EP1817487B1 - Verfahren und vorrichtung zum ansteuern eines stellgliedes - Google Patents
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- EP1817487B1 EP1817487B1 EP05826784A EP05826784A EP1817487B1 EP 1817487 B1 EP1817487 B1 EP 1817487B1 EP 05826784 A EP05826784 A EP 05826784A EP 05826784 A EP05826784 A EP 05826784A EP 1817487 B1 EP1817487 B1 EP 1817487B1
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F02D11/06—Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated characterised by non-mechanical control linkages, e.g. fluid control linkages or by control linkages with power drive or assistance
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- F02D11/105—Arrangements for, or adaptations to, non-automatic engine control initiation means, e.g. operator initiated characterised by non-mechanical control linkages, e.g. fluid control linkages or by control linkages with power drive or assistance of the electric type characterised by the function converting demand to actuation, e.g. a map indicating relations between an accelerator pedal position and throttle valve opening or target engine torque
Definitions
- the invention is based on a method and a device for driving an actuator according to the preamble of the independent claims.
- a minimum opening degree of the throttle valve is set to a value larger than an amount that results in the overshoot of the throttle valve when the opening degree of the throttle valve is changed from a maximum opening degree to the minimum opening degree.
- an electronic throttle control device is known.
- a microcomputer calculates a deviation between a target opening degree and an actual opening degree. Depending on this, an engine control amount and a control gain are calculated.
- the control gain is chosen to be smaller with increasing control deviation.
- the control gain is limited by the previous control gain if the control gain is greater than the previous control gain. The restriction on the control gain is canceled when the calculated current opening degree change is reduced from a predetermined value.
- a throttle for electrically controlled actuators in a motor vehicle, such as a throttle, a charge movement flap, an exhaust gas recirculation valve, a bypass valve for a compressor, etc.
- a digital control in an engine control unit In order to avoid damage to the corresponding actuator, it must be prevented that a mechanical stop of the corresponding actuator is approached too fast. To ensure this, an offset is often introduced to the stop so that the actuator can be driven quickly up to this offset. However, this offset causes an increased leakage mass flow.
- An alternative solution uses a setpoint change limitation, for example, using a filter. In this case, a change in the setpoint value for the position of the actuator is limited to a predetermined desired value according to the setpoint change limit.
- the setpoint change is limited to such a low value that it can be ensured that the stop is not approached too quickly by the actuator. If this setpoint change limit is active over the entire range of predefinable setpoint values for the position of the actuator, this leads to the fact that the control of the position of the actuator to the corresponding predetermined setpoint is unnecessarily slow. An improved solution is to turn on this slow setpoint limit only when the preset setpoint between the stop and a predetermined threshold associated with the stop.
- the method and the device according to the invention the task is based on optimizing the control of an actuator.
- the inventive method and the inventive apparatus for driving an actuator with the features of the independent claims have the advantage over that to achieve the first setpoint by the setpoint initially a second setpoint is specified, that a change in the setpoint for the position of the actuator the second setpoint value is limited according to a second setpoint change limit, and that if the change in the setpoint value to the first setpoint limit with the first setpoint change limit is greater than the change of the setpoint value to the second setpoint limit with the second setpoint change limit, the first setpoint value is predetermined for the setpoint value is and the change of the setpoint for the position of the actuator is limited to the first set value according to the first setpoint change limit.
- a two-stage setpoint change limitation can be carried out especially for a first set value in the vicinity of a stop of the actuator.
- the setpoint value is first moved with the second setpoint change limitation in the direction of the second predetermined setpoint value and then with the first setpoint change limitation in the direction of the first predetermined setpoint value.
- the approach of the setpoint in the direction of the second predetermined setpoint value with a larger setpoint change and thus faster can be allowed, as the subsequent approach of the setpoint in the direction of the first predetermined setpoint.
- the second setpoint change limit is then lower or lower than the first setpoint change limit.
- the setpoint could be changed comparatively quickly towards the first predetermined desired value within a certain range limited by the second predetermined setpoint value.
- the comparatively slow setpoint change limitation is then only required on the last stretch of the setpoint to the first predetermined setpoint.
- the control for adjusting the actuator is not unnecessarily slowed down.
- the first and the second setpoint change limitation are only performed when the first setpoint lies between a stop of the actuator and a predetermined threshold value associated with the stop.
- a first predetermined setpoint which is not close to the attack, that is not between the stop and the stop associated with the predetermined threshold value, approach with the highest possible speed of the actuator, without damaging the actuator by the attack would be feared.
- the first desired value lies between the stop and the predetermined threshold value associated with the stop, it is further ensured that the first desired value is approached as quickly as possible and then slowly enough due to the two-step setpoint change limitation in order to prevent the actuator from being damaged by a stop prevent.
- the two-stage setpoint limit limitation is particularly advantageous for preventing damage to the actuator by the stop when, as described, the second setpoint change limit is selected to be weaker than the first setpoint change limit.
- a simple realization for the setpoint change limiting results when the setpoint for the first setpoint change limiting is filtered with a first time constant and when the setpoint for the second setpoint change limiting is filtered with a second time constant.
- the first time constant greater than the second time constant can be selected to achieve that the second setpoint change limit is weaker than the first setpoint change limit.
- one of the two Soléesungsbegenzonne is performed by means of a ramp function and the other of the two Soléesungsbegenzonne by filtering. This is particularly beneficial in systems where an asymptotic Approaching the stop position is too slow. Another advantage is that with this method, the speed at which the target value of the actuator may approach the stop, can be specified directly.
- the second desired value is selected further apart from a stop of the actuator than the first desired value.
- the described advantage can be realized, according to which the desired value can first be guided as fast as possible towards the second setpoint by the two-stage setpoint change limit, in order then to guide the setpoint as slowly as possible to the first predetermined setpoint, which is closer to the setpoint Damage to the actuator by the stop to avoid.
- FIG. 1 a roughly schematic section of an internal combustion engine
- FIG. 2 a functional diagram for explaining the method and apparatus of the invention
- FIG. 3 a diagram with different setpoint curves for the position of an actuator over time.
- FIG. 1 110 indicates a section of an internal combustion engine that drives, for example, a vehicle.
- the internal combustion engine can be designed, for example, as a gasoline engine or as a diesel engine.
- About an intake passage 40 of the engine fresh air is supplied.
- an actuator 1 is arranged in the intake passage 40.
- the actuator 1 is formed for example as a throttle valve.
- a different air mass flow in the intake passage 40 is set.
- a lower stop of the throttle valve 1 in the intake passage 40 is in FIG. 1 designated by the reference numeral 45.
- FIG. 1 designated by the reference numeral 45.
- a first setpoint value 5 for the position of the throttle flap 1 and a second setpoint value 10 for the position of the throttle flap 1 are shown by dashed lines, wherein the first setpoint value 5 is closer to the lower stop 45 than the second setpoint value 10.
- the throttle flap 1 is known in the art Way controlled by a drive signal AS by a controller 50, for example, to implement a driver's request.
- the drive signal AS may be, for example, a pulse-width-modulated signal, wherein different positions of the actuator 1 in the intake passage 40 result for different duty cycles of the pulse-width-modulated drive signal AS.
- FIG. 3 Now the position of the throttle valve 1 is plotted against the time t in seconds.
- the position of the throttle valve 1 is given in percent of the opening degree.
- the value 0% corresponds to the state of the fully closed throttle valve 1, that is, the throttle valve 1 is located directly on the lower stop 45.
- the value 100% for the position of the throttle valve 1 corresponds to the fully open throttle 1.
- target 1 is a first setpoint for the position of the throttle valve 1 in FIG. 3 shown.
- This first desired value Soll1 for the position of the throttle valve 1 is initially at the value 100% for the fully open throttle 1. Approximately at the time of one second, the first target value 1 jumps from 100% down to about 1.01 seconds to reach the value 0%. There remains the first setpoint Soll 1 to at least 1.35 seconds.
- the first target value Soll 1 corresponds approximately to the lower stop 45 from the time 1.01 seconds FIG. 1 does not directly correspond to the first setpoint indicated there 5 the lower stop 45, but is given close to the fence.
- the first set point 5 indicates a position of the throttle flap 1 in the vicinity of the lower stop 45, wherein as in FIG. 3 the special case may occur that the first setpoint 5, in FIG. 3 denoted by 1, after the in FIG. 3 shown jump directly to the lower stop 45 and thus the fully closed throttle valve 1 corresponds.
- all those first setpoint values 5 are designated as being close to the stop, which are located closer to the lower stop 45 after the jump than a predefined threshold value SW.
- the predetermined threshold SW can be suitably applied, for example, on a test bench.
- the predetermined threshold value SW can be applied, for example, in such a way that all the first setpoint values 5 are so close to the lower limit stop 45 below the predetermined threshold value SW that they may not be preset abruptly but with a sufficient setpoint change limitation in order to damage the throttle flap 1 to safely avoid the bottom stop 45.
- the predetermined threshold SW becomes a value between 9 and 10 Percentage of the position of the throttle valve 1 applied. Since the first target value Soll 1 after the jump is below the predetermined threshold SW, it must not be as in FIG. 3 represented jump-shaped but only with the consideration of a first setpoint change limit be specified.
- Such a setpoint change limitation is achieved, for example, with the aid of low-pass filtering.
- the change of the setpoint value for the position of the throttle valve 1 from the value 100% to the value 0% is limited by low-pass filtering with a predetermined time constant.
- the reference numeral 115 shows a first course of the setpoint value for the position of the throttle flap 1, which is achieved by low-pass filtering the profile of the first setpoint value 1 with a second time constant of 35 ms.
- a second possible course of the setpoint is shown, which is formed by low-pass filtering the course of the first predetermined setpoint value 1 with a first time constant of 70 ms.
- the setpoint curve formed thereby is in particular below the predetermined threshold SW until reaching the first predetermined setpoint value 1 sufficiently slow to safely avoid damaging the throttle valve 1 when hitting the lower stop 45, but starting from the position 100% to to reach the predetermined threshold SW too slow.
- the invention provides a two-stage setpoint change limitation.
- a second predetermined target value 2 is selected as the target value to be set for the position of the throttle valve 1 after the setpoint jump, which may, for example, correspond to the predefined threshold value SW or greater than this.
- the predetermined threshold SW for example, can be applied to a test stand so suitable that only for jumps of the first predetermined setpoint value 1 below the predetermined threshold SW a corresponding setpoint change limit for a damage-free adjustment of the position of the throttle valve 1 to the first predetermined setpoint desired 1 sure is set, it is particularly advantageous to select the second predetermined target value 2 equal to the predetermined threshold SW.
- the selection of the second predetermined setpoint Soll2, the in FIG. 1 is also characterized by the reference numeral 10, that this is further spaced from the lower stop 45 of the actuator 1 is selected as the first predetermined target value Soll1.
- FIG. 2 a functional diagram is shown, which explains the inventive method and the device according to the invention in more detail.
- the functional diagram is denoted by the reference numeral 15 in FIG. 2 and can be implemented as a device according to the invention software and / or hardware in the controller 50.
- the sequence of the method according to the invention will be clarified on the basis of the functional diagram 15.
- First presetting means 20 indicate, in a manner known to the person skilled in the art, the first setpoint value 1 or the time profile of the first setpoint value 1, for example according to FIG FIG. 3 and, for example, depending on a driver's request.
- a low-pass filter 30 is provided, which emits a filtered nominal value Sollfil at regular sampling instants.
- the filtered desired value Sollfil present at this sampling time is subtracted from the first predetermined desired value Soll 1 present at this sampling instant in a first subtraction element 55.
- the formed difference Soll1 - Sollfil at the output of the first subtraction element 55 is divided in a subsequent first division member 65 by a first predetermined time constant Z1, which may be stored permanently in a memory 50 associated memory.
- a first predetermined time constant Z1 which may be stored permanently in a memory 50 associated memory.
- the value of 70 ms can be selected for the first predetermined time constant Z1.
- the output of the first division element 65 thus corresponds to the quotient Should ⁇ 1 - Sollfil Z ⁇ 1 , This quotient is in FIG. 2 labeled Q1.
- first comparison element 75 It is supplied to a first input of a first comparison element 75, whose second input is supplied with the value zero. If the first quotient Q1 is less than zero, the output of the first comparison element 75 is set, otherwise it is reset.
- the output of the first comparator 75 is fed to an inverse 85 whose output is set when its input is reset and its output is reset when its input is set.
- the output of the inversion member 85 is supplied to a first input of an OR gate 90.
- the output of the first comparison element 75 is also supplied to a first input of an AND gate 80.
- the first quotient Q1 as the output of the first division element 65 is also fed to a first input of a second comparison element 35.
- Second presetting means 25 predetermine the second desired value Soll2 in this example as a predetermined threshold value SW.
- the second Default means 25 may be formed, for example, by a memory 50 associated memory in which the value applied to the predetermined threshold SW, for example, applied to the test bench value.
- the filtered desired value Sollfil present for this sampling instant is subtracted from the predetermined second nominal value Soll2 present for this sampling instant for each sampling instant, so that the difference Soll2-Sollfil forms at the output of the second subtraction element 60.
- the second quotient Q2 is supplied to a second input of the second comparison element 35.
- the output of the second comparator 35 is set when Q1 ⁇ Q2.
- the output of the second comparator 35 is supplied to a second input of the AND gate 80.
- the output of the AND gate 80 is set only when its two inputs are set, otherwise it is reset.
- the output of the AND gate 80 is on the one hand to a second input of the OR gate 90 and on the other hand fed as a control signal to a first controlled switch 100.
- the output of the OR gate 90 is set when one of its two inputs is set, and otherwise reset.
- the output of the OR gate 90 is guided as a control signal to a second controlled switch 105.
- the first desired value Soll 1 is supplied on the one hand to a first input of a maximum selector element 95 and on the other hand to a first input of the second controlled switch 105.
- the second desired value Soll2 is supplied to a second input of the Maoimalaushoffgliedes 95.
- the maximum selector element 95 selects the maximum of its two inputs, that is to say the maximum from the first preset desired value Soll 1 and the second predetermined nominal value Soll 2, and outputs this maximum to a second input of the controlled switch 105.
- the second controlled switch 105 connects the output of the maximum selector 95 to an input of the low pass 30 when the output of the OR gate 90 is reset.
- the second controlled switch 105 connects the input of the low-pass filter 30 with the first default means 20 and thus with the first predetermined desired value Soll1.
- the output of the first controlled switch 100 predefines the time constant for the low pass 30.
- the first controlled switch 100 connects the memory with the first predetermined Time constant Z1 with the input for the time constant of the low-pass filter 30 when the output of the AND gate 80 is set, otherwise the first controlled switch connects the memory with the second predetermined time constant Z2 with the time constant input of the low pass 30th
- the low-pass filter 30 then filters the output of the second controlled switch 105 with the respectively set time constant in order to form the filtered nominal value Sollfil.
- the first comparison member 75 ensures that the two-stage setpoint change limit is only performed when the first setpoint desired 1 is smaller than the filtered setpoint Sollfil, and thus the filtered setpoint Sollfil a time-decreasing course and thus toward the lower stop 45th having. Otherwise, only the first setpoint Soll1 is filtered by the low-pass filter 30 with the second predetermined time constant Z2. With the first comparison element 75 is thus checked whether the throttle valve 1 moves in the closing direction, ie in the direction of the lower stop 45, that is, the filtered target value Sollfil changed in the direction of the lower stop 45.
- the setpoint change determination is always selected which allows the larger step in the direction of the lower limit stop 45 and configures the low-pass filter 30 accordingly in the manner described.
- the low-pass filter 30 with the first setpoint setpoint 1 as the input value and the slower first time constant Z1 makes a larger step toward the bottomstop 45 than the low-pass filter 30 with the second setpoint setpoint Soll2 as the input value and the faster first filter time constant Z2, then the former Configuration with the first predetermined setpoint Soll 1 and the first filter time constant Z1 selected, otherwise the filter configuration with the second predetermined setpoint Soll2 is greater than the first predetermined setpoint Soll1, and the second predetermined time constant Z2.
- the method according to the invention takes effect according to FIG. 2 , so that's the second one predetermined setpoint Sol12 with the faster second time constant Z2 is approached by the low-pass filter 30 until the filtered setpoint curve is slowed down so much that the filtering with the slower first time constant Z1 and the first predetermined setpoint Soll11 is faster than the input value. Then, as described, the switching between the two different input values and the two different time constants takes place, and the first predetermined desired value Soll1 is then approached with the slower first filter time constant Z1.
- a setpoint change limit can be smoothly switched over from a high-speed tracking to a slower tracking-near tracking of the setpoint to the corresponding predetermined setpoint if the first predetermined setpoint Soll1 is below the predetermined threshold SW.
- the first predetermined setpoint Soll1 is in the range above the predetermined threshold SW or if it moves in the direction of the range above the predetermined threshold SW, slight overshoot or undershoot in the setpoint are allowed because they reach a faster reaching the first predetermined setpoint value 1 lead.
- the function diagram according to FIG. 2 finally represents a controller for tracking the setpoint value for the position of the throttle valve 1 to the first predetermined desired value Soll1.
- the by the function diagram FIG. 2 In comparison with systems which only work with the first filter time constant Z1, as soon as the first predetermined desired value Soll1 is below the predetermined threshold value SW, the controller realized has the advantage that the controller according to the functional diagram FIG. 2 can be designed with a higher loop gain.
- the third setpoint course 125 shows the fastest possible approach of the setpoint value to the predetermined threshold value SW at which occurring undershoots in the setpoint course can still be controlled.
- the ideal setpoint course 130 uses this fast third setpoint course 125 until it decelerates too much. Subsequently, the ideal setpoint course 130 continues slowly in the direction of the first preset setpoint Soll1. If the first setpoint course 115 had been used until reaching the predetermined threshold value SW and then switched directly to the second time course 120 with the slower time constant, then the rate of change of the setpoint value in the range of the predefined threshold value SW would have been too high.
- the embodiment has been described above with reference to an actuator 1 designed as a throttle valve.
- the invention can be applied in a corresponding manner to any electrically controlled actuators, for example, to a charge movement flap, an exhaust gas recirculation valve, a bypass valve for a compressor, etc.
- the application of the actuator 1 to an internal combustion engine or a motor vehicle is not limited, but can be provided for any applications in which a mass flow can be influenced by changing the position of an actuator.
- a setpoint change limit can also be calculated by calculating a gradient the temporal setpoint course and its comparison with a predetermined limit occur. If the preset limit value is less than the specified limit value, no setpoint change limitation takes place, otherwise the setpoint change is limited to the specified limit value. Different setpoint change limitation can then be realized by different limit values in a corresponding manner. Other methods known to those skilled in the setpoint limit limiting can be used to implement the invention in a corresponding manner.
- Two different preset limit values can be used to realize two different setpoint change limits, one weaker than the other.
- a weaker setpoint change limitation results from the larger preset limit value for the setpoint change limitation. In this case, a larger setpoint change amount is possible. The limitation of the setpoint change is thus lower.
- the low-pass filtering with the first and the second predetermined filter time constant is performed only if the first predetermined setpoint Soll 1 between the lower stop 45 of the actuator 1 and the predetermined limit SW associated with the lower stop 45 is located.
- the first predetermined target value 1 can also be the lower stop 45 as in FIG. 3 represented correspond.
- the first predetermined desired value Soll 1 is above the predetermined threshold value SW, it is also possible to dispense with a setpoint change limitation or filtering.
- the first predetermined desired value Soll1 corresponds to the predetermined threshold value SW.
- the low-pass filtering with a single filter time constant according to the third setpoint curve 125 are performed.
- the second filter time constant Z2 35 ms has been selected.
- the lower stop 45 of the control member 1 was considered.
- the described method according to the invention and the described device according to the invention can also be applied to the upper stop of the actuator 1, in which case the output of the first comparison element 75 is set when Q1 is greater than zero and the output of the first comparator 75 is otherwise reset.
- the output of the second comparator 35 is set when Q1> Q2 and otherwise the output of the second comparator 35 is reset. From the maximum selector 95 in FIG FIG. 2 becomes a minimum selector in this case.
- the functional diagram can be after FIG. 2 also use for this case of the upper stop.
- the predetermined threshold SW for the upper stop for example, between 90 and 91 percent of the position of the actuator 1 according FIG. 3 and the upper stop corresponds to the position 100 percent of the actuator 1.
- the second predetermined setpoint Soll2 can be selected equal to the predetermined threshold.
Description
- Die Erfindung geht von einem Verfahren und von einer Vorrichtung zum Ansteuern eines Stellgliedes nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche aus.
- Aus der
DE4303560A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Verstelleinrichtung bekannt, bei der im Bereich eines mechanisches Anschlags der Verstelleinrichtung eine Begrenzung des durch den elektrischen Motor fließenden Stroms, der die Verstelleinrichtung betätigt, stattfindet. - Aus der
EP0992662A2 ist eine Drosselvorrichtung für eine Brennkraftmaschine bekannt. Ein minimaler Öffnungsgrad der Drosselklappe wird auf einen Wert gesetzt, der größer ist als ein Betrag, der zum Überschwingen der Drosselklappe führt, wenn der Öffnungsgrad der Drosselklappe von einem maximalen Öffnungsgrad zum minimalen Öffnungsgrad verändert wird. - Aus der
US2003/084873A1 ist eine elektronische Drosselklappensteuervorrichtung bekannt. Ein Mikrocomputer berechnet eine Abweichung zwischen einem Sollöffnungsgrad und einem Istöffnungsgrad. Abhängig davon wird ein Motorsteuerbetrag und eine Regelverstärkung berechnet. Die Regelverstärkung wird mit zunehmender Regelabweichung kleiner gewählt. Die Regelverstärkung wird durch die vorherige Regelverstärkung begrenzt, wenn die Regelverstärkung größer ist als die vorherige Regelverstärkung. Die Beschränkung der Regelverstärkung wird aufgehoben, wenn die berechnete aktuelle Öffnungsgradänderung von einem vorgegebenen Wert reduziert wird. - Für elektrisch angesteuerte Stellglieder in einem Kraftfahrzeug, beispielsweise einer Drosselklappe, einer Ladungsbewegungsklappe, einem Abgasrückführungsventil, einem Bypass-Ventil für einen Kompressor, usw., wird zu deren Regelung oft eine digitale Regelung in einem Motorsteuergerät eingesetzt. Um eine Beschädigung des entsprechenden Stellgliedes zu vermeiden, muss verhindert werden, dass ein mechanischer Anschlag des entsprechenden Stellgliedes zu schnell angefahren wird. Um dies zu gewährleisten, wird oft ein Offset zu dem Anschlag eingeführt, so dass das Stellglied bis zu diesem Offset schnell gefahren werden kann. Durch diesen Offset wird aber ein erhöhter Leckmassenstrom bedingt. Eine alternative Lösung verwendet eine Sollwertänderungsbegrenzung beispielsweise unter Verwendung eines Filters. Dabei wird eine Änderung des Sollwertes für die Stellung des Stellgliedes auf einen vorgegebenen Sollwert gemäß der Sollwertänderungsbegrenzung begrenzt. Dabei wird die Sollwertänderung auf einen so geringen Wert begrenzt, dass sichergestellt werden kann, dass der Anschlag vom Stellglied nicht zu schnell angefahren wird. Wenn diese Sollwertänderungsbegrenzung über den gesamten Bereich vorgebbarer Sollwerte für die Stellung des Stellgliedes aktiv ist, so führt dies dazu, dass die Regelung der Position des Stellgliedes auf den entsprechend vorgegebenen Sollwert unnötig langsam ist. Eine verbesserte Lösung besteht darin, diese langsame Sollwertänderungsbegrenzung nur dann einzuschalten, wenn der vorgegebene Sollwert zwischen dem Anschlag und einem dem Anschlag zugeordneten vorgegebenen Schwellwert liegt.
- Dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ansteuerung eines Stellgliedes zu optimieren.
- Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Ansteuern eines Stellgliedes mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben dem gegenüber den Vorteil, dass zum Erreichen des ersten Sollwertes durch den Sollwert zunächst ein zweiter Sollwert vorgegeben wird, dass eine Änderung des Sollwertes für die Stellung des Stellgliedes auf den zweiten Sollwert gemäß einer zweiten Sollwertänderungsbegrenzung begrenzt wird, und dass dann, wenn die Änderung des Sollwertes zum ersten Sollwert mit der ersten Sollwertänderungsbegrenzung betragsmäßig größer wäre, als die Änderung des Sollwertes zum zweiten Sollwert mit der zweiten Sollwertänderungsbegrenzung, für den Sollwert der erste Sollwert vorgegeben wird und die Änderung des Sollwertes für die Stellung des Stellgliedes auf den ersten Sollwert gemäß der ersten Sollwertänderungsbegrenzung begrenzt wird. Auf diese Weise lässt sich besonders für einen ersten Sollwert in der Nähe eines Anschlags des Stellgliedes eine zweistufige Sollwertänderungsbegrenzung durchführen. Dabei wird der Sollwert zunächst mit der zweiten Sollwertänderungsbegrenzung in Richtung zum zweiten vorgegebenen Sollwert bewegt und anschließend mit der ersten Sollwertänderungsbegrenzung in Richtung zum ersten vorgegebenen Sollwert. Dabei kann das Anfahren des Sollwertes in Richtung zum zweiten vorgegebenen Sollwert mit größerer Sollwertänderung und damit schneller erlaubt werden, als das anschließende Anfahren des Sollwerts in Richtung zum ersten vorgegebenen Sollwert. Die zweite Sollwertänderungsbegrenzung ist dann schwächer oder geringer eingestellt als die erste Sollwertänderungsbegrenzung. Somit könnte auch für den Fall, dass der erste vorgegebene Schwellwert sich in der Nähe des Anschlags befindet, der Sollwert in einem gewissen, vom zweiten vorgegebenen Sollwert abhängig begrenzten Bereich vergleichsweise schnell in Richtung zum ersten vorgegebenen Sollwert verändert werden. Die vergleichsweise langsame Sollwertänderungsbegrenzung ist dann lediglich auf der letzten Strecke des Sollwertes bis zum ersten vorgegebenen Sollwert erforderlich. Somit wird die Regelung für die Einstellung des Stellgliedes nicht unnötig verlangsamt.
- Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich.
- Besonders vorteilhaft ist es, wenn die erste und die zweite Sollwertänderungsbegrenzung nur dann durchgeführt werden, wenn der erste Sollwert zwischen einem Anschlag des Stellgliedes und einem dem Anschlag zugeordneten vorgegebenen Schwellwert liegt. Auf diese Weise lässt sich bei geeigneter Wahl des Schwellwertes ein erster vorgegebener Sollwert, der nicht in Anschlagsnähe liegt, also der nicht zwischen dem Anschlag und dem dem Anschlag zugeordneten vorgegebenen Schwellwert liegt, mit größtmöglicher Geschwindigkeit vom Stellglied anfahren, ohne dass eine Beschädigung des Stellgliedes durch den Anschlag zu befürchten wäre. Liegt hingegen der erste Sollwert zwischen dem Anschlag und dem dem Anschlag zugeordneten vorgegebenen Schwellwert, so wird weiterhin sicher gestellt, dass der erste Sollwert auf Grund der zweistufigen Sollwertänderungsbegrenzung zunächst möglichst schnell und anschließend genügend langsam angefahren wird, um eine Beschädigung des Stellgliedes durch ein Anschlag zu verhindern.
- Besonders einfach ist es, den zweiten vorgegebenen Sollwert gleich dem vorgegebenen Schwellwert zu wählen.
- Die zweistufige Sollwertänderungsbegrenzung wirkt sich besonders dann vorteilhaft zur Vermeidung einer Beschädigung des Stellgliedes durch den Anschlag aus, wenn wie beschrieben die zweite Sollwertänderungsbegrenzung schwächer als die erste Sollwertänderungsbegrenzung gewählt wird.
- Eine einfache Realisierung für die Sollwertänderungsbegrenzung ergibt sich, wenn der Sollwert für die erste Sollwertändemngsbegrenzung mit einer ersten Zeitkonstanten gefiltert wird und wenn der Sollwert für die zweite Sollwertänderungsbegrenzung mit einer zweiten Zeitkonstanten gefiltert wird.
- Dabei können vorteilhafter Weise die erste Zeitkonstante größer als die zweite Zeitkonstante gewählt werden, um zu erreichen, dass die zweite Sollwertänderungsbegrenzung schwächer als die erste Sollwertänderungsbegrenzung ist.
- Vorteilhaft ist es, wenn eine der beiden Sollwertänderungsbegenzungen mittels einer Rampenfunktion und die andere der beiden Sollwertänderungsbegenzungen durch Filterung durchgeführt wird. Dies ist besonders vorteilhaft bei Systemen, bei denen ein asymptotisches Anfahren an die Anschlagsposition zu langsam ist. Ein weiterer Vorteil ist, dass mit diesem Verfahren die Geschwindigkeit, mit der der Sollwert des Stellgliedes sich an den Anschlag annähern darf, direkt vorgegeben werden kann.
- Besonders vorteilhaft ist es weiterhin, wenn der zweite Sollwert weiter von einem Anschlag des Stellgliedes beabstandet gewählt wird, als der erste Sollwert. Auf diese Weise lässt sich der beschriebenen Vorteil realisieren, wonach durch die zweistufige Sollwertänderungsbegrenzung der Sollwert zunächst möglichst schnell in Richtung zum zweiten Sollwert geführt werden kann, um dann anschließend den Sollwert möglichst langsam an den ersten vorgegebenen Sollwert, der anschlagsnäher ist, zu führen, um eine Beschädigung des Stellgliedes durch den Anschlag zu vermeiden.
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 einen grob schematischen Ausschnitt einer Brennkraftmaschine,Figur 2 ein Funktionsdiagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung undFigur 3 ein Diagramm mit verschiedenen Sollwertverläufen für die Stellung eines Stellgliedes über der Zeit. - In
Figur 1 kennzeichnet 110 einen Ausschnitt aus einer Brennkraftmaschine, die beispielsweise ein Fahrzeug antreibt. Die Brennkraftmaschine kann dabei beispielsweise als Ottomotor oder als Dieselmotor ausgebildet sein. Über einen Ansaugkanal 40 wird der Brennkraftmaschine Frischluft zugeführt. Im Ansaugkanal 40 ist ein Stellglied 1 angeordnet. Das Stellglied 1 ist beispielsweise als Drosselklappe ausgebildet. Je nach Stellung der Drosselklappe 1 wird ein unterschiedlicher Luftmassenstrom im Ansaugkanal 40 eingestellt. Ein unterer Anschlag der Drosselklappe 1 im Ansaugkanal 40 ist inFigur 1 mit dem Bezugszeichen 45 gekennzeichnet. Weiterhin ist inFigur 1 gestrichelt ein erster Sollwert 5 für die Stellung der Drosselklappe 1 und ein zweiter Sollwert 10 für die Stellung der Drosselklappe 1 dargestellt, wobei der erste Sollwert 5 näher am unteren Anschlag 45 ist, als der zweite Sollwert 10. Die Drosselklappe 1 wird in dem Fachmann bskannter Weise von einem Ansteuersignal AS seitens einer Steuerung 50 beispielsweise zur Umsetzung eines Fahrerwunsches angesteuert. Bei dem Ansteuersignal AS kann es sich dabei beispielsweise um ein pulsweitenmoduliertes Signal handeln, wobei sich für unterschiedliche Tastverhältnisse des pulsweitenmodulierten Ansteuersignals AS unterschiedliche Stellungen des Stellgliedes 1 im Ansaugkanal 40 ergeben. - In
Figur 3 ist nun die Position der Drosselklappe 1 über der Zeit t in Sekunden aufgetragen. Die Position der Drosselklappe 1 ist dabei in Prozent des Öffnungsgrades angegeben. Der Wert 0 % entspricht dabei dem Zustand der vollständig geschlossenen Drosselklappe 1, das heißt die Drosselklappe 1 befindet sich direkt am unteren Anschlag 45. Der Wert 100 % für die Position der Drosselklappe 1 entspricht der vollständig geöffneten Drosselklappe 1. Mit "Soll 1" ist ein erster Sollwert für die Position der Drosselklappe 1 inFigur 3 dargestellt. Dieser erste Sollwert Soll1 für die Stellung der Drosselklappe 1 liegt zunächst auf dem Wert 100 % für die vollständig geöffnete Drosselklappe 1. Etwa zum Zeitpunkt einer Sekunde springt der erste Sollwert Soll 1 vom Wert 100 % nach unten, um etwa beim Zeitpunkt 1,01 Sekunden den Wert 0 % zu erreichen. Dort verbleibt der erste Sollwert Soll 1 bis mindestens zum Zeitpunkt 1,35 Sekunden. Somit entspricht der erste Sollwert Soll 1 ab dem Zeitpunkt 1,01 Sekunden etwa dem unteren Anschlag 45. InFigur 1 entspricht der dort mit 5 gekennzeichnete erste Sollwert nicht direkt dem unteren Anschlag 45, ist aber anschlagsnah vorgegeben. Ganz allgemein soll davon ausgegangen werden, dass der erste Sollwert 5 eine Position der Drosselklappe 1 in der Nähe des unteren Anschlags 45 kennzeichnet, wobei wie inFigur 3 der Spezialfall auftreten kann, dass der erste Sollwert 5, der inFigur 3 mit Soll 1 gekennzeichnet ist, nach dem inFigur 3 gezeigten Sprung direkt dem unteren Anschlag 45 und damit der vollständig geschlossenen Drosselklappe 1 entspricht. Als anschlagsnah werden hier all diejenigen ersten Sollwerte 5 bezeichnet, die nach dem Sprung näher als ein vorgegebener Schwellwert SW vom unteren Anschlag 45 entfernt liegen. Der vorgegebene Schwellwert SW kann beispielsweise auf einem Prüfstand geeignet appliziert werden. Dabei kann der vorgegebene Schwellwert SW beispielsweise so appliziert werden, dass sämtliche ersten Sollwerte 5 unterhalb des vorgegebenen Schwellwertes SW derart nah am unteren Anschlag 45 liegen, dass sie nicht schlagartig, sondern mit einer genügenden Sollwertänderungsbegrenzung vorgegeben werden dürfen, um eine Beschädigung der Drosselklappe 1 durch den unteren Anschlag 45 sicher zu vermeiden. Im vorliegenden Beispiel nachFigur 3 wird der vorgegebene Schwellwert SW beispielsweise auf einen Wert zwischen 9 und 10 Prozent der Position der Drosselklappe 1 appliziert. Da der erste Sollwert Soll 1 nach dem Sprung unterhalb des-vorgegebenen Schwellwertes SW liegt, darf er also nicht wie inFigur 3 dargestellt sprungförmig sondern nur mit der Berücksichtigung einer ersten Sollwertänderungsbegrenzung vorgegeben werden. Eine solche Sollwertänderungsbegrenzung wird beispielsweise mit Hilfe einer Tiefpassfilterung erreicht. Somit wird die Änderung des Sollwertes für die Stellung der Drosselklappe 1 vom Wert 100 % auf den Wert 0 % durch Tiefpassfilterung mit einer vorgegebenen Zeitkonstanten begrenzt. Mit dem Bezugszeichen 115 ist ein erster Verlauf des Sollwertes für die Position der Drosselklappe 1 dargestellt, die durch Tiefpassfilterung des Verlaufs des ersten Sollwertes Soll 1 mit einer zweiten Zeitkonstanten von 35 ms erzielt wird. Dies führt zwar zu einer vergleichsweise schnellen Anpassung des Sollwertes der Drosselklappe 1 an den ersten vorgegebenen Sollwert Soll 1, ist aber insbesondere ab dem Unterschreiten des vorgegebenen Schwellwertes SW bis zum Erreichen des ersten vorgegebenen Schwellwertes Soll 1 zu schnell, um die Drosselklappe 1 sicher vor Beschädigungen durch den unteren Anschlag 45 zu bewahren. Durch das Bezugszeichen 120 ist ein zweiter möglicher Verlauf des Sollwertes dargestellt, der durch Tiefpassfilterung des Verlaufs des ersten vorgegebenen Sollwertes Soll 1 mit einer ersten Zeitkonstanten von 70 ms gebildet wird. Der dadurch gebildete Sollwertverlauf ist zwar insbesondere unterhalb des vorgegebenen Schwellwertes SW bis zum Erreichen des ersten vorgegebenen Sollwertes Soll 1 hinreichend langsam, um eine Beschädigung der Drosselklappe 1 beim Auftreffen an den unteren Anschlag 45 sicher zu vermeiden, ist aber ausgehend von der Position 100 % bis zum Erreichen des vorgegebenen Schwellwertes SW zu langsam. - Erfindungsgemäß ist es nun vorgesehen, einen Kompromiss zwischen zwei verschiedenen Sollwertverläufen zu finden, der einerseits bis zum Erreichen des vorgegebenen Schwellwertes SW ausgehend von der vollständig geöffneten Drosselklappe 1 möglichst schnell sich dem Zielwert des ersten vorgegebenen Sollwertes Soll 1 nähert. Spätestens dann, wenn der vorgegebene Schwellwert SW vom Sollwertverlauf unterschritten wird, sollte der erste vorgegebene Sollwert Soll 1 dann so langsam vom Sollwert erreicht werden, dass eine Beschädigung der Drosselklappe 1 durch den unteren Anschlag 45 sicher vermieden wird. Es geht also darum, beispielsweise einen Kompromiss zwischen dem ersten Sollwertverlauf 115 und dem zweiten Sollwertverlauf 120 zu finden, wobei der erste Sollwertverlauf 115 oberhalb des vorgegebenen Schwellwertes SW und der zweite Sollwertverlauf 120 spätestens unterhalb des vorgegebenen Schwellwertes SW von Interesse ist. Zu diesem Zweck sieht die Erfindung eine zweistufige Sollwertänderungsbegrenzung vor. In einer ersten Stufe wird dabei als einzustellender Sollwert für die Position der Drosselklappe 1 nach dem Sollwertsprung ein zweiter vorgegebener Sollwert Soll 2 gewählt, der beispielsweise dem vorgegebenen Schwellwert SW entsprechen kann oder größer als dieser gewählt wird. Da der vorgegebene Schwellwert SW beispielsweise auf einen Prüfstand so geeignet appliziert werden kann, dass nur für Sprünge des ersten vorgegebenen Sollwertes Soll 1 unter den vorgegebenen Schwellwert SW eine entsprechende Sollwertänderungsbegrenzung für ein beschädigungsloses Einstellen der Position der Drosselklappe 1 auf den ersten vorgegebenen Sollwert Soll 1 sicher gestellt wird, ist es besonders vorteilhaft, den zweiten vorgegebenen Sollwert Soll 2 gleich dem vorgegebenen Schwellwert SW zu wählen. Allgemein gilt für die Wahl des zweiten vorgegebenen Sollwertes Soll2, der in
Figur 1 auch durch das Bezugszeichen 10 gekennzeichnet ist, dass dieser weiter vom unteren Anschlag 45 des Stellgliedes 1 beabstandet gewählt wird, als der erste vorgegebene Sollwert Soll1. - Dies ist in
Figur 3 beispielhaft dargestellt. Bis zum Erreichen des zweiten vorgegebenen Sollwertes Soll 2 kann ein vergleichsweise schneller Sollwertverlauf gewählt werden. Spätestens mit Unterschreiten des vorgegebenen Schwellwertes SW durch den Sollwertverlauf kann dann auf einen hinreichend langsamen Sollwertverlauf umgeschaltet werden. Ein solch idealer Sollwertverlauf ist mit dem Bezugszeichen 130 gekennzeichnet. Dabei wird angenommen, dass in einer ersten Stufe der Sollwerteinstellung der Sollwertsprung zum Zeitpunkt eine Sekunde nur bis zum zweiten vorgegebenen Sollwert Soll 2, im vorliegenden Beispiel bis zum vorgegebenen Schwellwert SW erfolgt. Dieser Sprung auf den vorgegebenen zweiten Sollwert Soll 2 wird dann mit der zweiten Zeitkonstanten von 35 ms in diesem Beispiel tiefpassgefiltert, so dass der zweite Sollwert Soll 2 möglichst schnell gemäß einem inFigur 3 mit dem Bezugszeichen 125 gekennzeichneten dritten Sollwertverlauf angenähert wird. Sobald der Betrag der Änderung des Sollwertes des beispielsweise parallel gerechneten zweiten Sollwertverlaufs 120 mit der ersten Zeitkonstanten 70 ms größer wird als der Betrag der Änderung des dritten Sollwertverlaufs 125, wird der Sollwertverlauf durch Tiefpassfilterung des ersten vorgegebenen Sollwertes Soll 1 mit der ersten Zeitkonstanten 70 ms fortgesetzt. Auf diese Weise ergibt sich der ideale Sollwertverlauf 130, der zunächst den zweiten vorgegebenen Sollwert Soll 2 möglichst schnell annähert und dann genügend langsam den ersten vorgegebenen Sollwert Soll 1 erreicht, um die Drosselklappe 1 sicher vor Beschädigung durch den unteren Anschlag 45 zu bewahren. - In
Figur 2 ist ein Funktionsdiagramm dargestellt, das das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung näher erläutert. Das Funktionsdiagramm ist mit dem Bezugszeichen 15 inFigur 2 gekennzeichnet und kann als erfindungsgemäße Vorrichtung software- und/oder hardwaremäßig in der Steuerung 50 implementiert sein. Anhand des Funktionsdiagramms 15 wird dabei der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens verdeutlicht. Erste Vorgabemittel 20 geben in dem Fachmann bekannter Weise den ersten Sollwert 1 bzw. den zeitlichen Verlauf des ersten Sollwertes Soll 1 beispielsweise gemäßFigur 3 und beispielsweise abhängig von einem Fahrerwunsch vor. Ferner ist ein Tiefpass 30 vorgesehen, der zu regelmäßigen Abtastzeitpunkten einen gefilterten Sollwert Sollfil abgibt. Zu jedem Abtastzeitpunkt wird in einem ersten Subtraktionsglied 55 der zu diesem Abtastzeitpunkt vorliegende gefilterte Sollwert Sollfil vom zu diesem Abtastzeitpunkt vorliegenden ersten vorgegebenen Sollwert Soll 1 abgezogen. Die gebildete Differenz Soll1 - Sollfil am Ausgang des ersten Subtraktionsgliedes 55 wird in einem nachfolgenden ersten Divisionsglied 65 durch eine erste vorgegebene Zeitkonstante Z1, die in einem der Steuerung 50 zugeordneten Speicher fest gespeichert sein kann, dividiert. Für die erste vorgegebene Zeitkonstante Z1 kann beispielsweise wie oben beschrieben der Wert von 70 ms gewählt werden. Der Ausgang des ersten Divisionsgliedes 65 entspricht somit dem QuotientenFigur 2 mit Q1 bezeichnet. Er wird einem ersten Eingang eines ersten Vergleichsgliedes 75 zugeführt, dessen zweitem Eingang der Wert Null zugeführt wird. Ist der erste Quotient Q1 kleiner als null, so wird der Ausgang des ersten Vergleichsgliedes 75 gesetzt, andernfalls wird er zurückgesetzt. Der Ausgang des ersten Vergleichsgliedes 75 ist auf ein Inversionsglied 85 geführt, dessen Ausgang gesetzt ist, wenn dessen Eingang zurück gesetzt ist und dessen Ausgang zurück gesetzt ist, wenn dessen Eingang gesetzt ist. Der Ausgang des Inversionsgliedes 85 ist einem ersten Eingang eines Oder-Gliedes 90 zugeführt. Der Ausgang des ersten Vergleichsgliedes 75 ist außerdem eines ersten Eingang eines Und-Gliedes 80 zugeführt. Der erste Quotient Q1 als Ausgang des ersten Divisionsgliedes 65 ist außerdem einem ersten Eingang eines zweiten Vergleichsgliedes 35 zugeführt. Zweite Vorgabemittel 25 geben den zweiten Sollwert Soll2 in diesem Beispiel als vorgegebenen Schwellwert SW vor. Die zweiten Vorgabemittel 25 können beispielsweise durch einen der Steuerung 50 zugeordneten Speicher gebildet sein, in dem der für den vorgegebenen Schwellwert SW beispielsweise am Prüfstand applizierte Wert abgelegt ist. In einem zweiten Subtraktionsglied 60 wird für jeden Abtastzeitpunkt der für diesen Abtastzeitpunkt vorliegende gefilterte Sollwert Sollfil vom für diesen Abtastzeitpunkt vorliegenden vorgegebenen zweiten Sollwert Soll2 abgezogen, so dass sich am Ausgang des zweiten Subtraktionsgliedes 60 die Differenz Soll2-Sollfil bildet. Der Ausgang des zweiten Subtraktionsgliedes 60 wird in einem zweiten Divisionsglied 70 durch eine zweite Zeitkonstante Z2 dividiert, die in diesem Beispiel den Wert 35 ms wie zuvor beschrieben einnehmen kann und die ebenfalls in einem der Steuerung 50 zugeordneten Speicher abgelegt sein kann. Somit ergibt sich am Ausgang des zweiten Divisionsghedes 70 ein zweiter Quotient - Der zweite Quotient Q2 wird einem zweiten Eingang des zweiten Vergleichsgliedes 35 zugeführt. Der Ausgang des zweiten Vergleichsgliedes 35 wird gesetzt, wenn Q1<Q2. Der Ausgang des zweiten Vergleichsgliedes 35 wird einem zweiten Eingang des Und-Gliedes 80 zugeführt. Der Ausgang des Und-Gliedes 80 ist nur gesetzt, wenn seine beiden Eingänge gesetzt sind, andernfalls ist er zurückgesetzt. Der Ausgang des Und Gliedes 80 ist einerseits einem zweiten Eingang des Oder-Gliedes 90 und andererseits als Steuersignal einem ersten gesteuerten Schalter 100 zugeführt. Der Ausgang des Oder-Gliedes 90 ist gesetzt, wenn einer seiner beiden Eingänge gesetzt ist, und andernfalls zurückgesetzt. Der Ausgang des Oder-Gliedes 90 ist als Steuersignal auf einen zweiten gesteuerten Schalter 105 geführt. Der erste Sollwert Soll 1 ist einerseits einem ersten Eingang eines Maximalauswahlgliedes 95 und andererseits einem ersten Eingang des zweiten gesteuerten Schalters 105 zugeführt. Der zweite Sollwert Soll2 ist einem zweiten Eingang des Maoimalauswahlgliedes 95 zugeführt. Das Maximalauswahlglied 95 wählt das Maximum seiner beiden Eingänge aus, also das Maximum aus dem ersten vorgegebenen Sollwert Soll 1 und dem zweiten vorgegebenen Sollwert Soll2 und gibt dieses Maximum an einen zweiten Eingang des gesteuerten Schalters 105 ab. Der zweite gesteuerte Schalter 105 verbindet den Ausgang des Maximalauswahlgliedes 95 mit einem Eingang des Tiefpasses 30, wenn der Ausgang des Oder-Gliedes 90 zurückgesetzt ist. Andernfalls verbindet der zweite gesteuerte Schalter 105 den Eingang des Tiefpasses 30 mit den ersten Vorgabemitteln 20 und damit mit dem ersten vorgegebenen Sollwert Soll1. Der Ausgang des ersten gesteuerten Schalters 100 gibt die Zeitkonstante für den Tiefpass 30 vor. Dabei verbindet der erste gesteuerte Schalter 100 den Speicher mit der ersten vorgegebenen Zeitkonstanten Z1 mit dem Eingang für die Zeitkonstante des Tiefpasses 30, wenn der Ausgang des Und-Gliedes 80 gesetzt ist, andernfalls verbindet der erste gesteuerte Schalter den Speicher mit der zweiten vorgegebenen Zeitkonstanten Z2 mit dem Zeitkonstanteneingang des Tiefpasses 30.
- Der Tiefpass 30 filtert dann mit der jeweils eingestellten Zeitkonstanten den Ausgang des zweiten gesteuerten Schalters 105 zur Bildung des gefilterten Sollwertes Sollfil. Durch das erste Vergleichsglied 75 wird sicher gestellt, dass die zweistufige Sollwertänderungsbegrenzung nur dann durchgeführt wird, wenn der erste Sollwert Soll 1 kleiner ist als der gefilterte Sollwert Sollfil, und damit der gefilterte Sollwert Sollfil einen zeitlich abnehmenden Verlauf und damit in Richtung zum unteren Anschlag 45 aufweist. Andernfalls wird lediglich der erste Sollwert Soll1 vom Tiefpassfilter 30 mit der zweiten vorgegebenen Zeitkonstanten Z2 gefiltert. Mit dem ersten Vergleichsglied 75 wird somit geprüft, ob sich die Drosselklappe 1 in die schließende Richtung, also in Richtung des unteren Anschlages 45 bewegt, das heißt der gefilterte Sollwert Sollfil sich in Richtung des unteren Anschlags 45 verändert. Mit dem zweiten Vergleichsglied 35 wird überprüft, welche der beiden Sollwertänderungsbegrenzungen den größten Schritt in Richtung des unteren Anschlags 45 zulässt. Dabei wird immer diejenige Sollwertänderungsbegenzung ausgewählt, die den größeren Schritt in Richtung des unteren Anschlags 45 für den Sollwert ermöglicht und das Tiefpassfilter 30 entsprechend in der beschriebenen Weise konfiguriert. Wenn das Tiefpassfilter 30 mit dem ersten Sollwert Soll 1als Eingangswert und der langsameren ersten Zeitkonstante Z1 einen größeren Schritt in Richtung zum unteren Anschlag 45 macht als das Tiefpassfilter 30 mit dem zweiten vorgegebenen Sollwert Soll2 als Eingangswert und der schnelleren ersten Filterzeitkonstanten Z2, dann wird die erstgenannte Konfiguration mit dem ersten vorgegebenen Sollwert Soll 1 und der ersten Filterzeitkonstanten Z1 gewählt, andernfalls die Filterkonfiguration mit dem zweiten vorgegebenen Sollwert Soll2 der größer als der erste vorgegebene Sollwert Soll1 ist, und der zweiten vorgegebenen Zeitkonstanten Z2.
- Solange der erste vorgegebene Sollwert Soll1 größer als der vorgegebene Schwellwert SW ist, wird er mit der schnelleren zweiten Zeitkonstanten Z2 gefiltert, so dass sich der Sollwert dem ersten vorgegebenen Sollwert Soll1 möglichst schnell annähert. Wenn der erste vorgegebene Sollwert Soll 1 dann den vorgegebenen Schwellwert SW unterschreitet, greift das erfindungsgemäße Verfahren gemäß
Figur 2 , so dass dann zunächst der zweite vorgegebene Sollwert Sol12 mit der schnelleren zweiten Zeitkonstanten Z2 durch das Tiefpassfilter 30 angefahren wird, bis der gefilterte Sollwertverlauf so stark abgebremst wird, dass die Filterung mit der langsameren ersten Zeitkonstanten Z1 und dem ersten vorgegebenen Sollwert Soll11als Eingangswert schneller ist. Dann findet wie beschrieben die Umschaltung zwischen den beiden verschiedenen Eingangswerten und den beiden verschiedenen Zeitkonstanten statt und der erste vorgegebene Sollwert Soll1 wird dann mit der langsameren ersten Filterzeitkonstanten Z1 angefahren. - Auf diese Weise lässt sich eine Sollwertänderungsbegrenzung von einer Hochgeschwindigkeitsnachführung auf eine langsamere anschlagsnahe Nachführung des Sollwerts auf den entsprechend vorgegebenen Sollwert sanft umschalten, wenn der erste vorgegebenen Sollwert Soll1 unterhalb des vorgegebenen Schwellwertes SW liegt. Solange der erste vorgegebene Sollwert Soll1 sich im Bereich oberhalb des vorgegebenen Schwellwertes SW befindet oder wenn er sich in die Richtung des Bereiches oberhalb des vorgegebenen Schwellwertes SW bewegt, sind leichte Über- bzw. Unterschwinger im Sollwert erlaubt, weil sie zu einem schnelleren Erreichen des ersten vorgegebenen Sollwertes Soll 1 führen.
- Das Funktionsdiagramm gemäß
Figur 2 stellt letztlich einen Regler zur Nachführung des Sollwertes für die Stellung der Drosselklappe 1 an den ersten vorgegebenen Sollwert Soll1 dar. Der durch das Funktionsdiagramm nachFigur 2 realisierte Regler hat dabei gegenüber Systemen, die nur mit der ersten Filterzeitkonstanten Z1 arbeiten, sobald der erste vorgegebene Sollwert Soll1 unterhalb des vorgegebenen Schwellwertes SW liegt, den Vorteil, dass der Regler gemäß des Funktionsdiagramms nachFigur 2 mit einer höheren Kreisverstärkung ausgelegt werden kann. - Der dritte Sollwertverlauf 125 zeigt das schnellste mögliche Anfahren des Sollwertes an den vorgegebenen Schwellwert SW, bei dem auftretende Unterschwinger im Sollwertverlauf noch beherrschbar sind. Der ideale Sollwertverlauf 130 nutzt diesen schnellen dritten Sollwertverlauf 125 bis dieser zuviel abbremst. Anschließend fährt der ideale Sollwertverlauf 130 langsam weiter in Richtung des ersten vorgegebenen Sollwertes Soll1. Hätte man den ersten Sollwertverlauf 115 benutzt bis zum Erreichen des vorgegebenen Schwellwertes SW und dann direkt umgeschaltet auf den zweiten zeitlichen Verlauf 120 mit der langsameren Zeitkonstanten, dann wäre die Änderungsgeschwindigkeit des Sollwertes im Bereich des vorgegebenen Schwellwertes SW zu hoch gewesen.
- Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann somit eine so schnelle zweite Filterzeitkonstante Z2 für das Tiefpassfilter 30 gewählt werden, dass im Bereich des Sollwertes oberhalb des vorgegebenen Schwellwertes SW der Regler gemäß dem Funktionsdiagramm nach
Figur 2 geschwindigkeitsoptimiert ist. Trotzdem wird der mechanische untere Anschlag 45 nach Umschaltung auf die erste Filterzeitkonstante Z1 dann so langsam angefahren, dass die Drosselklappe 1 nicht beschädigt wird. Die Drosselklappe 1 kann damit komplett zugefahren werden, um die Leckluft zu minimieren. - Eine alternative Realisierung ergibt sich, wenn zuerst der Sollwert für die zweite Sollwertsänderungsbegrenzung mit einer schnellen d. h. möglichst kleinen zweiten Zeitkonstanten gefiltert wird und dann die erste Sollwertsänderungsbegrenzung für den Sollwert als Rampenfunktion implementiert wird. Dies ist besonders vorteilhaft bei Systemen, bei denen ein asymptotisches Anfahren an die Anschlagsposition zu langsam ist. Ein weiterer Vorteil ist, dass mit diesem Verfahren die Geschwindigkeit, mit der der Sollwert des Stellgliedes sich an den Anschlag annähern darf, direkt vorgegeben werden kann. Umgekehrt kann zunächst die zweite Sollwertänderungsbegrenzung für den Sollwert als Rampenfunktion implementiert werden und der Sollwert anschließend für die erste Sollwertsänderungsbegrenzung mit der ersten Zeitkonstanten gefiltert werden.
- Das Ausführungsbeispiel wurde vorstehend anhand eines als Drosselklappe ausgebildeten Stellgliedes 1 beschrieben. Die Erfindung lässt sich in entsprechender Weise auf beliebige elektrisch angesteuerte Stellglieder anwenden, beispielsweise auch auf eine Ladungsbewegungsklappe, ein Abgasrückführungsventil, ein Bypass-Ventil für einen Kompressor, usw. Weiterhin ist die Anwendung des Stellgliedes 1 auf eine Brennkraftmaschine oder ein Kraftfahrzeug nicht beschränkt, sondern kann für beliebige Anwendungen vorgesehen sein, in denen durch Veränderung der Position eines Stellgliedes ein Massenstrom beeinflusst werden kann.
- Im Vorstehenden wurde eine Tiefpassfilterung mit unterschiedlichen Filterzeitkonstanten verwendet, um die Änderung des Sollwertes unterschiedlich zu begrenzen. Die Erfindung ist aber nicht auf die Verwendung einer Filterung für die Sollwertänderungsbegrenzung beschränkt. Eine Sollwertänderungsbegrenzung kann auch durch Berechnung eines Gradienten des zeitlichen Sollwertverlaufs und dessen Vergleich mit einem vorgegebenen Grenzwert erfolgen. Unterschreitet-der-Gradientbetragsmäßig den vorgegebenen Grenzwert, so findet keine Sollwertänderungsbegrenzung statt, andernfalls wird die Sollwertänderung auf den vorgegebenen Grenzwert beschränkt. Unterschiedliche Sollwertänderungsbegrenzungen können dann durch unterschiedliche Grenzwerte in entsprechender Weise realisiert werden. Andere, dem Fachmann bekannte Verfahren zur Sollwertänderungsbegrenzung können zur Realisierung der Erfmdung in entsprechender Weise eingesetzt werden.
- Durch zwei unterschiedlich gewählte vorgegebene Grenzwerte lassen sich zwei unterschiedliche Sollwertänderungsbegrenzungen realisieren, wobei die eine schwächer als die andere ist. Eine schwächere Sollwertänderungsbegrenzung ergibt sich dabei durch den größeren vorgegebenen Grenzwert für die Sollwertänderungsbegrenzung. In diesem Fall ist ein größerer Sollwertänderungsbetrag möglich. Die Begrenzung der Sollwertänderung ist somit geringer.
- Erfindungsgemäß kann es vorgesehen sein, dass die erste und die zweite Sollwertänderungsbegrenzung, im vorstehend beschriebenen Beispiel also die Tiefpassfilterung mit der ersten und der zweiten vorgegebenen Filterzeitkonstanten nur dann durchgeführt wird, wenn der erste vorgegebene Sollwert Soll 1 zwischen dem unteren Anschlag 45 des Stellgliedes 1 und dem dem unteren Anschlag 45 zugeordneten vorgegebenen Schwellwert SW liegt. Dabei kann der erste vorgegebene Sollwert Soll 1 auch dem unteren Anschlag 45 wie in
Figur 3 dargestellt entsprechen. Liegt der erste vorgegebene Sollwert Soll 1 oberhalb des vorgegebenen Schwellwertes SW, so kann auf eine Sollwertänderungsbegrenzung oder Filterung auch verzichtet werden. Das selbe gilt, wenn der erste vorgegebene Sollwert Soll1 dem vorgegebenen Schwellwert SW entspricht. In diesem Fall kann allerdings auch wie inFigur 3 dargestellt die Tiefpassfilterung mit einer einzigen Filterzeitkonstanten gemäß dem dritten Sollwertverlauf 125 durchgeführt werden. Im Beispiel nachFigur 3 ist dabei die zweite Filterzeitkonstante Z2=35ms gewählt worden. - Im vorstehend beschriebenen Beispiel wurde der untere Anschlag 45 des Steuergliedes 1 betrachtet. In entsprechend gespiegelter Weise lässt sich das beschriebene erfindungsgemäße Verfahren und die beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung auch auf den oberen Anschlag des Stellgliedes 1 anwenden, wobei dann der Ausgang des ersten Vergleichsgliedes 75 gesetzt wird, wenn Q1 größer als Null ist und der Ausgang des ersten Vergleichsgliedes 75 andernfalls zurückgesetzt wird. Weiterhin wird in diesem Fall der Ausgang des zweiten Vergleichsgliedes 35 gesetzt, wenn Q1>Q2 und andernfalls wird der Ausgang des zweiten Vergleichsgliedes 35 zurückgesetzt. Aus dem Maximalauswahlglied 95 in
Figur 2 wird in diesem Fall ein Minimalauswahlglied. Im Übrigen lässt sich das Funktionsdiagramm nachFigur 2 auch für diesen Fall des oberen Anschlags verwenden. Dabei liegt der vorgegebene Schwellwert SW für den oberen Anschlag beispielsweise zwischen 90 und 91 Prozent der Position des Stellgliedes 1 gemäßFigur 3 und der obere Anschlag entspricht der Position 100 Prozent des Stellgliedes 1. Auch hier kann wiederum der zweite vorgegebene Sollwert Soll2 gleich dem vorgegebenen Schwellwert gewählt werden.
Claims (9)
- Verfahren zum Ansteuern eines Stellgliedes (1) mit einem Sollwertverlauf für eine Stellung des Stellgliedes (1) auf einen ersten Sollwert (5),
wobei der Sollwertverlauf für die Stellung des Stellgliedes (1) auf den ersten Sollwert (5) gemäß einer ersten Sollwertänderungsbegrenzung begrenzt wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass zum Erreichen des ersten Sollwertes (5) durch den Sollwertverlauf zunächst ein zweiter Sollwert (10) vorgegeben wird,
dass der Sollwertverlauf für die Stellung des Stellgliedes (1) auf den zweiten Sollwert (10) gemäß einer zweiten Sollwertänderungsbegrenzung begrenzt wird, und
dass dann, wenn die Änderung des Sollwertverlaufs zum ersten Sollwert (5) mit der ersten Sollwertänderungsbegrenzung betragsmäßig größer wäre als die Änderung des Sollwertverlaufs zum zweiten Sollwert (10) mit der zweiten Sollwertänderungsbegrenzung, für den Sollwertverlauf der erste Sollwert (5) vorgegeben wird und der Sollwertverlauf für die Stellung des Stellgliedes (1) auf den ersten Sollwert (5) gemäß der ersten Sollwertänderungsbegrenzung begrenzt wird. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Sollwertänderungsbegrenzung nur dann durchgeführt wird, wenn der erste Sollwert (5) zwischen einem Anschlag (45) des Stellgliedes (1) und einem dem Anschlag (45) zugeordneten vorgegebenen Schwellwert liegt.
- Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite vorgegebene Sollwert (10) gleich dem vorgegebenen Schwellwert gewählt wird.
- Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Sollwertänderungsbegrenzung schwächer als die erste Sollwertänderungsbegrenzung gewählt wird.
- Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung des Sollwertverlaufs für die erste Sollwertänderungsbegrenzung mit einer ersten Zeitkonstanten gefiltert wird und dass die Änderung des Sollwertverlaufs für die zweite Sollwertänderungsbegrenzung mit einer zweiten Zeitkonstanten gefiltert wird.
- Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zeitkonstante größer als die zweite Zeitkonstante gewählt wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine der beiden Sollwertänderungsbegrenzungen mittels einer Rampenfunktion und die andere der beiden Sollwertänderungsbegrenzungen durch Filterung durchgeführt wird.
- Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Sollwert (10) weiter von einem Anschlag (45) des Stellgliedes (1) beabstandet gewählt wird, als der erste Sollwert (5).
- Vorrichtung (15) zum Ansteuern eines Stellgliedes (1) mit einem Sollwertverlauf für eine Stellung des Stellgliedes (1),
wobei erste Vorgabemittel (20) zur Vorgabe eines ersten Sollwertes (5) für den Sollwertverlauf für eine Stellung des Stellgliedes (1) vorgesehen sind,
wobei erste Begrenzungsmittel (30) zur Begrenzung einer Änderung des Sollwertverlaufs für die Stellung des Stellgliedes (1) auf den ersten Sollwert (5) gemäß einer ersten Sollwertänderungsbegrenzung vorgesehen sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass zweite Vorgabemittel (25) vorgesehen sind, die zum Erreichen des ersten Sollwertes (5) durch den Sollwertverlauf zunächst einen zweiten Sollwert (10) vorgeben,
dass zweite Begrenzungsmittel (30) zur Begrenzung einer Änderung des Sollwertverlaufs für die Stellung des Stellgliedes (1) auf den zweiten Sollwert (10) gemäß einer zweiten Sollwertänderungsbegrenzung vorgesehen sind,
dass Prüfmittel (35) vorgesehen sind, die prüfen, ob die Änderung des Sollwertverlaufs zum ersten Sollwert (5) mit der ersten Sollwertänderungsbegrenzung betragsmäßig größer wäre als die Änderung des Sollwertverlaufs zum zweiten Sollwert (10) mit der zweiten Sollwertänderungsbegrenzung und dass in diesem Fall die ersten Vorgabemittel (20) für den Sollwertverlauf den ersten Sollwert (5) vorgeben und die ersten Begrenzungsmittel (30) die Änderung des Sollwertverlaufs für die Stellung des Stellgliedes (1) auf den ersten Sollwert (5) gemäß der ersten Sollwertänderungsbegrenzung begrenzen.
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