DE3844353A1 - Verfahren und vorrichtung fuer ein elektronisch-mechanisches fahrpedal - Google Patents
Verfahren und vorrichtung fuer ein elektronisch-mechanisches fahrpedalInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
elektrischen Ansteuern des elektrisch-mechanisch betriebenen
Luftmengen-Stellantriebs bei einem elektronisch-mechanischen
Fahrpedal.
Seit Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen verwendet werden,
ist es bekannt, den Luftmengensteller, in aller Regel eine
Drosselklappe, mit Hilfe eines Fahrpedales zu verstellen. Das
Fahrpedal und der Luftmengensteller sind mechanisch gekoppelt.
In den letzten Jahren wurden auch sogenannte elektronische
Fahrpedale entwickelt. Bei diesen besteht keine mechanische
Kopplung mehr zwischen Fahrpedal und Luftmengensteller, son
dern mit dem Fahrpedal ist mechanisch ein Pedalwertgeber, in
der Regel ein Drehpotentiometer, gekoppelt. Das Potentiometer
gibt einen elektrischen Sollwert ab, der einer elektronischen
Lageregelung zugeführt wird, die mit Hilfe des Sollwerts und
des Istwerts der Stellung des Luftmengenstellers ein Stell
signal für einen Stellmotor liefert, der entsprechend dem ihm
zugeführten Stellsignal die Lage des Luftmengenstellers fest
legt.
Weiterhin ist es bekannt, die beiden eben genannten Vorrich
tungen zu koppeln. Dies erfolgt aus Sicherheitsgründen. Zum
Koppeln der beiden Vorrichtungen ist die Welle, die den Stell
motor mit einer Drosselklappe verbindet, von einer äußeren
Stelleinrichtung umgeben, die mit dem Fahrpedal mechanisch
gekoppelt ist. Die Stellmotorwelle kann sich mit Spiel inner
halb der äußeren Stelleinrichtung bewegen. Wird das Fahrpedal
verstellt, verdreht sich die äußere Stelleinrichtung, jedoch
wird fast gleichzeitig die Stellmotorwelle verdreht, da das
Ändern der Stellung des Fahrpedales zu einem neuen Sollwert
für die Lageregelung führt, der schnell in einen neuen Stell
wert umgesetzt wird. Die Welle befindet sich daher dauernd in
etwa in der Mitte des Spielbereichs, der gegenüber der äußeren
Stelleinrichtung besteht. Fällt die elektronische Lageregelung
aus, wird die Stellmotorwelle nicht mehr elektrisch verstellt,
wodurch die äußere Stelleinrichtung an Anschlägen an der Welle
anschlägt, wenn das Fahrpedal verstellt wird. Dann wird die
Welle durch die äußere Stelleinrichtung mitgenommen. Somit
wird die Drosselklappe unmittelbar mechanisch durch das Fahr
pedal verstellt, wobei allerdings eine kleine Hysterese auf
grund des Spiels zwischen der äußeren Stelleinrichtung und
der Stellmotorwelle besteht.
Probleme treten jedoch dann auf, wenn bei funktionsfähiger
elektronischer Lageregelung das Fahrpedal sehr schnell ver
stellt wird, insbesondere, wenn ein Fahrer, ausgehend von
Vollgas, plötzlich den Fuß vom Fahrpedal nimmt. Dann schlägt
die äußere Stelleinrichtung schnell an den Anschlägen an der
Stellmotorwelle an, was zur Folge hat, daß auch das Fahrpedal
nicht schnell in seine Leerlauflage zurückkehrt, sondern daß
dieses Zurückkehren nur mit derjenigen Geschwindigkeit er
folgt, mit der sich die Stellmotorwelle in die Leerlauflage
zurückdreht. Dadurch, daß das Fahrpedal sozusagen hängen
bleibt, ist die der Lageregelung maximal zuführbare Regelab
weichung auf einen Wert begrenzt, der dem halben Spiel zwi
schen äußerer Stelleinrichtung und Stellmotorwelle entspricht.
Es ist leicht möglich, trotz dieses begrenzten Wertes der
Regelabweichung große Stellwerte zum schnellen Verstellen des
Stellmotors zu erhalten, wenn nämlich die Verstärkung im
Lageregelungskreis entsprechend hoch gewählt wird, oder wenn
im PID-Regler stark differenziert wird. Beide Maßnahmen er
höhen jedoch die Schwingungsneigung des Lageregelungskreises
erheblich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum
elektrischen Ansteuern des elektrisch-mechanisch betriebenen
Luftmengen-Stellantriebs bei einem elektronisch-mechanischen
Fahrpedal anzugeben, das auch bei plötzlichen starken Ände
rungen der Fahrpedalstellung zu einer schnellen Änderung der
Stellung des Luftmengenstellers führt, wobei aber dennoch
Lageregelung mit geringer Schwingungsneigung möglich ist.
Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine Vor
richtung zum Ausführen eines solchen Verfahrens anzugeben.
Die Erfindung ist für das Verfahren durch die Merkmale von
Anspruch 1 und für die Vorrichtung durch die Merkmale von An
spruch 2 gegeben. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Vor
richtung ist Gegenstand des Anspruchs 3.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß
als Sollwert nicht nur unmittelbar derjenige verwendet wird,
der direkt vom Fahrpedal-Stellungssignal vom Pedalwertgeber
abhängt, sondern daß zusätzlich ein Ableitungs-Sollwert ver
wendet wird, der durch Differenzieren des genannten Fahrpedal
Stellungssignals gebildet ist. Die Summe der beiden genannten
Sollwerte wird als Sollwert für die Lageregelung des Luftmen
genstellers verwendet.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist außer einem für sich
bekannten Mittel zum Bilden des Direkt-Sollwertes noch ein
Differenziermittel zum Bilden des Ableitungs-Sollwertes und
ein Additionsmittel zum Bilden der Summe der beiden Sollwerte
auf. Vorteilhafterweise ist das Differenziermittel durch ein
RC-Differenzierglied gebildet. Dies hat den Vorteil, daß der
Ableitungs-Sollwert praktisch zeitgleich mit einer Änderung
der Pedalstellung zum Bilden des Wertes der Regelabweichung
zur Verfügung steht. Hier ist zu beachten, daß der Sollwert
bei einem elektronischen, und demgemäß auch bei einem elek
tronisch-mechanischen Fahrpedal mit Hilfe eines Mikrorechners
aus dem Fahrpedal-Stellungssignal berechnet wird. Diese Be
rechnung mit Hilfe des Mikrocomputers bedingt eine Verzöge
rung von einigen Millisekunden zwischen einem Zeitpunkt, zu
dem die Fahrpedalstellung geändert wird und dem Zeitpunkt, zu
dem sich dies in dem an den Lageregelungskreis ausgegebenen
Sollwert äußert. Diese Verzögerungszeit kann durch besondere
Maßnahmen verkürzt werden, was es ermöglicht, den Ableitungs-
Sollwert auch durch den Mikrorechner statt durch ein RC-Dif
ferenzierglied zu bestimmen. Dies wirkt sich jedoch auf die
Leistung des Rechners für andere Aufgaben negativ aus, weswe
gen das äußere RC-Differenzierglied besonders bevorzugt ist.
Unabhängig davon, wie der Ableitungs-Sollwert gebildet wird,
ist es in bezug auf geringes Schwingungsverhalten des Lagere
gelungskreises vorteilhafter, eine Differenzierung beim Soll
wert und nicht beim Wert der Regelabweichung mit Hilfe des
PID-Reglers vorzunehmen. Dies, weil sich die erhöhte Diffe
renzierung dann nicht bei der Lagereglung um einenfesten Wert
auswirkt, wie er bei gleichbleibender Pedalstellung vorliegt.
Die einzige Figur zeigt ein Blockschaltbild eines Fahrpedals
mit Pedalwertgeber, eines Luftmengenstellers mit zugehörigem
Lageregelungskreis und einer Vorrichtung zum Bilden eines
Sollwertes für den Lageregelungskreis mit Hilfe des Signales
vom Pedalwertgeber.
In der Figur bedeuten gestrichtelte Linien mechanische Kopp
lungen. So ist ein Fahrpedal 1 mechanisch mit einem Pedal
wertgeber 2 verbunden. Der Pedalwertgeber 2 ist z. B. ein
Drehpotentiometer, dessen Welle mit der Achse des Fahrpeda
les 1 verbunden ist. Mechanische Koppelung besteht weiterhin
zwischen einem Stellmotor 8 und einer Drosselklappe 9, sowie
einem Drosselklappenpotentiometer 10, die beide von der Welle
des Stellmotors 8 angetrieben werden. Schließlich kann eine
mechanische Koppelung 11 zwischen dem Fahrpedal 1 und der
Welle des Stellmotors 8 vorhanden sein. Diese mechanische Koppelung
stimmt mit derjenigen überein, die eingangs für elektronisch-
mechanische Fahrpedale erläutert wurde.
Das Fahrpedal-Stellungssignal FPS vom Pedalwertgeber 2 wird
in herkömmlicher Weise einem Mikrocomputer 3 zugeführt, der
einen Direkt-Sollwert DSW berechnet, der an eine Verknüpfungs
stelle 4 ausgegeben wird. In der Verknüpfungsstelle 4 wird
vom Direkt-Sollwert DSW der Istwert IW abgezogen, wie er vom
Drosselklappenpotentiometer 10 geliefert wird. Der dadurch
gebildete Wert RAW der Regelabweichung wird einem PID-Reg
ler 5 zugeführt, der ein Stellsignal berechnet, das über eine
verstärkende Treiberstufe 6 den Stellmotor 8 treibt. Der Be
griff "Direkt-Sollwert" soll andeuten, daß dieser Sollwert in
der Regel eindeutig mit dem Fahrpedal-Stellungssignal ver
knüpft ist, daß also zu jedem Wert des Fahrpedal-Stellungs
signales ein einziger Direkt-Sollwert gehört, und umgekehrt.
Jedoch muß diese Bedingung nicht notwendigerweise erfüllt
sein. Der Direkt-Sollwert kann auf jede beliebige Art und
Weise, wie sie von elektronischen und elektronisch-mechani
schen Fahrpedalen her bekannt ist, aus dem Fahrpedal-Stel
lungssignal gewonnen sein.
Unterschiedlich gegenüber bekannten Anordnungen ist ein RC-
Differenzierglied 7, dem das Fahrpedal-Stellungssignal FPS
zugeführt wird und das an seinem Ausgang einen Ableitungs-
Sollwert ASW ausgibt, der in der Verknüpfungsstelle 4 zum
Direkt-Sollwert DSW addiert wird. Dieses Differenzierglied 7
gewährleistet, daß eine schnelle Änderung der Stellung des
Fahrpedales 1 zu einem großen Sollwert und damit einer großen
Regelabweichung RAW selbst dann führt, wenn das Spiel zwi
schen der mechanischen Stelleinrichtung 11 und der Welle des
Stellmotors 8 gering ist.
Das RC-Differenzierglied 7 sorgt jedoch nicht nur für einen
großen Wert der Regelabweichung RAW im Falle einer plötzli
chen Änderung der Stellung des Fahrpedales 1, sondern es sorgt
auch dafür, daß der Wert der Regelabweichung praktisch unmit
telbar zusammen mit der Änderung des Fahrpedals geändert wird.
Dies galt für bisherige Verfahren und Vorrichtungen für elek
tronische Fahrpedale nicht, da bei einem elektronischen Fahr
pedal der Sollwert bisher grundsätzlich und ausschließlich
mit Hilfe eines Mikrorechners aus dem Fahrpedal-Stellungs
signal berechnet wurde. Da die zugehörige Berechnungsschleife
vom Mikrorechner nur etwa alle 10-15 Millisekunden durch
laufen wird, kann dieser nur in diesen Zeitabständen einen
neuen Sollwert ausgeben. Im vorliegenden Fall reagiert dem
entsprechend der Direkt-Sollwert so langsam wie der Sollwert
bei bekannten Verfahren und Vorrichtungen. Der aus Direkt-
und Ableitungs-Sollwert gebildete Summen-Sollwert reagiert
jedoch aufgrund der schnellen Reaktion des Ableitungs-Soll
wertes sehr schnell auf Änderungen der Fahrpedalstellung.
Es ist denkbar, daß für die Verfahrensschritte, die zum Be
treiben eines elektronischen oder eines elektronisch-mechani
schen Fahrpedales erforderlich sind, in Zukunft ein speziel
les integriertes Schaltungsbauteil verwendet wird. Solche
speziellen Bauteile sind dazu in der Lage, Rechenschleifen
in sehr kurzer Zeit zu durchlaufen. In diesem Falle kann auch
die Differenzierung des Fahrpedal-Stellungssignales von dem
speziellen Bauteil vorgenommen werden.
Auf das RC-Differenzierglied 7 kann aber auch verzichtet wer
den, wenn dafür gesorgt wird, daß die Verzögerung durch einen
Mikrocomputer zwischen Eingang eines neuen Wertes des Fahr
pedal-Stellungssignales und Ausgang eines Sollwertes für die
Lageregelung des Luftmengenstellers gering bleibt. Dies kann
z. B. dadurch erfolgen, daß jeder neue Wert für das Stellungs
signal mit dem vorigen Wert in sehr kurzen Zeitabständen ver
glichen wird, und dann, wenn die Differenz einen vorgegebenen
Schwellenwert übersteigt, ein Interruptsignal dafür sorgt,
daß die Berechnung eines neuen Sollwertes mit hoher Priorität
erfolgt. Noch schneller kann der Interrupt dann erfolgen,
wenn das Fahrpedal-Stellungssignal durch Hardware differen
ziert wird, mit einem Schwellenwert hardwaremäßig verglichen
wird und bei Überschreiten der Schwelle ein Interruptsignal
ausgegeben wird, das für eine hohe Priorität der Berechnung
eines neuen Sollwertes sorgt. Der hardwaremäßige Aufwand ist
hierbei jedoch größer, als wenn unmittelbar der differenzier
te Wert des Fahrpedal-Stellungssignales für das Berechnen des
Sollwertes verwendet wird. Jedoch bietet das Berechnen durch
den Mikrocomputer den Vorteil, daß auch beim Berechnen eines
differenzierten Wertes besondere Gesichtspunkte in der logi
schen Verarbeitung berücksichtigt werden können.
Claims (3)
1. Verfahren zum elektronischen Ansteuern des elektrisch-
mechanisch betriebenen Luftmengenstellerantriebs bei einem
elektronisch-mechanischen Fahrpedal, abhängig von einem Soll
wert für die Stellung des Luftmengenstellers, mit folgendem
Schritt,
- - Bilden eines Direkt-Sollwertes, der direkt vom Fahrpedal- Stellungssignal abhängt, gekennzeichnet durch folgende weitere Schritte:
- - Bilden eines Ableitungs-Sollwertes durch Differenzieren des Fahrpedal-Stellungssignales,
- - Addieren von Direkt- und Ableitungs-Sollwert, wodurch ein Summen-Sollwert gebildet ist, und
- - Verwenden des Summen-Sollwertes als Sollwert für die Lage regelung des Luftmengenstellers.
2. Vorrichtung zum elektrischen Ansteuern des elektrisch-
mechanisch betriebenen Luftmengenstellers bei einem elektro
nisch-mechanischen Fahrpedal, abhängig von einem Sollwert für
die Stellung des Luftmengenstellers, mit
- - einem Mittel (3) zum Bilden eines Direkt-Sollwertes, der direkt vom Fahrpedal-Stellungssignal abhängt, wie es von einem Pedalwertgeber (2) geliefert wird, gekennzeichnet durch
- - ein Differenziermittel (7) zum Bilden eines Ableitungs- Sollwertes durch Differenzieren des Fahrpedal-Stellungs signales und
- - ein Additionsmittel (4) zum Addieren von Direkt- und Ab leitungs-Sollwert, welche Summe der Lageregelung des Luft mengenstellers als Sollwert zugeführt wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Differenziermittel ein RC-Differen
zierglied (7) ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19883844353 DE3844353A1 (de) | 1988-12-30 | 1988-12-30 | Verfahren und vorrichtung fuer ein elektronisch-mechanisches fahrpedal |
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DE3844353A1 true DE3844353A1 (de) | 1990-07-05 |
DE3844353C2 DE3844353C2 (de) | 1993-04-01 |
Family
ID=6370549
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