DE4335913C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steue­ rung einer Brennkraftmaschine gemäß den Oberbegriffen der unabhängi­ gen Patentansprüche.

Aus der DE 40 04 085 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine bekannt, bei welcher ein Lei­ stungsstellelement der Brennkraftmaschine, vorzugsweise eine Dros­ selklappe, auf elektrischem Wege wenigstens in Abhängigkeit des Fah­ rerwunsches vorzugsweise mittels einer Lageregelung eingestellt wird. Aus Gründen der Betriebssicherheit bzw. der Verfügbarkeit des Steuersystems ist wenigstens das Leistungsstellelement mit zwei von­ einander unabhängigen Meßeinrichtungen zur Erfassung seiner Stellung ausgestattet. Während auf der Basis des einen Signals einer Meßein­ richtung die Einstellung des Leistungsstellelements durchgeführt wird, wird durch Vergleich der Signalwerte beider Meßeinrichtungen die Funktionsfähigkeit des Leistungsstellelements bzw. der Stel­ lungserfassung überprüft. Dabei sind die Kennlinien der beiden Meß­ einrichtungen zueinander gegenläufig, das heißt bei einer Vergröße­ rung der Stellung des Leistungsstellelements ändert sich der Signal­ wert der einen Meßeinrichtung zu betragsmäßig größeren Werten hin, während der Signalwert der anderen Meßeinrichtung zu betragsmä­ ßig kleineren Werten hin sich ändert. Ein derartiges Steuersystem führt auch im Leerlauf der Brennkraftmaschine eine Leerlaufdrehzahl­ regelung durch, wobei die Erfassung der Position des Leistungsstell­ elemtens sehr genau sein muß. Beim bekannten Steuersystem ist die Auflösung der Stellungserfassung über den gesamten Betriebsbereich gleich. Eine Erhöhung der Auflösung zumindest in vorbestimmten Be­ reichen 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 Vorrich­ tung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine anzugeben, mit denen die Auflösung der Stellungserfassung eines Leistungsstellelements zumin­ dest in vorbestimmten Stellungsbereichen ohne zusätzlichen Aufwand im Mikrorechner erhöht werden kann, ohne daß das Regelverhalten und die Betriebssicherheit des Steuersystems beeinträchtigt werden.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst.

Aus der DE 34 42 212 A1 (US 4 718 272) ist bekannt, zur Auf­ lösungserhöhung der Stellungserfassung einer Drosselklappe zumindest in vorgegebenen Stellungsbereichen Meßeinrichtungen vorzusehen, wel­ che jeweils lediglich für bestimmte Stellungsbereiche Signalwerte erzeugen, für diese bestimmten Bereiche jedoch den vollen Signalwer­ tebereich überschreiten.

Aus der DE 40 38 227 A1 ist ein Stellungsgeber in Verbindung mit ei­ ner elektronischen Motorleistungssteuerung für ein Kraftfahrzeug be­ kannt, welcher in einem ersten Stellungsbereich des Leistungsstelle­ lements ein Signal höherer Auflösung abgibt. Dieses Signal ist nur im ersten Stellungsbereich wirksam, während außerhalb des ersten Stellungsbereichs kein auswertbares Signal zur Verfügung steht.

Durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise wird eine Auflösungserhö­ hung 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 Ein­ stellung des Leistungsstellelements ermöglicht.

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

Durch eine Lageregelung im Leerlauf- und außerhalb des Leerlaufbe­ reichs wird in jedem dieser Bereiche ein vorteilhaftes Regelverhal­ ten 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 Ansprü­ chen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung darge­ stellten Ausführungsformen näher erläutert. Dabei zeigt Fig. 1 ein Übersichtsblockschaltbild eines Steuersystems für eine Brennkraftma­ schine, während in Fig. 2 der Aufbau einer Meßeinrichtungen zur Er­ fassung der Stellung des Leistungsstellelements dargestellt ist. Fig. 3 zeigt Kennlinienverläufe der Meßeinrichtungen. Fig. 4 zeigt ein Übersichtsblockschaltbild, bei welchem die Steuerung der Brenn­ kraftmaschine unter Verwendung von Meßeinrichtung wie in Fig. 2 und 3 dargestellt wird. Fig. 5 und 6 zeigen Flußdiagramme, in denen die Rea­ lisierung der Regelung sowie der Fehlerüberwachung dargestellt ist. Die Fig. 7 und 8 zeigen ein weiteres vorteilhaftes Ausführungs­ beispiel der Meßeinrichtungen.

In Fig. 1 ist mit 10 eine Steuereinheit zur Steuerung einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine gezeigt, die über eine Eingangslei­ tung 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 Bedien­ element 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 verbin­ den. Weitere Eingangsleitungen 28 und 30 verbinden die Steuereinheit 10 mit einem Leistungsstellelement 32. Im bevorzugten Ausführungs­ beispiel umfaßt das Leistungsstellelement 32 eine Drosselklappe 34, welche im Ansaugsystem einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine angeordnet ist, und eine mechanische Verbindung 36 mit einem elek­ trischen 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 Aus­ gangsleitung 44 führt zum elektrischen Motor 38 des Leistungsstell­ elements 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 Anord­ nung ist wie folgt. Die Steuereinheit 10 empfängt über die Eingangs­ leitung 12 ein Maß (PW) für die Stellung des Bedienelements 18. Fer­ ner werden der Steuereinheit 10 von den Meßeinrichtungen 24 bis 26 Be­ triebsgrößen zugeführt, vorzugsweise Batteriespannung, Motordreh­ zahl, Motortemperatur, Gangstellung, Fahrgeschwindigkeit, etc.. Im Fahrbetrieb, bei betätigtem Bedienelement 18 wird dem Stellungswert PW unter Berücksichtigung dieser Betriebsgrößen mittels eines vorbe­ stimmten Kennfeldes ein Einstellvorgabewert DKV für das Leistungs­ stellelement 32 zugeordnet. Dieser Vorgabewert wird in einem Regler­ element 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 Lei­ stungsstellelement 32, dort an den elektrischen Motor 38 abgegeben wird. Dieser betätigt das Leistungsstellelement im Sinne einer An­ näherung des Istwertes an den Sollwert. Bei losgelassenem Bedienele­ ment 18, im Leerlaufbetriebszustand, oder bei leicht betätigtem Be­ dienelement im leerlaufnahen Betriebszustand wird auf der Basis der Betriebsgrößen wie Motortemperatur, Batteriespannung, Fahrgeschwin­ digkeit, Gangstellung, etc. ein Motordrehzahlsollwert aus einem wei­ teren Kennfeld ausgelesen, welcher zu dem erfaßten Motordrehzahlist­ wert mittels eines Reglers in Beziehung gesetzt wird. Dieser Dreh­ zahlregler bildet den Einstellsollwert DKV für das Leistungsstell­ element 32 gemäß der Differenz zwischen Soll- und Istdrehzahl. Der Einstellsollwert wird dann gemäß der oben dargestellten Regelfunk­ tion eingestellt. Wird im Bereich der Steuereinheit 10 oder wenig­ stens der Meßeinrichtungen 40, 42 bzw. 14 eine Fehlfunktion festge­ stellt, so wird ein entsprechendes Signal über die Leitung 46 an die Steuereinheit 48 abgegeben, die einen Notlaufbetrieb der Brennkraft­ maschine einleitet, bei dem beispielsweise oberhalb einer vorbe­ stimmten Motordrehzahl die Kraftstoffzufuhr abgeschaltet wird oder bei der abhängig von der Stellung des Bedienelements einzelne Zylinder abgeschaltet, der Zündwinkel beeinflußt oder ähnliche, lei­ stungssenkende Maßnahmen getroffen werden.

Im Leerlaufzustand ist zur Durchführung der Leerlaufdrehzahlregelung eine sehr genaue Einstellung des Leistungsstellelements 32 erforder­ lich. Daher muß zumindest in diesem Betriebsbereich die Stellung des Leistungsstellelements sehr genau erfaßt werden. Dies wird durch ei­ ne vorteilhafte Ausgestaltung der Meßeinrichtungen 40 und 42 er­ reicht. 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 Meßeinrichtun­ gen 40 und 42 sind jeweils als Potentiometer ausgebildet. Die Meß­ einrichtung 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 be­ steht 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 Potentiome­ terbahn 104 geführt. Bei Betätigung des Leistungsstellelements und entsprechender Bewegung des Schleifers 106 weist das Potentiometer 100 ausgehend vom gezeigten Leerlaufzustand zuerst eine im wesentli­ chen 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 Maxi­ mal- 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 Lei­ stungsstellelements 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 Leistungsstell­ elements 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 posi­ tiver 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 Lei­ stungsstellelements, das heißt für den Bereich des Leerlaufs der Brennkraftmaschine, ein Stellungssignal sehr hoher Auflösung bereit, während oberhalb der vorgegebenen Schwelle der Stellung des Lei­ stungsstellelements ein weniger hoch auflösendes Stellungssignal zur Verfügung steht. Die hohe Auflösung des Stellungssignals im Leer­ laufbereich kann daher durch die Verwendung üblicher Analog-/Digi­ tal-Wandler erreicht werden. Die Schwelle wird dabei im bevorzugten Ausführungsbeispiel derart festegelegt, 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 Leistungsstellele­ ment 32 wird in einem ersten Bereich auf der Basis des (hochaufgelö­ sten) 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 jewei­ ligen 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 un­ gewolltes Hin- und Herschalten zu vermeiden. Ferner werden zwei Überwachungsschwellen Ü1, Ü2 (vgl. Fig. 3) definiert, welche eben­ falls vom Vorgabewert DKV abhängig sind. Es ergibt sich somit fol­ gendes Bild. Bei einem Vorgagbewert unterhalb beispielsweise 8° wird die Lageregelung auf der Basis des Wertes DK2 vorgenommen, welcher mittels des Wertes DK1 überwacht wird. Oberhalb dieser Vorgabe­ schwelle wird die Lageregelung auf der Basis des Wertes DK1 durchge­ führt, während die Überwachung mittels des Signalwertes DK2 durchge­ führt 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 in­ nerhalb des von Ü1 und Ü2 begrenzten Bereichs liegt. Überschreitet der Vorgabewert ansteigend die Schwelle S1, so wird auf die Meßein­ richtung 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 er­ stes Anpaßelement 214, dessen Ausgangsleitung 216 auf den Anschluß­ punkt 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 Aus­ gangsleitung 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 füh­ ren zum einen auf das Überwachungselement 246, zum anderen zu den Anschlußpunkten 248 und 250 des Schaltelements 238. Der dritte An­ schlußpunkt 252 des Schaltelements 238 ist über die Leitung 254 mit dem Regelelement 230 verknüpft. Die Ausgangsleitung des Überwa­ chungselements 246 stellt die Leitung 46 dar, von der im bevorzugten Ausführungsbeispiel eine Leitung 256 zum Element 200 sowie zum Re­ gelelement 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 200 abgegeben und über das Schaltelement 204, die Anpaßelemente 214 bzw. 222 je nach Betriebszustand sowie das Schaltelement 220 zum Re­ gelelement 230 geführt. Die Schaltelemente 204, 220 und 238 werden in Abhängigkeit der Größe des Vorgabewerts DKV vom Schwellwertele­ ment 234 umgeschaltet. Dabei sind im Element 234 die zwei Schwellen S1 und S2 vorgegeben, wobei die Schwelle S1 für größer werdende Vor­ gabewerte, die Schwelle S2 für kleiner werdende Vorgabewerte gilt. Der Absolutwert der Schwellwerte ist derart festgelegt, daß er klei­ ner als der mit Toleranzen behaftete Stellungswert des Umklappunkts der Meßeinrichtung 40 ist. Überschreitet der Vorgabewert DKV bei­ spielsweise aufsteigend die Schwelle S1, so werden die Schaltelemen­ te 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 Meßein­ richtung 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 Kenn­ linie der Meßeinrichtung 42 die tatsächliche Position des Leistungs­ stellelements 32 repräsentiert wird (vgl. Fig. 3a), ist die Anpaß­ funktion des Elements 214 im bevorzugten Ausführungsbeispiel Eins, da die durch den Vorgabewert repräsentierte gewünschte Einstellung des Leistungsstellelements 32 der von der Meßeinrichtung 42 ermit­ telten tatsächlichen Position entspricht.

Anders stellt es sich dar, wenn der Vorgabewert fallend die Schwelle S2 unterschreitet. Dann werden die Schaltelemente in die durchgezo­ gene 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 Meßein­ richtung 40. Dies bedeutet, daß zur Einstellung eines Vorgabewerts von beispielsweise 5° ein Wert DK2 von der Meßeinrichtung 40 gelie­ fert 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 Multiplika­ tion des DKV-Wertes mit einer vorbestimmten Konstante A, die derart bemessen ist, daß bei Vorgabe von beispielsweise 5° der dem Regel­ element 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, auf­ grund 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 Vorgehens­ weise als Rechenprogramm ist in Fig. 5 skizziert.

Zur Sicherstellung der Funktionsfähigkeit der Anordnung, insbeson­ dere bei Fehlern im Bereich der Meßeinrichtungen 40 und 42 bzw. des Leistungsstellelements 32, müssen die Signalwerte DK1 und DK2 über­ wacht 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 Wertebe­ reiche entstehen, ein erster Wertebereich für Stellungen des Lei­ stungsstellelements 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 Abhängig­ keit des Wertes DKV vom Schwellwertelement 242 vorgenommen und ent­ sprechend über die Leitung 244 dem Überwachungselement 246 zuge­ führt. Im Fehlerfall wird über die Leitung 46 die Kraftstoffzumes­ sung und/oder Zündzeitpunktseinstellung beeinflußt, während über die Leitung 256 im bevorzugten Ausführungsbeispiel eine Begrenzung des Vorgabewerts DKV im Element 200 oder eine Begrenzung des Regleraus­ gangssignals im Element 230 vorgenommen wird. Dadurch werden unge­ wollte 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 Um­ klappunktes, so daß gemäß Schritt 304 der zur Regelung verwendete Istwert DKist der Wert DK2 der Meßeinrichtung 40 ist. Im darauffol­ genden Schritt 306 wird der zur Regelung verwendete Sollwert DKsoll auf der Basis des Vorgabewerts DKV mit dem Anpaßfaktor A durch Mul­ tiplikation berechnet und im darauffolgenden Schritt 308 durch das Regelelement das Einstellsignal für das Leistungsstellelement als Funktion von Sollwert DKsoll und Istwert DKist gemäß der vorgegebe­ nen 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 ge­ gangen, 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 werden.

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 größe­ rer 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 Ausführungsbei­ spiel der Anpaßfaktor B = 1 ist, worauf gemäß Schritt 308 das Ein­ stellsignal auf der Basis von Soll- und Istwert gebildet wird. Dar­ aufhin wird der Programmteil zu gegebener Zeit wiederholt. Durch diese Vorgehensweise wird das oben geschilderte, gewünschte Verhal­ ten erreicht. Es findet eine kontinuierliche Regelung der Stellung des Leistungsstellelements über den gesamten Stellbereich des Lei­ stungsstellelements statt, wobei in bestimmten Stellungsbereichen unterschiedliche Meßwerte zur Stellungsregelung verwendet werden. Die Anpassung des Vorgabewerts erfolgt im bevorzugten Ausführungs­ beispiel wie oben dargestellt, kann in anderen Ausführungen auch mittels einer vorgegebenen, DKV-abhängigen Funktion, auch durch Addition und andere Rechenoperationen, und/oder durch eine rampen­ förmige Angleichung des Sollwerts vom mit A bewerteten zum mit B be­ werteten Vorgabewert oder umgekehrt bei Wechsel des Istwerts erfol­ gen. Es muß lediglich sichergestellt sein, daß der Sollwert einen Einstellwert repräsentiert, der zu einer Einstellung des Leistungs­ stellelements 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 Um­ klappunktes befindet, das heißt der Wert DK2 sich im Bereich positi­ ver 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 Meßein­ richtung 42 durchgeführt. Zur Überwachung wird im Schritt 404 der Gradient der Meßwerte DK1 und DK2 bestimmt. Dies erfolgt in der Re­ gel durch Differenzenbildung zweier in aufeinanderfolgenden Abtast­ schritten erfaßten Meßwerte im Vergleich zur Veränderung des Vorga­ bewerts, 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 Leistungs­ stellelement 32 z. B. stillsteht. In diesem Fall kann zur nachfolgen­ den Überwachung der im vorherigen Programmdurchlauf ermittelte und zwischengespeicherte Gradientenwert verwendet werden. Im darauffol­ genden 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 ei­ nem Fehler ausgegangen. Gemäß Schritt 410 werden dann die oben dar­ gestellten 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 gemes­ senen Wertes DK2 zu einem Maximal- und einem Minimalwert (DK1max, DK1min) des Wertes DK1 mittels einer vorbestimmten Tabelle vorgenom­ men. Die Maximal- bzw. Minimalwerte sind dabei derart vorgegeben, daß für jeden DK2-Wert DK1-Werte zugeordnet sind, die ein Toleranz­ band um den dem jeweiligen DK2-Wert ideal zugeordneten DK1-Wert be­ schreiben. Im Schritt 414 wird dann überprüft, ob der aktuell ge­ messene 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 Abweichun­ gen 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 Programm­ teil zu gegebener Zeit wiederholt.

Wird im Schritt 402 erkannt, daß der Vorgabewert größer als die er­ ste Überwachungsschwelle Ü1 ist, so wird im darauffolgenden Schritt 418 abgefragt, ob der Vorgabewert größer als die zweite Überwa­ chungsschwelle 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. Minimalwer­ te 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 jweiligen Maximal- bzw. Minimal­ werte 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 ei­ ne 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 Be­ reich 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 Vorzei­ chen 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 Abfrage­ schritt 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 ei­ ner 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 Ausführungsbei­ spielen nur mit Maximalwerten verglichen werden, so daß nur Fehler zum Notlauf führen, bei denen das Stellelement in Sinne einer Lei­ stungserhöhung 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 An­ wendung finden. Ferner ist neben der bevorzugten Ausführung der Meßeinrichtungen als Potentiometer die erfindungsgemäße Vorgehensweise auch im Zusammenhang mit berührungslosen Stellungssensoren, bei­ spielsweise 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 bevorzug­ ten Ausführungsbeispiel bei 8° der Stellung des Leistungsstellele­ ments 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 Leistungsstellele­ ments im (normalen) Leerlauf beschreibt. Der Schwellwert kann somit zwischen 5 und 20° liegen.

In anderen vorteilhaften Ausführungsbeispielen kann die erhöhte Auf­ lösung nicht nur auf den Leerlaufbetrieb beschränkt sein, sondern kann auch in anderen Betriebsbereichen gewünscht sein, beispielswei­ se bestimmten Stellungsbereiche für eine genauere Fahrgeschwindig­ keits- oder Antriebsschlupfregelung. Dies ist vor allem auch bei An­ wendung der Meßeinrichtungen zur Erfassung der Stellung des Bedien­ elements vorteilhaft, wenn z. B. in der Nähe der LL-Stellung oder im Teillastbereich eine sehr genaue Erfassung des Fahrerwunsches ge­ wünscht 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. ge­ dacht. 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. Da­ bei 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 zugehörige 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 Versor­ gungsspannung 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 Potentiometerbah­ nen 500 (DK2) sowie 508 (DK3) aufgezeichnet sind. Die Potentiometer­ bahn 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 Stel­ lungsgeber mit dem Verhalten DK2 nach Fig. 8b vorgesehen sein.

Claims (12)

1. Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine,
mit einem Leistungsstellelement (32) zur Beeinflussung der Luftzu­ fuhr zur Brennkraftmaschine, welches geregelt auf der Basis eines aus dem Fahrerwunsch abgeleiteten Vorgabewertes (DKV) und seiner erfassten Stellung (DK1, DK2, DK3) eingestellt wird,
wobei wenigstens zwei Stellungssignale (DK1, DK2, DK3) für die Stellung des Leistungsstellelements ausgewertet werden,
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens eines der Stellungssignale (DK2, DK3) in wenigstens ei­ nem ersten Stellungsbereich des Leistungsstellelements (32) dessen Stellung mit erhöhter Auflösung repräsentiert als in einem anderen Stellungsbereich, wobei sich das Stellungssignal im ersten Stellungsbe­ reich von einem ersten (0) bis zu einem zweiten Signalwert (Max) mit der Stellung (DK) des Leistungsstellelements verändert,
wobei im zweiten Stellungsbereich das wenigstens eine Stellungs­ signal (DK2, DK3) sich in entgegengesetzter Richtung zum Stel­ lungssignal im ersten Stellungsbereich vom zweiten Signalwert (Max) zum ersten Signalwert (0) hin mit der Stellung (DK) des Lei­ stungsstellelements verändert,
und wobei dieses wenigstens eine Stellungssignal (DK2, DK3) zur Einstellung des Leistungsstellelements herangezogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Stellungsbereich der Leerlaufstellungsbereich des Stellelements ist.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, dass das Leistungsstellelement über eine Lageregelung eingestellt wird, wobei bei Vorgabewerten im ersten Stellungsbereich die Lageregelung auf der Basis des höher aufgelösten Stellungs­ signals, bei Vorgabewerten oberhalb eines Grenzwertes auf der Basis des weniger hoch aufgelösten Stellungssignals erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzwerte zur Auswahl des Stellungssignals zur Lageregelung eine Hysterese aufweisen.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, dass zu Überwachungszwecken weitere Grenzwerte (Ü1, Ü2) vorgesehen sind, wobei im Bereich der Kennlinien mit vorgegebe­ ner und im Bereich mit entgegengesetzter Steigung die Überwachung auf der Basis des Stellungssignalwertes sowie deren Gradienten stattfindet, während im Zwischenbereich des Umklapppunktes der Kenn­ linie die Überwachung auf der Basis der Stellungssignalwerte allein erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Überwachung vorgegebenen Grenzwerte Werte des Vorgabewertes sind.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, dass der Vorgabewert je nach Auswahl des der Lagerege­ lung zugrunde liegenden Stellungssignals angepasst wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, dass anstelle oder neben der Stellung des Leistungs­ stellelements die Stellung eines vom Fahrer betätigbaren Bedienele­ ments (18) erfasst wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Signalwerte entsprechend der Kennlinie von einer Messeinrichtung erzeugt werden.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Signalwerte von zwei Messeinrichtungen er­ fasst werden, wobei die erste Messeinrichtung im ersten Stellungsbe­ reich ein Maximalsignalwert, im zweiten Stellungsbereich einen vom zweiten (Max) zum ersten (0) veränderlichen Signalwert abgibt, während die andere Messeinrichtung im ersten Stellungsbereich vom er­ sten (0) zum zweiten (Max) veränderlichen Signalwert, im zweiten Stellungsbereich einen maximalen Signalwert abgibt, wobei sich die ersten und zweiten Stellungsbereiche überlappen.

11. Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine,
mit einem Leistungsstellelement (32), welches elektrisch auf der Basis eines Vorgabewertes (DKV) betätigt wird,
mit Mitteln zur Bildung des Vorgabewertes,
mit Mitteln zur Erfassung der Stellung des Leistungsstellelements,
wobei diese Mittel wenigstens zwei Stellungssignale erzeugen,
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens eines der Stellungssignale in einem ersten Stellungsbe­ reich die Stellung mit höherer Auflösung repräsentiert als in ei­ nem zweiten Stellungsbereich,
wobei im ersten Stellungsbereich eine Veränderung des Signalwertes mit der Stellung des Leistungsstellelements von einem ersten zu einem zweiten Signalwert erfolgt, während im zweiten Stellungsbe­ reich eine Veränderung des Signalwertes mit der Stellung des Lei­ stungsstellelements in entgegengesetzter Richtung vom zweiten zum ersten Stellungssignalwert erfolgt,
und die Mittel zur Betätigung des Leistungsstellelements zur Betä­ tigung des Leistungsstellelements dieses Stellungssignal heranzie­ hen.

12. Stellungsgeber für ein Leistungsstellelement einer Brennkraftma­ schine,
mit wenigstens zwei Sensoren (40, 42), die unabhängig voneinander die Stellung des Leistungsstellelements erfassen,
wobei wenigstens ein Sensor (100, 500, 508) derart ausgestal­ tet ist, dass in wenigstens einem ersten Teilbereich der Stellung (DK) des Stellelements sich sein Ausgangssignal (DK2, DK3) von einem ersten Signalwert (0) zu einem zweiten Signalwert (Max) mit der Stellung (DK) des Stellelements verändert,
und in einem zweiten Stellungsbereich sich sein Ausgangssignal (DK2, DK3) entgegengesetzt zum ersten Stellungsbereich vom zweiten Signalwert (Max) zum ersten Signalwert (0) hin mit der Stellung (DK) des Stellelements verändert.