DE3510173C2 - Überwachungseinrichtung für eine elektronisch gesteuerte Drosselklappe in einem Kraftfahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Überwachungseinrichtung für eine elektronisch gesteuerte Drosselklappe in einem Kraftfahrzeug nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Aus der DE 31 09 638 A1 ist bereits eine Schutz- und Überwachungseinrichtung für ein elektronisches Fahr­ pedal in Kraftfahrzeugen bekannt. Dabei gibt ein mit dem Fahrpedal verbundener, als elektrisches Potentio­ meter ausgebildeter Fahrpedalstellungsgeber einen Soll­ wert an einen Regler, der von einem mit der Drossel­ klappe verbundenen Potentiometer einen Istwert erhält, so daß der Regler eine Regeldifferenz bildet, und damit über eine Endstufe den Stellmotor der Drosselklappe antreibt. Auf diese Weise wird auf elektronischem Wege die bisherige mechanische Drosselklappenverstellung realisiert. Ein derartiges sogenanntes elektronisches Fahrpedal besitzt damit den Vorteil, daß elektronische Ein­ griffe in die Droselklappenverstellung von anderer Seite leicht möglich sind, insbesondere eine Leerlaufdrehzahl­ regelung oder Regelung der Fahrdynamik bei schnellen Be­ schleunigungsänderungen, die auf elektronischem Wege un­ abhängig von der Fahrpedalposition durchgeführt werden.

Besonderes Augenmerk ist bei einem elektronischen Fahr­ pedal auf die Betriebssicherheit zu legen. Bei einem komplexen elektronischen System steigen naturgemäß mit der Anzahl der Komponenten auch die Anzahl der möglichen Fehlerquellen. Insbesondere ist bei Fehlerquellen auf die Funktion der Stellungsgeber von Fahrpedal und Dros­ selklappe sowie dem Antrieb der Drosselklappe zu achten, die insbesondere durch mechanische Fehler, wie Verschleiß oder Verschmutzung, verursacht werden können. Hierzu ist es bekannt, dem Fahrpedal und/oder der Drosselklappe End­ anschlagsschalter am oberen und/oder unteren Anschlags­ ende zuzuordnen, so daß sich aus den Schaltpositionen erlaubte oder unerlaubte logische Zustände ableiten lassen, die eine Fehlererkennung ermöglichen.

Aus der EP 0109 478 A ist bekannt, einen Fahrpedalstellungsgeber mit­ tels eines dem Fahrpedal zugeordneten Schalters zu überwachhen, wobei ein Fehler erkannt wird, wenn zwischen dem Fahrpedalstellungssignal und dem Schaltzustand des Schalters unerlaubte logische Zustände, das heißt Nichtplausibilität, erkannt wird. Eine Überwachung des Fahrpedalstellungsgebers ist dabei jedoch lediglich im Bereich des nicht betätigten Fahrpedals möglich, da gemäß der bekannten Vorge­ hensweise der Schalter seinen Schaltzustand im Bereich des nicht be­ tätigten Fahrpedals ändert.

Demgegenüber besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Überwachungseinrichtung vorzuschlagen, die nicht nur die Stellungsgeber eines solchen elektronischen Fahr­ pedals überwacht, indem auf derartige Anschlagsschalter weitgehend verzichtet wird, sondern die auch übrige Fehlerzustände im Regelkreis eines solchen elektroni­ schen Fahrpedals erkennen und melden kann.

Die erfindungsgemäße Überwachungseinrichtung mit dem kennzeichnenden Merkmal des Hauptanspruchs weist den Vorteil auf, daß der Stellungsgeber für die Drossel­ klappe auf ordnungsgemäß selbsttätige Einnahme einer Ruhelage geprüft wird, ohne daß hierzu ein Endanschlags­ schalter notwendig ist.

Durch die Unteransprüche sind weitere vorteilhafte Ausge­ staltungen der erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung angegeben. Insbesondere ist es möglich, aus dem Verhalten des Regelkreises für den Drosselklappenantrieb direkt auf ein vorliegendes Fehlverhalten zu schließen. Die Überwa­ chungssicherheit wird erhöht dadurch, daß in einer beson­ deren Logik auf Fehler geprüft wird, die zu keiner Regel­ differenz führen. Ein solcher Fehler ergibt sich beispiels­ weise, wenn sich ein Stellungsgeber gegenüber seinem mecha­ nischen Antrieb verdreht, oder wenn elektrische Neben­ schlüsse durch Verschmutzung an den Stellungsgebern ein falsches Bild der Lage angeben. Eine erfindungsgemäße Überwachungseinrichtung ist besonders einfach während des Bremsvorganges bei größeren Geschwindigkeiten und größeren Drehzahlen durchzuführen, weil dann das Fahr­ pedal entlastet ist, so daß sich ein definierter mecha­ nischer Überprüfungspunkt ergibt, und weil sich dieser Betriebszustand während des Betriebs des Kraftfahrzeugs ausreichend häufig einstellt. Somit kann die Überwachung insbesondere während der Schubabschaltung leicht vor­ genommen werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt in Blocksymbolen eine erfindungsgemäße Überwachungseinrichtung, die in einen bekannten Stellungsregelkreis der Drosselklappe inte­ griert ist.

Ein Fahrpedal 1 ist drehfest mit einem Fahrpedalstel­ lungsgeber 2 und einem Fahrpedalschalter 8 verbunden. Der Fahrpedalschalter 8 schließt (öffnet), sobald das Fahrpedal 1 betätigt wird. Der Fahrpedalstellungsgeber 3 ist als Potentiometer ausgebildet, dessen Widerstand proportional zum eingestellten Winkel des Fahrpedals 1 ist. In einem besonderen Fall kann der Fahrpedalschalter 8 auch durch einen ähnlichen Vergleichsstellungsgeber 18 in Form eines Potentiometers ersetzt sein. Der Widerstand des Fahrpedalstellungsgebers 2 stellt einen Sollwert für einen Regler 3 dar, der an den Fahrpedal­ stellungsgeber 2 angeschlossen ist. Dieser Regler 3 steuert eine Endstufe 4 für ein Stellglied in der Aus­ führung eines Stellmotors 5 zum Antrieb der Drosselklappe 7 des Kraftfahrzeugs an. Der Stellmotor 5 ist dabei dreh­ fest mit der Drosselklappe 7 sowie einem Drosselklappen­ stellungsgeber 6 verbunden, der ähnlich dem Fahrpedal­ stellungsgeber 2 als Potentiometer ausgebildet ist, so daß der Widerstand des Drosselklappenstellungsgebers 6 einen Istwert für die Stellung der Drosselklappe 7 an den Regler 3 abgibt. Hierdurch ist ein Regelkreis ge­ schlossen, der dem Fachmann bekannt ist und somit nicht näher erläutert wird.

In der Zeichnung ist der Regler 3 als PID-Regler ausge­ führt, der in Abhängigkeit einer Regeldifferenz die Endstufe 4 ansteuert. Die Überwachungseinrichtung läßt aber auch andere Reglertypen zu, etwa Schaltregler, die lediglich das Vorzeichen der Regeldifferenz berücksich­ tigen, solange nur die Sprungantwort des geschlossenen Regelkreises eine verschwindende Regeldifferenz auf­ weist.

Ein Differenzbildner 9 erhält den Sollwert vom Fahrpedal­ stellungsgeber 2 und den Istwert vom Drosselklappen­ stellungsgeber 6, um hieraus die Regeldifferenz nachzu­ bilden und diese auf ein Filter 10 zu geben. Das Filter 10 filtert aus der Regeldifferenz das dynamische Verhalten des Regelkreises heraus, um so ein quasistationäres Sig­ nal auf einen Schwellenvergleicher 11 geben zu können. Bei einer bleibenden Regeldifferenz oder bei fehlertypi­ schen Veränderungen der Regeldifferenzdynamik wird die Schaltschwelle des Schwellenvergleichers 11 überschritten, so daß das Ausgangssignal des Schwellenvergleichers 11 eine Fehlergröße darstellt, die eine Fehleranzeige 12 im Kraftfahrzeug betätigt.

Um darüber hinaus Fehler erkennen zu können, die keine bleibende Regeldifferenz zur Folge haben, ist eine Logik 13 als weitere Überwachungseinrichtung dem Regelkreis beigeschaltet.

Die Logik 13 erhält dafür das Ausgangssignal des Fahrpedal­ schalters 8 bzw. des Vergleichsstellungsgebers 18 sowie Fahrzeugdaten 14. Weiterhin erhält die Logik 13 vom Dros­ selklappenstellungsgeber 6 den Istwert, vom Fahrpedal­ stellungsgeber 2 den Sollwert sowie die Stellgröße vom Ausgang des Reglers 3. Die Fahrzeugdaten 14 beinhalten die Meldung, ob die Bremse betätigt wird/wurde, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit über einer bestimmten Geschwin­ digkeit liegt und ob die Motordrehzahl über einer be­ stimmten Drehzahl liegt. Wenn diese Bedingungen erfüllt sind und der Fahrpedalschalter 8 geöffnet (geschlossen) ist, wird von der Logik 13 die Endstufe 4 stromlos ge­ schaltet, so daß der Stellmotor 5 frei laufen kann. Die Feder der Drosselklappe 7 schließt darauf die Drosselklappe 7 vollständig und führt damit den Dros­ selklappenstellungsgeber 6 auf seinen Minimalwert. Die Logik 13 vergleicht diesen Minimalwert mit vor­ gegebenen Grenzen und stellt damit fest, ob etwa ein Verdrehen der Antriebswelle der Drosselklappe 7 oder ein Festklemmen der Drosselklappe 7 vorliegt. Bei erkanntem Fehler wird als Ausgangssignal der Logik eine Fehler­ größe gebildet, die die Fehleranzeige 12 betätigt.

Die Logik 13 prüft ferner, ob die Stellgröße des Reglers 3 länger als eine zugelassene Dauer einen vorgegebenen Extremwert überschreitet. Ist dies der Fall, wird eben­ falls die Fehleranzeige 12 betätigt und die Endstufe 4 von der Logik 3 stromlos geschaltet oder mit einem Tast­ verhältnis getaktet, um einerseits die Endstufe vor Überlastungen zu schützen und andererseits die Dros­ selklappe in eine Position zu verlagern, bei der noch ein Notfahrbetrieb möglich ist. Die Taktung geschieht dabei mit einer Wiederholfrequenz, die so gewählt ist, daß die Drosselklappe dabei aufgrund ihrer Trägheit sowie der Trägheit der mit ihr verbundenen Elemente 5 und 6 eine ruhige Lage einnimmt, die dem gewählten Tastver­ hältnis entspricht.

Weiterhin überprüft die Logik 13 den Fahrpedalstellungs­ geber 2 insoweit, ob der mit dem Fahrpedal gekoppelte Schalter 8 schließt (öffnet), wenn der Fahrpedalstel­ lungsgeber 2 einen Sollwert abgibt, der über einer ersten Sollwertschwelle (vorzugsweise 15% des Maximal­ sollwertes) und unter einer zweiten Sollwertschwelle (vorzugsweise 25% des Maximalsollwerts) liegt. Ist diese Bedingung erfüllt, gibt die Logik 13 keine Fehlergröße ab. Ist der Schalter 8 durch einen Vergleichsstellungs­ geber 18 in Form eines Potentiometers ersetzt, über­ prüft die Logik 13 die Signaldifferenz zwischen Fahr­ pedalstellungsgeber 2 und Vergleichsstellungsgeber 18 auf einen vorgegebenen Maximalwert in jeder Lage des Fahrpedals ab. Überschreitet die Signaldifferenz zwi­ schen Fahrpedalstellungsgeber 2 und Vergleichsstellungs­ geber 18 diesen vorgegebenen Maximalwert, wird von der Logik 13 eine Fehlergröße gebildet und die Fehleran­ zeige 12 betätigt. Bei geeigneter Kopplung zwischen Fahrpedal 1 und Fahrpedalstellungsgeber 3 sowie Fahrpedal 1 und Schalter 8 bzw. Vergleichsstellungsgeber 18 kann damit ein Fehler infolge Verdrehung der an sich drehfe­ sten Verbindung zwischen Fahrpedal 1 und Fahrpedal­ stellungsgeber 2 festgestellt werden.

Schließlich vollzieht die Logik 13 noch eine Plausibi­ litätsprüfung bezüglich der Ruhelage des Fahrpedals dahingehend, daß der vom Fahrpedalstellungsgeber 2 ab­ gegebene Sollwert mit einem ersten Grenzschwellwert verglichen wird dann, wenn die Bremse betätigt wird und der Schalter 8 geöffnet (geschlossen) ist bzw. der Vergleichsstellungsgeber 18 ein Signal abgibt, das einen zweiten Grenzschwellwert unterschreitet.

Ohne Beschränkung der Allgemeinheit ist die erfindungs­ gemäße Überwachungseinrichtung auch in Verbindung mit einer selbstzündenden Brennkraftmaschine zu betreiben, wenn anstelle der Drosselklappe 7 der Verstellhebel bzw. die Regelstange einer Einspritzpumpe und anstelle des Drosselklappenstellungsgebers 6 ein Stellungs- bzw. Lagegeber für den Verstellhebel bzw. die Regelstange der Einspritzpumpe tritt.

Claims (11)

1. Überwachungseinrichtung für eine elektronisch steuerbare Drossel­ klappe in einem Kraftfahrzeug,

• - mit einem Fahrpedal (1),
• - mit einem damit drehfest verbundenen Fahrpedalstellungsgeber (2),
• - mit einem Stellglied (5) für die Drosselklappe (7) des Verbren­ nungsmotors und einem damit drehfest verbundenen Stellungsgeber (6),
• - mit einem Regler (3), der vom Fahrpedalstellungsgeber (2) einen Sollwert und vom Stellungsgeber (6) für die Drosselklappe (7) einen Istwert erhält und eine Endstufe (4) für das Stellglied (5) an­ steuert,
  dadurch gekennzeichnet, daß
• - der Istwert mittels einer Logik (13) auf eine bestimmte Ober- und-oder Untergrenze überprüft wird, wenn die Drosselklappe (7) sich in einer definierten Lage befindet, dadurch, daß das Stell­ glied (5) antriebslos geschaltet wurde,
• - und daß eine Fehlergröße dann gebildet wird, wenn der Istwert da­ raufhin die Obergrenze über- oder die Untergrenze unterschreitet.

2. Überwachungseinrichtung für eine elektronisch steuerbare Dros­ selklappe in einem Kraftfahrzeug,

• - mit einem Fahrpedal (1),
• - mit einem damit drehfest verbundenen Fahrpedalstellungsgeber (2),
• - mit einem Stellglied (5) für die Drosselklappe (7) des Verbren­ nungsmotors und einem damit drehfest verbundenen Stellungsgeber (6),
• - mit einem Regler (3), der vom Fahrpedalstellungsgeber (2) einen Sollwert und vom Stellungsgeber (6) für die Drosselklappe (7) einen Istwert erhält und eine Endstufe (4) für das Stellglied (5) an­ steuert,
  dadurch gekennzeichnet, daß
• - eine Logik (13) vorgesehen ist, der die Stellgröße des Reglers (3) zugeführt wird und die überprüft, ob die Stellgröße länger als eine vorbestimmte Zeitdauer einen vorbestimmten Grenzwert übersteigt,
• - wobei die Logik eine Fehlergröße dann bildet, wenn die Stellgröße länger als eine vorbestimmte Zeit den vorbestimmten Grenzwert über­ steigt.

3. Überwachungseinrichtung für eine elektronisch steuerbare Dros­ selklappe eines Kraftfahrzeugs,

• - mit einem mit dem Fahrpedal verbundenen ersten Stellungsgeber, der eine Stellung des Fahrpedals repräsentierende Signal erzeugt,
• - mit einem mit dem Fahrpedal verbundenen zweiten Stellungsgeber, der ein die Stellung des Fahrpedals repräsentierendes Signal erzeugt,
• - mit Mitteln (Logik 13) zur Bildung eines Fehlersignals in Abhän­ gigkeit von den Signalen des ersten und des zweiten Stellungsgebers,
  dadurch gekennzeichnet, daß
• - der erste Stellungsgeber ein Fahrpedalstellungsgeber (2), der zweite Stellungsgeber ein Fahrpedalschalter (8) ist, der ein Schaltsignal bei betätigtem Fahrpedal (1) erzeugt,
• - und die Mittel (Logik 13) das Fehlersignal erzeugen, wenn bei be­ tätigtem Fahrpedal (1) und bei Auftreten des Schaltsignals des Fahrpedalschalters (8) das vom Fahrpedalstellungsgeber (2) erzeugte Stellungs­ signal außerhalb eines vorgegebenen Wertebereichs liegt, der von einer ersten und einer zweiten Schwelle oberhalb der Leerlaufwerte bestimmt wird.

4. Überwachungseinrichtung für eine elektronisch steuerbare Dros­ selklappe eines Kraftfahrzeugs,

• - mit einem ersten, mit dem Fahrpedal verbundenen Stellungsgeber, der ein die Stellung des Fahrpedals repräsentierendes Signal erzeugt,
• - mit einem zweiten, mit dem Fahrpedal verbundenen Stellungsgeber, der ein die Stellung des Fahrpedals repräsentierendes Signal erzeugt,
• - mit Mitteln (Logik 13) zur Bildung eines Fehlersignals in Abhän­ gigkeit von den Signalen des ersten und des zweiten Stellungsgebers,
  dadurch gekennzeichnet, daß
• - der erste Stellungsgeber ein mit dem Fahrpedal drehfest verbun­ dener Fahrpedalstellungsgeber (2), der zweite Stellungsgeber ein Vergleichsstellungsgeber (18) ist,
• - die Mittel (Logik 13) das Fehlersignal erzeugen, wenn eine Signal­ differenz zwischen den Signalen des Fahrpedalstellungsgebers (2) und des Vergleichsstellungsgebers (18) einen vorgegebenen Wert in jeder Lage des Fahrpedals überschreitet.

5. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Filter (10) aus der Regeldifferenz zwischen Soll- und Istwert das dynamische Verhalten des Regelkreises heraus­ filtert, das so gebildete quasistationäre Signal einem Schwellen­ vergleicher (11) zugeführt wird und bei Überschreiten des vorgege­ benen Schwellwertes eine Fehlergröße gebildet wird.

6. Einrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Überprüfung dann stattfindet, wenn die Brem­ se betätigt wurde und die Fahrzeuggeschwindigkeit über einem be­ stimmten Wert liegt und die Motordrehzahl über einem bestimmten Wert liegt.

7. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die er­ ste Schwelle vorzugsweise bei etwa 15% und die zweite Schwelle vor­ zugsweise bei etwa 25% der maximal möglichen Fahrpedalstellung liegt und der Fahrpedalschalter (8) vorzugs­ weise bei etwa 20% der maximal möglichen Fahrpedalstellung schließt (öffnet).

8. Einrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Fahrpedalstellungsgeber (2) hin­ sichtlich der Einnahme einer Ruhelage von der Logik (13) geprüft wird insoweit, daß bei geöffnetem (geschlossenem) Fahrpedalschalter (8) in Ruhelage des Fahrpedals (1) und bei Betätigen der Bremse der vom Fahrpedalstellungsgeber (2) abgegebene Sollwert mit einem Grenz­ schwellwert verglichen wird, und daß bei Überschreiten des Grenz­ schwellwerts eine Fehlergröße gebildet wird.

9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß wenigstens eine Fehlergröße eine Fehleranzeige vorzugsweise einen Signalgeber betätigt.

10. Einrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Endstufe im Fehlerfall ein Notfahr­ signal zugeführt erhält.

11. Einrichtung mit den Merkmalen der Ansprüche 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle einer Drosselklappe bei einer selbstzündenden Brennkraftmaschine ein Verstellhebel bzw. eine Re­ gelstange einer Einspritzpumpe eingesetzt wird.