DE19844822A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Steuern der Energieversorgung eines Kraftfahrzeugmotors - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Steuern der Energieversorgung eines Kraftfahrzeugmotors

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DE19844822A1
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Michel Peters
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern der Energieversorgung eines Kraftfahrzeugmotors, bei dem in Abhängigkeit von der Abweichung zwischen dem jeweils aktuellen Betriebszustand des Fahrzeugs und einem gewünschten Betriebszustand Steuersignale (X¶n¶) unter Berücksichtigung von Signalen mindestens zweier ein Steuerelement (5, 8) überwachender Sensoren (S1, S2, S3, S4) an ein Stellglied (5) abgegeben werden, welches die Energieversorgung des Kraftfahrzeugmotors steuert, wobei im Fall einer Störung des Signals eines der Sensoren (S1, S2, S3, S4) das ungestörte Signal des jeweils anderen Sensors (S1, S2, S3, S4) zur Ermittlung der an das Stellglied (5) abgegebenen Steuersignale solange benutzt wird, bis die durch das ungestörte Signal angegebene gewünschte Veränderung des Betriebszustandes einen auf den jeweiligen Betriebszustand bezogenen Grenzwert (P(g), R(rpm, g)) überschreitet, und wobei im Fall des Überschreitens des Grenzwertes (P(g), R(rpm, g)) die Steuersignale (X¶n¶) für das Stellglied (5) nach Art eines PI-Reglers bestimmt werden, wobei der Startwert (iT¶0¶) für den Integralanteil (iT¶n¶ ¶[n = 0...n]¶) der Regelung gleich einem Anfangswert (R) bestimmt wird, welcher dem Betriebszustand des Fahrzeugs zum Zeitpunkt des Überschreitens zugeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern der Energieversorgung eines Kraftfahrzeugmotors, bei dem in Abhängigkeit von der Abweichung zwischen dem jeweils aktuellen Betriebszustand des Fahrzeugs und einem gewünschten Betriebszustand Steuersignale unter Berücksichtigung von Signalen mindestens zweier ein Steuerelement überwachender Sensoren an ein Stellglied abgegeben werden, welches die Energieversorgung des Kraftfahrzeugmotors steuert.
Ebenso betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Steuern der Energieversorgung eines Kraftfahrzeugmotors mit mindestens zwei ein Steuerelement überwachenden Sensoren, mit einer Auswerteinrichtung, welche in Abhängigkeit von den Signalen der Sensoren den aktuellen Betriebszustand des Fahrzeugs mit einem gewünschten Betriebszustand vergleicht, und mit einer Steuereinrichtung, welche in Abhängigkeit vom Ergebnis des von der Auswerteinrichtung durchgeführten Vergleichs Steuersignale an ein Stellglied abgibt, welches die an den Kraftfahrzeugmotor abgegebene Energiemenge steuert.
Immer strengere Anforderungen des Umweltschutzes haben dazu geführt, daß moderne mit Verbrennungsmotoren ausgestattete Kraftfahrzeuge mit sogenannten "Motormanagement-Systemen" ausgestattet werden. Diese Systeme stellen sicher, daß der Motor stets an einem Betriebspunkt betrieben wird, an dem sich unter Berücksichtigung der jeweiligen Anforderungen des Fahrzeugführers und der äußeren Bedingungen der günstigste Verbrauch und der geringste Schadstoffausstoß einstellt.
Ein Problem bei heutzutage verwendeten Motorsteuerungen besteht darin, daß die Betätigung der im Luftansaugkanal des Motors angeordneten Drosselklappe in der Regel direkt über ein mit einer Stelleinrichtung, beispielsweise einem Fußpedal oder einer Handbetätigung, verbundenes Gestänge oder einen Seilzug vom Fahrzeugführer betätigt wird. Dies bringt es mit sich, daß das Motormanagement der Verstellung der Drosselklappe durch den Fahrzeugführer auch dann folgt, wenn die Geschwindigkeit der Verstellung oder der jeweilige Öffnungswinkel der Drosselklappe nicht optimal an die Betriebssituation angepaßt ist, in der sich der Motor und mit ihm das Kraftfahrzeug jeweils befindet.
Wegen der sich aus der unmittelbaren Verkopplung der Stelleinrichtung und der als Stellglied für die Energieaufnahme des Motors dienenden Drosselklappe ergebenden Schwierigkeiten ist man dazu übergegangen, die mechanische Verbindung zwischen der Stelleinrichtung und dem Stellglied zu trennen. Anstelle der mechanischen Kopplung ist dann eine Steuereinrichtung vorgesehen, welche über geeignete Sensoren die jeweilige Stellung der Stelleinrichtung erfaßt. Unter Berücksichtigung der sich daraus ergebenden Vorgaben des Fahrzeugbenutzers und der jeweiligen Betriebssituation des Motors wird eine Stellung des Stellglieds ermittelt, mit der sich die Anforderung des Fahrzeugführers in optimaler Weise erfüllen lassen.
In derartigen "drive by wire"-Systemen wird das Stellglied (die Drosselklappe) durch einen Stellmotor betätigt, welcher vom Motormanagement gesteuert wird. Indem über geeignete Sensoren die jeweils aktuelle Stellung der Drosselklappe mit der geforderten Stellung verglichen wird, stellt ein "closed loop"- Steueralgorithmus des Motormanagements dabei sicher, daß die Drosselklappe in die gewünschte Position bewegt wird und diese einhält.
Wegen des nicht linearen Zusammenhangs zwischen der Drosselklappenstellung und der jeweiligen Betriebssituation wird bei bekannten Motormanangement- Systemen die Position des Stellglieds nicht unmittelbar in eine entsprechende Stellung des Steuerglieds umgewandelt. Statt dessen wird der Position des Stellgliedes ein Stellwert zugeordnet, der unter Berücksichtigung des aktuellen Betriebszustands des Motors bzw. des Fahrzeugs aus einem Datenfeld, dem sog. "Drosselklappenfeld", entnommen wird. In diesem Datenfeld sind beispielsweise in Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors und dem jeweils eingelegten Gang Stellwerte abgelegt, die gewährleisten, daß die durch eine Verstellung der Stelleinrichtung angezeigte jeweilige Anforderung des Fahrzeugführers optimal erfüllt wird. Den betreffenden Stellwerten entsprechende Steuersignale werden dann an die Betätigungseinrichtung übermittelt, die das Stellglied entsprechend verstellt.
Um eine größtmögliche Sicherheit bei der Erfassung der für die Steuerung des Motors benötigten Signale zu gewährleisten, sind bei bekannten "drive by wire"- Systemen dem Stellglied und der Stelleinrichtung jeweils mindestens zwei Sensoren zugeordnet. Deren Signale werden miteinander verglichen, wobei vorausgesetzt wird, daß die gelieferten Signale fehlerfrei sind, solange sie, von einem Toleranzbereich abgesehen, übereinstimmen.
Ein Problem tritt bei solchen Systemen dann auf, wenn einer der Sensoren defekt ist oder wenn es aus anderen Gründen zu einer Störung der Signalübertragung kommt. In solchen Fällen ist es unter bestimmten Bedingungen schwierig, festzustellen, welcher Sensor noch ein verläßliches Signal liefert und welcher tatsächlich unbrauchbar ist. Dies gilt insbesondere dann, wenn eine sich nur unregelmäßig wiederholende Störung auftritt.
Um sicherzustellen, daß es bei einer Störung der Sensoren oder der Signalübertragung zu keiner Fehlinterpretation der von den Sensoren empfangenen Signale durch die Steuereinrichtung kommt, ist es bei bekannten Motormanagement-Systemen vorgesehen, im Fall einer derartigen Störung den Leerlauf-Zustand des Motors zu erzwingen oder den Motor vollständig abzustellen. Unabhängig von der jeweiligen Fahrsituation, in welcher sich das Fahrzeug zum Zeitpunkt des Eintretens der Störung befindet, wird dem Motor in einem solchen Fall nur noch soviel Energie zur Verfügung gestellt, wie er im Leerlauf-Betrieb benötigt. Dies kann insbesondere dann zu erheblichen Schwierigkeiten führen, wenn sich das Fahrzeug im Moment des Defekts beispielsweise während eines Überholvorgangs mit hoher Geschwindigkeit bewegt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß ein Fahrzeug auch bei einer Störung der für die Steuerung des Motors benötigten Signale sicher bewegt werden kann.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens dadurch gelöst, daß im Fall einer Störung des Signals eines der Sensoren das ungestörte Signal des jeweils anderen Sensors zur Ermittlung der an das Stellglied abgegebenen Steuersignale solange benutzt wird, bis die durch das ungestörte Signal angegebene gewünschte Veränderung des Betriebszustandes einen auf den jeweiligen Betriebszustand bezogenen Grenzwert überschreitet, und daß im Fall des Überschreitens des Grenzwertes die Steuersignale für das Stellglied nach Art eines PI- Reglers bestimmt werden, wobei der Startwert für den Integralanteil der Regelung gleich einem Anfangswert bestimmt wird, welcher dem Betriebszustand des Fahrzeugs zum Zeitpunkt des Überschreitens zugeordnet ist.
Hinsichtlich der Vorrichtung wird die Erfindung dadurch gelöst, daß ein Speicher, in welchem Anfangswerte in Abhängigkeit von bestimmten Betriebszuständen des Fahrzeugs gespeichert sind, und eine Recheneinheit vorgesehen sind, welche die Steuersignale für das Stellglied anhand einer PI-Regelung bestimmt, wenn bei einer Störung des Signals eines der Sensoren der gewünschte Betriebszustand oberhalb eines Grenzwertes liegt, wobei die Recheneinheit den Startwert der PI- Regelung gleich demjenigen Anfangswert bestimmt, welcher dem jeweils aktuellen Betriebszustand zugeordnet ist.
Gemäß der Erfindung wird bei einer Störung des Signals eines der Sensoren, welche beispielsweise durch einen Defekt des jeweiligen Sensors selbst oder eine sonstige Störung bei der Ermittlung und Übertragung der Signale der Sensoren ausgelöst werden kann, der Fahrzeugmotor nicht unmittelbar in einen Leerlaufzustand gezwungen. Statt dessen wird das ungestörte Signal des jeweils anderen Sensors zum Steuern des Motors benutzt. Währenddessen wird als Sicherung gegen eine den Fahrzeugführer bedrohende Fehlfunktion ständig überwacht, ob die vom Fahrzeugführer vorgegebene und vom noch intakten Sensorsignal angegebene gewünschte Betriebssituation noch unterhalb eines Grenzwertes liegt. Dieser Grenzwert entspricht beispielsweise der maximalen Beschleunigung, die unter Berücksichtigung des jeweils eingelegten Ganges des Motors unter bestimmten Betriebsbedingungen erlaubt ist.
Wird dieser Grenzwert überschritten, so wird anstelle einer direkten Umsetzung des jeweiligen Sensorsignals in ein Steuersignal für die Stelleinrichtung eine Steuerung der Energieversorgung in Gang gesetzt, innerhalb der die Steuersignale für das Stellglied nach Art eines PI- Reglers aus einem Integral- und einem Proportionalanteil zusammengesetzt werden. Eine Überschreitung des Grenzwertes kann beispielsweise dann eintreten, wenn auch das Signal des bis dahin ungestörten Sensors gestört und damit ebenfalls unzuverlässig wird.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens und der zu seiner Durchführung besonders geeigneten Vorrichtung wird in einem solchen Fall die Leistung des Kraftfahrzeugmotors so gesteuert, daß dem Fahrzeugführer stets ausreichende Reaktionszeiten zur Verfügung stehen, um das Fahrzeug sicher in eine Position zu bewegen, in der es gefahrlos abgestellt werden kann. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß auch im "Störungsmodus", also dann, wenn das Signal eines Sensors gestört ist, Betriebszustände vermieden werden, die eine Bedrohung für den Fahrer und sein Fahrzeug darstellen würden.
Der Startwert für den Integralanteil der im Fall einer Störung erfindungsgemäß vorgesehenen Steuerung wird aus einem gesonderten Speicher entnommen, in welchem eine Vielzahl von Anfangswerten für bestimmte Betriebsbedingungen abgelegt sind. Dabei wird der jeweilige Wert in Abhängigkeit vom jeweiligen Betriebszustand des Fahrzeugs, beispielsweise in Abhängigkeit von der aktuellen Drehzahl, dem aktuell eingelegten Gang, der aktuellen Geschwindigkeit und/oder der aktuellen Beschleunigung, ausgewählt und als Startwert verwendet.
So können die in dem Speicher abgelegten Werte den Steuersignalen entsprechen, die unter bestimmten, normierten Betriebsbedingungen abgegeben würden, um den gewünschten Betriebszustand in bestmöglicher Weise zu erreichen. Auf diese Weise kann der Regelung beispielsweise ein Startwert zugrunde gelegt werden, der demjenigen Steuersignal entspricht, welches bei ungestörtem Betrieb auf einer flachen Straße an das Stellglied abgegeben würde, um eine bestimmte Beschleunigung aufrechtzuerhalten. Dem Fahrzeug wird somit im Fall des Überschreitens des Grenzwertes bei gestörten Sensoren ein Verhalten aufgezwungen, das einer für den Fahrzeugführer leicht zu bewältigenden Fahrsituation entspricht.
Die Gefahr eines unstabilen Verhaltens der Regelung, die beispielsweise dann eintreten würde, wenn als Startwert eine gestörte Information über die aktuelle Stellung des Stellgliedes berücksichtigt würde, ist durch die erfindungsgemäß vorgesehene Bestimmung des Startwerts der PI-Regelung abgewendet. Ebenso wird auf diese Weise verhindert, daß der PI-Regelung Startwerte zugrunde gelegt werden, die zu einem Übersteuern des Stellglieds führen würden.
Bei den Sensoren kann es sich um diejenigen Sensoren handeln, die zum Überwachen und Erfassen der Stellung einer Stelleinrichtung eingesetzt werden, mittels welcher der Fahrzeugführer den gewünschten Betriebszustand auswählt. Bei dieser Stelleinrichtung kann es sich beispielsweise um ein Fußgaspedal oder eine Handgasverstellung handeln. Alternativ oder ergänzend kann das von den Sensoren überwachte Steuerelement auch das Stellglied selbst, beispielsweise die Drosselklappe im Ansaugtrakt eines Verbrennungsmotors, sein. Unabhängig davon, welches Signal der diesen Steuerelementen zugeordneten Sensoren gestört ist, ermöglicht die Erfindung die sichere Fortbewegung des Fahrzeugs, solange mindestens ein ungestörtes Signal vorliegt, anhand dessen sich die vom Fahrzeugführer gewünschte Betriebssituation verläßlich feststellen läßt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden anhand der nachfolgend im einzelnen beschriebenen, ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen schematisch:
Fig. 1 eine in Verbindung mit der Drosselklappe eines Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors eingesetzte Vorrichtung zum Steuern der Energieversorgung;
Fig. 2 ein Flußdiagramm, in welchem die bei einer Störung durchlaufene Verfahrensschrittfolge dargestellt ist.
Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung umfaßt eine Steuereinrichtung 1, die Teil der Beschleunigungssteuerung eines im einzelnen nicht dargestellten Motor-Managment-Systems 2 ist. Innerhalb der Steuereinrichtung 1 ist eine Rechnereinheit 3 und ein erster Speicher 4a vorgesehen, in dem eine Vielzahl von Anfangswerten R(rpm,g) nach Art einer Tabelle abgespeichert sind. Jedem Anfangswert R ist eine bestimmte Drehzahl rpm und ein bestimmter Gang g eines nicht gezeigten Fahrzeuggetriebes zugeordnet, das mit dem ebenfalls nicht dargestellten Verbrennungsmotor verbunden ist. Auf diese Weise ist ein Zugriff auf die Anfangswerte R in Abhängigkeit von der jeweils aktuellen Drehzahl rpm und dem jeweils aktuell eingelegten Gang g des Getriebes möglich.
Die Anfangswerte R(rpm,g) entsprechen den Stellungen, welche das als Drosselklappe ausgebildete Stellglied 5 einnehmen würde, wenn auf einer steigungsfreien Straße bei einem bestimmten eingelegten Gang g des Fahrzeuggetriebes eine bestimmte Beschleunigung des Motors aufrecht erhalten werden soll.
Die Steuereinrichtung 1 weist Eingänge E1, E2, E3, E4 auf, an denen die Signale von Sensoren S1, S2, S3, S4 anliegen. Jeweils zwei der Sensoren S1, S2; S3, S4 sind paarweise jeweils einem der Steuerelemente der Vorrichtung zugeordnet. So erfassen die zwei Sensoren S1, S2 die Winkelstellung einer als ein Stellglied für die Energieversorgung des Verbrennungsmotors wirkenden Drosselklappe 5, die im Ansaugkanal 6 des Verbrennungsmotors angeordnet ist. Dabei liefert der Sensor S2 ein gegenüber dem Signal des Sensors S1 invertiertes Signal, so daß die in der Steuereinrichtung 1 gebildete Summe beider Signale bei intakten Sensoren S1, S2, von einem Toleranzbereich abgesehen, null ist.
Zum Verstellen der Drosselklappe 5 ist als Betätigungseinrichtung ein Stellmotor 7 vorgesehen. Der Stellmotor 7 verstellt die Drosselklappe 5 in Abhängigkeit von Steuersignalen Xn, die er von der Steuereinrichtung 1 erhält.
Der jeweils gewünschte Betriebszustand des von dem Verbrennungsmotor angetriebenen, ebenso nicht gezeigten Fahrzeugs wird vom Fahrzeugführer mittels des als Stelleinrichtung dienenden fußbetätigten Gaspedals 8 ausgewählt. Dieses Gaspedal 8 ist an einer Achse 9 verschwenkbar gelagert. Die Schwenkstellung des Gaspedals 8 wird durch das zweite Sensoren-Paar S3, S4 erfaßt, die unmittelbar mit der Schwenkachse 8 verkoppelt sind. Die Sensoren S3, S4 liefern wie die Sensoren S1, S2 gegeneinander invertierte Signale, deren Summe, von toleranzbedingten Abweichungen abgesehen, im Normalzustand null ergibt.
In einem zweiten Speicher 4b der Steuereinrichtung 1 sind als Grenzwerte P(g) die in Abhängigkeit vom jeweiligen Gang g maximal erlaubten Beschleunigungen des Fahrzeugs ebenfalls nach Art einer Tabelle hinterlegt, so daß die Recheneinheit 3 auf die jeweiligen Grenzwerte P(g) in Abhängigkeit vom jeweils aktuellen Gang g zugreifen kann.
Zusätzlich ist ein dritter Speicher 4c der Steuereinrichtung 1 vorgesehen, in dem Konstanten Ka_min, KAGINTG und KAGPROPG abgelegt sind. Die Konstante Ka_min repräsentiert eine Mindestbeschleunigung, während, wie nachstehend erläutert, über die Konstanten KAGINTG und KAGPROPG die Werte für die Ermittlung der Anteile der Steuersignale Xn beeinflußt werden.
In einem vierten Speicher 4d sind die Steuersignalwerte Z(rpm,g) abgespeichert, welche durch die Recheneinheit 3 bei ordnungsgemäßer Funktion der jeweiligen Stellung des Gaspedals 8 zugeordnet werden, um bei ungestörtem Betrieb den gewünschten Betriebszustand des Kraftfahrzeugmotors zu erreichen bzw. aufrechtzuerhalten.
Schließlich ist ein Zwischenspeicher 4e vorgesehen, in dem ein im jeweils aktuellen Durchlauf berechneter Integralanteil ITn [n = 0 . . . m] für die Verwendung in einem nachfolgenden Durchlauf des weiter unten erläuterten erfindungsgemäßen Verfahrens abgespeichert wird.
Die jeweils aktuelle Geschwindigkeit v des Fahrzeugs wird mittels eines Geschwindigkeitssensors 11 erfaßt. Die aktuelle Drehzahl rpm des Motors wird durch einen Drehzahlmesser 12 überwacht. Über eine Überwachungseinrichtung 13 wird der jeweils eingelegte Gang g des Fahrzeuggetriebes festgestellt. Die Angaben über die Drehzahl rpm, die Fahrzeuggeschwindigkeit v und den aktuell eingelegten Gang g werden an die Steuereinrichtung 1 übermittelt.
Bei ordnungsgemäß funktionierenden Sensoren S1, S2, S3, S4 setzt die Recheneinheit 3 das an den Stellmotor 7 abgegebene Steuersignal Xn gleich demjenigen Steuersignalwert 2, der für den durch die Stellung des Gaspedals 8 angegebenen, gewünschten Betriebszustand in Abhängigkeit von der aktuellen Drehzahl rpm des Motors und vom aktuell eingelegten Gang g aus dem Speicher 4d gelesen wird.
Die Steuereinrichtung 1 stellt eine Störung fest,
  • - wenn das Signal eines der Sensoren S1, S2, S3, S4 gestört ist, oder
  • - wenn die Summe der Signale der Sensoren S1, S2 oder S5, S6 über einen Toleranzbereich hinaus von null abweicht.
Ist eines dieser Kriterien erfüllt (Prüfung P0), so wird das erfindungsgemäße Verfahren ausgelöst. Dabei wird von der Steuereinrichtung 1 zunächst überprüft, ob das Verfahren zuvor schon in Gang gesetzt worden ist (Prüfung P1).
Ist dies nicht der Fall, so wird geprüft, ob das Steuersignal Z(rpm,g), welches unter normalen Bedingungen der von dem Fahrer gewünschten Beschleunigung agew zugeordnet würde, oberhalb des Anfangswertes R(rpm,g) liegt, der der jeweiligen Motordrehzahl rpm und dem jeweils eingelegten Gang g zugeordnet ist (Prüfung P2).
Ergibt die Prüfung P2 ein negatives Resultat, so wird in der Prüfung P3 ergänzend überprüft, ob die aktuelle, für das Erreichen oder Aufrechterhalten der gewünschten Veränderung des Betriebszustandes des Fahrzeugs erforderliche Fahrzeugbeschleunigung aakt oberhalb desjenigen Grenzwertes P(g) liegt, der von der Recheneinheit 3 in Abhängigkeit vom aktuell eingelegten Gang g des Fahrzeuggetriebes aus dem Speicher 4c der Steuereinrichtung 1 ausgelesen wird. Durch diese Überprüfung ist sichergestellt, daß die jeweils aktuelle Beschleunigung aakt die bezogen auf den jeweils eingelegten Gang g maximal zulässige, durch den Grenzwert P(g) repräsentierte Beschleunigung nie überschreitet. Ergibt diese Prüfung P3, daß der jeweilige Steuersignalwert Z(rpm,g) kleiner als der jeweilige Grenzwert R(rpm,g) ist, so wird das an den Stellmotor 7 abgegebene Steuersignal Xn gleich dem der jeweiligen Drehzahl rpm und dem jeweils eingelegten Gang g zugeordneten, aus dem Speicher 4d gelesenen Steuersignal Z(rpm,g) gesetzt.
Ergibt dagegen eine der Prüfungen P2, P3 ein positives Ergebnis, so wird die PI-Regelung eingeleitet.
Zu diesem Zweck wird der Startwert iT0 eines Integralanteils iTn [n = 0 . . . m] gleich dem aus dem Speicher 4a entnommenen Anfangswert R(rpm,g) gesetzt, welcher der aktuellen Drehzahl rpm und dem aktuell eingelegten Gang g zugeordnet ist (Gleichung G0).
Anschließend werden nacheinander die Verstärkungsfaktoren iTG und pTG für den Integral-iTn bzw. den Proportionalanteil pTn des jeweiligen Steuersignals Xn nach folgenden Gleichungen ermittelt:
G1: iTG = (iTn-1/TAMax).KAGINTG
G2: pTG = (iTn-1/TArMax).KAGPROPG
mit
iTG = Verstärkungsfaktor des Integralanteils,
pTG = Verstärkungsfaktor des Proportionalanteils,
TAMax = Steuersignal, das dem Maximalwert der Stellung des Steuergliedes entspricht,
KAGINTG = Konstante,
KAGPROPG = Konstante.
Mittels der Konstanten KAGINTG und KAGPROPG läßt sich der Einfluß des jeweiligen Verstärkungsfaktors iTG, pTG auf das jeweilige Steuersignal Xn an die Eigenschaften und dem Betriebsverhalten des Motors und des Fahrzeugs anpassen.
Indem der Integralanteil iTn-1 des jeweils vorhergehenden Durchlaufs bei der Ermittlung der Verstärkungsfaktoren iTG, pTG durch das dem Maximalwert der Stellung des Steuergliedes entsprechende Steuersignal TAMAX geteilt wird, wird dem Umstand Rechnung getragen, daß in dem Fall, daß im aktuellen Betriebszustand der Motor mit kleiner Leistung betrieben wird, schon kleine Änderungen der Stellung des Stellgliedes eine erhebliche Veränderung der Motorleistung bewirken können, während bei hoher Motorleistung große Änderungen der Stellung des Stellgliedes erforderlich sind, um überhaupt eine merkliche Veränderung herbeizuführen.
Dann werden der Integral- iTn und der Proportionalanteil pTn nach folgenden Gleichungen aktualisiert:
G3: iTn = iTn-1 + iTG (agew-aakt)
G4: pTn = pTG (agew-aakt)
mit
iTn = Integralanteil für den aktuellen Durchgang,
iTn-1 = Integralanteil für den jeweils vorhergehenden Durchgang,
pTn = Proportionalanteil für den aktuellen Durchgang,
agew = gewünschte Beschleunigung,
aakt = aktuelle Beschleunigung.
Schließlich wird das Steuersignal Xn für den aktuellen Durchlauf nach der Gleichung
G5: Xn = itn + pTn
durch Addition des aktuellen Integral-iTn und des aktuellen Proportionalanteils pTn gebildet.
Ist das Steuersignal Xn kleiner Null (Prüfung P4), so wird das Steuersignal Xn zu Null (Gleichung G6) gesetzt. Ergibt sich dagegen ein Steuersignal Xn, das größer ist als der Steuersignalwert Z (Prüfung P5), gleich dem das Steuersignal X bei ordnungsgemäßer Funktion der Sensoren S1, S2, S3, S4 gesetzt worden wäre, so wird das Steuersignal Xn gleich dem betreffenden Steuersignal Z gesetzt (Gleichung G7). Das so bestimmte und überprüfte Steuersignal Xn wird an den Stellmotor abgegeben.
Wird das Verfahren beim Vorliegen eines gestörten Signals eines der Sensoren S1, S2, S3, S4 schon ausgeführt, so wird zunächst überprüft, ob die verbleibenden Signale noch verläßlich sind (Prüfung P6). Stellt sich dabei heraus, daß keine verläßlichen Sensorsignale mehr zu erwarten sind, wird das Verfahren beendet.
Liegen dagegen noch verläßliche Sensorsignale vor, so wird überprüft, ob die zum Erreichen oder aufrechterhalten der gewünschten Veränderung des Betriebszustands benötigte aktuelle Beschleunigung aakt unter eine Mindestbeschleunigung Ka_min abfällt (Prüfung P7). Ist das Ergebnis dieser Überprüfung positiv, so wird das Verfahren ebenfalls beendet.
Liegt die aktuelle Beschleunigung aakt dagegen über der Mindestbeschleunigung Ka_min, so wird überprüft, ob die Signale der dem Fußpedal 8 zugeordneten Signale S3, S4 anzeigen, daß das Fußpedal 8 sich in einer Leerlaufstellung befindet, in welcher der Fahzeugführer kein Gas gibt (Prüfung P8). Ist das Ergebnis dieser Überprüfung positiv, so wird das Verfahren ebenfalls beendet.
Andernfalls wird das Verfahren fortgesetzt, indem zunächst nach den Gleichungen G1, G2 die aktuellen Verstärkungsfaktoren iTG, pTG auf Grundlage des im vorhergehenden Durchlauf bestimmten Integralanteils iTn-1, anschließend nach den Gleichungen G3, G4 der aktuelle Integral-iTn und Proportionalanteil pTn und zuletzt nach der Gleichung G5 das aktuelle Steuersignal Xn ermittelt werden. Nach Durchlauf der Prüfungen P4, P5 und der ggf. erforderlichen Besetzung des aktuellen Steuersignals Xn nach den Gleichungen G6, G7 wird das aktuelle Steuersignal Xn an den Stellmotor 7 abgegeben. Diese Vorgehensweise wird wiederholt, bis der Motor abgestellt wird bzw. die Störung der Signale behoben ist.

Claims (18)

1. Verfahren zum Steuern der Energieversorgung eines Kraftfahrzeugmotors, bei dem in Abhängigkeit von der Abweichung zwischen dem jeweils aktuellen Betriebszustand des Fahrzeugs und einem gewünschten Betriebszustand Steuersignale (Xn) unter Berücksichtigung von Signalen mindestens zweier ein Steuerelement (5, 8) überwachender Sensoren (S1, S2, S3, S4) an ein Stellglied (5) abgegeben werden, welches die Energieversorgung des Kraftfahrzeugmotors steuert, dadurch gekennzeichnet,
  • 1. daß im Fall einer Störung des Signals eines der Sensoren (S1, S2, S3, S4) das ungestörte Signal des jeweils anderen Sensors (S1, S2, S3, S4) zur Ermittlung der an das Stellglied (5) abgegebenen Steuersignale solange benutzt wird, bis die durch das ungestörte Signal angegebene gewünschte Veränderung des Betriebszustandes einen auf den jeweiligen Betriebszustand bezogenen Grenzwert (P(g),R(rpm,g)) überschreitet, und
  • 2. daß im Fall des Überschreitens des Grenzwertes (P (g), R (rpm, g)) die Steuersignale (Xn) für das Stellglied (5) nach Art eines PI-Reglers bestimmt werden, wobei der Startwert (iT0) für den Integralanteil (iTn [n=0 . . . m]) der Regelung gleich einem Anfangswert (R) bestimmt wird, welcher dem Betriebszustand des Fahrzeugs zum Zeitpunkt des Überschreitens zugeordnet ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das von den Sensoren (S3, S4) überwachte Steuerelement eine Stelleinrichtung (8), beispielsweise ein Fußgaspedal ist, mittels welcher der Fahrzeugführer den gewünschten Betriebszustand auswählt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das von den Sensoren (S1, S2) überwachte Steuerelement das Stellglied (5) ist.
4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gewünschte Veränderung des Betriebszustands durch einen Steuersignalwert (Z(rpm,g)) repräsentiert wird, welcher bei ordnungsgemäßer Funktion der jeweiligen Stellung der Stelleinrichtung (8) zugeordnet wird, um bei ungestörtem Betrieb den gewünschten Betriebszustand des Kraftfahrzeugmotors zu erreichen oder aufrechtzuerhalten, und daß der Grenzwert (P(g), R(rpm,g)), bei dessen Überschreiten die Steuersignale (Xn) für die Stelleinrichtung (8) nach Art eines PI-Reglers bestimmt werden, einem Anfangswert R(rpm,g) der PI-Reglung entspricht, welcher der jeweils aktuellen Motordrehzahl (rpm) und dem jeweils aktuell eingelegten Gang (g) zugeordnet ist.
5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gewünschte Veränderung des Betriebszustands durch die jeweils aktuelle Beschleunigung (aakt) repräsentiert wird, und daß der Grenzwert (P(g)), bei dessen Überschreiten die Steuersignale (Xn) für die Stelleinrichtung (8) nach Art eines PI-Reglers bestimmt werden, der bezogen auf den jeweils aktuell eingelegten Gang (g) des Fahrzeuggetriebes maximal zulässigen Wert der Beschleunigung entspricht.
6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Fall des Überschreitens des Grenzwerts (P(g)) der aktuelle Wert (Xn) des an das Stellglied (5) abgegebenen Steuersignals (Xn [n=1 . . . m]) ermittelt wird,
  • 1. indem auf Grundlage des im vorhergehenden Schritt bestimmten Integralanteils (iTn-1) zunächst Verstärkungsfaktoren (iTG, pTG) für den aktuellen Integral-(iTn) und Proportionalanteil (pTn [n=1 . . . m]) bestimmt werden,
  • 2. indem anschließend unter Berücksichtigung der Verstärkungsfaktoren (iTG, pTG) der aktuelle Integral-(iTn) und Proportionalanteil (pTn) bestimmt werden und
  • 3. indem schließlich der Wert des aktuellen Stellsignals (Xn) durch Addition des aktuellen Integral-(iTn) und des aktuellen Proportionalanteils (pTn) gebildet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfaktoren (iTG, pTG) für den aktuellen Integral-(iTn) und Proportionalanteil (pTn) wie folgt bestimmt werden:
iTG = (iTn-1/TAMax).KAGINTG
pTG = (iTn-1/TAMax).KAGPROPG,
mit
iTG = Verstärkungsfaktor des Integralanteils,
pTG = Verstärkungsfaktor des Proportionalanteils,
iTn-1 = im vorhergehenden Schritt bestimmter Integralanteil,
TAMax = Gewichtungsfaktor,
KAGINTG = Konstante,
KAGPROPG = Konstante.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewichtungsfaktor (TAMax) gleich dem größten Wert der Stellung des Steuergliedes (5) ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der aktuelle Integralanteil (iTn) und der aktuelle Proportionalanteil (pTn) des Stellsignals (Xn) wie folgt bestimmt wird:
itn = itn-1 + iTG (agew-aakt)
ptn = pTG (agew-aakt),
mit
iTn-1 = im vorhergehenden Schritt bestimmter Integralanteil,
iTG = Verstärkungsfaktor des Integralanteils,
pTG = Verstärkungsfaktor des Proportionalanteils,
agew = den gewünschten Betriebszustand kennzeichnende Bezugsgröße,
aakt den aktuelle Betriebszustand kennzeichnende Bezugsgröße.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsgrößen der gewünschten (agew) und aktuellen (aakt) Beschleunigung des Fahrzeugs entsprechen.
11. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzwert (P(g)) einer auf den jeweils eingelegten Gang (g) bezogenen Maximalbeschleunigung entspricht.
12. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Startwert (iT0) des Integralanteils (iTn) in Abhängigkeit von der aktuellen Drehzahl (rpm) des Motors und dem jeweils eingelegten Gang (g) des Fahrzeuggetriebes ausgewählt wird.
13. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Startwert (R) gleich demjenigen Steuersignal bestimmt wird, welches abgegeben würde, um unter Berücksichtigung des jeweils eingelegten Gangs (g) des Fahrzeuggetriebes und der jeweiligen Drehzahl (rpm) des Motors die Beschleunigung des Fahrzeugs auf einer steigungsfreien Straße aufrechtzuerhalten.
14. Vorrichtung zum Steuern der Energieversorgung eines Kraftfahrzeugmotors, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13, mit mindestens zwei ein Steuerelement überwachenden Sensoren (S1, S2, S3, S4), mit einer Auswerteinrichtung, welche in Abhängigkeit von den Signalen der Sensoren (S1, S2, S3, S4) den aktuellen Betriebszustand des Fahrzeugs mit einem gewünschten Betriebszustand vergleicht, und mit einer Steuereinrichtung (1), welche in Abhängigkeit vom Ergebnis des von der Auswerteinrichtung durchgeführten Vergleichs Steuersignale (Xn) an ein Stellglied (5) abgibt, welches die an den Kraftfahrzeugmotor abgegebene Energiemenge steuert, dadurch gekennzeichnet, daß ein Speicher (4a), in welchem Anfangswerte (R(rpm,g)) in Abhängigkeit von bestimmten Betriebszuständen des Fahrzeugs gespeichert sind, und eine Recheneinheit (3) vorgesehen sind, welche die Steuersignale (Xn) für das Stellglied (5) anhand einer PI-Regelung bestimmt, wenn bei einer Störung des Signals eines der Sensoren (S1, S2, S3, S4) der gewünschte Betriebszustand oberhalb eines Grenzwertes (P(g)) liegt, wobei die Recheneinheit (3) den Startwert (iT0) der PI-Regelung gleich demjenigen Anfangswert (R(rpm,g),P(g)) bestimmt, welcher dem jeweils aktuellen Betriebszustand zugeordnet ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied die Drosselklappe (5) im Ansaugkanal (6) eines Verbrennungsmotors ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleinrichtung ein durch den Fahrzeugführer betätigtes Fußgaspedal (8) oder eine Handgasverstellung ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils einer der Sensoren (S1, S2; S3, S4) ein gegenüber dem jeweils anderen Sensor (S2, S1; S4, S3) invertiertes Signal liefert.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Speicher (4b, 4c) vorgesehen ist, in welchem auf jeweils einen Gang (g) des Fahrzeuggetriebes bezogene Kennwerte (P) für maximal erlaubte Betriebszustände abgelegt sind, auf die die Recheneinheit (3) in Abhängigkeit vom jeweils eingelegten Gang (g) zugreift.
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