DE4005255C2 - Schaltungsanordnung zum Betrieb eines Stellgliedes - Google Patents

Schaltungsanordnung zum Betrieb eines Stellgliedes

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Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betrieb eines Stellgliedes mit einem durch mechanische Anschläge begrenzten Stellbereich, insbesondere zur Leistungssteuerung einer Brennkraftmaschine, wobei einem elektromotorischen Antrieb von einem Regler längenmodulierte Impulse zuführbar sind.
Bei sogenannten E-Gas-Anlagen wird mit Hilfe eines mit dem Gaspedal gekoppelten Stellungsgebers eine Spannung erzeugt, welche den Sollwert für die Drosselklappenstellung darstellt. Dieses Sollwertsignal wird einem Lageregelkreis zugeführt, der die Drosselklappe entsprechend dem Sollwert einstellt (EP 0 171 641 A1). Dabei ist eine Zuordnung des Wertebereichs des Sollwertes zu dem Stellbereich der Drosselklappe erforderlich. Ist nämlich der Wertebereich des Sollwertes kleiner als der Stellbereich der Drosselklappe, so erreicht die Drosselklappe nicht eine oder beide Endstellungen. Dieses ist insbesondere in der Leerlaufregelung nachteilig. Bei zu großem Wertebereich wird die Drosselklappe bei extremen Sollwerten gegen den jeweiligen mechanischen Anschlag gefahren, was zu einem erhöhten Verschleiß und zu einem Stromfluss durch den Drosselklappenmotor führt, der wiederum einer Erwärmung und eine unnötige Belastung der Fahrzeugbatterie bedeutet.
Zur Vermeidung dieser Nachteile ist bei einem bekannten elektrischen Gaspedal (EP 0 081 630) vorgesehen, dass der maximal mögliche Sollstellbereich des Stellgliedes größer als der Iststellbereich der Verstelleinrichtung ist, dass in der ersten Endstellung und in der zweiten Endstellung der Verstelleinrichtung durch eine Einstellvorrichtung jeweils die übereinstimmende Lage des Stellgliedes erfassbar und als effektiver Sollstellbereich des Stellgliedes in der Regeleinheit erreichbar ist. Dadurch wird zwar eine mechanische Justierarbeit vermieden, die Einstellvorrichtungen bedeuten jedoch einen erheblichen Aufwand.
Aus der DE 37 30 443 A1 ist zur Steuerung eines elektromechanischen Stellgliedes ein Servokreis vorgesehen, dem als Führungsgröße das errechnete Ausgangssignal und als Regelgröße das Rückmeldesignal eines mit dem Stellglied verbundenen Rückmelders zugeführt wird. Das Rückmeldesignal wird auf Störungen überprüft und bei einer festgestellten Störung der Servokreis geöffnet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zum Betrieb eines Stellgliedes mit einem durch mechanische Anschläge begrenzten Stellbereich anzugeben, bei welchem in einfacher Weise ein Signal das Erreichen mindestens eines der Anschläge anzeigt.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Ableitung eines Signals bei Erreichen mindestens einem der mechanischen Anschläge die Länge der Impulse messbar ist.
Mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist mit einem sehr geringen Aufwand an elektrischen Bauteilen und ohne mechanische Vorrichtungen die Ableitung eines Signals zur Kennzeichnung der Endstellungen möglich.
Wie insbesondere Versuche ergeben haben, arbeitet die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung sehr genau, so daß eine Auswertung des erfindungsgemäß abgeleiteten Signals bei E-Gas-Anlagen die volle Ausnutzung des Stellbereichs der Drosselklappe ermöglicht, ohne daß durch übermäßiges oder dauerndes Anfahren an die mechanischen Anschläge die obengenannten Nachteile auftreten.
Eine besonders vorteilhafte Verwertung des Signals erfolgt bei einer Weiterbildung der Erfindung, bei welcher dem Regler ein Sollwertsignal und ein der jeweiligen Stellung des Stellgliedes entsprechendes Istwertsignal zuführbar sind, dadurch, daß in einer automatisch ablaufenden Lern-Betriebsart derjenige Sollwert gespeichert wird, der bei Auftreten des Signals vorliegt.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Schaltungsanordnung besteht darin, daß bei der Leistungssteuerung einer Brennkraftmaschine dem elektromotorischen Antrieb je Stellrichtung ein längenmoduliertes Impulssignal zuführbar ist und daß die Länge derjenigen Impulse gemessen wird, welche eine Bewegung des Stellgliedes in Richtung auf eine Leerlaufstellung zur Folge haben. Dabei sind vorzugsweise zur Messung der Impulslänge ein Tiefpaß und zur weiteren Ableitung des Signals eine Schwellwertschaltung vorgesehen.
Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon ist schematisch in der Zeichnung als Blockschaltbild dargestellt und nachfolgend beschrieben.
Das Ausführungsbeispiel stellt eine sogenannte E-Gas-Anlage dar, bei welcher die Stellung eines Gas-Pedals 1 auf die Drosselklappe 11 einer ansonsten nicht dargestellten Brennkraftmaschine elektrisch übertragen wird. Dazu ist zunächst ein Wandler 2 vorgesehen, der die Winkelstellung des Gas-Pedals 1 in eine Spannung umwandelt, die einem Prozessor 3 zugeführt wird. Dort werden beispielsweise Funktionen wie eine automatische Geschwindigkeitsregelung oder eine Geschwindigkeitsbegrenzung durchgeführt. Diese Funktionen brauchen jedoch im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung nicht näher erläutert zu werden.
Eine wichtige Aufgabe des Prozessors 3 ist es jedoch, das dem Regler 4 zugeführte Sollwertsignal UW, das durch die Wirkung des anschließend beschriebenen Lageregelkreises einen Sollwert für die Stellung der Drosselklappe darstellt, auf denjenigen Wertebereich zu beschränken, der dem Stellbereich der Drosselklappe entspricht. Dieses muß insbesondere bei der Leerlaufstellung mit großer Genauigkeit erfolgen. Dazu wird in einer Lern-Betriebsart derjenige Sollwert UW, der bei Erreichen der Endstellung vorliegt, in einen nichtflüchtigen Speicher 5 eingeschrieben.
Von dem Sollwertsignal UW wird das Istwertsignal UX im Regler 4 subtrahiert und das Ergebnis entsprechend allgemeinen Lehren der Regelungstechnik verstärkt und gegebenenfalls zeitlich beeinflußt (integriert, differenziert usw.). Das Ausgangssignal des Reglers 4 - die Stellgröße - wird zwei Schaltungen 6, 7 zugeführt, von denen die Schaltung 6 nur positive Werte der Stellgröße des Reglers 4 weiterleitet, während die Schaltung 7 negative Werte der Stellgröße invertiert und positive Werte nicht weiterleitet. Die Ausgangsspannungen UA1 und UA2 der Schaltungen 6, 7 werden je einem Pulslängenmodulator 8, 9 zugeführt. Am Ausgang des Pulslängenmodulators 8 stehen somit Impulse an, deren Länge von der Höhe der Stellgröße abhängt, wenn diese positiv ist, während der Ausgang des Pulslängenmodulators 9 Impulse führt, deren Länge von der Stellgröße abhängig ist, wenn diese negativ ist. Die einen treten auf, wenn die Drosselklappe geöffnet werden soll, die anderen beim Schließen der Drosselklappe. Über eine im einzelnen nicht dargestellte Leistungsendstufe werden die Impulse dem elektromotorischen Antrieb 10 für die Drosselklappe 11 zugeführt.
Die jeweilige Winkelstellung der Drosselklappe wird von einem Stellungsgeber 12 in eine elektrische Spannung - das Istwertsignal UX - umgewandelt und dem Regler 4 zugeführt. An den Ausgang des Pulslängenmodulators 9 ist ferner ein Tiefpaß 13 angeschlossen, welcher einen Mittelwert aus den Impulsen bildet. Dieser wird einer Schwellwertschaltung 14 zugeführt, deren Ausgang das Signal S führt und mit einem Eingang des Prozessors 3 verbunden ist. Bei einer Lern-Betriebsart, die beispielsweise bei der erstmaligen Inbetriebnahme des Stellgliedes 11 durchgeführt wird, durchfährt das Sollwertsignal UW einen Wertebereich, der groß genug ist, um einen der Endstellung der Drosselklappe 11 entsprechenden Sollwert unter Berücksichtigung der Exemplarstreuungen der Drosselklappe 11 und des Gebers 12 mit Sicherheit zu erfassen.
Die Veränderung des Sollwertes erfolgt dabei langsam genug, um dynamische Einflüsse auszuschließen. Fährt dabei die Drosselklappe 11 gegen die Leerlauf-Endstellung, dann steigt die Länge der Impulse des Pulslängenmodulators 9 stark an. Dementsprechend steigt auch ihr Mittelwert, der durch den Tiefpaß 13 abgeleitet wird. Sobald dieser eine vorgegebene Schwelle überschreitet, wird im Prozessor 3 durch das Ausgangssignal S der Schwellwertschaltung 14 das Speichern des dann vorhandenen Sollwertes im nichtflüchtigen Speicher 4 sowie ein Beenden der Lern-Betriebsart veranlaßt.
Bei dem späteren Betrieb der Brennkraftmaschine wird das Sollwertsignal UW auf den abgespeicherten Wert begrenzt, so daß bei nicht betätigtem Gaspedal 1 die Leerlaufstellung zwar erreicht wird, der elektromotorische Antrieb jedoch nicht weiter angesteuert wird, um gegen den Anschlag zu arbeiten.
Entsprechende Maßnahmen können auch bei dem Vollast-Anschlag der Drosselklappe durchgeführt werden, wozu an den Ausgang des Pulslängenmodulators 8 ebenfalls ein Tiefpaß und eine Schwellwertschaltung anzuschließen wären und bei der Lern-Betriebsart ein weiterer Wert im nichtflüchtigen Speicher 4 zu speichern wäre.

Claims (4)

1. Schaltungsanordnung zum Betrieb eines Stellgliedes (11) mit einem durch mechanische Anschläge begrenzten Stellbereich, insbesondere zur Leistungssteuerung einer Brennkraftmaschine, wobei einem elektromotorischen Antrieb (10) von einem Regler (4) längenmodulierte Impulse zuführbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ableitung eines Signals (S) bei Erreichen mindestens einem der mechanischen Anschläge die Länge der Impulse messbar ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei dem Regler (4) ein Sollwertsignal (UW) und ein der jeweiligen Stellung des Stellgliedes (11) entsprechendes Istwertsignal (UX) zuführbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass in einer automatisch ablaufenden Lern-Betriebsart, die vor Inbetriebnahme des Stellgliedes (11) durchführbar ist, derjenige Sollwert gespeichert wird, der bei Auftreten des Signals (S) vorliegt.
3. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Leistungssteuerung einer Brennkraftmaschine dem elektromotorischen Antrieb (10) je Stelleinrichtung ein längenmoduliertes Impulssignal zuführbar ist und dass die Länge derjenigen Impulse messbar ist, welche eine Bewegung des Stellgliedes (11) in Richtung auf eine Leerlaufstellung zur Folge haben.
4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Messung der Impulslänge ein Tiefpass (13) und zur weiteren Ableitung des Signals (S) eine Schwellwertschaltung (14) vorgesehen ist.
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