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Dokumentenidentifikation DE4335913A1 27.04.1995
Titel Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine
Anmelder Robert Bosch GmbH, 70469 Stuttgart, DE
Erfinder Loehr, Diethard, Dipl.-Ing., 71701 Schwieberdingen, DE;
Roulet, Tobias, Dipl.-Ing., 71229 Leonberg, DE
DE-Anmeldedatum 21.10.1993
DE-Aktenzeichen 4335913
Offenlegungstag 27.04.1995
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.04.1995
IPC-Hauptklasse F02D 41/02
IPC-Nebenklasse F02D 41/08   F02D 41/22   F02D 9/02   F02D 41/00   
Zusammenfassung Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen, bei welcher ein Leistungsstellelement im Rahmen einer Lageregelung eingestellt wird, die Stellung des Leistungsstellelements auf der Basis von wenigstens zwei Meßeinrichtungen ermittelt wird, wobei für zumindest einen Stellungsbereich die Erfassung der Stellung des Leistungsstellelements mit erhöhter Auflösung erfolgt.

Beschreibung[de]
Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.

Aus der DE-OS 40 04 085 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine bekannt, bei welcher ein Leistungsstellelement der Brennkraftmaschine, vorzugsweise eine Drosselklappe, auf elektrischem Wege wenigstens in Abhängigkeit des Fahrerwunsches vorzugsweise mittels einer Lageregelung eingestellt wird. Aus Gründen der Betriebssicherheit bzw. der Verfügbarkeit des Steuersystems ist wenigstens das Leistungsstellelement mit zwei voneinander unabhängigen Meßeinrichtungen zur Erfassung seiner Stellung ausgestattet. Während auf der Basis des einen Signals einer Meßeinrichtung die Einstellung des Leistungsstellelements durchgeführt wird, wird durch Vergleich der Signalwerte beider Meßeinrichtungen die Funktionsfähigkeit des Leistungsstellelements bzw. der Stellungserfassung überprüft. Dabei sind die Kennlinien der beiden Meßeinrichtungen zueinander gegenläufig, das heißt bei einer Vergrößerung der Stellung des Leistungsstellelements ändert sich der Signalwert der einen Meßeinrichtung zu betragsmäßig größeren Werten hin, während der Signalwert der anderen Meßeinrichtung zu betragsmäßig kleineren Werten hin sich ändert. Ein derartiges Steuersystem führt auch im Leerlauf der Brennkraftmaschine eine Leerlaufdrehzahlregelung durch, wobei die Erfassung der Position des Leistungsstellelemtens sehr genau sein muß. Beim bekannten Steuersystem ist die Auflösung der Stellungserfassung über den gesamten Betriebsbereich gleich. Eine Erhöhung der Auflösung zumindest in vorbestimmten Bereichen der Position des Leistungsstellelements ist daher lediglich mit einer genaueren, jedoch aufwendigeren Analog-/Digital-Wandlung der Stellungssignalwerte möglich.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine anzugeben, mit denen die Auflösung der Stellungserfassung eines Leistungsstellelements zumindest in vorbestimmten Stellungsbereichen ohne zusätzlichen Aufwand im Mikrorechner erhöht werden kann, ohne daß das Regelverhalten und die Betriebssicherheit des Steuersystems beeinträchtigt wird.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst.

Aus der DE-OS 34 42 212 (US-Patent 4 718 272) ist bekannt, zur Auflösungserhöhung der Stellungserfassung einer Drosselklappe zumindest in vorgegebenen Stellungsbereichen Meßeinrichtungen vorzusehen, welche jeweils lediglich für bestimmte Stellungsbereiche Signalwerte erzeugen, für diese bestimmten Bereiche jedoch den vollen Signalwertebereich überschreiten.

Vorteile der Erfindung

Durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise wird eine Auflösungserhöhung der Stellungserfassung eines Leistungsstellelements zumindest in vorbestimmten Stellungsbereichen ohne zusätzlichen Aufwand und, ohne daß Regelverhalten und Betriebssicherheit beeinträchtigt werden, erreicht.

Insbesondere wird der Einsatz eines digitalen Lagereglers zur Einstellung des Leistungsstellelements ermöglicht.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt die Stellungserfassung zwei Meßeinrichtungen, so daß keine Änderung der beim bekannten Steuersystem herrschenden Randbedingungen erforderlich sind.

Durch eine Lageregelung im Leerlauf- und außerhalb des Leerlaufbereichs wird in jedem dieser Bereiche ein vorteilhaftes Regelverhalten erreicht.

Ebenso wird durch eine Fehlerüberwachung die Betriebssicherheit des Steuersystems sowohl in den Bereichen höherer Auflösung als auch außerhalb im gesamten Stellungsbereich des Leistungsstellelements gewährleistet.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen bzw. aus den abhängigen Ansprüchen.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Dabei zeigt Fig. 1 ein Übersichtsblockschaltbild eines Steuersystems für eine Brennkraftmaschine, während in Fig. 2 der Aufbau einer Meßeinrichtungen zur Erfassung der Stellung des Leistungsstellelements dargestellt ist. Fig. 3 zeigt Kennlinienverläufe der Meßeinrichtungen. Fig. 4 zeigt ein Übersichtsblockschaltbild, bei welchem die Steuerung der Brennkraftmaschine unter Verwendung von Meßeinrichtung wie in Fig. 2 und 3 dargestellt. Fig. 5 und 6 zeigen Flußdiagramme, in denen die Realisierung der Regelung sowie der Fehlerüberwachung dargestellt ist. Die Fig. 7 und 8 zeigen ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Meßeinrichtungen.

Beschreibung von Ausführungsformen

In Fig. 1 ist mit 10 eine Steuereinheit zur Steuerung einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine gezeigt, die über eine Eingangsleitung 12 mit wenigstens einer Meßeinrichtung 14 zur Erfassung des Fahrerwunsches verbunden ist. Die Meßeinrichtung 14 ist über eine mechanische Verbindung 16 mit einem vom Fahrer betätigbaren Bedienelement 18, vorzugsweise ein Fahrpedal, verbunden. Ferner sind der Steuereinheit 10 Eingangsleitungen 20 bis 22 zugeführt, welche die Steuereinheit mit Meßeinrichtungen 24 bis 26 zur Erfassung weiterer Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine und/oder des Fahrzeugs verbinden. Weitere Eingangsleitungen 28 und 30 verbinden die Steuereinheit 10 mit einem Leistungsstellelement 32. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt das Leistungsstellelement 32 eine Drosselklappe 34, welche im Ansaugsystem einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine angeordnet ist, und eine mechanische Verbindung 36 mit einem elektrischen Motor 38 sowie eine erste und eine zweite Meßeinrichtung 40, 42 zur Erfassung der Stellung des Leistungsstellelements 32. Die Meßeinrichtung 40 ist über die Leitung 28, die Meßeinrichtung 42 über die Leitung 30 mit der Steuereinheit 10 verknüpft. Eine Ausgangsleitung 44 führt zum elektrischen Motor 38 des Leistungsstellelements 32, während eine weitere Ausgangsleitung 46 zu einer Steuereinheit 48, welche in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel Kraftstoffzumessung und/oder Zündung beeinflußt, führt.

Die prinzipielle Funktionsweise der in Fig. 1 dargestellten Anordnung ist wie folgt. Die Steuereinheit 10 empfängt über die Eingangsleitung 12 ein Maß (PW) für die Stellung des Bedienelements 18. Ferner wird der Steuereinheit 10 von den Meßeinrichtungen 24 bis 26 Betriebsgrößen zugeführt, vorzugsweise Batteriespannung, Motordrehzahl, Motortemperatur, Gangstellung, Fahrgeschwindigkeit, etc . . Im Fahrbetrieb, bei betätigtem Bedienelement 18 wird dem Stellungswert PW unter Berücksichtigung dieser Betriebsgrößen mittels eines vorbestimmten Kennfeldes ein Einstellvorgabewert DKV für das Leistungsstellelement 32 zugeordnet. Dieser Vorgabewert wird in einem Reglerelement zu dem tatsächlichen Einstellwert des Leistungsstellelements (DK1, DK2), welcher von den Meßeinrichtungen 40 bzw. 42 erfaßt wird, in Beziehung gesetzt. Gemäß einer vorgegebenen Regelstrategie wird dann auf der Basis der Differenz zwischen Vorgabewert und Istwert ein Ansteuersignal gebildet, welches über die Leitung 44 an das Leistungsstellelement 32, dort an den elektrischen Motor 38 abgegeben wird. Dieser betätigt das Leistungsstellelement im Sinne einer Annäherung des Istwertes an den Sollwert. Bei losgelassenem Bedienelement 18, im Leerlaufbetriebszustand, oder bei leicht betätigtem Bedienelement im leerlaufnahen Betriebszustand wird auf der Basis der Betriebsgrößen wie Motortemperatur, Batteriespannung, Fahrgeschwindigkeit, Gangstellung, etc. ein Motordrehzahlsollwert aus einem weiteren Kennfeld ausgelesen, welcher zu dem erfaßten Motordrehzahlistwert mittels eines Reglers in Beziehung gesetzt wird. Dieser Drehzahlregler bildet den Einstellsollwert DKV für das Leistungsstellelement 32 gemäß der Differenz zwischen Soll- und Istdrehzahl. Der Einstellsollwert wird dann gemäß der oben dargestellten Regelfunktion eingestellt. Wird im Bereich der Steuereinheit 10 oder wenigstens der Meßeinrichtungen 40, 42 bzw. 14 eine Fehlfunktion festgestellt, so wird ein entsprechendes Signal über die Leitung 46 an die Steuereinheit 48 abgegeben, die einen Notlaufbetrieb der Brennkraftmaschine einleitet, bei dem beispielsweise oberhalb einer vorbestimmten Motordrehzahl die Kraftstoffzufuhr abgeschaltet wird oder bei der abhängig von der Stellung des Bedienelements einzelne Zylinder abgeschaltet, der Zündwinkel beeinflußt oder ähnliche, leistungssenkende Maßnahmen getroffen werden.

Im Leerlaufzustand ist zur Durchführung der Leerlaufdrehzahlregelung eine sehr genaue Einstellung des Leistungsstellelements 32 erforderlich. Daher muß zumindest in diesem Betriebsbereich die Stellung des Leistungsstellelements sehr genau erfaßt werden. Dies wird durch eine vorteilhafte Ausgestaltung der Meßeinrichtungen 40 und 42 erreicht. Diese sind derart aufgebaut, daß zumindest eine wenigstens in vorbestimmten Betriebsbereichen wenigstens ein Meßsignal erhöhter Auflösung liefert.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für die Meßeinrichtungen 40 und 42 ist in Fig. 2 dargestellt. Die dort dargestellten Meßeinrichtungen 40 und 42 sind jeweils als Potentiometer ausgebildet. Die Meßeinrichtung 40 stellt dabei ein erstes Potentiometer 100 dar, die Meßeinrichtung 42 ein zweites 102. Das Potentiometer 100 besteht aus einer Widerstandsbahn 104, über die sich ein Schleifer 106, welcher mit der mechanischen Verbindung 36 verbunden ist, bewegt. Analog besteht das Potentiometer 102 aus einer Widerstandsbahn 108, über die sich ein Schleifer 110 bewegt. An den Schleifern 106 und 110 sind die Leitungen 28 und 30 zur Erfassung der Potentiometerspannung, des Meßsignalwerts, angebracht. Das Potentiometer 102 ist an einem Ende der Widerstandsbahn 108 über die Leitung 112 mit dem positiven Pol 114 einer Versorgungsspannung verknüpft, am anderen Ende über die Leitung 116 mit dem negativen Pol 118 der Versorgungsspannung. Dies ergibt bei Betätigung des Leistungsstellelements und entsprechender Bewegung des Schleifers 110 eine im wesentlichen lineare Kennlinie von einem minimalen bis zu einem maximalen Wert. Im Gegensatz dazu sind beim Potentiometer 100 beide Enden der Widerstandsbahn 104 über die Leitung 120 mit dem negativen Pol 118 der Versorgungsspannung verknüpft. Der positive Pol 114 der Versorgungsspannung ist hier über die Leitung 122 zu einem Anschlußpunkt 124 an der Potentiometerbahn 104 geführt. Bei Betätigung des Leistungsstellelements und entsprechender Bewegung des Schleifers 106 weist das Potentiometer 100 ausgehend vom gezeigten Leerlaufzustand zuerst eine im wesentlichen lineare, steigende Kennlinie von einem Minimal- bis zu einem Maximalwert auf, der bei Erreichen der Position des Anschlußpunktes 124 auftritt. Nach diesem Anschlußpunkt weist das Potentiometer 100 eine im wesentlichen lineare, jedoch sinkende Kennlinie vom Maximal- zum Minimalpunkt hin auf. Im Bereich des Anschlußpunktes 124 kann je nach Ausführung ein Plateau, eine Abrundung, oder eine Spitze auftreten.

Diese Kennlinien sind in der Fig. 3 dargestellt. Dabei ist jeweils senkrecht die Potentiometerspannung, waagrecht die Stellung des Leistungsstellelements von 0 bis 100% aufgetragen. Wie oben erwähnt, wird bei der Meßeinrichtung 42 (Potentiometer 102) gemäß Fig. 3a eine im wesentlichen über den gesamten Bereich des Leistungsstellelements lineare Kennlinie vorgegeben, während gemäß Fig. 3b die Meßeinrichtung 40 derart aufgebaut ist, daß in einem ersten Bereich der Stellung des Leistungsstellelements (<8%) eine Kennlinie positiver Steigung, oberhalb 8% in einem zweiten Bereich der Stellung des Leistungsstellelements eine Kennlinie negativer Steigung sich ergibt. Wie man sieht, stellt die Meßeinrichtung 40 gemäß ihrer Kennlinie nach Fig. 3b für den Bereich kleiner Stellungen des Leistungsstellelements, das heißt für den Bereich des Leerlaufs der Brennkraftmaschine, ein Stellungssignal sehr hoher Auflösung bereit, während oberhalb der vorgegebenen Schwelle der Stellung des Leistungsstellelements ein weniger hoch auflösendes Stellungssignal zur Verfügung steht. Die hohe Auflösung des Stellungssignals im Leerlaufbereich kann daher durch die Verwendung üblicher Analog-/Digital-Wandler erreicht werden. Die Schwelle wird dabei im bevorzugten Ausführungsbeispiel derart festgelegt, daß sie einer Position des Leistungsstellelements entspricht, die im Leerlauf der Brennkraftmaschine zumindest bei normalen Betriebsbedingungen (kein Notlauf) nicht erreicht werden kann.

In Fig. 4 ist eine bevorzugte Ausführungsform der Steuereinheit 10 als Blockschaltbild bei Verwendung der aus den Fig. 2 und 3 skizzierten Meßeinrichtungen dargestellt. Grundlegend sind dabei folgende Erkenntnisse. Die Lageregelung für das Leistungsstellelement 32 wird in einem ersten Bereich auf der Basis des (hochaufgelösten) Wertes DK2 der Meßeinrichtung 40, im zweiten Bereich auf der Basis des Wertes DK1 der Meßeinrichtung 42 durchgeführt. Das Signal der jeweils anderen Meßeinrichtung dient zur Überwachung der jeweiligen anderen. Die Auswahl der Meßsignale wird auf der Basis des Vorgabewerts DKV durchgeführt. Dazu werden zwei Schaltschwellen S1 und S2 (vgl. Fig. 3) festgelegt, welche eine Hysterese bilden, um ungewolltes Hin- und Herschalten zu vermeiden. Ferner werden zwei Überwachungsschwellen Ü1, Ü2 (vgl. Fig. 3) definiert, welche ebenfalls vom Vorgabewert DKV abhängig sind. Es ergibt sich somit folgendes Bild. Bei einem Vorgabewert unterhalb beispielsweise 80 wird die Lageregelung auf der Basis des Wertes DK2 vorgenommen, welcher mittels des Wertes DK1 überwacht wird. Oberhalb dieser Vorgabeschwelle wird die Lageregelung auf der Basis des Wertes DK1 durchgeführt, während die Überwachung mittels des Signalwertes DK2 durchgeführt wird. Die Festlegung der Schwellen erfolgt dabei derart, daß die Schwellen S1 und S2 im Bereich positiver Steigung des Wertes DK2 gemäß Fig. 3b liegen. Die Überwachungsschwellen Ü1 und Ü2 werden derart vorgegeben, daß der Umschalt- bzw. Umklappunkt der Kennlinie gemäß Fig. 3b (vgl. auch Anschlußpunkt 124 gemäß Fig. 2) sich innerhalb des von Ü1 und Ü2 begrenzten Bereichs liegt. Überschreitet der Vorgabewert ansteigend die Schwelle S1, so wird auf die Meßeinrichtung 42 für die Lageregelung umgeschaltet, unterschreitet der Vorgabewert fallend die Schwelle S2, so wird auf die Meßeinrichtung 40 umgeschaltet.

Eine Realisierung dieser grundlegenden Vorgehensweise stellt die in Fig. 4 skizzierte Anordnung dar. Die Eingangsleitungen 12 sowie 20 bis 22 führen auf ein Element 200, dessen Ausgangsleitung 202 auf ein erstes Schaltelement 204 führt. An den Anschlußpunkten 206 und 208 des Schaltelements 204, zwischen denen umgeschaltet wird, liegen die Leitungen 210 bzw. 212. Die Leitung 210 führt dabei auf ein erstes Anpaßelement 214, dessen Ausgangsleitung 216 auf den Anschlußpunkt 218 eines zweiten Schaltelements 220 führt. Analog führt die Leitung 212 auf ein zweites Anpaßelement 222, dessen Ausgangsleitung 224 zum Anschlußpunkt 226 des Schaltelements 220 führt. Die Ausgangsleitung 228 des Schaltelements 220 führt auf eine Regeleinheit 230, deren Ausgangsleitung die Leitung 44 darstellt. Von der Leitung 202 führt die Leitung 232 zu einem Schwellwertelement 234, dessen Ausgangsleitung 236 zum einen auf das erste Schaltelement 204, zum anderen auf das zweite Schaltelement 220 sowie auf ein drittes Schaltelement 238 führt. Von der Leitung 232 führt eine Leitung 240 zu einem Schwellwertelement 242, dessen Ausgangsleitung 244 zum Überwachungselement 246 führt. Die Eingangsleitungen 28 und 30 führen zum einen auf das Überwachungselement 246, zum anderen zu den Anschlußpunkten 248 und 250 des Schaltelements 238. Der dritte Anschlußpunkt 252 des Schaltelements 238 ist über die Leitung 254 mit dem Regelelement 230 verknüpft. Die Ausgangsleitung des Überwachungselements 246 stellt die Leitung 46 dar, von der im bevorzugten Ausführungsbeispiel eine Leitung 256 zum Element 200 sowie zum Regelelement 230 führt.

Das Element 200 umfaßt das oben erwähnte Kennfeld, welches auf der Basis der Bedienelementestellung PW sowie weiterer Betriebsgrößen den Vorgabewert DKV bestimmt. Ferner umfaßt das Element 200 für den Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine einen Leerlaufdrehzahlregler, welcher auf der Basis der Differenz von Soll- und Istdrehzahlwert den Vorgabewert DKV zur Einstellung des Leistungsstellelements ermittelt. Dieser Vorgabewert wird über die Leitung 202 vom Element 200abgegeben und über das Schaltelement 204, die Anpaßelemente 214 bzw. 222 je nach Betriebszustand sowie das Schaltelement 220 zum Regelelement 230 geführt. Die Schaltelemente 204, 220 und 238 werden in Abhängigkeit der Größe des Vorgabewerts DKV vom Schwellwertelement 234 umgeschaltet. Dabei sind im Element 234 die zwei Schwellen S1 und S2 vorgegeben, wobei die Schwelle S1 für größer werdende Vorgabewerte, die Schwelle S2 für kleiner werdende Vorgabewerte gilt. Der Absolutwert der Schwellwerte ist derart festgelegt, daß er kleiner als der mit Toleranzen behaftete Stellungswert des Umklappunkts der Meßeinrichtung 40 ist. Überschreitet der Vorgabewert DKV beispielsweise aufsteigend die Schwelle S1, so werden die Schaltelemente in die in Fig. 4 strichliert gezeichnete Stellung umgeschaltet. Dies bedeutet, daß der Vorgabewert DKV über das Anpaßelement 214 zum Regelelement 230 geführt wird, und dort mit dem Wert DK1 der Meßeinrichtung 42 (Fig. 3a) in Beziehung gesetzt wird. Das Anpaßelement 214 dient dabei dazu, den Vorgabewert DKV, welcher ein Maß für die Einstellung des Leistungsstellelements repräsentiert, auf die Werte der Meßeinrichtung 42 anzupassen. Das heißt, zum Zwecke der Regelung muß der Vorgabewert DKV derart angepaßt werden, daß zum Beispiel ein Vorgabewert von 20° tatsächlich eingestellt wird. Da durch die Kennlinie der Meßeinrichtung 42 die tatsächliche Position des Leistungsstellelements 32 repräsentiert wird (vgl. Fig. 3a), ist die Anpaßfunktion des Elements 214 im bevorzugten Ausführungsbeispiel Eins, da die durch den Vorgabewert repräsentierte gewünschte Einstellung des Leistungsstellelements 32 der von der Meßeinrichtung 42 ermittelten tatsächlichen Position entspricht.

Anders stellt es sich dar, wenn der Vorgabewert fallend die Schwelle S2 unterschreitet. Dann werden die Schaltelemente in die durchgezogene Stellung geschaltet, so daß zur Lageregelung der Meßwert DK2 der Meßeinrichtung 40 zur Verfügung steht. Der Vorgabewert wird dann über das Anpaßelement 222 der Regeleinheit 230 zugeführt. Der Wert DK2 verändert sich für eine kleine Änderung der Stellung des Leistungsstellelements über den gesamten Signalbereich der Meßeinrichtung 40. Dies bedeutet, daß zur Einstellung eines Vorgabewerts von beispielsweise 5° ein Wert DK2 von der Meßeinrichtung 40 geliefert wird, welcher einen wesentlich größeren Signalwert aufweist als der korrespondierende DK1-Wert. Daher muß im Anpaßelement 222 der DKV-Wert an die Kennlinie der Meßeinrichtung 40 angepaßt werden. Dies geschieht im bevorzugten Ausführungsbeispiel durch Multiplikation des DKV-Wertes mit einer vorbestimmten Konstante A, die derart bemessen ist, daß bei Vorgabe von beispielsweise 5° der dem Regelelement 230 zugeführte Vorgabewert einen Wert aufweist, für den die Meßeinrichtung 40 einen Wert DK2 von 5° liefert. Das Regelelement 230 bildet in beiden Betriebszuständen auf der Basis der Differenz zwischen Vorgabewert und Istwert gemäß einer Regelstrategie, z. B. mit Proportional-, Integral- und/oder Differentialverhalten, aufgrund einer vorgegebenen Gleichung oder Tabellen ein Ausgangssignal, welches über die Leitung 44 abgegeben wird und die Einstellung des Leistungsstellelements 32 im Sinne einer Annäherung des Istwertes an den Sollwert bewirkt. Eine Realisierung der geschilderten Vorgehensweise als Rechenprogramm ist in Fig. 5 skizziert.

Zur Sicherstellung der Funktionsfähigkeit der Anordnung, insbesondere bei Fehlern im Bereich der Meßeinrichtungen 40 und 42 bzw. des Leistungsstellelements 32, müssen die Signalwerte DK1 und DK2 überwacht werden. Zu diesem Zweck werden die Leitungen 28 und 30 dem Überwachungselement 246 zugeführt. Dort werden in Abhängigkeit des Vorgabewerts DKV unterschiedliche Überwachungsstrategien eingesetzt, die als Rechenprogramm anhand Fig. 6 näher erläutert werden. Es sind zwei Schwellen Ü1 und Ü2 festgelegt, welche in Abhängigkeit des Vorgabewerts DKV stehen und derart bemessen sind, daß drei Wertebereiche entstehen, ein erster Wertebereich für Stellungen des Leistungsstellelements unterhalb des Umklappunktes der Kennlinie der Meßeinrichtung 40, ein zweiter Wertebereich für Stellungen in einem Bereich um den Umklappunkt, sowie ein dritter Wertebereich für Stellungen oberhalb des Umklappunktes. Diese Auswahl wird in Abhängigkeit des Wertes DKV vom Schwellwertelement 242 vorgenommen und entsprechend über die Leitung 244 dem Überwachungselement 246 zugeführt. Im Fehlerfall wird über die Leitung 46 die Kraftstoffzumessung und/oder Zündzeitpunktseinstellung beeinflußt, während über die Leitung 256 im bevorzugten Ausführungsbeispiel eine Begrenzung des Vorgabewerts DKV im Element 200 oder eine Begrenzung des Reglerausgangssignals im Element 230 vorgenommen wird. Dadurch werden ungewollte Betriebszustände vermieden.

In Fig. 5 ist ein Programmteil skizziert, welcher die Regelung des Leistungsstellelements 32 bei Einsatz von Meßeinrichtungen wie in Fig. 3 dargestellt, beschreibt. Nach Start des Programmteils werden in einem ersten Schritt 300 die Werte DK1, DK2 sowie DKV eingelesen. Im darauffolgenden Schritt 302 wird überprüft, ob der Vorgabewert DKV größer als die erste Schwelle S1 ist. Ist dies nicht der Fall, befindet sich das Leistungsstellelement im Bereich unterhalb des Umklappunktes, so daß gemäß Schritt 304 der zur Regelung verwendete Istwert DKist der Wert DK2 der Meßeinrichtung 40 ist. Im darauffolgenden Schritt 306 wird der zur Regelung verwendete Sollwert DKsoll auf der Basis des Vorgabewerts DKV mit dem Anpaßfaktor A durch Multiplikation berechnet und im darauffolgenden Schritt 308 durch das Regelelement das Einstellsignal für das Leistungsstellelement als Funktion von Sollwert DKsoll und Istwert DKist gemäß der vorgegebenen Strategie gebildet. Danach ist der Programmteil beendet und wird zu gegebener Zeit wiederholt. Ist der Vorgabewert größer als der erste Schwellwert S1, so wird gemäß Schritt 302 zum Schritt 310 gegangen, wo abgefragt wird, ob der Vorgabewert DKV größer als der zweite Schwellwert S2 ist. Ist dies nicht der Fall, so befindet sich das Leistungsstellelement zwischen den Schwellwerten S1 und S2, so daß gemäß Schritt 312 der bisher als Istwert DKist verwendete Wert sowie die bisher vorgenommene Anpassung des Vorgabewerts DKV als Istwert DKist beibehalten wird.

Nach Schritt 312 wird mit Schritt 308 das Einstellsignal gebildet und der Programmteil zu gegebener Zeit wiederholt. Wurde im Schritt 310 erkannt, daß der Vorgabewert oberhalb des Schwellwertes S2 liegt, so befindet sich das Leistungsstellelement im Bereich größerer Werte, so daß Fahrbetrieb vorliegt. Demgemäß wird im Schritt 314 der Meßwert DK1 als Istwert DKist gewählt. Gegebenenfalls wird im Schritt 316 der Sollwert durch Multiplikation des Vorgabewerts mit einem Anpaßfaktor B gebildet, wobei im bevorzugten Ausführungsbeispiel der Anpaßfaktor B = 1 ist, worauf gemäß Schritt 308 das Einstellsignal auf der Basis von Soll- und Istwert gebildet wird. Daraufhin wird der Programmteil zu gegebener Zeit wiederholt. Durch diese Vorgehensweise wird das oben geschilderte, gewünschte Verhalten erreicht. Es findet eine kontinuierliche Regelung der Stellung des Leistungsstellelements über den gesamten Stellbereich des Leistungsstellelements statt, wobei in bestimmten Stellungsbereichen unterschiedliche Meßwerte zur Stellungsregelung verwendet werden. Die Anpassung des Vorgabewerts erfolgt im bevorzugten Ausführungsbeispiel wie oben dargestellt, kann in anderen Ausführungen auch mittels einer vorgegebenen, DKV-abhängigen Funktion, auch durch Addition und andere Rechenoperationen, und/oder durch eine rampenförmige Angleichung des Sollwerts vom mit A bewerteten zum mit B bewerteten Vorgabewert oder umgekehrt bei Wechsel des Istwerts erfolgen. Es muß lediglich sichergestellt sein, daß der Sollwert einen Einstellwert repräsentiert, der zu einer Einstellung des Leistungsstellelements führt, die vom Vorgabewert repräsentiert wird.

Die Fehlerüberwachung der erfindungsgemäßen Anordnung wird anhand eines Flußdiagramms in Fig. 6 dargestellt.

Nach Start des in Fig. 6 dargestellten Programmteils werden im ersten Schritt 400 die Größen DK1, DK2 sowie der Vorgabewert DKV eingelesen und im darauffolgenden Abfrageschritt 402 überprüft, ob der Vorgabewert DKV größer als ein erster Überwachungsschwellwert Ü1 ist. Ist dies nicht der Fall, so ist davon auszugehen, daß sich das Leistungsstellelement im Leerlaufstellungsbereich unterhalb des Umklappunktes befindet, das heißt der Wert DK2 sich im Bereich positiver Kennliniensteigung befindet. In diesem Betriebszustand wird die Stellungsregelung auf der Basis des DK2-Wertes durchgeführt, die Überwachung dieses Meßwertes wird durch den Meßwert DK1 der Meßeinrichtung 42 durchgeführt. Zur Überwachung wird im Schritt 404 der Gradient der Meßwerte DK1 und DK2 bestimmt. Dies erfolgt in der Regel durch Differenzenbildung zweier in aufeinander folgenden Abtastschritten erfaßten Meßwerte im Vergleich zur Veränderung des Vorgabewerts, des Sollwerts oder des Einstellsignals. Im darauffolgenden Schritt 406 wird überprüft, ob der Betrag des ermittelten Gradienten jeweils kleiner gleich einem vorgegebenen Schwellwert C ist, das heißt ob der Gradient in einem Bereich um Null liegt, das Leistungsstellelement 32 z. B. stillsteht. In diesem Fall kann zur nachfolgenden Überwachung der im vorherigen Programmdurchlauf ermittelte und zwischengespeicherte Gradientenwert verwendet werden. Im darauffolgenden Schritt 408 wird demnach überprüft, ob die beiden Gradienten gleiches Vorzeichen aufweisen. Ist dies nicht der Fall, so wird dem in Fig. 3 dargestellten Zusammenhang nicht entsprochen und von einem Fehler ausgegangen. Gemäß Schritt 410 werden dann die oben dargestellten Notlaufmaßnahmen eingeleitet. Nach Schritt 410 wird der Programmteil beendet und zu gegebener Zeit wiederholt.

Wurde im Schritt 408 erkannt, daß die Gradienten gleiches Vorzeichen aufweisen, so wird im Schritt 412 eine Zuordnung des aktuell gemessenen Wertes DK2 zu einem Maximal- und einem Minimalwert (DK1max, DK1min) des Wertes DK1 mittels einer vorbestimmten Tabelle vorgenommen. Die Maximal- bzw. Minimalwerte sind dabei derart vorgegeben, daß für jeden DK2-Wert DK1-Werte zugeordnet sind, die ein Toleranzband um den dem jeweiligen DK2-Wert ideal zugeordneten DK1-Wert beschreiben. Im Schritt 414 wird dann überprüft, ob der aktuell gemessene DK1-Wert größer als der ausgelesene Maximal- bzw. kleiner als der ausgelesene Minimalwert ist. Ist dies der Fall, so sind die beiden Meßwerte nicht plausibel zueinander, das heißt die Abweichungen zwischen den beiden Meßwerten sind größer als eine zulässige Toleranz. In diesem Fall wird gemäß Schritt 410 ein Fehler erkannt und Notlaufmaßnahmen eingeleitet. Im anderen Fall, wenn der DK1-Wert im vorgegebenen Toleranzband liegt, wird gemäß Schritt 416 von einem ordnungsgemäßen Arbeiten der Anordnung ausgegangen und der Programmteil zu gegebener Zeit wiederholt.

Wird im Schritt 402 erkannt, daß der Vorgabewert größer als die erste Überwachungsschwelle Ü1 ist, so wird im darauffolgenden Schritt 418 abgefragt, ob der Vorgabewert größer als die zweite Überwachungsschwelle Ü2 ist. Ist der Vorgabewert nicht größer als die Schwelle Ü2, so befindet sich das Leistungsstellelement im Bereich des Umklappunktes der Kennlinie der Meßeinrichtung 40. Daher werden im Schritt 420 für diesen Bereich geltende Maximal- bzw. Minimalwerte der Meßwerte DK1 und DK2 ausgelesen, die auf der Basis von Toleranzbetrachtungen vorgegeben sind. Im Abfrageschritt 422 wird dann überprüft, ob die jeweiligen aktuell gemessenen Meßwerte DK1 und DK2 unter- bzw. oberhalb ihrer jeweiligen Maximal- bzw. Minimalwerte liegen. Sind beide Signalwerte im vorgegebenen Band, so wird gemäß Schritt 416 von einem korrekten Arbeiten ausgegangen, während für den Fall, daß wenigstens einer der Meßsignalwerte wenigstens eine der vorgegebenen Grenzwerte über- bzw. unterschreitet, so wird gemäß Schritt 410 von einem Fehler ausgegangen und Notlaufmaßnahmen eingeleitet.

Wurde im Schritt 418 erkannt, daß der Vorgabewert größer als die Schwelle Ü2 ist, so befindet sich das Leistungsstellelement im Bereich der Kennlinie negativer Steigung der Meßeinrichtung 40. In den Schritten 424 und 426 werden dann analog zu den Schritten 404 und 406 die Gradienten der Meßsignale DK1 und DK2 bestimmt.

Im darauffolgenden Abfrageschritt 428 wird dann überprüft, ob die Gradienten gleiches Vorzeichen aufweisen. Ist dies der Fall, wird gemäß Schritt 410 ein Fehler erkannt, während bei ungleichen Vorzeichen gemäß Schritt 430 eine Zuordnung des aktuell gemessenen Wertes DK1 zu Maximal- und Minimalwerten (DK2max, DK2min) des Wertes DK2 vorgenommen wird. Dies deshalb, weil in diesem Betriebszustand der Wert DK1 Grundlage der Lageregelung darstellt, während der Wert DK2 zu Überwachungszwecken dient. Nach Schritt 430 wird im Abfrageschritt 432 der aktuell gemessene DK2-Wert mit den ausgelesenen Maximal- und Minimalwerten verglichen. Überschreitet der DK2-Wert seinen Maximalwert bzw. unterschreitet er seinen Minimalwert, wird gemäß Schritt 410 von einem Fehler ausgegangen, während für den Fall, daß der DK2-Wert innerhalb seines Maximal- und Minimalwertes liegt, gemäß Schritt 416 das korrekte Arbeiten des Steuersystems festgestellt wird.

Mit der in Fig. 6 dargestellten Überwachungsstrategie werden alle denkbaren Fehlerzustände zuverlässig erkannt. So wird sowohl bei einer in Richtung größerer Werte als auch in Richtung kleinerer Werte verzogenen Kennlinie der Meßeinrichtung 42 oder der Meßeinrichtung 40 durch die Plausibilitätsprüfungen gemäß Fig. 6 Fehler erkannt. Dabei kann in vorteilhafter Weise neben der in Fig. 6 dargestellten Überprüfung auf Maximal- und Minimalwerte in anderen Ausführungsbeispielen nur mit Maximalwerten verglichen werden, so daß nur Fehler zum Notlauf führen, bei denen das Stellelement in Sinne einer Leistungserhöhung fehlerhaft eingestellt wird.

Die erfindungsgemäße Vorgehensweise wurde vorstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels dargestellt. Neben der Anwendung bei einer Drosselklappe eines Ottomotors kann die erfindungsgemäße Vorgehensweise auch in vorteilhafter Weise bei Einspritzpumpen für Dieselmotoren oder bei der Stellungserfassung des Bedienelements Anwendung finden. Ferner ist neben der bevorzugten Ausführung der Meßeinrichtungen als Potentiometer die erfindungsgemäße Vorgehensweise auch im Zusammenhang mit berührungslosen Stellungssensoren, beispielsweise mit kapazitiven, induktiven oder Sensoren auf der Basis des Wirbelstromprinzips oder bei einem Hall-Sensor vorteilhaft.

Der Umklappunkt der Kennlinie der Meßeinrichtung 40 ist im bevorzugten Ausführungsbeispiel bei 8° der Stellung des Leistungsstellelements festgelegt. In anderen Ausführungsbeispielen können andere Werte vorteilhaft sein, Grundlage der Festlegung des Umklappunktes ist der Leerlaufbereich, so daß der Umklappunkt derart festzulegen ist, daß er einen Maximalwert der Stellung des Leistungsstellelements im (normalen) Leerlauf beschreibt. Der Schwellwert kann somit zwischen 5 und 20° liegen.

In anderen vorteilhaften Ausführungsbeispielen kann die erhöhte Auflösung nicht nur auf den Leerlaufbetrieb beschränkt sein, sondern kann auch in anderen Betriebsbereichen gewünscht sein, beispielsweise bestimmten Stellungsbereiche für eine genauere Fahrgeschwindigkeits- oder Antriebsschlupfregelung. Dies ist vor allem auch bei Anwendung der Meßeinrichtungen zur Erfassung der Stellung des Bedienelements vorteilhaft, wenn z. B. in der Nähe der LL-Stellung oder im Teillastbereich eine sehr genaue Erfassung des Fahrerwunsches gewünscht wird.

Ferner können auch andere Kennlinienformen in vorteilhafter Weise realisiert werden und mittels der beschriebenen Vorgehensweise bei der Lageregelung eines Stellelements eingesetzt werden. Dabei ist beispielsweise an einen Verlauf der Kennlinie der Meßeinrichtung 40 mit Plateau statt Umklappunkt, inverse Kennlinienverläufe, etc. gedacht. Ferner kann auch die Meßeinrichtung 42 eine Kennlinie gemäß der Meßeinrichtung 40, gleichläufig oder gegenläufig, aufweisen.

In Fig. 7 und 8 ist eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Meßeinrichtungen 40 und 42 mit Kennlinienverläufen dargestellt. Dabei sind im wesentlichen drei Potentiometerbahnen unterschiedlicher Länge vorgesehen, wobei die erste Potentiometerbahn 108 entsprechend Fig. 2 beschaltet ist. Die zweite, kürzere Potentiometerbahn 500 für den Leerlaufbereich ist über die Leitung 502 mit dem positiven, über die Leitung 504 mit dem negativen Pol verbunden. Der zugehorige Schleifer ist mit 506 bezeichnet. Die dritte Potentiometerbahn 508, oberhalb des Leerlaufbereiches und mit der Potentiometerbahn 500 für einen gewissen Bereich überlappend, ist über die Leitung 510 an den negativen, über die Leitung 512 an den positiven Pol der Versorgungsspannung angeschlossen. Die Auswirkungen dieser Gestaltung zeigt sich anhand der Fig. 8, wobei in Fig. 8a die Kennlinie des Potentiometers 102, in Fig. 8b die Kennlinien der Potentiometerbahnen 500 (DK2) sowie 508 (DK3) aufgezeichnet sind. Die Potentiometerbahn 500 zeigt eine Kennlinie positiver Steigung für den Bereich von 0% bis zu ca. 15% der Stellung des Leistungsstellelements, während die Potentiometerbahn 508 eine Kennlinie negativer Steigung von ca. 10% bis zu 100% der Stellung des Leistungstellelements aufweist. Die oben dargestellten Maßnahmen werden hier analog angewendet.

In einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel kann ein erster Stellungsgeber mit dem Verhalten nach Fig. 8a und ein zweiter Stellungsgeber mit dem Verhalten DK2 nach Fig. 8b vorgesehen sein.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine,
    1. - mit einem Leistungstellelement zur Beeinflussung der Luftzufuhr zur Brennkraftmaschine, welches geregelt auf der Basis eines aus dem Fahrerwunsch abgeleiteten Vorgabewertes (DKV) und seiner erfaßten Stellung eingestellt wird,
    2. - wobei wenigstens zwei Stellungssignale für die Stellung des Leistungsstellelements von wenigstens zwei Meßeinrichtungen erzeugt werden,
  2. dadurch gekennzeichnet,
    1. - daß wenigstens eines der Stellungssignale in wenigstens einem Stellungsbereich des Leistungsstellelements dessen Stellung mit erhöhter Auflösung repräsentiert als in den anderen Stellungsbereichen
    2. - und daß dieses Stellungssignal zumindest in einem Teil dieses Stellungsbereichs zur Einstellung des Leistungsstellelements herangezogen wird.
  3. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest ein Stellungsbereich ein Bereich betragsmäßig kleiner Stellungswerte, vorzugsweise der Leerlaufstellungsbereich des Stellelements, ist.
  4. 3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Meßeinrichtung unterhalb eines vorgegebenen Wertes eine Kennlinie vorgegebener Steigung, oberhalb dieses Wertes eine Kennlinie entgegengesetzter Steigung aufweist.
  5. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Leistungsstellelement über eine Lageregelung eingestellt wird, wobei bei Vorgabewerten unterhalb eines ersten Grenzwertes (S2) die Lageregelung auf der Basis des hochaufgelösten Stellungssignals, bei Vorgabewerten oberhalb eines Grenzwertes (S1) auf der Basis des weniger hochaufgelösten Stellungssignals erfolgt.
  6. 5. Verfahren nach einem Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenzwerte zur Auswahl der Stellungssignale zur Lageregelung eine Hysterese aufweisen.
  7. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zu Überwachungszwecken weitere Grenzwerte (Ü1, Ü2) vorgesehen sind, wobei im Bereich der Kennlinie mit vorgegebener und im Bereich mit entgegengesetzter Steigung die Überwachung auf der Basis der Stellungssignalwerte sowie deren Gradienten stattfindet, während im Zwischenbereich im Bereich des Umklappunktes der Kennlinie der wenigstens einen Meßeinrichtung die Überwachung auf der Basis der Stellungssignalwerte allein erfolgt.
  8. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Überwachung vorgegebenen Grenzwerte Werte des Vorgabewerts sind.
  9. 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorgabewert je nach Auswahl des der Lageregelung zugrundeliegenden Stellungssignals angepaßt wird.
  10. 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle oder neben der Stellung des Leistungsstellelements die Stellung eines vom Fahrer betätigbaren Bedienelements mit den wenigstens zwei Meßeinrichtungen erfaßt wird.
  11. 10. Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine,
    1. - mit einem Leistungsstellelement, welches elektrisch auf der Basis eines Vorgabewertes betätigt wird,
    2. - mit Mitteln zur Bildung des Vorgabewerts,
    3. - mit Mitteln zur Erfassung der Stellung des Leistungsstellelements,
    4. - wobei diese Mittel wenigstens zwei Meßeinrichtungen umfassen, die wenigstens zwei Stellungssignale erzeugen,
  12. dadurch gekennzeichnet,
    1. - daß wenigstens eines der Stellungssignale in wenigstens einem Stellungsbereich die Stellung mit höherer Auflösung repräsentiert als in anderen Stellungsbereichen
    2. - und daß die Mittel zur Betätigung des Leistungsstellelements zumindest in einem Teil dieses Stellungsbereichs zur Betätigung des Leistungsstellelements dieses Stellungssignal heranziehen.
  13. 11. Stellungsgeber für ein Leistungsstellelement einer Brennkraftmaschine, in Verbindung mit einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 oder 10,
    1. - mit wenigstens zwei Sensoren, die unabhängig voneinander die Stellung des Leistungsstellelements erfassen,
    2. - wobei wenigstens einer der Sensoren derart ausgestaltet ist, daß in wenigstens einem ersten Teilbereich der Stellung des Leistungsstellelements sein Ausgangssignal über den gesamten Signalwertebereich sich mit der Stellung verändert,
    3. - in wenigstens einem weiteren, vom ersten unterschiedlichen Teilbereich der Stellung des Leistungsstellelements sich sein Ausgangssignal ebenfalls über den gesamten Signalwertebereich mit der Stellung verändert.






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