DE60020205T2 - Positionsmesseinrichtung zur temperaturkompensierten Regelung der Drosselklappenstellung - Google Patents

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Positionsmesseinrichtung bzw. einen Stellungssensor mit zwei berührungslos arbeitenden Messelementen zur Messung der Stellung eines Drehkörpers und bezieht sich insbesondere auf eine Positionsmesseinrichtung, deren Ausgangssignal temperaturkompensiert ist.
  • Aus der WO 99/35 468 ist eine Positionsmesseinrichtung mit einem berührungslos arbeitenden Messelement bekannt, das am Ende eines in einem Luftkanal einer Brennkraftmaschine angeordneten beweglichen Körpers angebracht ist, wobei sich die Positionsmesseinrichtung außerhalb des Luftkanals befindet. Die Kalibrierung dieses Sensors erfolgt durch Verwendung einer magnetischen Induktions- oder Kraftflussbündelung mit Selbsttemperaturkompensation oder alternativ durch Auswertung des Ausgangssignals eines Thermistors.
  • Aus der EP 0 889 213 A2 ist ein als Moduleinheit ausgestalteter Sensor bekannt, der in dem Fluidkanal eines Luftansaugrohrs einer Brennkraftmaschine angeordnet ist.
  • Weiterhin ist aus der DE 44 32 881 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung der Stellung einer Verstelleinrichtung bei einem Kraftfahrzeug bekannt. Zur Kompensation der Temperaturdrift eines hierbei verwendeten Stellungssensors findet ein separater Temperatursensor Verwendung. Beide Sensoren sind hierbei im Motorraum einer Brennkraftmaschine angeordnet.
  • Darüber hinaus sind bereits ein Einstellverfahren und ein System zur Einstellung der Temperaturcharakteristik einer gattungsgemäßen Positionsmesseinrichtung sowie zur Einstellung der Temperaturcharakteristik einer elektronischen Steuereinheit bekannt, der das Ausgangssignal einer gattungsgemäßen Positionsmesseinrichtung zugeführt wird. Ein solches Verfahren und ein solches System können z.B. zur Einstellung der Temperaturcharakteristik eines Steuerwertes bei einem Drosselklappen-Stellungssensor mit zwei berührungslos arbeitenden Messelementen (z.B. in Form von Hall-Elementen, integrierten Hall-Schaltkreisen oder dergleichen), der zur Messung des Drehwinkels einer Drosselklappe dient, über die die einer Brennkraftmaschine zugeführte Ansaugluftmenge eingestellt wird, sowie zur Einstellung der Temperaturcharakteristik von Steuerwerten bei einem zur Steuerung der Brennkraftmaschine dienenden elektronischen Steuergerät Verwendung finden.
  • Die japanischen Patent-Offenlegungsschriften Nr. 48-48 087 und Nr. 2-168 181 stellen Beispiele für Druckschriften des Standes der Technik dar, die in Bezug auf ein Verfahren und System zur Einstellung der Temperaturcharakteristik einer Positionsmesseinrichtung relevant sind.
  • Die erstere Druckschrift bezieht sich hierbei auf einen magnetischen bzw. magnetfeldabhängigen Sensor mit einem magnetfeldabhängigen Widerstandselement bzw. magnetoresistiven Element, das mit einer Diode in Reihe geschaltet ist, um eine Temperaturkompensation bei der Ausgangsspannung des magnetfeldabhängigen Sensors zu erhalten. Die letztere Druckschrift bezieht sich ebenfalls auf einen magnetfeldabhängigen Sensor mit einem magnetoresistiven Element. Diesem Sensor wird eine Versorgungsspannung zugeführt, bei der mit Hilfe eines temperaturempfindlichen Widerstandselements mit positiver Charakteristik (eines eine positive Charakteristik aufweisenden Thermistors bzw. Heissleiters) und eines Festwiderstands eine Einstellung zur Kompensation von Änderungen der Umgebungstemperatur erfolgt. Auf diese Weise wird eine Temperaturkompensation der Ausgangsspannung des magnetfeldabhängigen Sensors erhalten.
  • Zur Kompensation des Einflusses von Änderungen der Umgebungstemperatur auf das Sensor-Ausgangssignal ist das magnetoresistive Element des magnetfeldabhängigen Sensors gemäß der ersteren Druckschrift mit der Diode in Reihe geschaltet, während gemäß der letzteren Druckschrift das magnetoresistive Element des magnetfeldabhängigen Sensors dem eine positive Charakteristik aufweisenden temperaturempfindlichen Widerstandselement parallel geschaltet ist.
  • Wenn bei diesen beiden magnetfeldabhängigen Sensoren des Standes der Technik eine erhebliche Änderung der Umgebungstemperatur auf einen vorgegebenen Wert erfolgt, kann wahrscheinlich eine Temperaturkompensation des Sensor-Ausgangssignals in Übereinstimmung mit den Änderungen der Umgebungstemperatur erhalten werden. Falls jedoch z.B. der Drehwinkel eines Drehkörpers (z.B. einer Drosselklappe bei einem Kraftfahrzeug) zu messen ist, sind solche Bauelemente mit einer konstanten Temperaturcharakteristik zur Erzielung einer angemessenen Temperaturkompensation unzureichend. Dies beruht auf dem Umstand, dass die Umgebungstemperatur im Bereich des Sensors, eines Elektromotors zur Drehung des Drehkörpers oder dergleichen sich einerseits in Abhängigkeit von dessen Anbringungsposition innerhalb des Fahrzeugs und andererseits auch in Abhängigkeit von Änderungen des Betriebszustands des Fahrzeugs (d.h., in Abhängigkeit von Änderungen des Betriebszustands des Fahrzeugs vor, während oder nach einer Fahrt) verändert.
  • Der Erfindung liegt zur Behebung der vorstehend beschriebenen Nachteile daher die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Positionsmesseinrichtung mit zwei berührungslos arbeitenden Messelementen zur Messung der Stellung eines Drehkörpers anzugeben, bei der eine zuverlässige Temperaturkompensation erfolgen kann.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Positionsmesseinrichtung gemäß dem Patentanspruch gelöst.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die bei dem Einstellverfahren und dem Einstellsystem verwendete Positionsmesseinrichtung zwei berührungslos arbeitende Messelemente, die jeweils eine Stellungsmesseinheit zur Messung der Stellung eines beweglichen Körpers umfassen. Außerdem umfassen die Messelemente in integrierter Bauweise jeweils eine Temperaturmesseinheit zur kontinuierlichen Messung der Umgebungstemperatur im Bereich des jeweiligen Messelements sowie einen Ausgangsanschluss zur Abgabe eines von der Stellungsmesseinheit gemessenen Stellungswertes des beweglichen Körpers und einen Temperaturüberwachungsanschluss zur Abgabe eines von der Temperaturmesseinheit gemessenen Umgebungstemperaturwertes. Der über den Ausgangsanschluss abgegebene Stellungswert und der über den Temperaturüberwachungsanschluss abgegebene Umgebungstemperaturwert werden einer extern angeschlossenen elektronischen Steuereinheit zugeführt, die eine Einstellung von verschiedenen, von ihr berechneten Steuerwerten auf der Basis des über den Temperaturüberwachungsanschluss abgegebenen Umgebungstemperaturwertes vornimmt.
  • Die Messelemente können jeweils auch eine Kompensationsschaltung aufweisen, durch die eine Temperaturkompensation eines von der Stellungsmesseinheit gemessenen Stellungswertes des beweglichen Körpers in Abhängigkeit von dem von der Temperaturmesseinheit gemessenen Umgebungstemperaturwert vor der Zuführung des Stellungswertes des beweglichen Körpers zu der elektronischen Steuereinheit erfolgt.
  • Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, die in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen erfolgt. Es zeigen:
  • 1 eine Querschnittsansicht eines Ansaugluftdurchfluss-Steuersystems für eine Brennkraftmaschine, bei dem ein Einstellverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung Anwendung findet,
  • 2 eine linksseitige Ansicht von 1,
  • 3 eine detaillierte vergrößerte Ansicht einer Zuleitungs- und Verbindungsanordnung von zwei integrierten Hall-Schaltkreisen gemäß 2,
  • 4 ein Blockschaltbild, das die Bildung von Drosselklappen-Stellungsinformationen und Temperaturinformationen im Rahmen einer internen Berechnung in den den Drosselklappen-Stellungssensor gemäß 1 bildenden integrierten Hall-Schaltkreisen veranschaulicht,
  • 5 ein Blockschaltbild, das von einer elektronischen Steuereinheit ECU ausgeführte Schritte zur Berechnung eines Steuerwertes für den Motor gemäß 1 veranschaulicht, und
  • 6 ein Ablaufdiagramm von Schritten, die von der elektronischen Steuereinheit ECU zur Berechnung einer PI-Verstärkung bei der Regelung des Motors gemäß 1 ausgeführt werden, die im Rahmen einer PID-Regelung erfolgt.
  • Wie in 1 veranschaulicht ist, umfasst ein Ansaugluftdurchfluss-Steuersystem für eine Brennkraftmaschine gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Drosselventilkörper 10, der einen zu der (nicht dargestellten) Brennkraftmaschine führenden Ansaugluftkanal 11 bildet, eine im wesentlichen scheibenförmige Drosselklappe 12, die an einer Welle 13 angebracht ist und von dieser drehbar in dem Ansaugluftkanal 11 gehalten wird, einen mit der Welle 13 über Zahnräder verbundenen und als Stellglied wirkenden Elektromotor 20 sowie einen Drosselklappen-Stellungssensor 30 zur Messung der Drosselklappenstellung in Form des Drehwinkels der Drosselklappe 12. Einer elektronischen Steuereinheit ECU werden Ausgangssignale wie das Ausgangssignal des Drosselklappen-Stellungssensors 30 zugeführt. Von der elektronischen Steuereinheit ECU wird ein Ansteuer- oder Antriebssignal auf der Basis eines jeweiligen Betriebszustands der Brennkraftmaschine berechnet, wobei der Elektromotor 20 dann zur Einstellung der Drosselklappe 12 auf eine gewünschte Stellung betätigt wird.
  • Der Drosselventilkörper 10 besteht aus einem Aluminiumdruckgussgehäuse und ist an einem (nicht dargestellten) Ansaugkrümmer der Brennkraftmaschine z.B. mit Hilfe von Schraubenbolzen befestigt. Ein Ende der Welle 13 der Drosselklappe 12 ist mit Hilfe eines Kugellagers 15 drehbar gelagert, das wiederum in einer Lagerbuchse 14 des Drosselventilkörpers 10 angeordnet ist. Das andere Ende der Welle 13 ist mit Hilfe eines Gegen- oder Axiallagers 17 drehbar gelagert, das in einer Lagerbuchse 16 des Drosselventilkörpers 10 angeordnet ist. Eine Verschlusskappe 18 ist in die Lagerbuchse 16 des Drosselventilkörpers 10 eingepasst. Die der Brennkraftmaschine zugeführte Ansaugluftmenge wird durch den Öffnungsbereich eingestellt, der sich bei der Drehung der Drosselklappe 12 in Relation zu dem Ansaugluftkanal 11 des Drosselventilkörpers 10 bildet.
  • Der Elektromotor 20 ist in einem in dem Drosselventilkörper 10 ausgebildeten Motorgehäuse 19 angeordnet und umfasst einen vom Motor 20 vorstehenden Motor-Stromversorgungsanschluss 21 sowie ein am Außenende einer Ausgangswelle des Motors 20 angebrachtes Ritzel 22. Mit einem an dem einen Ende der Welle 13 befestigten Rotor 25 ist ein Kunststoffzahnrad 27 durch Spritzguss verbunden. An der Innenseite des Rotors 25 ist ein zylindrischer Permanentmagnet 28 fest angebracht. Das Ritzel 22 steht mit dem Kunststoffzahnrad 27 über ein Untersetzungs-Zwischenzahnrad 24 in Zahnradeingriff, das sich um eine an dem Drosselventilkörper 10 angebrachte feste Achse 23 dreht. Am Außenrand des einstückig mit dem Rotor 25 ausgeführten Kunststoffzahnrads 27 ist eine Rückhol-Schraubenfeder 29 vorgesehen, durch die die Drosselklappe 12 über die Welle 13 in ihre Ausgangsstellung zurückgeführt wird, wenn der Motor 20 z.B. durch Abschaltung eines (nicht dargestellten) Zündschalters abgeschaltet wird. Durch den Rotor 25 hindurch verlaufende Positionierungsausnehmungen 26 dienen zum Festhalten des Rotors 25 in einer der Leerlaufstellung der Welle 13 entsprechenden Position.
  • Der Drosselklappen-Stellungssensor 30 umfasst den zylindrischen Permanentmagneten 28, zwei integrierte Hall-Schaltkreise 31, 32, einen Leiterrahmen 33 sowie einen geteilten Stator 34. Der zylindrische Permanentmagnet 28 dient hierbei zur Erzeugung eines Magnetfeldes. Die integrierten Hall-Schaltkreise 31, 32 wirken als redundante, berührungslos arbeitende Messelemente und sind in ein Kunststoff-Sensorgehäuse 40 integriert. Der Leiterrahmen 33 besteht aus einer leitenden dünnen Metallplatte zur elektrischen Verbindung der integrierten Hall-Schaltkreise 31, 32 mit der externen elektronischen Steuereinheit ECU. Der geteilte Stator 34 besteht aus einem magnetischen Material, durch das der magnetische Induktionsfluss bzw. die magnetischen Kraftlinien auf die integrierten Hall-Schaltkreise 31, 32 gerichtet werden.
  • Die integrierten Hall-Schaltkreise 31, 32 sind gegenüber der inneren Umfangsseite des Permanentmagneten 28 angeordnet, um eine Quellenspannung bzw. EMK in Abhängigkeit von der Bildung eines Magnetfeldes mit einem Nordpol oder eines Magnetfeldes mit einem Südpol an ihren magnetfeldempfindlichen Oberflächen zu erzeugen (wobei ein positives (+) elektrisches Potential und ein negatives (–) elektrisches Potential jeweils durch ein Magnetfeld mit einem Nordpol bzw, ein Magnetfeld mit einem Südpol erzeugt werden). Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die integrierten Hall-Schaltkreise 31, 32 parallel zueinander und einander gegenüberliegend (um 180° gedreht) angeordnet.
  • Wie in 2 veranschaulicht ist, besteht der Leiterrahmen 33 z.B. aus einer Kupferplatte (einer leitenden, dünnen Metallplatte) und umfasst einen Signaleingabeanschluss (VDD) 41, Ausgangsanschlüsse (OUT 1, OUT 2) 42, 44, einen Temperaturüberwachungsanschluss 43 (MONITOR) sowie einen Masseanschluss (GND) 45. Dem Signaleingabeanschluss (VDD) 41 wird z.B. eine Versorgungsspannung von 5 V zugeführt. Über die Ausgangsanschlüsse (OUT 1, OUT 2) 42, 44 wird ein Signal abgegeben, das die jeweilige Stellung der Drosselklappe 12 angibt. Der Temperaturüberwachungsanschluss 43 ist mit einer in den integrierten Hall-Schaltkreis 31 integrierten Temperaturmesseinheit zur kontinuierlichen Überwachung der Umgebungstemperaturänderungen im Bereich des integrierten Hall-Schaltkreises 31 verbunden.
  • Wie in 3 veranschaulicht ist, umfasst die Leitungsanordnung der integrierten Hall-Schaltkreise 31, 32 Signaleingabeleitungen (VDD) 36, Masseleitungen (GND) 37, Ausgangsleitungen (OUT 1, OUT 2) 38 sowie eine Temperaturüberwachungsleitung 39 (die nur für den einen integrierten Hall-Schaltkreis 31 vorgesehen ist). Die Verbindung zwischen jeder Leitung und dem entsprechenden Anschluss des Leiterrahmens 33 wird von einem Verbindungselement bzw. einer Verbindungshalterung 35 umgeben, die aus einem thermoplastischen Kunststoff wie PBT besteht. Die den geteilten Stator 34 bildenden beiden Statorhälften sind am Außenumfang der Verbindungshalterung 35 derart befestigt, dass ein vorgegebener Spalt bzw. Zwischenraum zwischen dem Stator 34 und den integrierten Hall-Schaltkreisen 31, 32 gebildet wird.
  • Das Sensorgehäuse 40 verschließt eine Öffnung des Drosselventilkörpers 10 und stellt ein (z.B. aus PBT bestehendes) Thermoplast-Gussprodukt dar, das ein geringes Gewicht aufweist, einfach und kostengünstig herzustellen ist und jeden Anschluss des Drosselklappen-Stellungssensors 30 von den anderen Anschlüssen elektrisch isoliert. An dem Sensorgehäuse 40 ist eine Ausnehmung 49 für einen Eingriff mit einem an der Öffnungsseite des Drosselventilkörpers 10 ausgebildeten Vorsprung 48 vorgesehen. Wenn die Ausnehmung 49 mit dem Vorsprung 48 in Eingriff gebracht worden ist, wird das Sensorgehäuse 40 an dem Drosselventilkörper 10 mit Hilfe einer (nicht dargestellten) Schelle befestigt, womit der Zusammenbau des Sensorgehäuses 40 mit dem Drosselventilkörper 10 abgeschlossen ist. Wenn der Vorsprung 48 des Drosselventilkörpers 10 mit der Ausnehmung 49 des Sensorgehäuses 40 in Eingriff steht, sind die an dem Sensorgehäuse 40 befestigten integrierten Hall-Schaltkreise 31, 32 korrekt zu dem Permanentmagneten 28 ausgerichtet, der an der inneren Umfangsseite des sich gemeinsam mit der Welle 13 der Drosselklappe 12 drehenden Rotors 25 befestigt ist.
  • Weiterhin weist ein Verbindungsglied 50, das in integrierter Bauweise an einer Seite des Sensorgehäuses 40 ausgebildet ist, in der in 2 veranschaulichten Weise ein Außenende 51 des Signaleingabeanschlusses 41, ein Außenende 52 des Ausgangsanschlusses 42, ein Außenende 53 des Temperaturüberwachungsanschlusses 43, ein Außenende 54 des Ausgangsanschlusses 44, ein Außenende 55 des Masseanschlusses 45 sowie Außenenden 56, 57 eines Motor-Stromzuführungsanschlusses 46 des Motors 20 auf. Andere Enden des Motor-Stromzuführungsanschlusses 46 sind in integrierter Bauweise mit einem Motor-Verbindungsanschluss 47 verbunden. Nach dem Zusammenbau des Drosselventilkörpers 10 mit dem Sensorgehäuse 40 ist der Motor-Stromversorgungsanschluss 21 des Motors 20 über den Motor-Verbindungsanschluss 47 mit dem Motor-Stromzuführungsanschluss 46 verbunden.
  • Unter Bezugnahme auf 4 wird nachstehend auf die im Rahmen einer internen Berechnung in den integrierten Hall-Schaltkreisen 31, 32 erfolgende Bildung von Drosselklappen-Stellungsinformationen und Temperaturinformationen näher eingegangen.
  • Wie in 4 veranschaulicht ist, wird ein die Stellung der Drosselklappe 12 angebender Drehwinkelwert von einer jeweiligen Drehwinkel-Messeinheit 311, 321 mit Hilfe eines in jedem integrierten Hall-Schaltkreis 31, 32 vorgesehenen Hall-Elements gemessen. Dieser gemessene Drehwinkelwert wird sodann einem jeweiligen Analog/Digital-Umsetzer 312, 322 zugeführt. Außerdem wird ein Änderungen der Umgebungstemperatur angebender Temperaturwert von einer jeweiligen Temperaturmesseinheit 313, 323 in jedem der integrierten Hall-Schaltkreise 31, 32 gemessen. Der gemessene Temperaturwert wird dann einer jeweiligen Korrekturschaltung 314, 324 zur Korrektur der Temperaturcharakteristik zugeführt.
  • Ein in einem jeweiligen EEPROM-Speicher (einem elektrisch lösch- und programmierbaren Festspeicher) 315, 325 vorgespeicherter entsprechender Sollwert für den Temperatur-Messwert wird in die jeweilige Korrekturschaltung 314, 324 eingegeben und der Temperatur-Messwert sodann auf der Basis des Sollwertes in der jeweiligen Korrekturschaltung 314, 324 korrigiert, woraufhin er dem jeweiligen Analog/Digital-Umsetzer 312, 322 zugeführt wird. Der in den jeweiligen Analog/Digital-Umsetzer 312, 322 eingegebene Wert wird nach seiner Analog/Digital-Umsetzung einer jeweiligen Einstellschaltung 316, 326 zugeführt. In der jeweiligen Einstellschaltung 316, 326 werden auf der Basis eines in dem EEPROM-Speicher 315, 325 gespeicherten entsprechenden Sollwertes eine Offset-Einstellung, eine Verstärkungseinstellung und eine Begrenzungseinstellung vorgenommen. Bei der Offset-Einstellung erfolgt die Einstellung eines Offsetbetrages des die Drosselklappenstellung (den Drosselklappen-Öffnungsgrad) angebenden Ausgangssignals (V), während bei der Verstärkungseinstellung eine Steigung des die Drosselklappenstellung (den Drosselklappen-Öffnungsgrad) angebenden Ausgangssignals (V) erfolgt. Bei der Begrenzungseinstellung werden eine obere Grenzspannung (V) und eine untere Grenzspannung (V) eingestellt, die jeweils die maximale bzw. minimale Ausgangsspannung des Drosselklappen-Stellungssensors 30 darstellen.
  • Der von jeder Einstellschaltung 316, 326 abgegebene Einstellwert wird in einen jeweiligen Digital/Analog-Umsetzer 317, 327 zur Durchführung einer Digital/Analog-Umsetzung eingegeben und sodann als Drosselklappen-Stellungsinformation über die Ausgangsleitungen (OUT 1, OUT 2) 38 der integrierten Hall-Schaltkreise 31, 32 der externen elektronischen Steuereinheit ECU zugeführt, die mit dem Verbindungsglied 50 über die Außenenden 52, 54 der Ausgangsanschlüsse 42, 44 des Leiterrahmens 33 verbunden ist. Bei dem integrierten Hall-Schaltkreis 31 wird auch der von der Temperaturmesseinheit 313 gemessene Temperaturwert einer Temperaturinformations-Ausgabeschaltung 318 zugeführt. Die Temperaturinformation wird von der Temperaturinformations-Ausgabeschaltung 318 über die Temperaturüberwachungsleitung 39 der externen elektronischen Steuereinheit ECU zugeführt, die mit dem Verbindungsglied 50 über das Außenende 53 des Temperaturüberwachungsanschlusses 43 des Leiterrahmens 33 verbunden ist.
  • Nachstehend wird unter Bezugnahme auf das Blockschaltbild gemäß 5 ein Steuerwert-Berechnungsablauf näher beschrieben, der von der elektronischen Steuereinheit ECU für den Motor 20 des bei der Brennkraftmaschine vorgesehenen Ansaugluftdurchfluss-Steuersystems durchgeführt wird.
  • Wie in 5 veranschaulicht ist, wird zunächst in einem Solldrosselklappenstellungs-Berechnungsvorgang 51 eine Soll-Drosselklappenstellung auf der Basis einer von einem (nicht dargestellten) Fahrpedal-Stellungssensor erhaltenen Fahrpedalstellungsinformation berechnet. Sodann wird in einem Beschleunigungs-/Verzögerungsdrehmoment-Berechnungsvorgang S2 ein Beschleunigungs- /Verzögerungsdrehmoment für das Drosselklappen-Steuersystem auf der Basis einer Abweichung zwischen der bei dem Solldrosselklappenstellungs-Berechnungsvorgang S1 berechneten Soll-Drosselklappenstellung und einer auf der Basis der von dem Drosselklappen-Stellungssensor 30 erhaltenen Drosselklappen-Stellungsinformation gebildeten Ist-Drosselklappenstellung berechnet. Aus Gründen der Vereinfachung werden weitere Drehmomente bei diesem Drosselklappen-Steuersystem nicht näher beschrieben.
  • Im Rahmen eines Motortemperatur-Berechnungsvorgangs S3 wird die Temperatur des in der Nähe des Drosselklappen-Stellungssensors 30 angeordneten Motors 20 auf der Basis der von dem Drosselklappen-Stellungssensor 30 erhaltenen Temperaturinformation berechnet. Sodann werden in einem Motorstrom-Berechnungsvorgang S4 ein z.B. zur Erzielung des in dem vorherigen Vorgang berechneten Beschleunigungs-/Verzögerungsdrehmoments erforderliches Drehmoment als Parameter verwendet und ein Motorstrom für den Motor 20 auf der Basis der Drosselklappenstellung berechnet, der zur Erzeugung des erforderlichen Drehmoments notwendig ist. Der Motorstrom für den Motor 20 wird hierbei auf der Basis der im Rahmen des Motortemperatur-Berechnungsvorgangs S3 berechneten Temperatur des Motors 20 korrigiert.
  • In einem Gegen-EMK-Berechnungsvorgang 55 wird eine Gegen-EMK bzw. Gegen-Quellenspannung auf der Basis des im vorherigen Vorgang berechneten Motorstroms des Motors 20, der in dem Solldrosselklappenstellungs-Berechnungsvorgang S1 berechneten Soll-Drosselklappenstellung, der in dem Motortemperatur-Berechnungsvorgang S3 berechneten Temperatur des Motors 20 und der von dem Drosselklappen-Stellungssensor 30 erhaltenen Drosselklappen-Stellungsinformation berechnet. Sodann wird in einem Ausgangstastverhältnis-Berechnungsvorgang S6 ein der Gegen- EMK bzw. Gegen-Quellenspannung entsprechender elektrischer Stromwert dem in dem vorherigen Vorgang berechneten Motorstrom für den Motor 20 hinzuaddiert und ein dem Motor 20 dann tatsächlich zuzuführendes Ausgangstastverhältnis unter Berücksichtigung der Fahrzeug-Batteriespannung berechnet. Die vorstehend beschriebenen Vorgänge S1 bis S6 werden von einem im Rahmen der elektronischen Steuereinheit ECU verwendeten Mikrocomputer ausgeführt.
  • Von einer Motor-Treiberschaltung 60 der elektronischen Steuereinheit ECU wird der dem Motor 20 zuzuführende elektrische Ausgangsstrom DUTY auf der Basis des in dem Ausgangstastverhältnis-Berechnungsvorgang S6 erhaltenen Ausgangstastverhältnisses erzeugt und dem Motor 20 sodann zugeführt, um den Motor 20 zur Einstellung der von dem Drosselklappen-Stellungssensor 30 gemessenen Drosselklappenstellung auf die Soll-Drosselklappenstellung anzutreiben. In der vorstehend beschriebenen Weise überwacht der Drosselklappen-Stellungssensor 30 kontinuierlich Veränderungen der Umgebungstemperatur, wobei eine Veränderung des Motordrehmoments des Motors 20, eine Veränderung der magnetischen Flussdichte, eine Veränderung des Reibungsdrehmoments und dergleichen auf der Basis von Umgebungstemperaturänderungen korrigiert werden. Auf diese Weise lässt sich ein geeigneter elektrischer Ausgangsstrom bzw. ein geeignetes Strom-Tastverhältnis DUTY erhalten, das dem Motor 20 von der Motor-Treiberschaltung 60 zugeführt wird.
  • Nachstehend wird unter Bezugnahme auf das Ablaufdiagramm gemäß 6 ein Ablauf zur Berechnung einer PI-Regelverstärkung (Proportional-Integral-Regelverstärkung) bei einem Regelvorgang des Motors 20 näher beschrieben, der von dem Mikrocomputer der elektronischen Steuereinheit ECU ausgeführt wird. Durch diesen Regelvorgang wird die Stellung der Drosselklappe 12 des Ansaugluftdurchfluss-Steuersystems der Brennkraftmaschine eingestellt. Die Regelung erfolgt hierbei im Rahmen einer PID-Regelung (Proportional-Integral-Differenzial-Regelung). Das Unterprogramm zur Berechnung der PI-Regelverstärkung wird von der elektronischen Steuereinheit ECU in vorgegebenen Zeitintervallen wiederholt.
  • Gemäß 6 wird die von dem Drosselklappen-Stellungssensor 30 abgegebene Temperaturinformation in einem Schritt S101 eingelesen. Der Steuerablauf geht sodann auf einen Schritt S102 über, in dem die PI-Regelverstärkung unter Bezugnahme auf ein Kennfeld auf der Basis der im Schritt S101 eingelesenen Temperatur (°C) berechnet wird. Sodann endet dieses Unterprogramm. Zwischen der Temperatur und der PI-Regelverstärkung besteht eine positive Beziehung, d.h., bei steigender Temperatur vergrößert sich auch die PI-Regelverstärkung.
  • Wie vorstehend beschrieben, dienen bei der Einstellung der Temperaturcharakteristik des Drehwinkelsensors gemäß diesem Ausführungsbeispiel die integrierten Hall-Schaltkreise 31, 32 als kontaktlose Messelemente zur Messung der Drosselklappenstellung (des Drehwinkels) der Drosselklappe (des Drehkörpers) 12. In die integrierten Hall-Schaltkreise 31, 32 sind die Temperaturmesseinheiten 313, 323 zur kontinuierlichen Überwachung von Umgebungstemperaturänderungen hineinintegriert. Der eine integrierte Hall-Schaltkreis 31 umfasst den Ausgangsanschluss 42 zur Abgabe eines die Stellung der Drosselklappe 12 angebenden Drehwinkel-Messwertes sowie den Temperaturüberwachungsanschluss 43 zur Abgabe eines von der Temperaturmesseinheit 313 gemessenen Umgebungstemperaturwertes. Der über den Ausgangsanschluss 42 abgegebene Drehwinkel-Messwert und der über den Temperaturüberwachungsanschluss 43 abgegebene Temperaturmesswert werden gleichzeitig der (nicht dargestellten) externen elektronischen Steuereinheit ECU zugeführt. In der elektronischen Steuereinheit ECU werden sodann die von ihr berechneten verschiedenen Steuerwerte auf der Basis des über den Temperaturüberwachungsanschluss 43 zugeführten Temperaturmesswertes abgeglichen.
  • Die den in redundanter Bauweise ausgeführten Drosselklappensensor (Drehwinkelsensor) 30 bildenden integrierten Hall-Schaltkreise 31, 32 umfassen somit die Drehwinkel-Messeinheiten 311, 321 zur Messung des die Stellung der Drosselklappe 12 angebenden Drehwinkelwertes sowie die Temperaturmesseinheiten 313, 323 zur kontinuierlichen Messung eines die Umgebungstemperaturänderungen angebenden Temperaturwertes. Der von den integrierten Hall-Schaltkreisen 31, 32 gemessene Drehwinkelwert wird auf der Basis des gemessenen Temperaturwertes direkt in geeigneter Weise abgeglichen und sodann erst der mit den Ausgangsanschlüssen 42, 44 verbundenen externen elektronischen Steuereinheit ECU zur Bestimmung der Stellung der Drosselklappe 12 zugeführt. Außerdem wird der von der Temperaturmesseinheit 313 des einen integrierten Hall-Schaltkreises 31 gemessene Temperaturwert der externen elektronischen Steuereinheit ECU zugeführt, wobei die in der elektronischen Steuereinheit ECU berechneten verschiedenen Steuerwerte auf der Basis dieses Temperaturmesswertes abgeglichen werden, d.h., der die Stellung der Drosselklappe 12 angebende Drehwinkel-Messwert sowie der Umgebungstemperatur-Messwert werden von dem einen integrierten Hall-Schaltkreis 31 des Drosselklappen-Stellungssensors 30 abgegeben, sodass in der externen elektronischen Steuereinheit ECU zusätzlich zu der von dem Drosselklappen-Stellungssensor 30 gemessenen Stellung der Drosselklappe 12 auch die verschiedenen Steuerwerte auf der Basis des Umgebungstemperatur-Messwertes in geeigneter Weise eingestellt werden können.
  • Außerdem können ein Widerstandsmesswert, ein Induktivitätsmesswert, ein Drehmomentmesswert und/oder dergleichen des Motors 20, die sich in Abhängigkeit von Umgebungstemperaturänderungen verändern, auf der Basis der gemessenen Temperaturänderung zur Erzielung einer Regelung des Motors 20 in geeigneter Weise abgeglichen werden. Die vorstehend beschriebene Einstellung der Temperaturcharakteristik des Drehwinkelsensors lässt sich somit dahingehend zusammenfassen, dass die verschiedenen Kennwerte des in der Nähe der Drosselklappe 12 zu deren Verstellung angeordneten Motors 20 auf der Basis des über den Temperaturüberwachungsanschluss 43 abgegebenen Temperaturmesswertes abgeglichen und eingestellt werden.
  • Bei bestimmten Temperaturbedingungen vor, während oder nach einem Fahrbetrieb des Fahrzeugs, wie z.B. bei Vorliegen außerordentlich hoher Temperaturen direkt nach einem Fahrbetrieb des Fahrzeugs, kann die Verwendung des Temperaturmesswertes in der elektronischen Steuereinheit ECU bei der Bestimmung einer Bezugsstellung der Drosselklappe auch entfallen, sodass auf diese Weise Auswirkungen auf normale Sensor-Ausgangssignale ausgeschlossen und eine gleichbleibende Sensor-Ausgangssignalkorrektur ermöglicht werden können. Alternativ kann bei einer Korrektur des Temperaturmesswertes ein korrigierter Temperaturwert für eine Verwendung im Rahmen eines adaptiven Bezugsstellungs-Bestimmungsvorgangs gespeichert werden, sodass auch bei Auftreten von Temperaturänderungen eine gleichbleibende Bezugsstellung der Drosselklappe ermittelt werden kann.
  • Weitere Vorteile und Modifikationen der Erfindung sind für den Fachmann ersichtlich. Die Erfindung ist im weiteren Sinne daher nicht auf die vorstehend beschriebenen spezifischen Einzelmerkmale, Ausführungsbeispiele und den beschriebenen Geräteaufbau beschränkt, sondern kann z.B. auch zur Steuerung der Stellung eines beweglichen Körpers Verwendung finden, der eine lineare Bewegung ausführt.
  • Wie vorstehend beschrieben, dienen somit integrierte Hall-Schaltkreise (31, 32), die in redundanter Bauweise einen Drosselklappen-Stellungssensor (30) bilden, zur Messung eines die Stellung einer Drosselklappe (12) angebenden Drehwinkelwertes und eines eine im Bereich der integrierten Hall-Schaltkreise (31, 32) kontinuierlich überwachte Umgebungstemperaturänderung angebenden Temperaturwertes. Der von den integrierten Hall-Schaltkreisen (31, 32) gemessene Drehwinkelwert wird auf der Basis des Temperaturmesswertes direkt in geeigneter Weise abgeglichen, wobei eine Drosselklappenstellung von einer extern angeschlossenen elektronischen Steuereinheit ECU auf der Basis dieses abgeglichenen Winkelwertes bestimmt wird. Außerdem wird der von einem der integrierten Hall-Schaltkreise (31) gemessene Temperaturwert der elektronischen Steuereinheit ECU zugeführt, sodass in der elektronischen Steuereinheit ECU verschiedene Steuerwerte, wie der Widerstandswert eines elektrischen Motors (20), auf der Basis des Temperaturmesswertes in geeigneter Weise eingestellt werden können.

Claims (1)

  1. Positionsmesseinrichtung mit zwei berührungslos arbeitendenden Messelementen (31, 32), die jeweils eine Stellungsmesseinheit (311, 321) zur Messung der Stellung einer in einem Ansaugluftkanal (11) zur Einstellung der einer Brennkraftmaschine zugeführten Ansaugluftmenge angeordneten Drosselklappe (12) umfassen, wobei die Drosselklappe (12) von einem Elektromotor (20) betätigt und drehbar von einer Welle (13) getragen wird, deren eines Ende außerhalb des Ansaugluftkanals (11) angeordnet ist, die Positionsmesseinrichtung außerhalb des Ansaugluftkanals (11) an dem einen Ende der Welle (13) angeordnet ist, und jedes Messelement (31, 32) einen Ausgangsanschluss (42, 44) zur Abgabe eines von der Stellungsmesseinheit (311, 321) gemessenen Stellungswertes der Drosselklappe (12) aufweist, wobei die beiden Messelemente (31, 32) jeweils eine in das Element integrierte Temperaturmesseinheit (313, 323) zur Messung der Umgebungstemperatur im Bereich des Messelementes (31, 32), und einen Temperaturüberwachungsanschluss (43) zur Abgabe eines von der Temperaturmesseinheit (313, 323) gemessenen Umgebungstemperaturwertes aufweisen, und die Ausgangsanschlüsse (42, 44) der beiden Messelemente (31, 32) und die Temperaturüberwachungsanschlüsse (43) der beiden Messelemente (31, 32) von einem Kunststoff-Sensorgehäuse umgeben sind.
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