DE4340372A1

DE4340372A1 - Verfahren zur Leerlauferkennung bei einer Lastverstelleinrichtung einer drosselklappengeregelten Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE4340372A1
Application number: DE4340372A
Authority: DE
Inventors: Erwin Schneider; Frank Goehring
Original assignee: Mannesmann VDO AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1993-11-26
Filing date: 1993-11-26
Publication date: 1995-06-01
Also published as: US5501193A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Leerlauferken nung bei einer Lastverstelleinrichtung einer drosselklap pengeregelten Brennkraftmaschine, bei welcher die Position eines drosselklappenseitigen Stellelementes durch ein erstes Potentiometer und die Position eines stellantriebs seitigen Stellelementes durch ein zweites Potentiometer überwacht wird.

Bei einer vorbeschriebenen Lastverstelleinrichtung (DE 40 00 125), die dem Zweck dient, fahrpedalunabhängig über den elektromotorischen Stellantrieb die Drosselklappe im Leer lauf zu regeln und/oder im Teillast-/Vollastbereich der Brennkraftmaschine eine Geschwindigkeitsregelung zu ermög lichen, sind zur Realisierung der Regelung folgende Signale zu erfassen:

1. Erkennung des Fahrerwunsches "Leerlauf",
2. Lage Istwert des elektromotorischen Stellantriebes für den Lageregelkreis,
3. die Drosselklappenposition für die Einspritzelektro nik.

Bisher wurden diese Funktionen durch einen Leerlaufkontakt auf einem als Seilscheibe ausgebildeten, fahrpedalseitigen Stellelement, sowie ein erstes Potentiometer auf der Antriebswelle des elektromotorischen Stellantriebes und ein zweiten Potentiometer auf dem als Drosselklappenwelle aus gebildeten, drosselklappenseitigen Stellelement realisiert, wobei die Schleiferbahnen beider Potentiometer sich auf einer gemeinsamen Trägerplatte befanden, die fest mit dem Drosselklappengehäuse verbunden war. Die Schleifer wurden vom elektromotorischen Stellantrieb bzw. der Drosselklappe relativ zu den Schleiferbahnen bewegt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Leerlauferkennung bei der beschriebenen Lastverstell einrichtung anzugeben, das ohne einen separaten Leerlauf kontakt den Fahrerwunsch "Leerlauf" erkennen kann, womit Baukosten durch Wegfall des Kontaktes und von Leitungen eingespart werden können.

Eine erste Lösung sieht vor, daß bei den beiden Potentiome tern, die lineare Kennlinien aufweisen, das fest vorgege bene Verhältnis zwischen den Kennlinien bestimmt wird, daß sich im Betrieb ergebende reale Kennlinienverhältnis erfaßt wird, daß erfaßte reale Kennlinienverhältnis mit dem fest vorgegebenen Verhältnis auf Übereinstimmung verglichen und bei Übereinstimmung des erfaßten realen Kennlinienver hältnisses mit dem fest vorgegebenen Verhältnis ein Leer laufsignal erzeugt wird, wobei bei Vorliegen eines Leerlaufsignals eine Ansteuerung des elektromotorischen Stellantriebs durch eine Elektronik erfolgt.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß keine weite ren Maßnahmen zur Erkennung des Leerlaufwunsches erforder lich sind, wenn es gelänge, die Kennlinien der Schleifer deckungsgleich zu machen. Bei einem mit vertretbaren Auf wand herstellbaren Potentiometer sind die Kennlinien der Schleifer aber nicht deckungsgleich. Geht man davon aus, daß die beiden Kennlinien linear sind, kann man beispiels weise Steigungsunterschied und Offset der Kennlinien als Basis für deren Vergleich ermitteln. Das geschieht bei spielsweise durch Erfassung der Schleiferspannungen der Schleifer für den elektromotorischen Stellantrieb und der Drosselklappe bei den Drosselklappenwinkeln LL_min und LL_max. Damit ist ein fest vorgegebenes Verhältnis zwischen den Kennlinien bekannt. Weichen die Spannungswerte von die sem Verhältnis ab, hat der Fahrer das Fahrpedal betätigt. Die Grundadaption dieser Werte kann bei der Fahrzeugproduk tion, zum Beispiel am Bandende vorgenommen werden, indem bei nicht betätigtem Fahrpedal das elektromotorisch antreibbare Stellelement in LL_min- und LL_max-Stellung posi tioniert wird und die in diesen Stellungen ermittelten Eck punkte der Kennlinien in einen nicht flüchtigen Speicher eines Reglers abgelegt werden. Um ein Driften der Potentio meterkennlinien über die Lebensdauer berücksichtigen zu können, kann des weiteren der Adaptionsvorgang bei jedem Fahrzeugstart wiederholt werden. Bei entsprechenden Abwei chungen müssen dann die gespeicherten Eckpunkte korrigiert werden. Dies darf nur dann geschehen, wenn sichergestellt ist, daß das Fahrpedal während des Adaptionsvorganges nicht betätigt wird. Ob das Fahrpedal betätigt ist, läßt sich am Verlauf der Spannung des Schleifers für das drosselklappen seitige Stellelement erkennen. Bei betätigtem Fahrpedal wird sich diese Spannung über einen Teilbereich des Winkels zwischen LL_min und LL_max nicht verändern, wenn das Fahr pedal nur wenig betätigt ist, oder die Spannung wird über dem gespeicherten Schleiferwert der Drosselklappe in der Drosselklappenstellung LL_max liegen und sich über den gesamten Bereich zwischen LL_min und LL_max nicht ändern.

Die beschriebene, besonders einfache Lösung, ist mit gewis sen Ungenauigkeiten verbunden, dies insbesondere deshalb, weil die Kennlinien, auch wenn sie als linear bezeichnet werden, eine gewisse Abweichung von der Linearität aufwei sen. Eine zweite, aufwendigere Lösung, die zu genaueren Ergebnissen kommt, sieht vor, daß bei einer Lastverstell einrichtung der beschriebenen Art beide Potentiometer in je zwei Punkten auf gleiche Steigung eingestellt werden, die Spannungshübe beider Potentiometer bei einer Änderung der Drosselklappenstellung erfaßt werden und auf Leerlauf erkannt wird, wenn bei einem bestimmten Spannungshub des einen Potentiometers am anderen Potentiometer ein Span nungshub auftritt, der aufgrund der Mikrolinearitätseigen schaften der Potentiometer vorgegeben ist.

Voraussetzung für dieses Verfahren ist damit, daß beide Potentiometer in je zwei Punkten auf gleiche Steigung abge glichen werden. Dies kann durch einen mechanischen Abgleich der Widerstände mittels Laser oder durch softwaremäßige Korrekturen mit Hilfe eines Mikroprozessors erfolgen.

Würde man die Absolutwerte der Schleiferspannungen der bei den Potentiometer miteinander vergleichen, so kann ein Abheben des drosselklappenseitigen Stellelementes vom stellantriebsseitigen Stellelement erst sicher erkannt wer den, wenn die Differenz der beiden Schleiferspannungen größer wird als die Summe der beiden maximal möglichen Abweichungen von der durch die Abgleichpunkte vorgegebenen idealen Geraden. Diese Möglichkeit kann nur zur Groborien tierung dienen, da hieraus eine relativ große Schalt hysterese resultiert.

Wertet man aber die Gradienten der beiden Schleiferspan nungsverläufe aus, so läßt sich die Schalthysterese auf ein Minimum bis zur Auflösungsgrenze der Meßkette reduzie ren. Erfährt bei nicht betätigtem Fahrpedal zum Beispiel der Schleifer eines Potentiometers einen definierten Span nungshub, so kann am Schleifer des anderen Potentiometers nur ein so großer Spannungshub auftreten, wie er aufgrund der Mikrolinearitätseigenschaften der Potentiometer vorge geben ist. Ist dieser Spannungshub größer oder kleiner, ist kein Leerlauf vorhanden.

Eine irrtümliche Leerlauferkennung, die nur auftreten kann, wenn das drosselklappenseitige Stellelement durch Betäti gung über das Fahrpedal in geringem Abstand parallel zum stellantriebseitigen Stellelement bewegt wird, korrigiert sich selbst. So liegt die Drehzahl der Brennkraftmaschine in diesem Fall oberhalb der Leerlaufsolldrehzahl. Bei erkanntem Leerlauf wird ein Leerlaufregler entgegenwirken und den elektromotorischen Stellantrieb in Schließrichtung bewegen. Das über das Fahrpedal festgehaltene, drosselklap penseitige Stellelement kann dem stellantriebsseitigen Stellelement nicht folgen, was durch den Gradientenver gleich unmittelbar erkannt wird.

In der Darstellung der Figuren sind beide erfindungsgemäßen Lösungen beispielsweise dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild zur Verdeutlichung der prin zipiellen Wirkungsweise der Lastverstelleinrich tung,

Fig. 2 für die erste Lösung in einem Diagramm die Abhän gigkeit der normierten Schleiferspannung in Abhängigkeit vom Drosselklappenwinkel für beide Potentiometer,

Fig. 3 für die zweite Lösung eine entsprechende Darstel lung wie Fig. 2, jedoch nur für einen Teilbereich des Leerlaufbereiches und

Fig. 4 für die zweite Lösung die Erläuterung der Mikro linearitätseigenschaften.

Fig. 1 bezieht sich auf den Fall der elektromotorischen Regelung der Drosselklappe im Leerlaufbereich der Brenn kraftmaschine. In dieser Figur bezeichnet die Ziffer 1 eine Lastverstelleinrichtung, die extern über ein Fahrpedal 2 und eine Elektronik 3 ansteuerbar ist. Die Lastverstellein richtung 1 beinhaltet die Drosselklappe 4, die über ein drosselklappenseitiges Stellelement 5 verstellbar ist. Eine Zugfeder 6 greift an dem drosselklappenseitigen Stellele ment 5 und einem stationären Bauteil der Lastverstellein richtung 1 an und spannt das drosselklappenseitige Stell element 5 in Leerlaufrichtung vor. Die Drosselklappe 4 ist elektromotorisch zwischen einer minimalen Leerlaufstellung LL_min und einer maximalen Leerlaufstellung LL_max regelbar.

Das Fahrpedal 2 wirkt über einen Bowdenzug 7 mit einem fahrpedalseitigen Stellelement 8 zusammen, das mittels des Fahrpedals 2 zwischen einem Anschlag LL_min und einem Anschlag VL beweglich ist. Zwei Zugfedern 9a und 9b greifen am fahrpedalseitigen Stellelement 8 und einem stationären Bauteil der Lastverstelleinrichtung 1 an und spannen das fahrpedalseitige Stellelement 8 in Leerlaufrichtung gegen den Anschlag LL_min vor. Die Federn 9a und 9b sind dabei so ausgelegt, daß sie redundante Auswirkungen auf den Rück stellantrieb besitzen und jeder einzelne von ihnen in der Lage ist, die Kräfte aufzubringen, um das fahrpedalseitige Stellelement 8, selbst bei Berücksichtigung der auf dieses einwirkenden System immanenten Kräfte, in dessen LL-Stel lung zu überführen.

Das fahrpedalseitige Stellelement 8 greift in Aufregelrich tung in den Bewegungsweg des drosselklappenseitigen Stell elements 5 ein. Unabhängig hiervon greift ein stellantrieb seitiges Stellelement 11 in Aufregelrichtung in den Bewe gungsweg des drosselklappenseitigen Stellelementes 5 ein. Das stellantriebsseitige Stellelement 11 ist mittels eines elektromotorischen Stellantriebes 12 im Leerlaufbereich bewegbar. Eine Zugfeder 14 greift am stellantriebseitigen Stellelement 11 und einem stationären Bauteil der Lastver stelleinrichtung 1 an und spannt das stellantriebseitige Stellelement 11 in Abregelrichtung vor. Eine Notlauffeder 15 wirkt entgegen der Kraft der Feder 14 über einen Stößel 16 auf das Stellelement 11, wobei der Stellweg der Feder 15 in der Stellung LL_not durch eine stationäre Hülse 17 begrenzt wird.

Die insoweit beschriebene Lastverstelleinrichtung wird im Leerlaufregelbereich über den elektromotorischen Stellan trieb 12 angesteuert und im Teillast- sowie Vollastbereich über das Fahrpedal 2. Im Leerlaufbetrieb - bei nicht betä tigtem Fahrpedal 2 - nimmt das fahrpedalseitige Stellele ment 8 die gezeigte Anschlagsposition LL_min ein, während die Drosselklappe 4 sich in Abhängigkeit von der Ansteue rung über den elektromotorischen Stellantrieb 12, der seinerseits von der Elektronik 3 angesteuert wird, in einem Arbeitspunkt befindet, der im Beispiel nach der Fig. 1 etwa in der Mitte zwischen den Betriebsstellungen LL_min und LL_max liegt. Dieser Arbeitspunkt kann selbstverständlich variieren, er hängt ab von den Verbrauchern (beispielsweise Heckscheibenheizung, Klimaanlage), die von der Brennkraftmaschine versorgt werden müssen und damit eine bestimmte, veränderliche Leerlaufdrehzahl der Brenn kraftmaschine bedingen.

Überwacht wird die Position des stellantriebseitigen Stell elementes 11 mittels eines diesem zugeordneten Potentiome ters 13. Die Überwachung der Position des drosselklappen seitigen Stellelementes 5 erfolgt durch ein diesem zugeord neten Potentiometer 18.

Statt der Zuordnung eines Leerlaufkontaktes zum fahrpedal seitigen Stellelement 8, um so den Fahrerwunsch "Leerlauf" darstellen zu können, erfolgt gemäß der Erfindung die Erkennung des Fahrerwunsches "Leerlauf" durch Abgleich der beiden Potentiometer 13 und 18.

Das Diagramm gemäß Fig. 2 veranschaulicht für die erste vorbeschriebene Lösung die normierten Schleiferspannungen U_s/U_o in Abhängigkeit vom Drosselklappenwinkel. Die obere Linie betrifft den Schleifer des das stellantriebsseitige Stellelement 11 überwachenden Potentiometers 13, während die untere Linie den Schleifer des das drosselklappensei tige Stellelement 5 überwachenden Potentiometers 18 betrifft. Die Potentiometer weisen eine solche Charakteri stik auf, daß deren gezeigte Kennlinien linear sind, allerdings nicht deckungsgleich. Durch Ermittlung der Punkte A_min und A_max sowie DK_min und DK_max in den Betriebs punkten LL_min bzw. LL_max lassen sich Steigungsunterschied und Offset der beiden Kennlinie ermitteln. Damit ist ein fest vorgegebenes Verhältnis zwischen den Kennlinien bekannt. Ist dieses Kennlinienverhältnis im Betrieb der Brennkraftmaschine erfüllt, wird dies im Sinne des Fahrer wunsches "Leerlauf" erkannt, weichen die Spannungswerte von dem Verhältnis ab, hat der Fahrer das Fahrpedal 2 betätigt. Die Grundadaption dieser Werte erfolgt zweckmäßig bei der Fahrzeugproduktion, der Adaptionsvorgang kann beispiels weise bei jedem Fahrzeugstart wiederholt werden und in einem nicht flüchtigen Speicher der Elektronik 3 abgelegt werden.

Fig. 3 verdeutlicht die genauere Auswertung der Potentio meterkennlinien, wiederum dargestellt als Abhängigkeit der normierten Schleiferspannungen U_s/U_o vom Drosselklappenwin kel, allerdings für nicht lineare Kennlinien, wie es durch die zweite erfindungsgemäße Lösung zum Ausdruck gebracht ist. Dort zeigen bzw. bedeuten:
A Kennlinien des dem Antrieb zugeordneten Potentiometers 13
B Kennlinie des der Drosselklappe zugeordneten Potentio meters 18
I obere Grenzkurve
II untere Grenzkurve
a1 max. Linearitätsabweichung des Potentiometers 13
a2 max. Linearitätsabweichung des Potentiometers 18
dx1 Spannungshub des Potentiometers 13
dx2 Spannungshub des Potentiometers 18.

Beide Potentiometer 13 und 18 werden bei deren Herstellung durch Abgleich von je zwei Punkten auf gleiche Steigung eingestellt (Punkte 1, 2). Die Einstellung kann sowohl mechanisch durch Lasertrimmen oder aber durch mathematische Kompensation in einem Mikroprozessor erfolgen, welcher Bestandteil der Elektronik 3 ist.

Zur Groborientierung vergleicht man die Absolutwerte der Schleiferspannungen der beiden Potentiometer miteinander. So kann ein Abheben des drosselklappenseitigen Stellelemen tes 5 vom stellantriebsseitigen Stellelement 11 aber erst sicher erkannt werden, wenn die Differenz der beiden Schleiferspannungen größer wird als die Summe der beiden maximal möglichen Abweichungen a1 und a2 von der durch die Punkte 1 und 2 vorgegebenen idealen Geraden.

Wesentlich genauer ist die Auswertung über die Gradienten der beiden Schleiferspannungsverläufe. Erfährt zum Beispiel der Schleifer des Potentiometers 18 einen definierten Span nungshub dx2, so kann am Schleifer des Potentiometers 13 aufgrund der Mikrolinearitätseigenschaften der beiden Potentiometer maximal ein Spannungshub von dx1 auftreten.

Diese Methode der Auswertung wird anhand Fig. 4 näher erläutert.

Bei der Drosselklappenstellung LL_min weisen die Potentiome ter 13 und 18 aufgrund verschiedener Offsets unterschied liche Spannungsabfälle auf, die zum Ausgangspunkt der wei teren Betrachtung werden.

Ausgehend von der bekannten Nennsteigung berechnet der Mikroprozessor der Elektronik 3 für beide Potentiometer 13, 18 unter zu Hilfenahme der in seinem nichtlinearen Speicher abgelegten Mikrolinearitäten der beiden Potentiometer die Toleranzbereiche, die als Hüllgeraden der als Nennsteigung bezeichneten Geraden in Fig. 4 dargestellt sind.

Wird nun am drosselklappenseitigen Potentiometer 18 ein Spannungshub Δ U_DK erzeugt, bestimmt der Mikroprozessor aufgrund des bekannten Toleranzbereiches Mikrolinearität den möglichen Spannungsbereich des Drosselklappenpotentio meters 18. Diesem möglichen Spannungsbereich ist ein bestimmter Winkelbereich der Drosselklappenstellung zuor denbar. Ausgehend von diesem Winkelbereich wird auf einen Spannungsbereich Δ U_A des antriebsseitigene Potentiometers 13 geschlossen. Liegt die Spannungsänderung Δ U_A des antriebsseitigen Potentiometers 13 innerhalb dieses Span nungsbereiches, schließt die Elektronik auf Leerlauf.

Claims

1. Verfahren zur Leerlauferkennung bei einer Lastver stelleinrichtung einer drosselklappengeregelten Brenn kraftmaschine, bei welcher die Position eines drossel klappenseitigen Stellelementes durch ein erstes Poten tiometer und die Position eines stellantriebsseitigen Stellelementes durch ein zweites Potentiometer über wacht wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei den bei den, lineare Kennlinien aufweisenden Potentiometern (13, 18) das fest vorgegebene Verhältnis zwischen den Kennlinien bestimmt wird, daß sich im Betrieb erge bende Kennlinienverhältnis erfaßt wird, daß das erfaßte reale Kennlinienverhältnis mit dem fest vorge gebenen Verhältnis auf Übereinstimmung verglichen wird und bei Übereinstimmung des erfaßten realen Kennlini enverhältnisses mit dem fest vorgegebenen Verhältnis ein Leerlaufsignal erzeugt wird, wobei beim Vorliegen eines Leerlaufsignals eine Ansteuerung des elektromo torischen Stellantriebes (12) durch eine Elektronik (3) erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung des Verhältnisses der Kennlinien deren Steigungsunterschied und Offset ermittelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß die Bestimmung des Verhältnisses zwischen den Kennlinien vorgenommen wird, indem bei nicht betätig ten Fahrpedalen (2) das elektromotorisch antreibbare Stellelement (11) in LL_min- und LL_max-Stellung posi tioniert wird und die in diesen Stellungen ermittelten Eckpunkte (A_min, DK_min; A_max, DK_max) der Kennlinien in einem nicht flüchtigen Speicher abgelegt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Adaptionsvorgang bei Ende der Fahrzeugproduktion erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeich net, daß der Adaptionsvorgang bei jedem Fahrzeugstart wiederholt wird, und bei Abweichungen die gespeicher ten Eckpunkte (A_min, DK_min; A_max, DK_max) korrigiert werden.

6. Verfahren zur Leerlauferkennung bei einer Lastver stelleinrichtung einer drosselklappengeregelten Brenn kraftmaschine, bei welcher die Position eines drossel klappenseitigen Stellelementes durch ein erstes Poten tiometer und die Position eines stellantriebsseitigen Stellelementes durch ein zweites Potentiometer über wacht wird, dadurch gekennzeichnet, daß beide Poten tiometer (13, 18) für je zwei Punkte auf gleiche Stei gung eingestellt werden, die Spannungshübe beider Potentiometer (13, 18) bei einer Änderung der Drossel klappenstellung erfaßt werden und auf Leerlauf erkannt wird, wenn bei einem bestimmten Spannungshub des einen Potentiometers (18) am anderen Potentiometer (13) ein Spannungshub auftritt, der aufgrund der Mikrolineari tätseigenschaften der Potentiometer vorgegeben ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spannungshub des ersten drosselklappenseitigen Potentiometers (18) am zweiten stellantriebsseitigen Potentiometer (13) einen Spannungshub erzeugt.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeich net, daß vor der Feststellung der an den Potentiome tern (13, 18) auftretenden Spannungshübe, die Absolutwerte der Schleiferspannungen der beiden Potentiometer (13, 18) miteinander verglichen werden, ob die Differenz der beiden Schleiferspannungen größer ist als die Summe der beiden maximal möglichen Abweichungen von der durch die Abgleichpunkte vorgegebenen idealen Geraden.