DE4420122A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung einer Endstellung einer Verstelleinrichtung in Fahrzeugen - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Endstellung einer Verstelleinrichtung in Fahrzeugen gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Pa­ tentansprüche.

Ein derartiges Verfahren bzw. eine derartige Vorrichtung ist aus der DE 39 09 905 A1 (US-Patent 5,213,078) bekannt. Dort wird im Zusammenhang mit einer Verstelleinrichtung einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs beschrieben, in vor­ bestimmten Betriebszuständen, etwa während des Starts der Brennkraftmaschine, die Verstelleinrichtung gegen wenigstens eine ihrer Endstellungen zu betätigen und einen diese End­ stellung repräsentierenden Stellungswert als Endstellungs­ wert abzuspeichern, wenn der Ansteuerstrom der Verstellein­ richtung einen vorbestimmten Schwellwert überschritten hat. Dieses Verfahren gewährleistet ein genaues und zuverlässiges Lernen der Endstellung, wobei infolge des direkten Zusammen­ hangs zwischen dem Ansteuerstrom und dem von dem elektri­ schen Motor der Verstelleinrichtung gegen den die Endstel­ lung festlegenden mechanischen Anschlag ausgeübten Drehmo­ ments eine besonders hohe Genauigkeit bei der Ermittlung der Endstellung gewährleistet. Allerdings ist zur Durchführung dieses Verfahrens wenigstens ein Stromerfassungswiderstand samt nachfolgendem Verstärker erforderlich.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Maßnahmen zur Erfassung einer Endstellung anzugeben, welche bei vergleichbarer Ge­ nauigkeit auf zusätzlichen Aufwand verzichten.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der un­ abhängigen Patentansprüche gelöst.

Bei Systemen, bei denen die Verstelleinrichtung mittels ei­ ner Lageregelung eingestellt wird, ist bekannt, zur Erfas­ sung von Endstellungen der Verstelleinrichtung die Aus­ gangsspannung bzw. den Ausgangswert des analogen oder digi­ talen Lagereglers heranzuziehen. Bei dieser Vorgehensweise wird in analoger Weise zum obengenannten in bestimmten Be­ triebsphasen, beispielsweise beim Start der Brennkraftma­ schine oder bei der Initialisierung der Motorsteuerung, der Sollwert des Lageregelers dahingehend verändert, daß die Verstelleinrichtung in Richtung einer ihrer Endstellungen betätigt wird. Erreicht die Verstelleinrichtung diese End­ stellung, kann der Lageistwert der Verstelleinrichtung dem sich ändernden Sollwert nicht mehr folgen. Die Regelabwei­ chung für den Lageregeler wird größer, der somit seinen Aus­ gangswert bzw. seine Ausgangsspannung ändert. Erreicht diese einen vorgebbaren Schwellwert, so wird das Erreichen der Endstellung angenommen und der dann vorliegende Sollwert oder ein aus diesem abgeleiteter Wert als die Endstellung repräsentierend gespeichert.

Durch eine derartige Vorgehensweise werden zwar die zur Stromerfassung notwendigen Elemente nicht mehr benötigt, die Erfassung der Endstellung wird aber wesentlich ungenauer, da zwischen der Lageregelausgangsspannung bzw. -ausgangswert und dem Drehmoment an der Verstelleinrichtung kein definier­ ter Zusammenhang besteht. Das Anlegen der Verstelleinrich­ tung an dem die Endstellung kennzeichnenden mechanischen An­ schlag wird nicht exakt erfaßt, da bei Erreichen des Schwellwerts durch den Reglerausgangswert die Verstellein­ richtung mit unterschiedlichen Momenten gegen den Anschlag gesteuert wird. Der dann als Endstellung gespeicherte Wert ist somit entsprechend ungenau.

Vorteile der Erfindung

Durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise ist eine exakte und zuverlässige Erfassung wenigstens einer der Endstellun­ gen gewährleistet, wobei auf Mittel zur Stromerfassung ver­ zichtet werden kann.

Die dabei erreichte Genauigkeit ist mit der Genauigkeit un­ ter Verwendung des Stromes durch die Verstelleinrichtung vergleichbar.

Besonders vorteilhaft ist die Verwendung des Reglerausgangs­ wertes als Entscheidungskriterium, ob die Verstelleinrich­ tung ihre Endstellung erreicht hat, wobei ein Schwellwert für den Lagereglerausgangswert, dessen Überschreiten das Er­ reichen der Endstellung anzeigt, abhängig von Betriebsgrößen korrigiert wird. Damit wird in vorteilhafter Weise eine Ab­ hängigkeit zwischen dem Reglerausgangswert und dem Drehmoment am Steller erreicht, so daß das Anlegen der Verstelleinrich­ tung an ihrem mechanischen Anschlag und somit der Endstel­ lungswert selbst exakt erfaßt werden.

Besonders vorteilhaft ist die Korrektur des Schwellwertes für den Lagereglerausgangswert abhängig von der Batterie­ spannung.

Ebenso vorteilhaft ist die Korrektur des Schwellwertes ab­ hängig von der Motortemperatur.

Vorteilhaft ist ferner, eine Korrektur des Schwellwertes in Abhängigkeit von der Temperatur der Verstelleinrichtung selbst vorzunehmen.

Es ist ferner vorteilhaft, die Korrektur abhängig von der Batteriespannung und der Motortemperatur (oder alternativ zur Motortemperatur der Temperatur der Verstelleinrichtung) vorzunehmen.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Be­ schreibung von Ausführungsbeispielen sowie aus den abhängi­ gen Ansprüchen.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 ein Übersichtsblockschaltbild einer Vorrichtung zur Erfassung einer Endstellung einer Verstelleinrichtung in Fahrzeugen, während in Fig. 2 anhand eines Flußdiagramms ein Verfahren zur Endstellungsbestimmung dargestellt ist.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Fig. 1 zeigt eine elektrisch betätigbare Verstelleinrich­ tung 10, welche eine im Ansaugsystem einer Brennkraftmaschi­ ne 12 angeordnete Drosselklappe 14, einen elektrischen Stellmotor 16, der über eine mechanische Verbindung 18 mit der Drosselklappe verbunden ist, sowie einen Stellungsgeber 20 zur Erfassung der Stellung der Verstelleinrichtung 10 um­ faßt. Ferner ist eine Steuereinheit 22 vorgesehen, die we­ nigstens eine Ausgangsleitung 24 aufweist, die sie mit einer Endstufenschaltung 26 verbindet. Die Endstufenschaltung 26 ist über zwei Ansteuerleitungen 28 und 30 mit dem elektri­ schen Motor 16 der Verstelleinrichtung 10 verbunden.

Der Steuereinheit 22 werden als Eingangsleitungen die Lei­ tung 32 vom Stellungsgeber 20, eine Leitung 34 von einer Meßeinrichtung 36 für die Batteriespannung und/oder eine Leitung 38 von einer Meßeinrichtung 40 zur Erfassung der Mo­ tortemperatur zugeführt. Ferner werden der Steuereinheit 22 Leitungen 42 bis 44 zugeführt, welche von Meßeinrichtungen 46 bis 48 für Erfassung weiterer Betriebsgrößen von Brenn­ kraftmaschine und/oder Fahrzeug ausgehen. In einem bevorzug­ ten Ausführungsbeispiel umfaßt die Verstelleinrichtung 10 ferner einen Sensor 50 zur Erfassung der Temperatur der Ver­ stelleinrichtung, dessen Ausgangsleitung 52 ebenfalls eine Eingangsleitung der Steuereinheit 22 bildet.

Die Steuereinheit 22 umfaßt eine Sollwertbildungseinheit 54, der die Leitungen 42 bis 44 sowie in vorteilhaften Ausfüh­ rungsbeispielen die Leitungen 34 und/oder 38 zugeführt wer­ den. Die Ausgangsleitung 56 der Sollwertbildungseinheit 54 führt auf ein Vergleichselement 58 sowie auf ein Speicher­ element 60. Dem Vergleichselement 58 ist die Leitung 32 zu­ geführt. Die Ausgangsleitung 62 des Vergleichselements 58 führt auf einen Lageregler 64, dessen Ausgangsleitung 66 die Ausgangsleitung 24 der Steuereinheit darstellt. Die Aus­ gangsleitung 66 des Lagereglers führt ferner auf ein Schwellwertelement 68, dessen Ausgangsleitung 70 auf das Speicherelement 60 geführt ist. Dem Schwellwertelement 68 wird ferner eine Leitung 72 von einem Speicherelement 78, dem die Leitungen 34, 38 und/oder 52 zugeführt sind, zuge­ führt. Das Speicherelement 78 enthält dabei ein durch Experimente vorbestimmtes Kennfeld des Schwellwerts des Reg­ lerausgangswerts abhängig von den zugeführten Größen.

Die Sollwertbildungseinheit 54 bildet in Abhängigkeit der ihr zugeführten Betriebsgrößen wie Fahrpedalstellung, Motor­ drehzahl, Gangstellung, etc. einen Sollwert αS für die Stel­ lung der Verstelleinrichtung, den sie über die Leitung 56 zur Vergleichsstelle 58 abgibt. Dort wird zur Bildung einer Regelabweichung der Sollwert αS mit dem über die Leitung 32 zugeführten Istwert αI verglichen und die Differenz über die Leitung 62 zum Lageregler 64 geführt. Bei diesem handelt es sich im bevorzugten Ausführungsbeispiel um einen PID-Regler, der in anderen vorteilhaften Ausführungsbeispielen auch nach anderen bekannten Regelstrategien arbeiten kann. Der Aus­ gangswert UA des Lagereglers 34 wird zur Steuerung des Stroms durch den elektrischen Motor 16 der Verstelleinrich­ tung 10 an die Endstufenschaltung 26 abgegeben, die die Ver­ stelleinrichtung 10 in beide Bewegungsrichtungen betätigt, so daß der Istwert sich dem Sollwert annähert.

In vorbestimmten Betriebsphasen, vorzugsweise in der Initia­ lisierungsphase der Steuereinheit 22 bzw. in der Startphase der Brennkraftmaschine, wird wenigstens eine, vorzugsweise die minimale, Endstellung der Verstelleinrichtung 10 erfaßt. In einem solchen Betriebszustand bildet das Sollwertbil­ dungselement 24 einen vorgegebenen Sollwert α0, der ausrei­ chend weit von der vermuteten Endstellung entfernt liegt. Ausgehend von diesem Wert wird der Sollwert durch die Soll­ wertbildungseinheit 54 schrittweise gemäß einer vorgegebenen Zeitfunktion unabhängig von den den Sollwert festlegenden Betriebsgrößen derart verändert, daß der Lageregler 64 die Verstelleinrichtung in Richtung ihrer zu erfassenden End­ stellung betätigt. Erreicht die Verstelleinrichtung 10 ihre Endstellung und den dort sich befindenden mechanischen An­ schlag, so kann der Istwert αI den Sollwert αS nicht mehr folgen. Dies hat zur Folge, daß die im Vergleichselement 58 gebildete Regelabweichung durch die Veränderung des Sollwer­ tes größer wird. Der Lageregler 64 bildet daher in Abhängig­ keit der größer werdenden Regelabweichung einen größer wer­ denden Ausgangswert. Dieser wird über die Leitung 66 erfaßt und dem Schwellwertelement 68 zugeführt. Überschreitet der Lagereglerausgangswert den im Element 68 voreingestellten Schwellwert, so wird über die Leitung 70 das Speicherelement 60 zur Abspeicherung des gerade anliegenden Sollwertes oder eines Wertes, der auf der Basis dieses Sollwertes berechnet wurde, veranlaßt.

Der gespeicherte Endstellungswert dient zur Bestimmung der des tatsächlichen Stellungswert der Verstelleinrichtung 10. Dazu wird bei einer zu erfassenden Endstellung der gespei­ cherte Endstellungswert im wesentlichen vom erfaßten Meßwert αI subtrahiert und ein Stellungswert αI für die Verstellein­ richtung bezogen auf diese eine Endstellung und unabhängig von den Veränderungen dieser Endstellung erhalten. Werden beide Endstellungen auf die beschriebene Art erfaßt, wird der Stellungswert aus dem auf die beiden Endstellungswerte bezogene Meßwert berechnet. Dies ist in Fig. 1 symbolisch durch das Element 90 und die Leitung 92 dargestellt.

Wie oben erwähnt, besteht keine definierte Abhängigkeit zwi­ schen dem Drehmoment an der Verstelleinrichtung und dem La­ gereglerausgangswert. Insbesondere hat sich gezeigt, daß die dadurch entstehende verfälschte Erfassung der Endstellung im wesentlichen zwei Haupteinflüssen zuzurechnen sind. Dies ist zum einen die sich verändernde Batteriespannung, zum anderen die Temperatur der Verstelleinrichtung. Die Erfassung der Endstellung wird dadurch genauer, daß der Schwellwert im Schwellwertelement 68 in Abhängigkeit von der Batteriespan­ nung und der mit der Temperatur des Stellers zusammenhängen­ den Motortemperatur verändert wird. Dazu wird im Kennfeld 78 in Abhängigkeit von der Batteriespannung und der Motortempe­ ratur ein Schwellwert ausgelesen, mit welchem über die Lei­ tung 72 das Schwellwertelement 68 geladen wird.

Die Motortemperatur korreliert dabei in den meisten Fällen zumindest bis ca. 30°C des Kühlwassers mit der Stellertempe­ ratur. Oberhalb 30°C bildet die Motortemperatur kein verläß­ liches Maß für die Stellertemperatur. Daher kann in einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel anstelle der Mo­ tortemperatur die Zuführung der Stellertemperatur TA über die Leitung 52 zum Kennfeld 78 vorgesehen sein. Das Kennfeld 78 bildet dann den Schwellwert in Abhängigkeit der Batterie­ spannung und der Stellertemperatur.

In einem bevorzugten Anwendungsfall hat es sich herausge­ stellt, daß im wesentlichen die im Kennfeld 78 gespeicherten Schwellwerte mit steigender Batteriespannung abnehmen (d. h. zu kleineren Reglerausgangswerten hin, die einer geringe An­ steuerung der Verstelleinrichtung gegen den Anschlag bewir­ ken), und mit steigender Motortemperatur bzw. Stellertempe­ ratur zunehmen. Bei Verwendung der Motortemperatur zur Korrektur wird oberhalb von 30°C nur noch eine Batteriespan­ nungskorrektur vorgenommen. Aus diesem Grund ist es beson­ ders vorteilhaft, die Erfassung der Endstellung nur in be­ stimmten Temperaturbereichen, unterhalb von 30°C, zu erlau­ ben. Bei der Erfassung des Maximalanschlags ist die Abhän­ gigkeit des Schwellwerts ö Zusätzlich zur Temperatur und batteriespannungsabhängigen Korrektur muß bei der Erfassung der Endstellungen die Zeit­ verzögerung durch den Lageregler 64 berücksichtigt werden. Dies erfolgt durch ein entsprechendes Zeitglied beim Ver­ gleich des Lagereglerausgangswerts mit dem Schwellwert.

In anderen Ausführungsbeispielen kann lediglich eine Korrek­ tur der Batteriespannung oder eine Korrektur mit der Motor­ temperatur bzw. Stellertemperatur vorgesehen sein.

Ferner ist in einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel die in Fig. 1 gezeigten Elemente der Steuereinheit 22 Bestandteil eines Rechenelements. Der Lageregler 64 ist in diesem Aus­ führungsbeispiel als digitaler Lageregler vorgesehen, dessen Ausgangswert mit dem vorbestimmten Schwellwert verglichen wird. In einem anderen vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist lediglich die Sollwertbildungseinheit 54, das Speicherele­ ment 60, das Schwellwertelement 68, Kennfeld 78 sowie die Aufbereitung des Stellungswerte αI im Element 90 Bestandteil eines Rechenelements. Vergleichselement 58 und Lageregler 64 sind mit analogen Bauteilen aufgebaut. Sie bilden einen ana­ logen Lageregler, der Lagereglerausgangswert ist in diesem Fall die Lagereglerausgangsspannung UA.

Neben der bevorzugten Anwendung der erfindungsgemäßen Vorge­ hensweise bei einer Verstelleinrichtung mit einer Drossel­ klappe ist auch eine Anwendung für eine Verstelleinrichtung für eine Dieseleinspritzpumpe oder im Zusammenhang mit ande­ ren Verstelleinrichtungen im Fahrzeug vorteilhaft.

Fig. 2 zeigt ein Flußdiagramm, welches die Realisierung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise als Rechnerprogramm skizziert.

Nach Start des Programmteils wird in einem ersten Schritt 100 überprüft, ob eine der Endstellungen erfaßt, das heißt gelernt, werden soll. Dies wird vorzugsweise in Abhängigkeit von Signalen wie Zündschalter, Motortemperatur, Gangstel­ lung, etc. durchgeführt. Ein Lernvorgang wird eingeleitet, wenn sich das Fahrzeug in der Startphase befindet, kein Gang eingelegt ist und die Motortemperatur sich unterhalb eines oberen Grenzwertes befindet. Wird eine dieser Bedingungen verletzt, wird der Lernvorgang abgebrochen und der Programm­ teil beendet. Im anderen Fall wird gemäß Schritt 102 der Startwert α0 angefahren und im darauffolgenden Schritt 104 der Startsollwert um einen Betrag Δ verändert (bei der mini­ malen Endstellung erniedrigt, bei der maximalen erhöht), so daß die Verstelleinrichtung in Richtung ihrer Endstellung betätigt wird. In den nächstfolgenden Programmdurchläufen wird im Schritt 104 der aktuell auszugebende Sollwert αN durch einen um den Betrag Δ verminderten Sollwert αN-1 des vorherigen Programmdurchlaufs gebildet. Nach Schritt 104 wird im Schritt 106 Batteriespannung und Motortemperatur eingelesen und im darauffolgenden Schritt 108 der Schwell­ wert als Funktion von Batteriespannung und Motortemperatur bestimmt. Daraufhin wird im Schritt 110 der Ausgangswert UA des Lagereglers eingelesen und im Abfrageschritt 112 der eingelesene Lagereglerausgangswert mit dem bestimmten Schwellwert verglichen. Ist der Lagereglerausgangswert un­ terhalb des Schwellwerts, wird der Vorgang mit Schritt 104 wiederholt, wobei für die Wiederholung des Programmteils die im Schritt 100 skizzierten Lernbedingungen erfüllt sein müs­ sen. Überschreitet der Lagereglerausgangswert den Schwell­ wert, so wird gemäß Schritt 114 der aktuell ausgegebene Sollwert αN als Endstellungssollwert αN oder ein aus diesem abgeleiteter Wert abgespeichert und der Programmteil been­ det.

Neben der Erfassung des unteren, minimalen Anschlags (Endstellung) kann in einem vorteilhaften Ausführungsbei­ spiel alternativ oder ergänzend auch der maximale, obere An­ schlag (Endstellung der Verstelleinrichtung 10) gelernt wer­ den.

Claims (11)

1. Verfahren zur Bestimmung einer Endstellung einer Ver­ stelleinrichtung in Fahrzeugen,

• - wobei die Verstelleinrichtung (10) elektrisch betätigbar ist
• - und in vorbestimmten Betriebsphasen in Richtung wenigstens einer ihrer Endstellungen betätigt wird,
• - die Betätigung der Verstelleinrichtung im Rahmen eines La­ geregelkreises mit einem Lageregler (64) erfolgt
• - und das Erreichen der Endstellung durch die Verstellein­ richtung anhand des Ausgangswertes (UA) des Lagereglers (64) erkannt wird, wenn dieser einen vorgegebenen Wert erreicht hat,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - der vorgegebene Wert in Abhängigkeit von Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine und/oder des Kraftfahrzeugs korri­ giert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Wert abhängig von der Batteriespannung ist.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Wert abhängig von der Motortemperatur ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Wert abhängig von der Temperatur der Verstelleinrichtung ist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß eine Korrektur abhängig von der Motortemperatur nur unterhalb eines Motortemperaturgrenzwer­ tes stattfindet.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtung die Dros­ selklappe einer Brennkraftmaschine ist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß bei Erreichen der Endstellung der ein auf der Basis des dann vorliegenden Sollwertes gebilde­ ten Wert als Endstellungswert gespeichert wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Betriebsphase der Startvorgang der Brennkraftmaschine ist, wobei wenigstens eine Leerlaufgangstellung vorliegen muß.

9. Vorrichtung zur Bestimmung einer Endstellung einer Ver­ stelleinrichtung in einem Fahrzeug,

• - mit einem elektrischen Stellelement (16) zur Betätigung der Verstelleinrichtung (10),
• - mit einem Lageregelkreis mit Lageregler (64) zur Positio­ nierung der Verstelleinrichtung,
• - mit Mitteln (54) zur Steuerung der Verstelleinrichtung in vorbestimmten Betriebsphasen in Richtung wenigstens einer der Endstellungen,
• - mit Mitteln (68) zur Erkennung des Erreichens der Endstel­ lung anhand des Ausgangswertes (UA) des Lagereglers (64), wobei der Ausgangswert des Lagereglers mit einem vorbestimm­ ten Wert verglichen wird,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - Mittel (78) vorgesehen sind, welche den vorgegebenen Wert in Abhängigkeit von Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine und/oder des Kraftfahrzeugs korrigieren.