DE4336038A1 - Verfahren zum Betreiben einer Drosselklappen-Verstelleinrichtung - Google Patents
Verfahren zum Betreiben einer Drosselklappen-VerstelleinrichtungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben
einer Verstelleinrichtung für die Drosselklappe einer
Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug, mit der die Drossel
klappe einerseits von einem Fahrpedal und andererseits
durch einen elektromotorischen Stellantrieb gegen die Kraft
einer Rückstellfeder in Öffnungsrichtung verstellbar ist
und bei der ein erstes Potentiometer zur Erzeugung eines
die Drosselklappenstellung repräsentierenden Signals und
ein zweites Potentiometer zur Erzeugung eines die Stellung
des Stellantriebs repräsentierenden Signals sowie eine
elektronische Steuereinrichtung zur Verarbeitung dieser und
anderer Signale und zur Ansteuerung des Stellantriebs
vorgesehen ist.
Derartige Verstelleinrichtungen werden zum einen für eine
automatische Leerlaufregelung und zum anderen für die
selbsttätige Einhaltung einer vorgegebenen Fahrgeschwindig
keit eingesetzt. In beiden Fällen erfolgt dabei die Ver
stellung der Drosselklappe bei völlig entlastetem Fahrpedal
durch die elektronische Steuereinrichtung und den elektro
motorischen Stellantrieb nach Maßgabe des jeweiligen Leer
lauf-Leistungsbedarfs bzw. des Unterschieds zwischen
tatsächlicher und vorgegebener Fahrzeuggeschwindigkeit.
Werden derartige Verstelleinrichtungen nur für die Leer
laufregelung benutzt, kann man den Stellbereich des elek
tromotorischen Stellantriebs in einfacher Weise durch einen
mechanischen Anschlag in Öffnungsrichtung begrenzen. Damit
ist sichergestellt, daß bei einem Fehler im Stellantrieb,
im zugehörigen Potentiometer oder in der elektronischen
Steuereinrichtung die Drosselklappe elektromotorisch
höchstens bis zu diesem Anschlag geöffnet werden kann. Wer
den die Verstelleinrichtungen jedoch für die selbsttätige
Einhaltung einer vorgegebenen Geschwindigkeit benutzt, muß
sich der Stellbereich des elektromotorischen Stellantriebs
über den gesamten Stellbereich der Drosselklappe von einer
Position kleinster Leerlaufleistungen LLmin, über eine
Position für größte Leerlaufleistung LLmax bis in die
Vollastposition VL erstrecken. Bei einem Fehler ist also
eine unbeabsichtigte Verstellung der Drosselklappe bis in
sicherheitstechnisch relevante Bereiche möglich.
Zur Vermeidung derartiger Risiken sind bereits verschiedene
Vorschläge gemacht worden. So kann man beispielsweise
Sicherheitskontakte vorsehen, die bestimmten Positionen des
Fahrpedals, des elektromotorischen Stellantriebs oder der
Drosselklappe zugeordnet sind und die entweder allein oder
in Verbindung mit den Signalwerten der Potentiometer Plau
sibilitätsprüfungen ermöglichen, die bei Feststellung eines
Fehlers ein Abschalten des elektromotorischen Stellantriebs,
zumindest aber eine Verstellung der Drosselklappe in
Schließrichtung bewirken (vgl. EP 0 369 061 B1, DE 39 00 437
C1).
Da die Sicherheitskontakte selbst aber eine neue Fehler
quelle darstellen und da sie wegen der hohen Qualitätsan
sprüche verhältnismäßig teuer und nur mit erheblichem Auf
wand justierbar sind, ist man bestrebt, die Sicherheitspro
bleme preiswerter und einfacher zu lösen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Mög
lichkeit aufzuzeigen, mit der sicherheitstechnisch
relevante Fehler der Potentiometer-Signale mit möglichst
geringem Aufwand festgestellt werden können.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß die
Funktionsfähigkeit der Potentiometer in vorgebbaren
Zeitabständen periodisch überprüft wird, indem der
Stellantrieb aus der momentanen Position wenigstens einmal
in Schließrichtung und zurück in die momentane Position
verstellt wird, wenn die Drosselklappe sich im Stellbereich
oberhalb der maximalen Leerlaufposition befindet, und daß
aus einer gleichsinnigen Bewegung des Stellantriebs und der
Drosselklappe auf die Fehlerhaftigkeit eines der beiden
Potentiometer-Signale geschlossen wird.
Eine Fehlanzeige eines Potentiometers liegt vor, wenn das
elektrische Rückmeldesignal nicht mehr die Position der
Drosselklappe bzw. des Stellantriebs repräsentiert. Da es
höchst unwahrscheinlich ist, daß gleichzeitig beide
Potentiometer eine Fehlanzeige erzeugen, sind insgesamt
vier Fehlermöglichkeiten realistisch. Jedes der beiden
Potentiometer kann eine gegenüber den tatsächlichen
Verhältnissen zu hohe oder zu niedrige Position anzeigen.
Wie noch gezeigt wird, ist davon nur der Fall
sicherheitstechnisch relevant, daß das zweite Potentiometer
eine zu niedrige Position des Stellantriebs anzeigt. Wenn
das erste Potentiometer eine zu hohe Position anzeigt, kann
sich keine gefährliche Fahrsituation ergeben. Dieser Fehler
ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren von dem zuvor
genannten Fehler allerdings nicht zu unterscheiden.
Zugunsten der Einfachheit des Prüfungsverfahrens nimmt man
jedoch in Kauf, daß auch nicht kritische Fehlanzeigen zu
den in den Ansprüchen 4 bis 6 genannten Konsequenzen führen
können.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Überwachung
der Potentiometer ohne großen Aufwand durchgeführt werden.
Oberhalb der maximalen Leerlaufposition der Drosselklappe
bzw. gemäß Anspruch 2, wenn die Differenz der Signalwerte
aus dem ersten und zweiten Potentiometer einen vorgebbaren
Betrag überschreitet, wird der Stellantrieb im Rahmen eines
besonderen Prüfprogramms aus der momentanen Position
wenigstens einmal in Schließrichtung und wieder zurück in
die momentane Position verstellt. Die Bedingungen für die
Einleitung des Überwachungsverfahrens besagen, daß die
Drosselklappe vom Fahrpedal in Öffnungsrichtung verstellt
wurde und daß der elektromotorische Stellantrieb keine
Verstellung der Drosselklappe bewirken kann. Wird nunmehr
der elektromotorische Stellantrieb wenigstens einmal,
vorzugsweise bis zu fünfmal aus der momentanen Position in
Schließrichtung und wieder zurück in die momentane Position
verstellt, dann kann man aus dem Umstand, daß die
Drosselklappe während dieses Überwachungsprogramms
gleichsinnig verstellt wird, schließen, daß entweder das
Drosselklappen-Potentiometer eine hohe oder das
Stellantriebs-Potentiometer eine zu niedrige Position
anzeigt.
Mit anderen Worten, immer dann, wenn sich aus den Potentio
metersignalen ergibt, daß die Drosselklappe am Fahrpedal
hängt, wird überprüft, ob die Drosselklappe auf eine Bewe
gung des elektromotorischen Stellantriebs reagiert. Erfolgt
keine Reaktion, so kann man davon ausgehen, daß die Poten
tiometer richtig anzeigen, bewegt sich jedoch die Drossel
klappe gleichsinnig mit dem Stellantrieb, muß eine Fehlan
zeige vorliegen. Die vorgeschlagene Lösung erfordert keine
Sicherheitskontakte oder sonstige Bauteile. Sie beruht
allein auf einem besonderen Prüfprogramm, aus dessen
Ergebnis die notwendigen Schlüsse gezogen werden können.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfin
dungsgedankens sind in den Unteransprüchen 2 bis 8
beschrieben. Weitere Einzelheiten werden anhand des in Fig.
1 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Fig. 1 zeigt in vereinfachter Darstellung eine Verstell
einrichtung zur Durchführung des erfindungsge
mäßen Verfahrens.
Für die Erläuterung der Funktionen von Drosselklappen-Ver
stelleinrichtungen wird seit einiger Zeit die sogenannte
Lineardarstellung gewählt, bei der die zur Änderung der
Drosselklappenstellung erforderliche Drehbewegung in eine
Linearbewegung umgewandelt ist, um das Verständnis der zum
Teil sehr komplizierten Zusammenhänge zu verbessern. Dazu
werden konstruktive Details zugunsten einer Hervorhebung
der Funktionen unterdrückt.
Gemäß Fig. 1 kann der mit der Drosselklappenwelle drehfest
verbundene Hebel 10 von links nach rechts, d. h. in Öff
nungsrichtung der Drosselklappe 1 entweder vom Fahrpedal 2
über den Hebel 2a, den Seilzug 12 und den Mitnehmerhaken 11
oder aber vom Stellantrieb 3 über das Getriebe 8 und den
Hebel 9 unter Spannung der Rückstellfeder 4 mitgenommen
werden. Die "oder-Bedingung" ist durch mechanische Entkopp
lung realisiert. Wird die Drosselklappe 1 vom Fahrpedal 2
mitgenommen, bleibt der Hebel 9 in der dargestellten Posi
tion. Wird die Drosselklappe 1 vom Stellantrieb 3 mitgenom
men, bleibt der Mitnehmerhaken 11 in der dargestellten
Position. Die dargestellte Drosselklappenposition wird
unter dem Einfluß einer Notlauffeder 18 eingenommen, wenn
das Fahrpedal 2 völlig entlastet und der Stellantrieb 3
stromlos geschaltet ist.
Aus Sicherheitsgründen wird zur Rückstellfeder 4 eine
gleichwirkende zweite Rückstellfeder 4a vorgesehen. Die
Federn 4b und 4c sorgen dafür, daß der Hebel 9 bzw. der
Mitnehmerhaken 11 eine definierte Ruhelage einnehmen. Die
Federn 4, 4a, 4b sind insgesamt schwächer als die Notlauf
feder 18. Letztere kann vom Stellantrieb 3 in Schließrich
tung gespannt werden. Sie sorgt in Verbindung mit den
Federn 4, 4a und 4b dafür, daß die Drosselklappe 1 bei Aus
fall des Stellantriebs 3 eine definierte Notlaufposition
einnimmt. Der Stellbereich des Hebels 10 ist durch einen
Anschlag 13 für minimale Leerlaufleistung und einem
Anschlag 14 für Vollast begrenzt. Das gleiche gilt für die
Anschläge 15 und 16 mit Bezug auf den Hebel 2a des Fahrpe
dals 2.
Die im Rahmen 17 untergebrachten Teile werden üblicherweise
als Baueinheit ausgeführt, die über Leitungen mit einer
elektronischen Steuereinrichtung 7 in Verbindung steht.
Dem Hebel 9 des Stellantriebs 3 ist ein Potentiometer 6 und
der Drosselklappe 1 ist ein Potentiometer 5 zugeordnet.
Arbeiten beide Potentiometer 5, 6 ordnungsgemäß, läßt sich
aus ihren Signalen S₅, S₆ folgendes ablesen:
S₅ S₆: Hebel 9 liegt nicht am Hebel 10 an; die
Drosselklappe 1 hängt am Fahrpedal 2.
S₅= S₆: Hebel 9 liegt am Hebel 10 an; die Drossel klappe 1 hängt am Stellantrieb bzw. sie ist geschlossen.
S₅ S₆: Dies kann nur eine Fehlanzeige sein, weil der Hebel 9 den Hebel 10 nicht durchdringen kann.
S₅ K: Ist die elektronische Steuereinrichtung nicht auf "Einhalten einer gegebenen Geschwindigkeit" geschaltet, kann aus dem Vergleich von S₅ mit einem bestimmten Grenzwert K geschlossen werden, daß die Drosselklappe 1 sich nicht mehr im Leerlauf bereich befindet, also nicht mehr am Stell antrieb 3, sondern am Fahrpedal 2 hängt.
S₅= S₆: Hebel 9 liegt am Hebel 10 an; die Drossel klappe 1 hängt am Stellantrieb bzw. sie ist geschlossen.
S₅ S₆: Dies kann nur eine Fehlanzeige sein, weil der Hebel 9 den Hebel 10 nicht durchdringen kann.
S₅ K: Ist die elektronische Steuereinrichtung nicht auf "Einhalten einer gegebenen Geschwindigkeit" geschaltet, kann aus dem Vergleich von S₅ mit einem bestimmten Grenzwert K geschlossen werden, daß die Drosselklappe 1 sich nicht mehr im Leerlauf bereich befindet, also nicht mehr am Stell antrieb 3, sondern am Fahrpedal 2 hängt.
Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, daß bei S₅ K oder S₅
S₆ eine Prüfroutine durchgeführt wird, um eine eventuelle
Fehlanzeige eines der Potentiometer festzustellen. Dabei
sind noch kritische und unkritische Fehlanzeigen zu unter
scheiden.
Zeigt das Potentiometer 6 verglichen mit der tatsächlichen
Stellung des Stellantriebs 3 einen zu hohen Wert an, wird
der Stellantrieb in Schließrichtung angesteuert. Das kann
dazu führen, daß die Leerlaufregelung nicht mehr funktio
niert und daß die Brennkraftmaschine abstirbt. Da man immer
die Möglichkeit hat, die Drosselklappe 1 über das Fahrpedal
offenzuhalten, führt dieser Fehler allenfalls zu einer Kom
forteinbuße.
Das gilt auch, wenn auf automatische Geschwindigkeitsrege
lung umgeschaltet ist. Der Fahrer stellt fest, daß eine
vorgegebene Geschwindigkeit nicht automatisch eingehalten
wird, daß er vielmehr die gewünschte Geschwindigkeit aktiv
über das Fahrpedal 2 einstellen muß. Auch insoweit handelt
es sich nur um eine sicherheitstechnisch nicht relevante
Einbuße an Komfort. Der Fahrer kann die Fehler ohne wei
teres feststellen und bei nächster Gelegenheit eine Werk
statt aufsuchen.
Das gleiche gilt, wenn das Potentiometer 5 verglichen mit
der tatsächlichen Stellung der Drosselklappe 1 einen zu
niedrigen Wert anzeigt. Solange S₅ noch größer ist als S₆,
hat die Fehlanzeige keinen sicherheitstechnisch relevanten
Einfluß, weil sich Drehzahl und Fahrgeschwindigkeit nach
der tatsächlichen Stellung der Drosselklappe 1 richten und
über die Steuereinrichtung dafür gesorgt wird, daß die
tatsächliche Stellung der Drosselklappe 1 solange korri
giert wird, bis die vorgesehene Leerlaufdrehzahl bzw. die
eingestellte Fahrgeschwindigkeit erreicht ist. Im übrigen
bleibt es bei dieser Fehlanzeige nicht aus, daß bei einer
Änderung der Betriebszustände S₅ kleiner wird als S₆, was
automatisch als Fehlanzeige registriert wird.
Somit verbleiben als Fehlermöglichkeiten, daß das Potentio
meter 5 zu viel anzeigt, oder daß das Potentiometer 6 zu
wenig anzeigt. Dabei ist der erstgenannte Fall sicherheits
technisch nicht relevant. Er führt bei dem erfindungsge
mäßen Verfahren aber zu den gleichen Konsequenzen wie beim
zweitgenannten, sicherheitstechnisch kritischen Fall. Ist
S₅ K oder S₅ S₆ + x, wird in vorgegebenen Abständen
der Stellantrieb wenigstens einmal in Schließrichtung und
zurück in die Ausgangsposition verstellt und überprüft, ob
die Drosselklappe "mitgeht" bzw. ob die Potentiometer 5 und
6 dabei eine gleichsinnige Bewegung anzeigen. Daher ist x
ein einstellbarer Wert, mit dem allfällige Toleranzen der
Potentiometer-Anzeigen berücksichtigt werden können. Wird
eine gleichsinnige Bewegung festgestellt, muß eine
Fehlanzeige vorliegen, denn bei ordnungsgemäßen
Potentiometern 5, 6 besagen die vorgenannten Bedingungen,
daß die Drosselklappe 1 am Fahrpedal 2 hängt und auf eine
Änderung der Position des Stellantriebs 3 nicht reagieren
darf. Wird eine gleichsinnige Bewegung festgestellt, kann
man beispielsweise entsprechend den Unteransprüchen 4 bis 6
reagieren, d. h. kritische Fahrzustände abmildern bzw.
gänzlich unterbinden.
Claims (8)
1. Verfahren zum Betreiben einer Verstelleinrichtung für
die Drosselklappe (1) einer Brennkraftmaschine in einem
Fahrzeug, mit der die Drosselklappe (1) einerseits von
einem Fahrpedal (2) und andererseits durch einen elektromo
torischen Stellantrieb (3) gegen die Kraft einer Rückstell
feder (4) in Öffnungsrichtung verstellbar ist und bei der
ein erstes Potentiometer (5) zur Erzeugung eines die Dros
selklappenstellung repräsentierenden Signals und ein zwei
tes Potentiometer (6) zur Erzeugung eines die Stellung des
Stellantriebs (3) repräsentierenden Signals sowie eine
elektronische Steuereinrichtung (7) zur Verarbeitung dieser
und anderer Signale und zur Ansteuerung des Stellantriebs
(3) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Funk
tionsfähigkeit der Potentiometer (5, 6) in vorgebbaren
Zeitabständen periodisch überprüft wird, indem der
Stellantrieb (3) aus der momentanen Position wenigstens
einmal in Schließrichtung und zurück in die momentane Posi
tion verstellt wird, wenn die Drosselklappe (1) sich im
Stellbereich oberhalb der maximalen Leerlaufposition befin
det, und daß aus einer gleichsinnigen Bewegung des Stellan
triebs (3) und der Drosselklappe (1) auf die Fehlerhaftig
keit eines der beiden Potentiometer-Signale geschlossen
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, jedoch mit der Maßgabe, daß
die Funktionsfähigkeit periodisch überprüft wird, wenn die
Differenz der Signalwerte des ersten und zweiten Potentio
meters (5, 6) einen vorgebbaren Betrag überschritten hat.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß die Zeitabstände für die periodische Überprüfung
umgekehrt proportional zur Fahrzeuggeschwindigkeit variiert
werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß bei einer Fehlanzeige der Stellantrieb
(3) stromlos geschaltet oder in Schließrichtung der Dros
selklappe (1) angesteuert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß bei einer Fehlanzeige die Brennstoffzu
fuhr zur Brennkraftmaschine gedrosselt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß bei einer Fehlanzeige die Zündeinrich
tung der Brennkraftmaschine im Sinne einer verringerten
Leistungsabgabe angesteuert wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß Fehlanzeigen in geeigneter Weise in der
elektronischen Steuereinrichtung (7) abgespeichert und für
einen Abruf durch ein Diagnosegerät bereitgehalten werden.
8. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis
7 auf Verstelleinrichtungen, bei denen anstelle von Poten
tiometern (5, 6) andere geeignete Positionsanzeige-Vorrich
tungen vorgesehen sind.
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: MANNESMANN VDO AG, 60326 FRANKFURT, DE |
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8125 | Change of the main classification |
Ipc: G05B 23/00 |
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8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: SIEMENS AG, 80333 MUENCHEN, DE |
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8181 | Inventor (new situation) |
Inventor name: MUELLER, RUEDIGER, 64579 GERNSHEIM, DE Inventor name: KLEMT, ANDREAS, 65779 KELKHEIM, DE Inventor name: PFALZGRAF, MANFRED, 61476 KRONBERG, DE |
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8131 | Rejection |