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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Stellelements einer Antriebseinheit
eines Fahrzeugs gemäß den Oberbegriffen
der Patentansprüche
1 und 8.
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Aus der
DE 31 49 361 C2 ist ein
elektrisches Gaspedal für
Kraftfahrzeuge bekannt. Dieses umfasst einen Sollwertgeber, von
dein einer elektronischen Reglereinheit ein elektrisches Sollwertsignal zuleitbar
ist. Es umfasst weiterhin ein durch elektrische Signale der Reglereinheit
steuerbares, in einem durch eine erste und eine zweite Endstellung
begrenzten maximal möglichen
Sollstellbereich verstellbares Stellglied, durch das über eine Übertragungseinheit
eine in einem durch eine erste und eine zweite Endstellung begrenzten
Iststellbereich verstellbare Verstelleinrichtung zur Steuerung der
Motorleistung elektromechanisch betätigbar ist. Der maximal mögliche Sollstellbereich
ist größer als
der Iststellbereich. Für
die erste Endstellung und für
die zweite Endstellung der Verstelleinrichtung wird jeweils die
Lage des Stellgliedes durch eine Einstellvorrichtung erfasst und
als effektiver Sollstellbereich in der Reglereinheit gespeichert.
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Aus der
DE 36 18 594 C2 ist eine
Vorrichtung zur Steuerung der Bewegung einer Drosselklappe einer
Brennkraftmaschine in Abhängigkeit
von Positionsänderungen
eines Gashebels bekannt. Sie umfasst einen ersten Signalgeber zur
Erzeugung eines ersten elektrischen Signals entsprechend der Position
des Gashebels. Sie umfasst weiterhin eine Steuerschaltung zur Ermittlung
eines Sollwertes für
die Position der Drosselklappe in Abhängigkeit von der abgetasteten
Position des Gashebels. Sie umfasst weiterhin ein mit der Steuerschaltung
verbundenes Drosselklappen-Stellglied zum Einstellen der Position
der Drosselklappe entsprechend dem Sollwert. Weiterhin ist ein zweiter
Signalgeber zur Erzeugung eines für den unbetätigten Zustand des Gashebels repräsentativen
zweiten Signals vorgesehen. Die Steuerschaltung weist eine auf das
erste Signal ansprechende Einrichtung zur Ermittlung eines Minimalwertes
der Gashebelstellung auf. Die Steuerschaltung ermittelt den Sollwert
für die
Einstellposition der Drosselklappe als Funktion der Differenz zwischen
dem augenblicklichen Wert des ersten Signals und dem Minimalwert.
Die Steuerschaltung weist eine auf das erste Signal und das zweite
Signal ansprechende Einrichtung auf die den Minimalwert durch den
augenblicklichen Wert der Gashebelstellung ersetzt, wenn der Gashebel
unbetätigt
ist und sich während
eines vorgegebenen Zeitintervalls in derselben Position befindet.
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Aus der
DE 40 38 346 A1 ist ein
Verfahren und eine Vorrichtung zum Kalibrieren der Drosselklappe
einer Brennkraftmaschine bekannt. Zum Kalibrieren des Stellwinkelgebers
eine Brennkraftmaschine wird dabei wie folgt verfahren:
Es
wird ein Kalibrier-Betriebszustand durch Einstellen einer vorgegebenen
Drehzahl und eines vorgegebenen Stellwinkels der Drosselklappe eingestellt.
Es wird der Lambda-Wert im Kalibrier-Betriebszustand gemessen. Aus
der Abweichung zwischen erwartetem Lambdawert für den vermeintlich eingestellten Betriebszustand
und dein gemessenen Lambdawert für
den tatsächlich
eingestellten Betriebszustand wird die Abweichung zwischen dein
vermeintlich eingestellten und dem tatsächlich eingestellten Stellwinkel bestimmt.
Die bestimmte Winkelabweichung wird abgespeichert, um mit Hilfe
des abgespeicherten Wertes diejenigen Stellwinkel zu korrigieren,
wie sie beim Betreiben der Brennkraftmaschine jeweils gemessen werden.
Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass es die Einflüsse sämtlicher
von einem Standard abweichenden Einflüsse kompensiert, die sich als
tatsächlicher oder
scheinbarer Versatz zwischen der Drosselklappe und dem Stellwinkelgeber äußern, also
z.B. Verdrehung zwischen der Achse eines Potenziometers und der
Achse der Drosselklappe, falsche 0-Lage der Drosselklappe oder Abweichungen
im Querschnitt des Saugrohrs an der Stelle der Drosselklappe.
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Ein weiteres Verfahren bzw. eine
weitere Vorrichtung ist aus der
DE 37 43 083 A1 bekannt. Dort wird eine elektronische
Motorsteuerung für Kraftfahrzeuge
vorgeschlagen, bei welchem ein Stellelement, die Drosselklappe einer
Brennkraftmaschine, in Abhängigkeit
des Fahrerwunsches eingestellt wird. Eine Messeinrichtung ist mit
einem Fahrpedal des Fahrzeugs verbunden und ermittelt anhand dessen
Stellung den Fahrerwunsch. Da die elektrische Steuerung des Stellelements
bei Betätigen
des Gaspedals aus seiner Ruhestellung heraus das Fahrzeug beschleunigt,
wird bei der bekannten Anordnung Sorge dafür getragen, dass bei einem
blockierenden Fahrpedal oder bei einer Verdrehung zwischen Fahrpedal
und Messeinrichtung keine ungewollten Betriebszustände auftreten.
Dies wird dort dadurch realisiert, dass bei erkannter Bremsbetätigung und
sich außerhalb
seiner Ruhestellung befindlichem Fahrpedal die Motorleistung zurückgenommen
wird.
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Bei der bekannten Vorgehensweise
wird die genannte ungewollte Betriebssituation erst während des
Fahrbetriebs erkannt. Der Fahrer muß außerdem in dieser Betriebssituation
die Bremse betätigen.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung,
Maßnahmen
anzugeben, welche eine ungewollte Betriebssituation infolge einer
Verdrehung zwischen Meßeinrichtung
und Fahrpedal bzw. einer Verklemmung des Fahrpedals bereits zu Beginn
eines Betriebszyklus wirksam vermeiden.
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Dies wird durch die kennzeichnenden
Merkmale der Patentansprüche
1 und 8 erreicht.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der
Erfindung werden Maßnahmen
angegeben, welche auch bei verklemmten Fahrpedal oder bei Verdrehung
von Meßeinrichtung
und Fahrpedal eine kontinuierliche, komfortable Notfahrmöglichkeit
schaffen. Dies wird ebenfalls durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche erreicht.
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Die erfindungsgemäße Vorgehensweise vermeidet
ungewollte Betriebssituationen infolge einer Verdrehung von Meßeinrichtung
und Fahrpedal oder infolge eines blockierten Fahrpedals wirksam
und gewährleistet
einen kontinuierlichen, komfortablen Notfahrbetrieb.
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Insbesondere ist von Vorteil, daß eine vorhandene
Verdrehung oder ein vorhandenes Klemmen des Pedals bereits bei Start
des Betriebszyklusses, bei "Zündung EIN" erkannt wird und
geeignete Gegenmaßnahmen
zur Vermeidung einer ungewollten Betriebssituation getroffen werden.
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Besonders vorteilhaft ist, daß dies ohne
zusätzliche
Eingriffe des Fahrers erfolgt.
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Ein weiterer bedeutender Vorteil
ist, daß trotz dejustierten
Meßeinrichtungen
oder eines verklemmten Pedals eine stufenlose Steuerung der Leistung der
Antriebseinheit durch den Fahrer möglich ist. Die Fahrbarkeit
des Fahrzeugs ist somit auch in dieser Situation gewährleistet.
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Vorteilhaft ist ferner, daß ein Lösen der
Verklemmung bzw. eine sich rückbildende
Dejustierung auch während
des Fahrbetriebs ebenso erkannt wird wie eine ungewollte Erkennung
einer Verdrehung oder Verklemmung und bei der Steuerung der Antriebseinheit
berücksichtigt
werden kann.
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Vorteilhaft ist, daß auch eine
während
der Fahrt auftretende Dejustierung bzw. Verklemmung erkannt wird
und entsprechende Gegenmaßnahmen eingeleitet
werden.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen bzw. aus den
abhängigen
Ansprüchen.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand
der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Dabei
zeigt 1 ein Übersichtsblockschaltbild
einer Steuereinrichtung für
eine Antriebseinheit, während 2 die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorgehensweise
anhand eines Diagramms darstellt. 3 schließlich zeigt
eine Realisierung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise in einem
Rechnerprogramm anhand eines Flußdiagramms.
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1 zeigt
ein Übersichtsblockschaltbild
einer beispielhaften Steuereinrichtung für eine Antriebseinheit, bei
der die erfindungsgemäße Vorgehensweise
Anwendung findet. Dabei ist mit 10 ein Stellelement bezeichnet,
welches über
eine Leitung 12 von einer Steuereinheit 14 betätigt wird.
Beim Stellelement 10 handelt es sich im bevorzugten Ausführungsbeispiel
um eine elektrisch betätigbare Drosselklappe,
in anderen vorteilhaften Ausführungsbeispielen
um ein Stellelement zur Beeinflussung der Kraftstoffzufuhr zu einer
Brennkraftmaschine, insbesondere zu einem Dieselmotor. Der Steuereinheit 14,
die wenigstens aus einem Rechenelement und einem Speicherelement
besteht, ist die Eingangsleitung 16 von einer Meßeinrichtung 18 zugeführt, welche über die
mechanische Verbindung 20 mit einem vom Fahrer betätigbaren
Bedienelement 22, vorzugsweise einem Fahrpedal, verbunden
ist. Ferner werden der Steuereinheit 14 Eingangsleitungen 24 bis 26 von
Meßeinrichtungen 28 bis 30 für weitere
Betriebsgrößen der
Antriebseinheit und/oder des Fahrzeugs zugeführt. In einem vorteilhaften
Ausführungsbeispiel
wird der Steuereinheit 14 ferner die Eingangsleitung 32 von
einer Meßeinrichtung 34 zugeführt, die
zur Meßeinrichtung 18 zumindest
teilweise redundant ist und ebenfalls über die mechanische Verbindung
20 mit dem Bedienelement 22 verbunden ist. Ferner wird
in einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel
der Steuereinheit 14 die Eingangsleitung 36 zugeführt, welche
von einer Meßeinrichtung 38 ausgeht,
die über
eine mechanische Verbindung 40 mit einem weiteren vom Fahrer
bedienbaren Bedienelements 42, vorzugsweise einem Bremspedal,
verbunden ist.
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Die Steuereinheit 14 steuert
die Leistung der Antriebseinheit durch Einstellung des Stellelements 10 wenigstens
in Abhängigkeit
des von der Meßeinrichtung 18 erfaßten Fahrerwunsches.
Dabei wird in der Steuereinheit 14 auf der Basis des über die
Leitung 16 ermittelten Stellungswerts des Bedienelements 22 und
ggf. weitere Betriebsgrößen wie
Motordrehzahl, Motortemperatur, Gangstellung, etc. ein Sollwert
für die
Einstellung des Stellelements 10 gebildet. Dieser Sollwert
ist beispielsweise im Rahmen eines elektronischen Gaspedals ein
Stellungssollwert für
die Stellung der Drosselklappe oder ein Luftmengen- bzw. -massensollwert,
im Rahmen einer elektronischen Dieselregelung ein Sollwert für die zuzumessende
Kraftstoffmenge.
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Bei Motorsteuersystemen, die auf
der Basis wenigstens des Fahrerwunsches die Motorleistung einstellen,
kann es zu ungewollten Betriebssituationen kommen, wenn die mechanische
Verbindung 20 zwischen Messeinrichtung 18 und
Bedienelement 20 verdreht, das heißt dejustiert ist, oder wenn
das Bedienelement 22 selbst mechanisch daran gehindert ist,
in seine Ruheposition zurückzukehren,
das heißt wenn
es verklemmt. Die Messeinrichtung 18 stellt eine gegenüber der
tatsächlichen
Betätigung
weitergehende Betätigung
des Fahrpedals fest. Folge dieser Situationen ist, dass die Steuereinheit 14 entgegen
dem tatsächlichen
Wunsch des Fahrers einen Leistungswunsch ermittelt und das Stellelement 10 entsprechend
steuert. Die dadurch resultierende erhöhte Leistung steht im Gegensatz
zum Wunsch des Fahrers und kann somit ungewollte Betriebssituationen
heraufbeschwören.
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Um dies zu verhindern, wird gemäß der erfindungsgemäßen Vorgehensweise
bei Einschalten der Zündung
der Signalwert der Messeinrichtung 18, das heißt die dann
vorliegende Stellung des Bedienelements 22, erfasst (Ruhepositionswert)
und in der Steuereinheit 14 mit einem vorgespeicherten
Wert (Basiswert), der die Ruheposition oder den Bereich der Ruheposition
des Bedienelements 22 oder einen Basisleerlaufwunschwert
beschreibt, verglichen. Repräsentiert
der erfasste Wert eine größere Stellung des
Bedienelements als der gespeicherte Wert, so wird der erfaßte Wert
als die Ruhestellung des Bedienelements repräsentierend interpretiert. Dadurch
ist bei dejustierter Meßeinrichtung 18 oder
bei verklemmtem Pedal die Ruheposition des Bedienelements 22 und
damit der Leerlaufleistungswunsch des Fahrers definiert vorgegeben.
Der durch die Differenz zwischen dem gespeicherten und dem erfaßten Wert gebildete
Offset wird über
den gesamten Betriebsbereich bei der Steuerung des Stellelements 10 berücksichtigt.
Dadurch wird zwar die maximale Leistung der Antriebseinheit nicht
mehr erreicht, die Betriebssicherheit und Verfügbarkeit des Fahrzeugs ist
jedoch selbst bei dejustierter Meßeinrichtung und verklemmtem
Pedal gewährleistet.
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Die Erfassung und gegebenenfalls
die Speicherung der Fahrpedalstellung erfolgt bei Einschalten der
Zünung.
Dies bedeutet, daß spätestens
nach Drehen des Zündschlüssel und
der darauffolgenden Initialisierung, dem darauffolgende Selbsttest
der Steuereinheit und nach weiteren mit dem Start der Antriebseinheit
verbundenen Prozeduren der dann vorliegende Stellungswert verarbeitet
wird. Der späteste
Zeitpunkt ist das Überschreiten
eine Schwelle durch die Motordrehzahl, was den Abschluß der Startphase
bezeichnet.
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Im Diagramm nach 2 ist der Sollwert S über der Stellung des Bedienelements β anhand eines
schematischen Beispiels aufgetragen. Das Bedienelement kann vom
Fahrer zwischen seinem Minimalwert βLL und seinem Maximalwert βmax verstellt werden.
Diese Verstellung hat unter Zugrundelegung linearer Zusammenhänge eine
entsprechende Sollwertveränderung
von einem Minimalwert Smin zu einem Maximalwert Smax zur Folge.
Dies ist in einigen Ausführungsbeispielen
durch eine lineare Kennlinie darstellbar (durchgezogene Linie).
Ist die Meßeinrichtung 18 dejustiert
oder das Bedienelement am Zurücklaufen
gehindert, so wird zu Beginn des Betriebszyklus der dann vorliegende Stellungswert
des Fahrpedals erfaßt
und bei Überschreiten
des gespeicherten Wertes βLL
als Ruhepositionswert βRP
gespeichert. Zwischen der gespeicherten Leerlaufposition βLL und der
erfaßten
Ruheposition βRP
wird ein Offsetwert Δ gebildet,
welcher im laufenden Betrieb von allen Stellungswerten β bei der
Bildung des Sollwertes S abgezogen wird. Verstellt der Fahrer beispielsweise
das Pedal auf den Wert β1,
so hätte
dies im Normalbetrieb einen Sollwert S1 zur Folge. Infolge der Verklemmung
werde der Wert Δ vom
Stellungswert β1
abgezogen (β2),
so daß ein
Sollwert S2, welcher kleiner als der Sollwert S1 ist, resultiert.
Mit anderen Worten wird die in 2 dargestellte
Kennlinie um den Wert Δ nach
rechts verschoben (strichliert dargestellt), wobei der erfaßten Ruheposition βRP der minimale
Sollwert Smin zugeordnet ist.
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Betätigt der Fahrer bereits zum
Zeitpunkt des Einschaltens der Zündung
das Fahrpedal, würde
irrtümlicherweise
ständig
ein Offsetwert berücksichtigt. Die
Folge davon wäre,
daß der
Fahrer auch bei Vollgas nicht mehr die volle Leistung der Antriebseinheit zur
Verfügung
hätte,
ohne daß eine
Verklemmung oder Verdrehung vorliegt. Daher kann gemäß einer vorteilhaften
Erweiterung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise
die dargestellte Maßnahme
rückgängig gemacht
werden, wenn im Fahrbetrieb ein Stellungswert erkannt wurde, welcher
dem normalen Leerlaufwert βLL
entspricht oder in dessen Bereich liegt. Dann wird der Offsetwert
zurückgenommen
und die Steuerung gemäß dem Normalbetrieb
durchgeführt.
In einem anderen Ausführungsbeispiel
wird ein gebildeter Offsetwert verkleinert, wenn ein Stellungswert
festgestellt wird, der kleiner als der gespeicherte Wert βRP ist. Dann
kann der vorliegende Wert als neuer Wert βRP gespeichert werden.
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Besonders vorteilhaft ist es, die
Rücknahme des
Offsets abzusichern, indem die Rücknahme
nur dann durchgeführt werden
kann, wenn ein zum Fahrpedalstellungswert redundantes Signal übereinstimmend
den Leerlaufwert βLL
signalisiert oder wenn gleichzeitig mit diesem Leerlaufwert die
Bremse betätigt
wird.
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Eine vorteilhafte Weiterentwicklung
des Verfahrens ermöglicht
die Erkennung der Verdrehung bzw. des verklemmten Pedals während der
Fahrt. Dies wird dadurch erreicht, daß bei getretener Bremse überprüft wird,
ob der Leerlaufwert des Stellungswerts angezeigt ist. Ist dies nicht
der Fall, kann der dann augenblickliche Wert als Ruheposition βRP gespeichert
werden und die oben geschilderten Maßnahmen eingeleitet werden.
Auch hier kann die Maßnahme
rückgängig gemacht
werden, wenn ein normaler Leerlaufstellungswert oder ein Wert kleiner
als der gespeicherte erkannt wurde.
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3 zeigt
ein Flußdiagramm
der erfindungsgemäßen Vorgehensweise.
Dieser Programmteil wird mit Betätigen
des Zündschalters
(Zündung ein),
gegebenenfalls nach Initialisierungsschritten und Startprozeduren
eingeleitet, worauf im ersten Schritt 100 der Pedalstellungswert β eingelesen
wird. Im darauffolgenden Abfrageschritt 102 wird überprüft, ob der
eingelesene Wert β größer als
der abgespeicherte Leerlaufwert βLL
oder außerhalb
desssen Wertebereichs ist. Ist dies der Fall, wird gemäß Schritt 104 der
Wert β als
Ruhepositionswert βRP
gespeichert und im darauffolgenden Schritt 106 die Differenz Δ, der Offsetwert,
zwischen βRP
und βLL
gebildet.
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Der Leerlaufwert βLL ist dabei entweder vorab
gespeichert oder wird im Laufe vieler Betriebszyklen gelernt.
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Nach Schritt 106 wird ebenso
wie bei einer negativen Antwort im Schritt 102, wenn der
eingelesene Wert β gleich
oder in unmittelbarer Nähe
des Leerlaufwertes βLL
liegt, gemäß Schritt 108 der
Stellungswert β erneut
eingelesen und gemäß Schritt 110 abgefragt,
ob dieser Stellungswert im Bereich des Leerlauf wertes liegt oder
diesem gleich ist. Ist dies der Fall, wird gemäß Schritt 112 der
Ruhepositionswert βRP
wieder auf den gespeicherten Wert βLL gesetzt und der Offsetwert
auf 0 reduziert. Dieser Programmabschnitt gewährleistet die Rücknahme
des Offsetwertes während
des Fahrbetriebs bei ungewollt bestimmtem Offsetwert oder bei Auflösung der
Verklemmung bzw. der Verdrehung. Die Rücknahme des Offsetwertes gemäß Schritt 112 kann
wie oben erwähnt,
in vorteilhaften Ausführungsbeispielen
abhängig
von redundanten Stellungssignalen des Fahrpedals, einem redundanten
Stellungsgeber oder einem Schaltelement, oder abhängig von
einer im Abfrageschritt 110 erkannten Bremsbetätigung vorgegeben werden.
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Nach dem Schritt 112 bzw.
nach dem Abfrageschritt 110 bei negativer Antwort wird
im Schritt 14 überprüft, ob eine
Bremsbetätigung
vorliegt. Ist dies der Fall, wird gemäß Abfrageschritt 116 überprüft, ob der
Stellungswert β größer als
der gespeicherte Wert βLL
bzw. außerhalb
dessen Wertebereichs liegt. Ist dies der Fall, wird gemäß Schritt 118 der
Stellungswert beta als Ruhepositionswert βRP gesetzt und der Offsetwert Δ gebildet.
Nach Schritt 118 bzw. bei negativen Antworten im Schritt 116 oder 114 wird
mit dem Schritt 120 fortgefahren, wo der korrigierte Stellungswert β c durch
Differenz des erfaßten
Wertes β und
des Offsetwertes Δ gebildet
wird. Im darauffolgenden Abfrageschritt 122 wird der Sollwert
S auf der Basis des korrigierten Stellungswertes βc bestimmt. Daraufhin
wird nach einer durch den Schritt 124 symbolisierten Zeit
der Programmteil mit Schritt 108 wiederholt.
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Der Programmteil nach 3 gewährleistet also, daß mit Einschalten
der Zündung
der dann vorliegende Stellungswert als Ruhepositionswert gespeichert
wird und ggf. der Offsetwert gebildet wird. Dieser wird gemäß Schritt 120 und 122
bei der Steuerung des Stellelements und damit bei der Steuerung der
Motorleistung gemäß 2 berücksichtigt. Ändert sich
während
des Betriebszyklus diese Ausgangsposition, so ist durch die Schritte 108 bis 112 sichergestellt,
daß bei
nicht vorhandener Verklemmung oder Verdrehung bzw. bei aufgelöster Verklemmung
oder Verdrehung die geschilderte Maßnahme rückgängig gemacht wird. Wird mit
Einschalten der Zündung
der Leerlaufwert erkannt und tritt eine Verdrehung oder Verklemmung
während
der Fahrt auf, so gewährleisten
die Schritte 114 und 118, daß diese Verdrehung oder Verklemmung
auch während
der Fahrt erkannt wird und die dargestellten Maßnahmen zur Betriebssicherheit
und Verfügbarkeit
eingeleitet werden.