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Dokumentenidentifikation DE4220244A1 23.12.1993
Titel Steuereinrichtung für eine Verstelleinrichtung in einem Fahrzeug
Anmelder Robert Bosch GmbH, 70469 Stuttgart, DE
Erfinder Bederna, Frank, Dipl.-Ing., 7145 Markgröningen, DE;
Hils, Alois-Josef, Dipl.-Ing., 7596 Seebach, DE;
Roulet, Tobias, Dipl.-Ing., 7250 Leonberg, DE
DE-Anmeldedatum 20.06.1992
DE-Aktenzeichen 4220244
Offenlegungstag 23.12.1993
Veröffentlichungstag im Patentblatt 23.12.1993
IPC-Hauptklasse F02D 9/00
IPC-Nebenklasse F02D 1/12   F02D 41/16   
Zusammenfassung Es wird eine Steuereinrichtung für eine Verstelleinrichtung in einem Fahrzeug vorgeschlagen, welche einen Schrittmotor betreibt, wobei in einem Leerlaufbereich der Schrittmotor zur Steuerung der Verstelleinrichtung bezüglich der Positionierung gesteuert mit offener Steuerkette betrieben wird, während außerhalb des Leerlaufbereichs der Schrittmotor zur Verstellung der Verstelleinrichtung im Rahmen einer Lageregelung der Verstelleinrichtung betätigt wird. Dabei ist eine Verstelleinrichtung vorgesehen, welche unter Wirkung von Federn einen Momentenumkehrpunkt in einem Bereich oberhalb der normalen Leerlaufdrehzahl aufweist.

Beschreibung[de]
Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für eine Verstelleinrichtung in einem Fahrzeug.

Eine derartige Steuereinrichtung ist in der Veröffentlichung "elektronische Motorsteuerung für Kraftfahrzeuge, MTZ, Motortechnische Zeitschrift, 46. Jahrgang, Heft 4 , 1985, Seiten 129 bis 133" beschrieben. Dort wird ein Leistungsstellelement einer Brennkraftmaschine abhängig von der Stellung des vom Fahrer betätigbaren Bedienelements mittels eines geschlossenen Regelkreises eingeregelt, wobei das Leistungsstellelement von einem Stellmotor betätigt wird. Die Regelung der Stellung des Leistungsstellelements findet dabei sowohl im Fahrbetrieb als auch im Leerlauf im Rahmen einer Leerlaufdrehzahlregelung statt.

Die geregelte Einstellung des Leistungsstellelements erfordert in der in der genannten Veröffentlichung beschriebenen Anwendung insbesondere im Leerlaufbereich im Hinblick auf eine zufriedenstellende Leerlaufregelung eine hohe Genauigkeit, was zu entsprechenden hohen Anforderungen an die Steuereinheit und besonders an die Meßeinrichtung zur Stellungserfassung des Leistungsstellelements führt. Die Erfüllung derartiger Anforderungen ist in der Regel nicht einfach und nur mit gewissem Aufwand bezüglich der Ausgestaltung der Steuereinheit und der Meßeinrichtung bzw. der Auswertung des Meßsignals erreichbar.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Maßnahmen anzugeben, welche die Anforderungen an die hohe Genauigkeit der Einstellung des Leistungsstellelements in einigen Betriebsbereichen erfüllen, ohne daß der beim bekannten System erforderliche Aufwand auftritt.

Dies wird dadurch erreicht, daß als Stellmotor zur Betätigung des Leistungsstellelements ein Schrittmotor vorgesehen ist, welcher im Leerlaufbetriebsbereich die Verstelleinrichtung mittels einer offenen Steuerkette gesteuert einstellt, außerhalb des Leerlaufbereichs die Verstelleinrichtung mittels eines geschlossenen Regelkreises auf einen vorgegebenen Stellungssollwert unter Berücksichtigung der erfaßten Stellung geregelt einstellt.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Steuerung von Verstelleinrichtungen mit nicht linearen Momentenkennlinien verbessert werden kann.

Aus der DE-A 36 31 283 (US-PS 4 947 815) ist eine Verstelleinrichtung bekannt, welche im wesentlichen mit zwei Federn ausgestattet ist, wobei die erste Feder die Verstelleinrichtung in eine erste Richtung, die zweite Feder die Verstelleinrichtung in die entgegengesetzte Richtung drückt, so daß eine definierte Ruheposition der Verstelleinrichtung eingenommen wird. Das von dem Stellmotor aufzubringende Moment zur Verstellung dieser Verstelleinrichtung ist somit abhängig von der Stellung der Verstelleinrichtung mit entgegengesetzten Vorzeichen behaftet. Es tritt daher ein sogenannter Momentenumkehrpunkt auf. Eine Steuerung bzw. Regelung einer derartigen Verstelleinrichtung wirft besondere Schwierigkeiten auf.

Diese Schwierigkeiten werden durch die oben skizzierte erfindungsgemäße Vorgehensweise dadurch beseitigt, daß die Verstelleinrichtung in einem ersten Bereich unterhalb der definierten Position über den Schrittmotor gesteuert eingestellt wird, außerhalb dieses Bereichs unter Berücksichtigung der erfaßten Stellung der Verstelleinrichtung geregelt eingestellt wird.

Aus der DE-A 40 15 432 (US-PS 5 072 708) ist eine Verstelleinrichtung der obengenannten Art mit überlagerter Notfahrmechanik bekannt. Eine solche Notfahrmechanik führt zu zusätzlichen Einflüssen auf die Momentenkennlinie der Verstelleinrichtung, so daß auch hier die Steuerung bzw. Regelung der Verstelleinrichtung durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise verbessert wird.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorgehensweise hat den Vorteil, daß die Anforderungen an die hohe Genauigkeit der Einstellung in vorgegebenen Betriebsbereichen erfüllt werden kann, ohne daß besondere Maßnahmen bezüglich der Auflösung der Meßeinrichtungen und der Steuereinrichtung getroffen werden müssen.

Besondere Vorteile werden durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Vorgehensweise bei einer elektronischen Motorleistungssteuerung zur Einstellung einer Drosselklappe bzw. einer Einspritzpumpe erreicht, da im Leerlaufbereich eine genaue Einstellung des Leistungsstellelements zur Leerlaufregelung erzielt wird, während außerhalb des Leerlaufsbereichs eine Lageregelung mit vergleichsweise grober Auflösung durchgeführt werden kann.

Dadurch wird auch der Einsatz von nicht hochauflösenden Meßeinrichtungen, insbesondere berührungslosen Meßeinrichtungen, für die Stellung des Leistungsstellelementes ermöglicht.

Insbesondere kann der Aufwand im Bereich des Analog-Digital-Wandlers der Steuereinheit in Bezug auf seine Auflösung reduziert werden.

Ein besonderer Vorteil ergibt sich durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise bei der Steuerung einer Verstelleinrichtung mit nicht linearer Momentenkennlinie. Besonders vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang, den sogenannten Momentenumkehrpunkt der Verstelleinrichtung derart vorzugeben, daß er außerhalb des zur gesteuerten Einstellung vorgesehenen Betriebsbereichs liegt.

Beim Einsatz der erfindungsgemäßen Vorgehensweise in einer elektronischen Motorleistungssteuerung zur Einstellung der Drosselklappe in Abhängigkeit des Fahrerwunsches ist vorgesehen, daß zur Leerlaufeinstellung eine Genauigkeit von < = 0,05 Grad, vorzugsweise < 0,02 Grad durch den Einsatz eines Schrittmotors im rein gesteuerten Betrieb erreicht wird, während außerhalb des Leerlaufbereichs eine Auflösung von ca. 0,1 bis 0,5 Grad, vorzugsweise 0,3 Grad, im Rahmen einer Lageregelung ausreichend mit geringem Aufwand bezüglich der Auflösung der Bauelemente durchgeführt werden kann, wobei die beschriebene Genauigkeit der Einstellung für die Funktionsanforderungen im Fahrbetrieb bzw. im Fahrgeschwindigkeitsregler - oder Antischlupfbetrieb ausreichend ist.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und den abhängigen Ansprüchen.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen erläutert. Dabei zeigt Fig. 1 ein Übersichtsblockschaltbild einer Steuereinrichtung für eine Verstelleinrichtung, während in Fig. 2 ein Flußdiagramm zur Durchführung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise skizziert ist. Fig. 3 zeigt schließlich Ausführungsformen der Verstelleinrichtung, während Fig. 4 beispielhaft eine Momentenkennlinie zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Grundprinzips darstellt.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Fig. 1 zeigt eine Steuereinheit 10 sowie eine Verstelleinrichtung 12. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt die Steuereinheit 10 einen Lagesollwertbildner 14. Dieser ist über eine erste Eingangsleitung 16 mit einem Stellungsgeber 18 für die Stellung eines vom Fahrer betätigbaren Bedienelements verbunden, über eine zweite Eingangsleitung 20 mit einer Meßeinrichtung für die Motordrehzahl 22 sowie über weitere Eingangsleitungen 24 bis 26 mit weiteren Meßeinrichtungen 28 bis 30 für Betriebsgrößen des Fahrzeugs und/oder seiner Antriebseinheit. Die Eingangsleitungen 16 und 20 sind ferner auf ein Entscheidungselement 32 geführt, dessen Ausgangssignal über die Leitung 34 zu einem Umschaltelement 36 führt. Die Ausgangsleitung 38 des Sollwertbildners 14 führt einerseits zu einem Reglerelement 40, andererseits zu einem Steuerelement 42.

Dem Reglerelement 40 ist die Eingangsleitung 44 zugeführt, welche das Reglerelement 40 mit einer Meßeinrichtung 46 zur Erfassung der Stellung der Verstelleinrichtung 12 verbindet. Die Ausgangsleitung 48 des Reglerelements führt ebenso wie die Ausgangsleitung 50 des Steuerelements 42 zum Umschaltelement 36.

Die Ausgangsleitung 52 des Umschaltelements 36 ist zum einen auf ein erstes Bestimmungselement 54, andererseits auf ein zweites Bestimmungselement 36 geführt. Die Ausgangsleitung 58 des Bestimmungselements 54 führt auf einen Regler 60, dessen Ausgangsleitung 62 mit einer Endstufe 64 verbunden ist. Von der Endstufe 64 führt eine Leitung 66 zurück zum Regler 60. Eine erste Leitung 68 führt von der Endstufe 64 zum Anschlußpunkt 70 einer ersten Wicklung 72 eines Schrittmotors 74, welcher Bestandteil der Verstelleinrichtung 12 ist. Eine zweite Ausgangsleitung 76 der Endstufe 64 führt zum zweiten Anschlußpunkt 78 der Wicklung 72. Obengenannte Elemente bilden den Ansteuerzweig für die erste Phase des Schrittmotors.

In vergleichbarer Weise ist der Ansteuerzweig für die zweite Phase des Schrittmotors ausgestaltet. Die Ausgangsleitung 80 des Bestimmungselement 56 führt auf einen Regler 82, dessen Ausgangsleitungen 84 auf eine zweite Endstufe 86 führen. Von dieser führt eine Verbindungsleitung 88 zum Regler 82 zurück. Die erste Ausgangsleitung 90 der Endstufe 86 führt auf den ersten Anschlußpunkt 92 der zweiten Wicklung 94 des Schrittmotors 74, während die zweite Ausgangsleitung 96 der Endstufe 86 zum zweiten Anschlußpunkt 98 der zweiten Wicklung 94 des Schrittmotors 74 geführt ist.

Neben dem Schrittmotor 64 umfaßt die Verstelleinrichtung 12 im bevorzugten Ausführungsbeispiel auch ein Stellelement 100, welches über eine mechanische Verbindung 102 mit dem Rotor 104 des Schrittmotors 74 verbunden ist. Die Meßeinrichtung 46 erfaßt die Stellung des Schrittmotors 74 bzw. seines Rotors 104 bzw. der mechanischen Verbindung 102 oder des Stellelements 100. Sie ist lediglich beispielhaft als an der mechanischen Verbindung angebracht gezeichnet und kann sowohl im Bereich des Schrittmotors 74 als auch im Bereich des Stellelements 100 angebracht sein.

In einem bevorzugten Anwendungsbeispiel handelt es sich bei dem Stellelement 100 um die Drosselklappe einer Brennkraftmaschine, welche mit zwei, in entgegengesetzter Richtung Kräfte ausübende Federn 106 und 108 verbunden ist, so daß das Stellelement 100 im Kräftegleichgewicht eine vorbestimmte, definierte Position einnimmt. In anderen Ausführungsbeispielen kann es sich bei dem Stellelement 100 in ebenso vorteilhafter Weise um die Regelstange einer Einspritzpumpe oder um andere Stellelemente, wie z. B. die Klappe einer Klimaanlage, handeln. Die Darstellung der Federn ist in Fig. 1 lediglich symbolisch.

Die Aufteilung der Elemente zwischen Steuereinheit und Verstelleinrichtung in Fig. 1 ist beispielhaft. In anderen Ausführungsbeispielen kann beispielsweise der Schrittmotor nicht als Bestandteil der Verstelleinrichtung angesehen werden, ebenso wie der Stellungsgeber 46. Ferner können die Elemente 60 bis 66 bzw. 82 bis 88 auch außerhalb der Steuereinheit 10 angeordnet sein.

Im Element 32 wird anhand der über die Leitungen 16 und 20 entschieden, ob sich das Fahrzeug im Leerlaufbereich befindet. Ist dies der Fall, so wird die Umschalteinrichtung 36 in die gezeigte Stellung gesteuert, während im Fahrbetrieb die Umschalteineinrichtung 36 die andere Stellung einnimmt. Der Sollwertbildner 14 bildet abhängig von seinen Eingangsgrößen, die unten näher ausgeführt sind, einen Positionssollwert für die Verstelleinrichtung 12. Dieser wird Reglerelement 40 und dem Steuerelement 42 zugeführt.

Im Leerlaufbetrieb bildet das Steuerelement 42 abhängig vom Lagesollwert bzw. seiner Änderung die Anzahl der Schrittimpulse sowie die Feinpositionseinstellung der Verstelleinrichtung (z. B. drei Schritte und 1/4 Schritt und sechs Mikroschritte). In analoger Weise wird außerhalb des definierten Bereiches, wenn die Umschalteinrichtung in gestrichelter Stellung steht, die Anzahl der Schritte und die Feinpositionseinstellung auf der Basis einer vorgegebenen Regelstrategie abhängig von der Differenz zwischen Lagesoll- und Lageistwert bestimmt.

In den Bestimmungselementen 54 und 56 wird die jeweils vorgegebene Schritt-, Feinschrittanzahl in im 90° phasenverschobene Bestromungsmuster umgesetzt. Die Stromsollwerte werden hierzu aus vorgegebenen Kennlinien entnommen. Die Stromsollwerte werden durch die Stromregelkreise 60, 62, 64, 66 bzw. 82, 84, 86, 88 für jede Phase getrennt eingestellt. Die Endstufen 64 und 86 sind in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel als Vollbrückenendstufen vorgesehen, in deren Diagonale die Wicklungen 72 bzw. 94 liegen. Die Ansteuerung der Vollbrückenendstufen erfolgt durch den Stromregler 60 bzw. 82 über die Leitungen 62 bzw. 84 durch Betätigung der Schaltelemente der Brückenstufe in vorgegebener Weise.

Das in Fig. 1 dargestellte Blockschaltbild wird in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel als Programm eines Rechenelements, z. B. eines Mikrocomputers, realisiert, so daß seine Funktionsweise im folgenden anhand des in Fig. 2 skizzierten Flußdiagramms näher verdeutlicht werden kann.

Nach Start des Programmteils wird in einem ersten Schritt 200 die von den Meßeinrichtungen 18, 22, 28 bis 30 sowie 46 erfaßten Betriebsgrößen eingelesen. Dabei handelt es sich vorzugsweise um die Stellung eines vom Fahrer betätigbaren Bedienelements, die Stellung der Verstelleinrichtung 12, die Motordrehzahl und Betriebsgrößen der Antriebseinheit und/oder des Fahrzeugs wie Fahrgeschwindigkeit, Radumdrehungszahl, Motortemperatur, Batteriespannung, etc. Im darauffolgenden Abfrageschritt 202 wird überprüft, ob sich die Antriebseinheit im Leerlaufbereich befindet. Der Leerlaufbereich wird dabei in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel anhand des losgelassenen Bedienelements und der Motordrehzahl festgestellt, wenn diese einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet. Alternativ kann vorgesehen sein, die Erkennung des Leerlaufbereichs abhängig vom Unterschreiten eines Schwellwertes durch die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs oder durch die Stellung der Verstelleinrichtung 12 zu erkennen.

Befindet sich die Antriebseinheit im Leerlaufbereich, so wird eine gesteuerte Einstellung der Verstelleinrichtung vorgenommen, während außerhalb des Leerlaufbereichs eine geregelte Einstellung über einen Lageregelkreis durchgeführt wird.

Wird im Abfrageschritt 202 erkannt, daß sich die Antriebseinheit bzw. des Fahrzeugs im Leerlaufbereich befindet, so wird mit Schritt 204 fortgefahren.

Dort wird entsprechend der Funktion des Sollwertbildners 14 der Lagesollwert für die Verstelleinrichtung in Abhängigkeit der eingelesenen Betriebsgrößenwerte festgelegt. Dabei wird für den Leerlaufbereich die Sollwertbestimmung, wie dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannt, abhängig von der Batteriespannung, der Getriebestellung, der Motortemperatur, der Fahrgeschwindigkeit und/oder weiterer Betriebsgrößen der Antriebseinheit und/oder des Fahrzeugs vorgenommen. Ein Leerlaufdrehzahlregelkreis kann ebenfalls vorgesehen sein.

Im auf den Schritt 204 folgenden Schritt 206 wird in Abhängigkeit des ermittelten Lagesollwertes bzw. seiner Änderung die zur Einstellung dieses Sollwerts benötigten Zahl von Schritten sowie die Feinpositionseinstellung des Schrittmotors bestimmt. Im nachfolgenden Schritt 208 werden Stromsollwerte für die durch die Wicklungen des Schrittmotors fließenden Ströme abhängig von der ermittelten Schrittzahl und der Feinpositionseinstellung gebildet, welche im nachfolgenden Schritt 210 an den Stromregler zur Einstellung des durch die Wicklung fließenden Stroms ausgegeben wird.

Wurde im Schritt 202 erkannt, daß sich das Fahrzeug außerhalb des Leerlaufbereichs befindet, wird im Schritt 212 ein Lagesollwert in Abhängigkeit der eingelesenen Betriebsgrößen bestimmt, wobei in diesem Bereich der Lagesollwert im wesentlichen abhängig von der Stellung des vom Fahrer betätigbaren Bedienelements ist. Im nachfolgenden Schritt 214 wird durch Vergleich des bestimmten Lagesollwerts und des über die Leitung 44 zugeführten Lageistwertes der Verstelleinrichtung eine Regelabweichung gebildet, in deren Abhängigkeit gemäß einer vorgegebenen Regelstrategie im Schritt 216 die Schrittzahl und Feinpositionseinstellung bestimmt wird. Im auf den Schritt 216 folgenden Schritt 218 werden analog zum Schritt 208 die Stromsollwerte in Abhängigkeit der bestimmten Schrittzahl sowie der Feinpositionseinstellung ermittelt und im Schritt 220 an die Stromregler ausgegeben.

Nach Abschluß der gesteuerten bzw. geregelten Feineinstellung der Verstelleinrichtung wird im Schritt 222 eine Fehlerüberwachung durchgeführt, welche feststellen soll, ob der mitlaufende, die Position anzeigende Schrittzähler im Einklang zu den Stellungsmeßergebnissen der Meßeinrichtungen 46 und 18 steht. Eine Nichtübereinstimmung deutet auf einen Schrittverlust während des Steuer-Regelvorgangs hin oder auf einen Defekt der Meßeinrichtungen 46 bzw. 18.

Bezüglich der Auflösung ist festzustellen, daß die gesteuerte Einstellung der Verstelleinrichtung im Leerlaufbereich mit einer sehr hohen Auflösung im Bereich von 0,02 Grad durch Feinpositionseinstellung des Schrittmotors erreicht wird. Im Gegensatz dazu ist die Auflösung im geregelten Einstellbereich derart, daß die Funktionsanforderungen bezüglich des Fahrbetriebs, eines ASR-Eingriffes sowie im Fahrgeschwindigkeitsreglerbetrieb genügen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wurde dabei die Auflösung von 0,3 Grad als ausreichend nachgewiesen.

Unter Leerlaufbereich wird in einem Ausführungsbeispiel nur der echte Leerlauf, das heißt bei unterbrochenem Kraftschluß zwischen Motor und Antriebsrädern des Fahrzeug, verstanden.

Die Durchführung der Stromregelung sind dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannt.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird dabei so vorgegangen, daß zunächst zum Erreichen des Lagesollwertes die maximale Schrittgröße, z. B. Halbschritte, ausgegeben werden, bis die ermittelte Schrittzahl erreicht ist und dann im Bereich eines Halbschrittes eine Feinpositionseinstellung zum Abgleich des vorgegebenen Sollwerts vorgenommen wird. Diese Maßnahmen sind im Flußdiagramm nach Fig. 2 vereinfacht dargestellt.

Bei der Meßeinrichtung 46 handelt es sich in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel um berührungslose Sensoren, welche auf induktivem, kapazitivem oder optischem Prinzip arbeiten und eine Auflösung im Bereich der gewünschten Auflösung von 0,3 Grad besitzen. Ferner kann die Meßeinrichtung 46 in doppelter Ausführung vorgesehen sein. Die Meßeinrichtung 46 kann auch in einem anderen Ausführungsbeispiel auch ein Potentiometer darstellen.

Wie eingangs erwähnt, betrifft die erfindungsgemäße Vorgehensweise in einem weiteren Aspekt eine Verstelleinrichtung, welche in Verbindung mit der dargestellten Steuereinheit vorteilhaft betätigt werden kann. Diese ist als Linearzeichnung in Fig. 3 dargestellt. Die Verstelleinrichtung ist dabei teilweise aus der eingangs genannten DE-A 40 15 423 bekannt. Die bereits anhand Fig. 1 beschriebenen Elemente tragen in Fig. 3 dieselben Bezugszeichen.

Die Verstelleinrichtung 12 umfaßt eine im Ansaugkanal einer Brennkraftmaschine angeordnete Drosselklappe 100, deren Achse 300 mit dem Rotor 104 des Schrittmotors 74 verbunden ist. An der Achse 300, die der mechanischen Verbindung 102 entspricht, ist die Meßeinrichtung 46 vorgesehen, welche im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 aus einem Doppelstellungsgeber besteht. Ferner ist ein minimaler mechanischer Anschlag 302 der Verstelleinrichtung vorgesehen, welcher als Leckluft-Anschlag bezeichnet wird und im Idealfall der vollständig geschlossenen Stellung der Drosselklappe entspricht. In vergleichbarer Weise ist ein Vollastanschlag 304 vorgesehen, welcher der vollständig geöffneten Stellung der Drosselklappe entspricht. Ferner weist die Achse 300 einen weiteren Anschlag 310 auf. Die Drosselklappe 100 ist in einem Gehäuse 316 angebracht, welches einen Anschlag 320 aufweist.

Die Achse 300 wird vom Stellmotor 74 in Fig. 3 in der Zeichenebene von links nach rechts von rechts nach links bewegt, wobei sich der Öffnungsquerschnitt des Luftansaugkanals, das heißt die Stellung der Drosselklappe, verändert.

Ferner ist ein sogenanntes Zwischenstück 306 vorgesehen, welches einen ersten Anschlag 312 und einen zweiten Anschlag 318 aufweist. Zwischen Zwischenstück 306 und Anschlag 310 der Achse 300 befindet sich eine Feder F1308 welche den Anschlag 310 der Achse 300 gegen den Anschlag 312 des Zwischenstücks 306 drückt.

Ferner ist eine zweite Feder F2314 vorgesehen, welche das Gehäuse 316 mit dem Zwischenstück 306 derart verbindet, daß das Zwischenstück 306 mit seinem Anschlag 318 gegen den Anschlag 320 des Gehäuses 316 gezogen wird. Durch Zusammenwirken der Federn 308 und 314 wird im gezeichneten antriebslosen Fall des Schrittmotors 74 die Drosselklappe in einer vorbestimmten Position gehalten, welche einen Notluftquerschnitt 322 offen läßt. Dabei wirkt die Feder 314 in Richtung der vollständig geschlossenen Stellung der Drosselklappe, während die Feder 308 in Öffnungsrichtung der Drosselklappe wirkt. Durch die konstruktive Auslegung der Federkraft der Federn 308 und 314 sowie der Anschlagspaare 318/320 bzw. 310/312 wird die vorbestimmte Position der Drosselklappe bei stromlos geschaltetem Stellmotor bestimmt.

In einem bevorzugtem Ausführungsbeispiel liegt diese Position derart, daß der Notluftöffnungsquerschnitt 322 der Drosselklappe zu einer Motordrehzahl der Brennkraftmaschine führt, die oberhalb der im Leerlaufbereich erreichten Drehzahlen, in einem Ausführungsbeispiel mit Ausnahme der extremen Betriebsphasen, wie der Startphase, liegt. Bei der Steuerung einer derartigen Verstelleinrichtung hat der Schrittmotor 74 im Bereich des Wirkungsbereiches der Feder 314 eine Kraft zu überwinden, welche die Drosselklappe in Richtung der geschlossenen Stellung zieht, während der Schrittmotor 74 im Leerlaufbereich einer Kraft entgegenzuwirken hat, die von der Feder 308 erzeugt, die Drosselklappe in Öffnungsrichtung zu verstellen versucht. Dadurch ergibt sich mit Blick auf den Schrittmotor 74 im Bewegungsbereich über die Stellung der Drosselklappe einen Momentenumkehrpunkt, welcher bei der elektronischen Steuerung der Verstelleinrichtung Schwierigkeiten bereitet.

Diese Schwierigkeiten werden dadurch beseitigt, daß gemäß der oben dargestellten, erfindungsgemäßen Vorgehensweise im Leerlaufbereich der Schrittmotor mit der notwendigen hohen Auflösung gesteuert betrieben wird, während er außerhalb des Leerlaufbereichs, wenn die Drosselklappe in einem Stellungsbereich verstellt wird, der den Momentenumkehrpunkt einschließt, geregelt im Rahmen einer Lageregelung betrieben wird.

In Fig. 3 ist zusätzlich ein Fahrpedal 324 dargestellt, welches über eine Verbindung 328 mit der Meßeinrichtung 18 verbunden ist, deren Ausgangsleitung der Steuereinheit 10, die in Fig. 3 nicht dargestellt ist, zugeführt wird. Ferner ist eine mechanische Notfahreinrichtung 350 in Fig. 3 vorgesehen, welche in einem anderen Ausführungsbeispiel die Verstelleinrichtung 12 ergänzt. Dabei ist ein Verbindungsstück 352 vorgesehen, an welches ein mit dem Fahrpedal 324 verbundener Bowdenzug 354 mittels einer Verbindung 356angebracht ist, welche einen Anschlag aufweist, ansonsten in dem Verbindungsstück 352 beweglich gelagert ist und bei Treten des Fahrpedals das Verbindungsstück mitzieht, bei Loslassen des Fahrpedals das Verbindungsstück 352 hingegen frei beweglich läßt.

Die Lagerung des Bowdenzugs 354 im Verbindungsstück 352 erfolgt dabei in einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel durch eine Lose, so daß beim Betrieb mit Notfahrmechanik ausgehend von der Ruhestellung des Fahrpedals ein Leerweg entsteht, bis der Bowdenzug das Verbindungsstück 352 und damit das Zwischenstück 306 bewegt.

Das Verbindungsstück 352 ist über ein Gelenk 360 mit einem weiteren Verbindungselement 361 verbunden, welches durch eine Führung 362 im Zwischenstück 306 beweglich gelagert, wobei ein Anschlag 364 des Verbindungselements 361 vorgesehen ist, durch welchen bei Betätigen des Gaspedals und Ziehen der Anordnung 350 in Fig. 3 nach rechts das Zwischenstück 306 und somit die Achse 300 und die Drosselklappe 100 gewährleistet ist.

Ferner ist mit dem Verbindungsstück 352 eine weitere Feder 358 verbunden, deren anderes Ende z. B. am Gehäuse 316 angebracht ist und die derart vorgespannt ist, daß sie auf das Verbindungsstück 352 und somit auch auf das Zwischenstück 306 eine in Richtung der geschlossenen Stellung der Drosselklappe wirkende Kraft ausübt.

Bei Loslassen des Fahrpedals löst sich der Anschlag 364 vom Zwischenstück 306, so daß dieses unter Wirkung der Feder 358 in Richtung der geschlossen Drosselklappe bewegt wird, sofern der Schrittmotor bzw. die elektrische Steuerung nicht aktiv sind.

Das Verbindungsstück 352 drückt ferner unter der Wirkung der Feder 358 das Zwischenstück 306 bei defekter Rückstellfeder 314 in Richtung der geschlossenen Drosselklappe, so daß ein zusätzlicher Sicherheitsgewinn entsteht.

Die Federn 314, 308 und gegebenenfalls 358 wirken demnach bei der Festlegung der definierten Notlaufposition 322 zusammen, so daß deren genaue Lage nur in gewissen Toleranzen bekannt ist, die die Steuerung der Verstelleinrichtung schwierig gestalten.

Die erfindungsgemäße Vorgehensweise kann anhand des Diagramms in Fig. 4 noch einmal verdeutlicht werden. Dabei ist waagrecht die Stellung der Drosselklappe aufgetragen, senkrecht das vom Schrittmotor zur Verstellung der Drosselklappe gegen die Federn aufzubringende Moment. Die durchgezogene Kennlinie, welche beispielhaft gewählt wurde, zeigt stark nichtlineares Verhalten. Dabei schneidet diese Kennlinie bei einer Stellung alpha0 die waagrechte Achse des Diagramms. Unterhalb dieses Wertes alpha0 hat der Schrittmotor gegen die Feder 308 ein in diesem Beispiel negatives, das heißt in Richtung der geschlossenen Drosselklappe gerichtetes Moment aufzubringen, während oberhalb des Punktes alpha0 der Schrittmotor gegen die Wirkung der Feder 314 ein bis zur maximal möglichen Stellung steigendes, in Öffnungsrichtung der Drosselklappe gerichtetes Moment aufzubringen hat. Dies bedeutet, daß im Bereich der Stellung alpha0 die vom Schrittmotor aufzubringenden Momente ihr Vorzeichen umkehren. Dieser Punkt wird daher als Momentenumkehrpunkt bezeichnet. Entsprechend den Fertigungstoleranzen und des Einflusses der Feder 358 der Notfahrmechanik kann die Kennlinie des Stellers in den strichliert gezeichneten Bereichen variieren.

Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, daß im Leerlaufbereich unterhalb der Stellung alpha0 der Schrittmotor gesteuert betrieben, im Fahrbereich unter Einschluß der Stellung alpha0 der Schrittmotor geregelt betrieben wird. Dadurch wird eine Steuerung mit höherer Auflösung des Schrittmotors im Leerlaufbereich ermöglicht, während im Fahrbereich eine Regelung geringerer Auflösung ohne Schwierigkeiten bei der Momentenumkehr, da geregelt, gewährleistet ist.


Anspruch[de]
  1. 1. Steuereinrichtung für eine Verstelleinrichtung in einem Fahrzeug,
    1. - mit einer Steuereinheit, welche ein Stellelement, insbesondere einen Schrittmotor, der Verstelleinrichtung ansteuert,
    2. - wobei die Steuereinheit Mittel umfaßt, welche feststellen, daß sich das Fahrzeug im Leerlaufbetriebsbereich befindet,
    3. - sowie Mittel, die abhängig von Betriebsgrößen Ansteuersignale für das Stellelement bilden,
    4. - und mit wenigstens einer Meßeinrichtung, welche die Stellung der Verstelleinrichtung erfaßt,

      dadurch gekennzeichnet, daß
    5. - die Steuereinheit derart ausgestaltet ist, daß bei Vorliegen des Leerlaufbetriebsbereichs die Verstelleinrichtung über das Stellelement im Rahmen wenigstens einer ersten Steuervorschrift mittels einer offenen Steuerkette gesteuert eingestellt wird,
    6. - außerhalb des Leerlaufbetriebsbereichs die Verstelleinrichtung über das Stellelement im Rahmen wenigstens einer zweiten Steuervorschrift mittels eines geschlossenen Regelkreis im Sinne einer Regelung der erfaßten Stellung auf einen vorgegeben Sollwert geregelt eingestellt wird.
  2. 2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung des Schrittmotors mit offener Steuerkette mit einer Genauigkeit bezüglich der Positionierung von ca. 0,02 Grad erfolgt.
  3. 3. Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lageregelung des Schrittmotors mit einer gegenüber der Steuerung groberen Auflösung, vorzugsweise ca. 0,3 Grad, erfolgt.
  4. 4. Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Verstelleinrichtung verbundene Meßeinrichtung wenigstens einen berührungslos arbeitenden Stellungsgeber, vorzugsweise ein induktiven, kapazitiven, optischen, magnetischen oder nach dem Wirbelstromprinzip arbeitenden Geber umfaßt.
  5. 5. Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtung eine nichtlineare Momentenkennlinie sowie einen Momentenumkehrpunkt aufweist, welcher vorzugsweise außerhalb des Leerlaufbereichs liegt.
  6. 6. Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Leerlaufbereich einen Stellungsbereich der Verstelleinrichtung umfaßt, der zu Motordrehzahlen führt, welcher zumindest bei warmem Motor zur Einstellung der Drehzahl im Leerlauf des Motor nicht verlassen wird.
  7. 7. Steuereinrichtung für eine Verstelleinrichtung in einem Fahrzeug,
    1. - mit einer Verstelleinrichtung, welche wenigstens folgende Einzelelemente umfaßt:
    2. - einen mit wenigstens zwei Wicklungen versehenen, elektrisch angesteuerten Schrittmotor,
    3. - ein bewegliches mechanisches Element, insbesondere zur Beeinflussung der Antriebsleistung des Fahrzeugs,
    4. - eine mechanische Verbindung, welche die Schrittmotorachse mit dem beweglichen Element fest verbindet,
    5. - ein erstes mechanisches Element, welches auf die Verstelleinrichtung eine in eine erste Richtung wirkende Kraft ausübt,
    6. - ein zweites mechanisches Element, welches wenigstens in einem Teilbereich des Bewegungsbereichs der Verstelleinrichtung auf die Verstelleinrichtung eine in eine zweite, der ersten entgegengesetzten Richtung wirkende Kraft ausübt,
    7. - wobei durch Einwirkung beider Elemente eine vorbestimmte Position der Verstelleinrichtung definiert wird, so daß bei der elektrischen Steuerung je nach Stellung der Verstelleinrichtung Momente aufgebracht werden müssen, welche in entgegengesetzte Richtungen zeigen,
    8. - eine Meßeinrichtung zur Erfassung der Stellung der Verstelleinrichtung
    9. - wobei die Verstelleinrichtung in einem ersten Bereich unterhalb der definierten Position über den Schrittmotor gesteuert eingestellt wird,
    10. - außerhalb dieses Bereichs geregelt unter Berücksichtigung der erfaßten Stellung der Verstelleinrichtung eingestellt wird.
  8. 8. Steuereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Notfahrmechanik vorgesehen ist, welche beweglich mit einem vom Fahrer betätigbaren Bedienelement verbunden ist und derart auf das Zwischenstück einwirkt, daß bei antriebslosem Schrittmotor durch Betätigung des Bedienelements die Verstelleinrichtung geöffnet, durch Loslassen des Bedienelements die Verstelleinrichtung in Schließrichtung betätigt wird.
  9. 9. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die definierte Position der Verstelleinrichtung derart vorgegebenen ist, daß die Verstelleinrichtung eine Öffnung bereithält, welche zu Drehzahlen des Motors führt, die im normalen Leerlaufbetrieb nicht erreicht werden.
  10. 10. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Notfahrmechanik ein mit dem Bedienelement lose verbundenes Verbindungsstück aufweist, welches über ein Gelenk mit einem lose mit dem Zwischenstück verbundenes weiteres Verbindungselement gekoppelt ist und mit einer Feder verbunden ist, welche auf das Verbindungsstück eine in Richtung der Ruheposition des Bedienelements wirkende Kraft ausübt.






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