DE19526218C1 - Schaltungsvorrichtung zur Ansteuerung eines Stellgliedes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsvorrichtung zur Ansteuerung eines Stellgliedes gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE 42 18 541 A1 ist bereits eine derartige Schaltungsvorrichtung zur Ansteuerung eines Stellgliedes bekannt, die zur Verhinderung eines Klemmens des Stellgliedes das Stellglied mit Pulsen eines pulsweitenmodulierten Signals ansteuert. Die Frequenz des pulsweitenmodulierten Signals wird dabei zwischen zwei Frequenzen F1 und F2 umgeschaltet. Die Umschaltung zwischen den zwei Frequenzen F1 und F2 erfolgt in Abhängigkeit von wenigstens einer Betriebsgröße einer Brennkraftmaschine. Diese Schaltungsvorrichtung ist relativ aufwendig, da zwei Oszillatoren notwendig sind. Zudem wird die Umschaltung zwischen den zwei Frequenzen F1 und F2 in Abhängigkeit von einer Betriebsgröße durchgeführt, die zuerst ermittelt und ausgewertet wird, bevor eine Umschaltung erfolgt.

Aus der DE 44 03 156 A1 ist eine Schaltungsvorrichtung bekannt, die zur Ansteuerung eines Stellgliedes diesem Ausgangssignale mit Rechteckcharakteristik definierter Frequenz und definiertem Tastverhältnis und zyklisch Test-Rechtecksignale und/oder statische Test-Ausgangssignale zuführt. Auf diese Weise wird eine fehlerhafte Programmabarbeitung erkannt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsvorrichtung der eingangs genannten Art mit einem einfachen Aufbau anzugeben, die unabhängig von Betriebsgrößen ein Klemmen eines Stellgliedes sicher verhindert.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Dadurch, daß keine Betriebsgrößen berücksichtigt werden, ist eine größere Wahrscheinlichkeit gegeben, ein Klemmen des Stellgliedes zu verhindern. Zudem sind keine sonst verwendete Oszillatoren notwendig.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Schaltungsvorrichtung möglich. Die erfindungsgemäße Schaltungsvorrichtung wird in einfacher und kostengünstiger Weise mit Hilfe eines Timers realisiert.

Es ist vorteilhaft, etwa nach jedem fünften bis jedem zehnten Standardpuls einen Standardpuls ausfallen zu lassen und dafür den darauf folgenden Puls als Langpuls auszugeben, der vorzugsweise doppelt so lange dauert wie ein Standardpuls.

Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine Schaltungsvorrichtung zur Ansteuerung eines Stellgliedes,

Fig. 2 einen schematischen Programmablauf und

Fig. 3 ein pulsweitenmoduliertes Signal.

Fig. 1 zeigt einen Kraftfahrzeugmotor 4, der mit einem Ansaugtrakt 1 verbunden ist. Im Ansaugtrakt 1 ist eine Drosselklappe 3 eingebracht. Parallel zur Drosselklappe 3 ist eine Bypassleitung 2 ausgebildet. In der Bypassleitung 2 ist als Stellglied 5 eine Bypassklappe eingebracht. Die Bypassklappe 5 ist über eine erste Steuerleitung 6 mit einer Stellgliedeinrichtung 7 verbunden. Diese Stellgliedeinrichtung 7 ist über eine zweite Steuerleitung 8 mit einer Recheneinheit 9, diese über eine Signalleitung 11 mit einem Timer 10 verbunden.

Die Recheneinheit 9 steuert über die Stellgliedeinrichtung 7 den Öffnungswinkel der Bypassklappe 5 in Abhängigkeit von Betriebszuständen des Kraftfahrzeugmotors 4. Die Recheneinheit 9 steuert dazu die Stelleinrichtung 7 mit einem pulsweitenmodulierten Signal an, durch dessen Tastverhältnis die Stellung der Bypassklappe 5 und somit der Luftstrom durch sie festgelegt wird.

Durch die Verwendung des pulsweitenmodulierten Signals nimmt die Bypassklappe 5 eine vorgebbare Stellung im zeitlichen Mittel ein, da das System Stelleinrichtung 7 und Bypassklappe 5 durch seine Massenträgheit der Grundwelle des pulsweitenmodulierten Signals ist so gewählt, daß die Bypassklappe 5 entsprechend einem von der Recheneinheit 9 vorgegebenen Winkel im Mittel geöffnet ist.

Erfindungsgemäß wird die Stelleinrichtung 7 mit einem pulsweitenmodulierten Signal angesteuert, dessen Pulse einen vorgegebenen zeitlichen Abstand von z. B. 6,25 ms, d. h. eine Frequenz von 160 Hz, aufweisen. Die Frequenz des pulsweitenmodulierten Signals liegt damit über der Resonanzfrequenz des Systems Stelleinrichtung 7 und Bypassklappe 5. Das Tastverhältnis des pulsweitenmodulierten Signals liegt in diesem Beispiel bei 20%. Unter Tastverhältnis wird das Verhältnis zwischen der Zeit einer Periode, in der ein Puls anliegt, und der Zeit einer Periode, in der kein Puls anliegt, verstanden. Eine Periode entspricht der Zeit, die von dem Beginn eines Pulses bis zu dem Beginn eines folgenden Pulses vergeht.

Damit ein Klemmen der Bypassklappe 5 sicher verhindert wird, wird nach einer vorgebbaren Anzahl von Standardpulsen ein Standardpuls ausgelassen und anschließend ein Langpuls abgegeben. Dieser Langpuls dauert länger als der Standardpuls, vorzugsweise doppelt so lang wie der Standardpuls.

Die Standardpulse weisen vorzugsweise alle die gleiche Dauer auf.

In dem folgenden Ausführungsbeispiel wird nach sieben Standardpulsen ein Standardpuls ausgelassen. Die Dauer eines Standardpulses beträgt dabei 20% der Zeit einer Periode. Dies entspricht einem Tastverhältnis des pulsweitenmodulierten Signals von 20%. Selbstverständlich können auch andere Werte von einem Fachmann entsprechend den Gegebenheiten eingestellt werden.

Dadurch, daß nach einer vorgegebenen Anzahl von Standardpulsen mindestens ein Standardpuls ausgelassen wird und die Dauer des folgenden Langpulses größer ist als die Dauer des Standardpulses, wird das Frequenzspektrum des pulsweitenmodulierten Signals mit subharmonischen Frequenzanteilen angereichert. Die Frequenzen der subharmonischen Frequenzanteile liegen unter der Frequenz eines pulsweitenmodulierten Signals, das nur Standardpulse aufweist. Die subharmonischen Frequenzanteile bewirken dabei eine Überwindung der Haftreibung der Bypassklappe 5, wodurch ein Klemmen sicher vermieden wird.

Anhand des schematischen Programmablaufes der Fig. 2 wird die Funktionsweise der Fig. 1 näher erläutert. Das in Fig. 2 dargestellte Programm ist in der Recheneinheit 9 abgespeichert.

Bei einem Startpunkt 20 werden Variablen i und j sowie eine Konstante a festgelegt. Die erste Variable i stellt die Anzahl der Standardpulse dar, die innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne, z. B. innerhalb einer Sekunde, und nach einem vorgegebenen Zeitraster ausgegeben werden, das vom Timer 10 vorgebbar ist. In dem beschriebenen Beispiel läuft die erste Variable i von 0 bis 100. Die zweite Variable j gibt die Anzahl der vom Timer 10 durchlaufenen Perioden an. Die Konstante a gibt das Tastverhältnis an, mit dem das pulsweitenmodulierte Signal von der Recheneinheit 9 zur Stelleinrichtung 7 gegeben wird.

Zu Beginn des Programms sind die erste Variable i und die zweite Variable j jeweils auf 0 gesetzt und die Konstante a ist auf 20, d. h. 20%, festgelegt. Der Timer 10 zählt in einem vorgegebenen Zeitraum von 0 bis 100 und gibt bei jedem Zählschritt ein erstes Signal und nach jedem Umlauf, d. h. bei der Zahl 100, ein zweites Signal an die Recheneinheit 9. Die beiden Signale unterscheiden sich in der Spannung. Auf diese Weise gibt der Timer 10 ein Zeitraster vor, nach dem die Standardpulse und die Langpulse abgegeben werden.

Bei Programmpunkt 21 wartet die Recheneinheit 9 auf ein Signal vom Timer 10. Nach dem Erhalt dieses Signals überprüft die Recheneinheit 9, ob es sich um ein zweites Signal, d. h. um eine neue Periode handelt. Ist dies der Fall, so wird die zweite Variable j um "1" erhöht und die erste Variable i auf 0 gesetzt. Anschließend erfolgt bei Programmpunkt 22 die Abfrage, ob die zweite Variable j den Wert 1 aufweist. Ist dies der Fall, so wird die Konstante a auf den Wert 0 gesetzt.

Daraufhin wird bei Programmpunkt 23 überprüft, ob die zweite Variable j den Wert 2 aufweist. Ist dies der Fall, so wird die Konstante a beispielsweise auf 40 festgelegt.

Anschließend erfolgt bei Programmpunkt 24 die Abfrage, ob das vom Timer 10 zugeführte Signal ein erstes Signal darstellt. Ist dies der Fall, so wird die erste Variable i um 1 erhöht. Bei dem folgenden Programmpunkt 25 wird überprüft, ob beispielsweise i den Wert 1 aufweist. Ist dies der Fall, so wird bei Programmpunkt 26 von der Recheneinheit 9 eine Spannung mit einer vorgegebenen Amplitude von 12 V an die Stelleinrichtung 7 angelegt.

Ergibt die Abfrage bei Programmpunkt 25, daß i ungleich 1 ist, so wird unter Umgehung von Programmpunkt 26 bei Programmpunkt 27 überprüft, ob die erste Variable i den Wert der Konstanten a aufweist. Ist dies der Fall, so wird anschließend bei Programmpunkt 28 von der Recheneinheit 9 die Spannung, die der Stelleinrichtung 7 zugeführt wird, abgeschaltet. Weist jedoch die erste Variable i nicht den Wert der Konstanten a auf, so wird unter Umgehung von Programmpunkt 28 beim folgenden Programmpunkt 29 überprüft, ob die zweite Variable j, den Wert 8 aufweist. Ist dies der Fall, so wird die zweite Variable j auf den Wert 0 gesetzt. Nach Programmpunkt 29 wird das Programm ab Programmpunkt 21 erneut durchlaufen.

Das in Fig. 2 beschriebene Programm führt zu einem pulsweitenmodulierten Signal, das in Fig. 3 dargestellt ist. Die Konstante a legt dabei das Tastverhältnis des pulsweitenmodulierten Signals und damit die Dauer des Standardpulses oder die Dauer des Langpulses fest. Da der Timer 10 von 0 bis 100 zählt, entspricht dem Wert 20 der Konstanten a ein Tastverhältnis von 20%. Dem Wert 40 der Konstanten a entspricht ein Tastverhältnis von 40%.

Durch die Abfrage bei Programmpunkt 22 wird mit der zweiten Variablen j die Anzahl der Standardpulse festgelegt, nach denen ein Langpuls folgt. Vorzugsweise wird anschließend innerhalb einer Periode kein Signal abgegeben. In der darauf folgenden Periode wird ein Langpuls mit einer größeren Dauer an die Stelleinrichtung 7 gegeben. In diesem Ausführungsbeispiel ist ein Tastverhältnis von 40% gewählt. Damit ist der Langpuls doppelt so lang wie der Standardpuls. Der zeitliche Abstand zwischen einem Standardpuls und einem Langpuls kann entsprechend der vorliegenden Stelleinrichtung 7 und der vorliegenden Bypassklappe 5 angepaßt werden.

In Fig. 3 ist nach oben die Spannung des pulsweitenmodulierten Signals und nach rechts die Zeit aufgetragen. Der zeitliche Abstand zwischen dem Beginn zweier Standardpulse - eine Periode - beträgt 6,25 ms und ist durch den Timer 10 vorgebbar. Die Spannung ist auf 1 normiert und entspricht in diesem Ausführungsbeispiel 12 V. Die in Fig. 3 gestrichelt dargestellte Linie entspricht dem zeitlichen Verlauf des Stroms, der der Stelleinrichtung 7 zugeführt wird.

Deutlich ist in Fig. 3 der vorgegebene Rhythmus zu erkennen, mit dem nach sieben Standardpulsen ein Standardpuls ausgelassen wird und daraufhin ein Langpuls ausgegeben wird, der doppelt so lange dauert wie ein Standardpuls.

Die Wirkung der erfindungsgemäßen Schaltungsvorrichtung beruht darin, daß im Vergleich zu einem gleichmäßigen pulsweitenmodulierten Signal, d. h. einer Abfolge von Pulsen gleicher Dauer mit gleichen zeitlichen Abständen, eine Verschiebung der Frequenzanteile des pulsweitenmodulierten Signals zu niedrigeren Frequenzen erfolgt.

Die niederfrequenten Frequenzanteile bewirken eine verstärkte Schwingung der Bypassklappe 5, wodurch die Haftreibung überwunden wird und ein Klemmen der Bypassklappe 5 sicher vermieden wird.

Der Gleichanteil des pulsweitenmodulierten Signals wird durch die niederfrequenten Frequenzanteile nicht verändert. Somit wird gewährleistet, daß die Bypassklappe 5 im zeitlichen Mittel in der von der Recheneinheit 9 vorgegebenen Stellung steht und somit die von der Bypassklappe 5 dem Kraftfahrzeugmotor 4 zugeführte Luftmenge zeitlich konstant bleibt. Anstelle der Bypassklappe 5 können auch andere Stellglieder mit der Stelleinrichtung 7 verbunden sein.

Die in dem Ausführungsbeispiel gewählten Werte für die Spannung, die Frequenz des pulsweitenmodulierten Signals, die Anzahl der Standardpulse, nach denen ein Langpuls folgt, der zeitliche Abstand zwischen einem Standardpuls und einem Langpuls, die Dauer des Langpulses und die Dauer des Standardpulses werden von einem Fachmann bei anderen technischen Gegebenheiten mit anderen Werten belegt.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Ansteuerung eines Stellgliedes (5) mit Pulsen eines pulsweitenmodulierten Signals, wobei die jeweilige Position des Stellgliedes (5) vom Tastverhältnis des pulsweitenmodulierten Signals bestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß unter Beibehaltung der Position des Stellgliedes (5) nach einer vorgebbaren Anzahl von der jeweiligen Position des Stellgliedes (5) entsprechenden Standardpulsen ein Standardpuls ausgelassen ist und dann ein Langpuls folgt, dessen Dauer größer als die Dauer der entsprechenden Standardpulse ist.

2. Schaltungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitraster des pulsweitenmodulierten Signals von einem Timer (10) vorgebbar ist.

3. Schaltungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer des Langpulses doppelt so groß ist wie die Dauer der jeweiligen Standardpulse.

4. Schaltungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Standardpulse, nach denen ein Langpuls folgt, zwischen 5 und 10 liegt.

5. Schaltungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zeitliche Abstand zwischen einem Standardpuls und einem Langpuls doppelt so groß ist, wie der zeitliche Abstand zwischen zwei Standardpulsen.