eine Verstelleinrichtung, in Fig. 2 ist anhand eines Flußdia gramms zur Darstellung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise im Be reich eines Minimal- und eines Maximalanschlages als Rechenprogramm skizziert.

Beschreibung von Ausführungsformen

In Fig. 1 ist mit 10 eine Steuereinheit dargestellt, mit 12 eine Verstelleinrichtung bezeichnet. Der Steuereinheit sind Eingangslei tungen 13 bis 15 zugeführt, welche die Steuereinheit 10 mit Meßein richtungen 16 bis 18 verbinden. Ferner weist die Steuereinheit 10 eine weitere Eingangsleitung 20 auf, welche Steuereinheit 10 und Verstelleinrichtung 12 verbindet. Die Ausgangsleitung 22 der Steuer einheit 10 führt auf die Verstelleinrichtung 12. Die Eingangsleitun gen 13 bis 15 werden einer Sollwertbildungseinheit 24 zugeführt, welcher ferner in einem Ausführungsbeispiel auf die Leitung 20 zuge führt ist. Eine Verbindungsleitung 26 verbindet die Sollwertbil dungseinheit 24 mit Steuermittel 28, welche zum Beispiel aus einem Regler bestehen. Die Ausgangsleitung 30 der Steuermittel 28 führt einerseits auf die Ansteuermittel 32, andererseits auf die Auswerte einheit 34, welcher ferner die Verbindungsleitung 20 zugeführt ist. Die Ausgangsleitung 36 der Auswerteeinheit 34 führt auf die An steuermittel 32, deren Ausgangsleitung 22 zur Verstelleinrichtung 12 führt. Die Ausgangsleitung 22 führt auf einen Antrieb 38, welcher als Gleichstrommotor, Schrittmotor oder Drehsteller ausgebildet sein kann. Dieser ist über die mechanische Verbindung 40 mit einer im Luftansaugsystem 42 angeordneten Drosselklappe 44 verknüpft. Die Drosselklappe 44 bzw. die mechanische Verbindung 40 oder der Antrieb 38 sind über eine Wirkverbindung 46 mit einer Meßeinrichtung 48 zur Erfassung der Stellung der Verstelleinrichtung 12 verbunden, deren Ausgangsleitung die Leitung 20 darstellt.

Die Funktion der in Fig. 1 skizzierten Anordnung wird im folgenden am Beispiel einer elektronischen Motorleistungssteuerung beschrie ben. Die Sollwertbildungseinheit 24 bildet in Abhängigkeit der von den Meßeinrichtungen 16 bis 18 erzeugten Betriebsgrößen, insbesonde re in Abhängigkeit der Stellung eines vom Fahrer betätigbaren Be dienelements, einen Positionssollwert für die Verstelleinrichtung 12. Dieser wird, sofern eine Lageregelung der Verstelleinrichtung 12 vorgesehen ist, mit dem über die Leitung 20 zugeführten Istwert in Beziehung gesetzt und über die Leitung 26 an die Steuermittel 28 ab gegeben. Diese bilden in Abhängigkeit des Sollwerts bzw. der Abwei chung des Sollwerts vom Istwert nach einer vorgegebenen Vorgehens weise (z. B. Regleralgorithmen wie PID, Verzögerungsglieder oder Mo delle abhängig von einer Regelabweichung) einen Tabellenzeigerwert (Stromzeiger SZGR/Adressenwert), welcher über die Leitung 30 zu den Ansteuermitteln 32 geführt wird. Handelt es sich bei dem Antrieb 38 um einen Gleichstrommotor, der durch ein Ansteuersignal betrieben wird, so bestehen die Ansteuermittel 32 im wesentlichen aus einer Tabelle, welche den Stromzeigerwert (die Adresse) der Leitung 30 in ein Ansteuertastverhältnis des Ansteuersignals für den Gleichstrom motor 38 umsetzt.

Der Stromzeigerwert wird im Ansteuermittel 32 bei einem Schrittmotor als Antrieb in mindestens ein Stromwertepaar umgesetzt, welches an die beiden Ansteuerphasen des Schrittmotors ausgegeben wird und eine schrittweise Verstellung und eine Feinpositionierung der Verstell einrichtung 12 entsprechend dem Positionssollwert bewirkt.

Neben der in Fig. 1 dargestellten Drosselklappe kann als Stellglied der Verstelleinrichtung 12 auch die Regelstange eines Dieselmotors oder der Hebel einer Dieseleinspritzpumpe vorgesehen sein.

Bei Anwendung der Anordnung nach Fig. 1 im Rahmen einer Leerlaufre gelung wird in der Sollwertbildungseinheit 24 ein in Abhängigkeit von Betriebsgrößen gebildeter Drehzahlsollwert mit dem Drehzahlist wert verglichen und ein die Regelabweichung repräsentierender Wert über die Leitung 26 zur Ansteuerung der Verstelleinrichtung 12 be rechnet. Die weiteren Betriebsgrößen sind dabei in bekannter Weise z. B. Batteriespannung, Motortemperatur, Klimaanlagenstatus, etc. Bei einem Antriebsschlupfregelungssystem wird in der Sollwertbil dungseinheit 24 ein in Abhängigkeit des gemessenen Schlupfes eines Antriebsrads und dem Sollschlupf abhängiger Wert über die Leitung 26 weitergegeben.

Ferner kann die Anordnung nach Fig. 1 auch im Zusammenhang mit der Positionierung von Verstelleinrichtungen mit alternativen Antriebs konzepten Anwendung finden.

Der von den Steuermitteln 28 gebildete Tabellenzeigerwert wird der Auswerteeinheit 34 zugeführt. Dieser wird ferner die Position der Verstelleinrichtung zugeführt, welche mit vorgegebenen Schwellwerten für den minimalen und gegebenenfalls maximalen Anschlag verglichen wird. Dadurch wird ein Positionsbereich in der Nähe des jeweiligen Anschlags festgelegt, innerhalb derer die Auswerteeinheit 34 aktiv ist. Der vorgegebene Wert, welcher den Anschlagsbereich begrenzt, ist so zu wählen, daß er immer großer als die mögliche Toleranz des Anschlages ist. Beim maximalen Anschlag, wenn die Verstelleinrich tung 12 in ihrer voll offenen Stellung steht, kann dieser Toleranz bereich großer gewählt werden, wodurch wie nachfolgend beschrieben, die Stellgeschwindigkeit in Richtung auf die voll offene Drossel klappe vermindert und somit Sicherheit gewonnen werden kann. Bei ei nem Schrittmotorantrieb ist dieser Anschlagsbereich derart zu wäh len, daß er den Bereich der Feinpositionierung innerhalb eines Grob schrittes nicht überschreitet.

In der Auswerteeinheit 34 wird ferner der Tabellenzeigerwert mit ei nem vorgegebenen Schwellwert verglichen, der anzeigt, daß eine An steuerung gegen den Anschlag erfolgt. Ab diesem Zeitpunkt läuft eine Zeitdauer ab, innerhalb derer der Stromzeigerwert auf einen Minimal wert begrenzt wird, was über die Leitung 36 als Eingriff in das An steuermittel 32 in Fig. 1 symbolisch dargestellt ist.

Mit anderen Worten erfolgt innerhalb des Anschlagsbereichs eine ge steuerte Begrenzung des durch die Antriebseinheit 38 fließenden Stroms. Diese Strombegrenzung kann dabei vorteilhafter Weise zeitab hängig in einem oder mehreren Schritten auf einen minimalen Strom wert reduziert werden, der keinerlei Überlastung zuläßt.

Eine entsprechende Vorgehensweise in Form eines Rechenprogramms ist anhand des Flußdiagramms für den Minimal- und Maximalanschlag skizziert. Selbstverständlich kann eine Anwendung der erfindungsge mäßen Vorgehensweise sich auch nur auf den minimalen bzw. auf den maximalen Anschlag beschränken.

Nach Start des Programmteils in Fig. 2, beispielsweise kurbelwel lensynchron, werden in einem ersten Schritt 100 der Stromzeiger SZGR sowie der Positionswert POS der Verstelleinrichtung 12 eingelesen. Im darauffolgenden Schritt 102 wird der Positionswert POS mit einem unteren Grenzwert verglichen, ob der aktuelle Positionswert POS klei ner oder gleich dieser Schwelle DELTA1 ist. Ist dies nicht der Fall, ist dies ein Zeichen dafür, daß sich die Verstelleinrichtung 12 nicht im Bereich des unteren Anschlags befindet und der Programmteil fährt mit dem Abfrageschritt 104 und der Abfrage, ob der Positions wert großer oder gleich einem oberen Grenzwert DELTA2 ist. Ist auch dies nicht der Fall, so befindet sich die Verstelleinrichtung 12 auch nicht im Bereich ihres maximalen Anschlags, so daß der Pro grammteil gemäß Fig. 2 beendet wird und die normale Steuerfunktion durchgeführt wird.

Befindet sich gemäß Schritt 102 die Drosselklappe im Anschlagsbe reich um den minimalen Anschlag, das heißt wird die Abfrage nach Schritt 102 mit "JA" beantwortet, so wird im darauffolgenden Abfra geschritt 106 der Stromzeigerwert SZGR mit einem ersten Wert ver glichen, welcher derart gewählt ist, daß ein Überschreiten dieses ersten Werts durch den Stromzeigerwert ein Antrieb der Verstellein richtung 12 gegen ihren minimalen Anschlag anzeigt. Befindet sich der Stromzeigerwert unterhalb dieses ersten Werts, so wird gemäß Schritt 108 der Zähler T zu Null gesetzt und der Programmteil mit Schritt 104 fortgeführt. Befindet sich der Stromzeigerwert jedoch über diesem ersten Wert, das heißt ist ein Antrieb der Verstellein richtung gegen den Anschlag erkannt, so wird der Zeitzähler T um Eins inkrementiert und im darauffolgenden Abfrageschritt 112 der Zählerstand T mit einem maximalen Zählerstand verglichen. Ist der Zählerstand kleiner als dieser Maximalwert wird mit Schritt 104 fortgefahren, andernfalls wird gemäß Schritt 114 der Stromzeigerwert SZGR auf einen vorbestimmten Minimalwert SZGRmin reduziert und der Programmteil mit Schritt 104 fortgeführt.

Die Schritte 102 bis 114 führen in der erfindungsgemäßen Vorgehens weise im Anschlagbereich um den minimalen Anschlag bei Antrieb der Verstelleinrichtung gegen den Anschlag zu einer zeitabhängigen Redu zierung der Ansteuerung unter Zurücknahme des Stromzeigerwertes. Um bei Schrittmotoren die Funktion dieser Vorgehensweise sicherzustel len, muß der untere Grenzwert DELTA1 im Bereich der Feinpositionie rung innerhalb eines Grobschrittes liegen.

Wird im Schritt 104 erkannt, daß die Verstelleinrichtung 12 sich im Bereich ihres maximalen Anschlags befindet, wird eine vergleichbare Vorgehensweise eingeschlagen. Im Abfrageschritt 116, der auf den Abfrageschritt 104 im Falle einer "JA"-Entscheidung folgt, wird überprüft, ob der Stromzeigerwert einen vorgegebenen zweiten Wert überschritten hat, welcher einen Antrieb der Verstelleinrichtung 12 gegen den oberen Anschlag anzeigt. Ist dies nicht der Fall, wird ge mäß Schritt 118 der Zähler T2 zu Null gesetzt und der Programmteil beendet. Hat der Stromzeigerwert den zweiten Wert überschritten und wurde daher ein Antrieb der Verstelleinrichtung 12 gegen den oberen Anschlag erkannt, so wird gemäß Schritt 120 der Zähler T2 inkremen tiert und im darauffolgenden Abfrageschritt mit einem Maximalwert verglichen. Überschreitet der Zähler T2 nicht den Maximalwert, so wird der Programmteil beendet, andernfalls der Stromzeigerwert auf einen minimalen Wert gesetzt (Schritt 124). Danach wird der Pro grammteil beendet.

Auch hier findet somit bei Antrieb der Verstelleinrichtung gegen ihren oberen Anschlag eine zeitabhängige Reduzierung des Stromzei gerwertes und somit des Ansteuerstromes statt. Für die Auswahl der Schwelle DELTA2 gelten die obengenannten Grundsätze.

Bei Durchführung des Programmteils nach Fig. 2 im Sinne der Strom begrenzung wird die normale Steuerfunktion der Steuereinheit 10 aus gesetzt. Diese ist lediglich dann aktiv, wenn sich die Verstellein richtung nicht in den vorgegebenen Positionsbereichen befindet oder der Stromzeigerwert die entsprechenden Werte nicht überschritten hat. In diesen Fällen findet auch im Bereich des Anschlags die nor male Steuerfunktion Anwendung.

In einem Ausführungsbeispiel wird bei Erreichen der Grenzwerte durch den Stromzeigerwert dieser nicht sofort, sondern schrittweise auf den minimalen Stromzeigerwert gesetzt.

Claims

1. Verfahren zur Steuerung einer Verstelleinrichtung, insbesondere bei Kraftfahrzeugen,

- wobei die Stellung der Verstelleinrichtung erfaßt wird,
- ein Ansteuersignal in Abhängigkeit eines Tabellenzeigerwertes (Adressenwert) gebildet wird, der aus einem Vorgabewert ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß
- in einem vorgegebenen Positionsbereich um einen Anschlag der Ver stelleinrichtung bei einem Antrieb der Verstelleinrichtung gegen den Anschlag eine vorzugsweise zeitabhängige Änderung des Tabellenzei gerwerts (Adressenwert) im Sinne einer Steuerung des Ansteuersignals auf einen Grenzwert erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver stelleinrichtung 12 eine mit einem elektrischen Antrieb betätigbare Drosselklappe oder Einspritzpumpe darstellt.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß der elektrische Antrieb ein Gleichstrommotor ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß der Anschlag ein minimaler oder maximaler Anschlag ist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß anhand des Tabellenzeigerwertes durch Vergleich mit Grenzwerten ein Antrieb der Verstelleinrichtung 12 gegen den je weiligen Anschlag erkannt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß bei Antrieb der Verstelleinrichtung gegen einen Anschlag ein Zähler aktiviert wird, welcher nach Überschreiten einer vorgegebenen Schwelle zu einer vorgegebenen Reduzierung des Tabel lenwertes führt.

7. Vorrichtung zur Steuerung einer Verstelleinrichtung,

- mit Mitteln zur Erfassung der Position der Verstelleinrichtung,
- mit Mitteln zum elektrischen Antrieb der Verstelleinrichtung,
- mit Ansteuermittel, welche ein Ansteuersignal in Abhängigkeit von Tabellenzeigerwerten (Adressenwert) bilden,
- mit Steuermittel, welche in Abhängigkeit eines Vorgabewerts den Tabellenzeigerwert (Adressenwert) ermitteln, dadurch gekennzeichnet, daß
- dann, wenn sich die Verstelleinrichtung im Bereich eines Anschlags befindet, und ein Antrieb der Verstelleinrichtung gegen den Anschlag erfolgt eine vorzugsweise zeitabhängige Änderung des Zeigerwertes (Adresse) im Sinne einer Steuerung des Ansteuersignals auf einen Grenzwert erfolgt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver stelleinrichtung eine Drosselklappe oder eine Einspritzpumpe umfaßt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Antrieb der Verstelleinrichtung ein Gleich strommotor, ein Schrittmotor ist oder ein Drehstrommotor mit Drehfeldsteuerung ist.