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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung
einer Endstellung einer Verstelleinrichtung in Fahrzeugen gemäß den Oberbegriffen
der unabhängigen
Patentansprüche.
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Aus
der
DE 4114834 A1 sind
ein Verfahren und eine Anordnung zur Bildung eines Korrekturwertes
für die
Leerlaufstellung einer Drosselklappe einer Brennkraftmaschine bekannt.
Dabei bilden ein Lagesensor, ein Stellgliedmotor für die Drosselklappe
und ein Regler einen Lageregelkreis. In einer Lernbetriebsart wird
einem zugeführten
Sollwert für
die Drosselklappenstellung ein Korrekturwert überlagert, der durch Integration
der Differenz des Istwertes und eines Sollwertes des Stroms durch
den Stellgliedmotor gebildet wird, während der Stellgliedmotor gegen einen
Anschlag in der Leerlaufstellung bewegt wird. Der Korrekturwert
wird gespeichert, wenn die Differenz einen vorgegebenen Wert unterschreitet.
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Aus
der
DE 4041505 A1 sind
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messwerterfassung bei Kraftfahrzeugen
bekannten, wobei die Stellung einer Verstelleinrichtung auf der
Basis von gespeicherten Extremwerten dieser Stellung und dem erfassten Stellungssignal
ermittelt wird, wobei die gespeicherten Extremwerte bei Beendigung
eines Betriebszyklus des Kraftfahrzeugs auf das Abstellen des Motors folgend
korrigiert bzw. neu gelernt werden.
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Aus
der
DE 3510176 A1 ist
ein elektronisches Fahrpedal für
ein Kraftfahrzeug bekannt, bei dem ein mit einem Fahrpedal verbundener
Sollwertgeber über
einen Rechner einen Stellmotor für
eine Drosselklappe des Kraftfahrzeugs antreibt. Ein Istwertgeber,
der mechanisch mit der Drosselklappe verbunden ist, liefert an einen
Differenzbildner den Istwert, wobei der Rechner den Sollwert liefert.
Die so erhaltene Regeldifferenz wird von einem Regler verarbeitet,
worauf der Regler eine Endstufe des Stellmotors ansteuert. Zum Abgleich
des minimalen und/oder maximalen Öffnungsquerschnittes der Drosselklappe
verstellt der Rechner so lange den Sollwert für den Regelkreis bis der Ausgang
des Reglers einen Antrieb der Drosselklappe in Richtung des Drosselklappenanschlags
bzw. einen Regelabgleich anzeigt. Der so erhaltene Anschlagsollwert
wird im Rechner gespeichert.
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Aus
der
DE 4005255 A1 ist
eine Schaltungsanordnung zum Betrieb eines Stellgliedes bekannt. Dabei
ist ein durch mechanische Anschläge
begrenzter Stellbereich, insbesondere zur Leistungssteuerung einer
Brennkraftmaschine, vorgesehen, wobei einem elektromotorischen Antrieb
von einem Regler längenmodulierte
Impulse zuführbar
sind, wobei zur Ableitung eines Signals bei Erreichen mindestens
eines der Anschläge
die Länge
der Impulse gemessen wird.
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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 vorbestimmten Betriebszuständen, etwa
während
des Starts der Brennkraftmaschine, die Verstelleinrichtung gegen wenigstens
eine ihrer Endstellungen zu betätigen und
einen diese Endstellung repräsentierenden
Stellungswert als Endstellungswert abzuspeichern, wenn der Ansteuerstrom
der Verstelleinrichtung einen vorbestimmten Schwellwert überschritten
hat. Dieses Verfahren gewährleistet
ein genaues und zuverlässiges
Lernen der Endstellung, wobei infolge des direkten Zusammenhangs
zwischen dem Ansteuerstrom und dem von dem elektrischen Motor der
Verstelleinrichtung gegen den die Endstellung 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.
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Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, Maßnahmen zur Erfassung einer
Endstellung anzugeben, welche bei vergleichbarer Genauigkeit auf
zusätzlichen
Aufwand verzichten.
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Die
Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
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Bei
Systemen, bei denen die Verstelleinrichtung mittels einer Lageregelung
eingestellt wird, ist bekannt, zur Erfassung von Endstelllungen
der Verstelleinrichtung die Ausgangsspannung bzw. den Ausgangswert
des analogen oder digitalen Lagereglers heranzuziehen. Bei dieser
Vorgehensweise wird in analoger Weise zum obengenannten in bestimmten
Betriebsphasen, beispielsweise beim Start der Brennkraftmaschine
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 Endstellung, kann der Lageistwert
der Verstelleinrichtung dem sich ändernden Sollwert nicht mehr
folgen. Die Regelabweichung für
den Lageregeler wird größer, der
somit seinen Ausgangswert 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.
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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 definierter Zusammenhang besteht. Das Anlegen der Verstelleinrichtung
an dem die Endstellung kennzeichnenden mechanischen Anschlag wird
nicht exakt erfaßt,
da bei Erreichen des Schwellwerts durch den Reglerausgangswert die
Verstelleinrichtung mit unterschiedlichen Momenten gegen den Anschlag
gesteuert wird. Der dann als Endstellung gespeicherte Wert ist somit
entsprechend ungenau.
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Vorteile der
Erfindung
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Durch
die erfindungsgemäße Vorgehensweise
ist eine exakte und zuverlässige
Erfassung wenigstens einer der Endstellungen gewährleistet, wobei auf Mittel
zur Stromerfassung verzichtet werden kann.
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Die
dabei erreichte Genauigkeit ist mit der Genauigkeit unter Verwendung
des Stromes durch die Verstelleinrichtung vergleichbar.
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Besonders
vorteilhaft ist die Verwendung des Reglerausgangswertes als Entscheidungskriterium,
ob die Verstelleinrichtung ihre Endstellung erreicht hat, wobei
ein Schwellwert für
den Lagereglerausgangswert, dessen Überschreiten das Erreichen der
Endstellung anzeigt, abhängig
von Betriebsgrößen korrigiert
wird. Damit wird in vorteilhafter Weise eine Abhänigkeit zwischen dem Reglerausgangswert und
dem Drehmoment am Steller erreicht, so daß das Anlegen der Verstelleinrichtung
an ihrem mechanischen Anschlag und somit der Endstellungswert selbst
exakt erfaßt
werden.
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Besonders
vorteilhaft ist die Korrektur des Schwellwertes für den Lagereglerausgangswert
abhängig
von der Batteriespannung.
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Ebenso
vorteilhaft ist die Korrektur des Schwellwertes abhängig von
der Motortemperatur.
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Vorteilhaft
ist ferner, eine Korrektur des Schwellwertes in Abhängigkeit
von der Temperatur der Verstelleinrichtung selbst vorzunehmen.
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Es
ist ferner vorteilhaft, die Korrektur abhängig von der Batteriespannung
und der Motortemperatur (oder alternativ zur Motortemperatur der
Temperatur der Verstelleinrichtung) vorzunehmen.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie
aus den abhängigen
Ansprüchen.
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Zeichnung
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsformen näher erläutert. Dabei
zeigt 1 ein Übersichtsblockschaltbild
einer Vorrichtung zur Erfassung einer Endstellung einer Verstelleinrichtung
in Fahrzeugen, während
in 2 anhand eines Flußdiagramms ein Verfahren zur
Endstellungsbestimmung dargestellt ist.
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Beschreibung
von Ausführungsbeispielen
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1 zeigt
eine elektrisch betätigbare
Verstelleinrichtung 10, welche eine im Ansaugsystem einer
Brennkraftmaschine 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 umfaßt. Ferner
ist eine Steuereinheit 22 vorgesehen, die wenigstens eine
Ausgangsleitung 24 aufweist, die sie mit einer Endstufenschaltung 26 verbindet. Die
Endstufenschaltung 26 ist über zwei Ansteuerleitungen 28 und 30 mit
dem elektrischen Motor 16 der Verstelleinrichtung 10 verbunden.
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Der
Steuereinheit 22 werden als Eingangsleitungen die Leitung 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 Motortemperatur zugeführt. Ferner werden der Steuereinheit 22 Leitungen 42 bis 44 zugeführt, welche
von Meßeinrichtungen 46 bis 48 für Erfassung
weiterer Betriebsgrößen von
Brennkraftmaschine und/oder Fahrzeug ausgehen. In einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
umfaßt
die Verstelleinrichtung 10 ferner einen Sensor 50 zur
Erfassung der Temperatur der Verstelleinrichtung, dessen Ausgangsleitung 52 ebenfalls eine
Eingangsleitung der Steuereinheit 22 bildet.
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Die
Steuereinheit 22 umfaßt
eine Sollwertbildungseinheit 54, der die Leitungen 42 bis 44 sowie
in vorteilhaften Ausführungsbeispielen
die Leitungen 34 und/oder 38 zugeführt werden.
Die Ausgangsleitung 56 der Sollwertbildungseinheit 54 führt auf
ein Vergleichselement 58 sowie auf ein Speicherelement 60. Dem
Vergleichselement 58 ist die Leitung 32 zugeführt. Die
Ausgangsleitung 62 des Vergleichselements 58 führt auf
einen Lageregler 64, dessen Ausgangsleitung 66 die
Ausgangsleitung 24 der Steuereinheit darstellt. Die Ausgangsleitung 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,
zugeführt.
Das Speicherelement 78 enthält dabei ein durch Experimente
vorbestimmtes Kennfeld des Schwellwerts des Reglerausgangswerts
abhängig
von den zugeführten
Größen.
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Die
Sollwertbildungseinheit 54 bildet in Abhängigkeit
der ihr zugeführten
Betriebsgrößen wie Fahrpedalstellung,
Motordrehzahl, Gangstellung, etc. einen Sollwert αS für die Stellung
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 Ausgangswert
UA des Lagereglers 34 wird zur Steuerung des Stroms durch
den elektrischen Motor 16 der Verstelleinrichtung 10 an
die Endstufenschaltung 26 abgegeben, die die Verstelleinrichtung 10 in
beide Bewegungsrichtungen betätigt,
so daß der
Istwert sich dem Sollwert annähert.
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In
vorbestimmten Betriebsphasen, vorzugsweise in der Initialisierungsphase
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 Sollwertbildungselement 24 einen
vorgegebenen Sollwert α0, der
ausreichend weit von der vermuteten Endstellung entfernt liegt.
Ausgehend von diesem Wert wird der Sollwert durch die Sollwertbildungseinheit 54 schrittweise
gemäß einer
vorgegebenen Zeitfunktion unabhängig
von den den Sollwert festlegenden Betriebgrößen derart verändert, daß der Lageregler 64 die Verstelleinrichtung
in Richtung ihrer zu erfassenden Endstellung betätigt. Erreicht die Verstelleinrichtung 10 ihre
Endstellung und den dort sich befindenden mechanischen Anschlag,
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 Sollwertes größer wird.
Der Lageregler 64 bildet daher in Abhängigkeit der größer werdenden
Regelabweichung einen größer werdenden
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.
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Der
gespeicherte Endstellungswert dient zur BSetimmung der des tatsächlichen
Stellungswert der Verstelleinrichtung 10. Dazu wird bei
einer zu erfassenden Endstellung der gespeicherte Endstellungswert
im wesentlichen vom erfaßten
Meßwert αI subtrahiert
und ein Stellungswert αI
für die
Verstelleinrichtung 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 1 symbolisch durch das Element 90 und
die Leitung 92 dargestellt.
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Wie
oben erwähnt,
besteht keine definierte Abhängigkeit
zwischen dem Drehmoment an der Verstelleinrichtung und dem Lagereglerausgangswert.
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 Batteriespannung
und der mit der Temperatur des Stellers zusammenhängenden
Motortemperatur verändert wird.
Dazu wird im Kennfeld 78 in Abhängigkeit von der Batteriespannung
und der Motortemperatur ein Schwellwert ausgelesen, mit welchem über die
Leitung 72 das Schwellwertelement 68 geladen wird.
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Die
Motortemperatur korreliert dabei in den meisten Fällen zumindest
bis ca. 30°C
des Kühlwassers
mit der Stellertemperatur. Oberhalb 30°C bildet die Motortemperatur
kein verläßliches
Maß für die Stellertemperatur.
Daher kann in einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel anstelle der
Motortemperatur die Zuführung
der Stellertemperatur TA über
die Leitung 52 zum Kennfeld 78 vorgesehen sein.
Das Kennfeld 78 bildet dann den Schwellwert in Abhängigkeit
der Batteriespannung und der Stellertemperatur.
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In
einem bevorzugten Anwendungsfall hat es sich herausgestellt, daß im wesentlichen
die im Kennfeld 78 gespeicherten Schwellwerte mit steigender
Batteriespannung abnehmen (d.h. zu kleineren Reglerausgangswerten
hin, die einer geringe Ansteuerung der Verstelleinrichtung gegen
den Anschlag bewirken), und mit steigender Motortemperatur bzw.
Stellertemperatur zunehmen. Bei Verwendung der Motortemperatur zur
Korrektur wird oberhalb von 30°C
nur noch eine Batteriespannungskorrektur vorgenommen. Aus diesem
Grund ist es besonders vorteilhaft, die Erfassung der Endstellung nur
in bestimmten Temperaturbereichen, unterhalb von 30°C, zu erlauben.
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Zusätzlich zur
Temperatur und batteriespannungsabhängigen Korrektur muß bei der
Erfassung der Endstellungen die Zeitverzögerung durch den Lageregler 64 berücksichtigt
werden. Dies erfolgt durch ein entsprechendes Zeitglied beim Vergleich
des Lagereglerausgangswerts mit dem Schwellwert.
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In
anderen Ausführungsbeispielen
kann lediglich eine Korrektur der Batteriespannung oder eine Korrektur
mit der Motortemperatur bzw. Stellertemperatur vorgesehen sein.
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Ferner
ist in einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel
die in 1 gezeigten Elemente der Steuereinheit 22 Bestandteil
eines Rechenelements. Der Lageregler 64 ist in diesem Ausführungsbeispiel als
digitaler Lageregler vorgesehen, dessen Ausgangswert mit dem vorbestimmten
Schwellwert verglichen wird. In einem anderen vorteilhaften Ausführungsbeispiel
ist lediglich die Sollwertbildungseinheit 54, das Speicherelement 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 analogen Lageregler, der Lagereglerausgangswert ist in diesem
Fall die Lagereglerausgangsspannung UA.
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Neben
der bevorzugten Anwendung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise bei einer
Verstelleinrichtung mit einer Drosselklappe ist auch eine Anwendung
für eine
Verstelleinrichtung für
eine Dieseleinspritzpumpe oder im Zusammenhang mit anderen Verstelleinrichtunggen
im Fahrzeug vorteilhaft.
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2 zeigt
ein Flußdiagramm,
welches die Realisierung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise als Rechnerprogramm
skizziert.
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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, Gangstellung, 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 Programmteil 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
minimalen 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 Schwellwert 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
unterhalb des Schwellwerts, wird der Vorgang mit Schritt 104 wiederholt,
wobei für
die Wiederholung des Programmteils die im Schritt 100 skizzierten
Lernbedingungen erfüllt
sein müssen. Überschreitet
der Lagereglerausgangswert den Schwellwert, so wird gemäß Schritt 114 der
aktuell ausgegebene Sollwert αN
als Endstellungssollwert αN
oder ein aus diesem abgeleiteter Wert abgespeichert und der Programmteil
beendet.
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Neben
der Erfassung des unteren, minimalen Anschlags (Endstellung) kann
in einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel
alternativ oder ergänzend auch
der maximale, obere Anschlag (Endstellung der Verstelleinrichtung 10)
gelernt werden.