DE4136650A1 - Steuereinrichtung fuer eine verstelleinrichtung in einem fahrzeug - Google Patents
Steuereinrichtung fuer eine verstelleinrichtung in einem fahrzeugInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für eine Verstellein
richtung in einem Fahrzeug.
Derartige Steuereinrichtungen für eine Verstelleinrichtung in Fahr
zeugen sind in verschiedenen Ausführungsformen aus dem Stand der
Technik bekannt. Beispielsweise zeigt die EP-A 2 85 868
(US-PS 48 23 749) eine solche Steuereinrichtung am Beispiel einer elektro
nischen Motorleistungssteuerung. Abhängig vom Fahrerwunsch im Fahr
betrieb bzw. einer vorgegebenen Solleerlaufdrehzahl im Leerlaufzu
stand wird mittels eines Stellelements, einem in Grob- und Fein
schritten betriebenen Schrittmotor, ein die Ansaugluft des Motors
beeinflussende Verstelleinrichtung, eine Drosselklappe, gesteuert.
Ein weiteres Beispiel für eine derartige Steuereinrichtung ist der
Veröffentlichung "Elektronische Motorsteuerung für Kraftfahrzeuge,
MTZ Motortechnische Zeitschrift 46 (1985), Heft 4′′ zu entnehmen.
Derartige Systeme haben den gravierenden Nachteil, daß im Falle von
Fehlern oder von Ausfall von Bauelementen das gesamte Steuersystem
außer Funktion gesetzt werden muß. Beim Beispiel einer elektroni
schen Motorleistungssteuerung führt dies aus Sicherheitsgründen da
zu, daß das Fahrzeug nicht mehr oder nur sehr stark eingeschränkt
verfügbar ist.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Steuereinrichtung für eine
Verstelleinrichtung in Fahrzeugen anzugeben, mit deren Hilfe die
Verfügbarkeit der Einrichtung auch bei Fehlern des Systems zumindest
in nur leicht eingeschränktem Umfang gewährleistet ist.
Dies wird dadurch erreicht, daß die Steuereinrichtung wenigstens
zwei voneinander unabhängig arbeitende Steuersysteme umfaßt, wobei
das erste Steuersystem das Stellelement zur Betätigung der Verstell
einrichtung in einem ersten Betriebszustand und das zweite Steuer
system dieselbe Verstelleinrichtung unabhängig vom ersten Steuersy
stem in einem zweiten Betriebszustand ansteuert, wobei Umschaltmit
tel vorgesehen sind, welche entweder das erste oder das zweite
Steuersystem aktivieren.
Die DE-OS 37 33 623 (US-A 49 09 213) zeigt ein Leerlaufstellglied
mit redundantem Antrieb. Dabei sind jeweils zwei unabhängig vonein
ander aufgebaute Wicklungen des Antriebs vorgesehen, welche über
zwei voneinander getrennte Leitungssysteme von zwei getrennten End
stufen angesteuert werden. Im Normalbetrieb werden von einer Rechen
einheit beide Endstufen angesteuert, die somit eine vollständige
Steuerung der Verstelleinrichtung gewährleisten. Im Fehlerfall einer
der Endstufen kann mittels der anderen über die Verstelleinrichtung
eingeschränkt verfügt werden. Bei Ausfall des Rechners ist das Sy
stem jedoch außer Funktion.
In der WO-A 89/07 859 ist ein Verfahren zur Ansteuerung eines
Schrittmotors zur Positionseinstellung innerhalb eines Schrittes
vorgeschlagen. Einen anderen Vorschlag zur Positionseinstellung von
Schrittmotoren wird in der Veröffentlichung "Methoden der
Feinpositionierung von Schrittmotoren im Bereich eines Schrittes,
Elektrie 28 (1974), Heft 4" verdeutlicht.
Aus der WO-A 88/05 570 ist eine Überwachungseinrichtung für ein
Steuersystem in Fahrzeugen bekannt, welches in der einfachsten Aus
führungsform einen sogenannten Watch-Dog zur Überwachung des Rechen
elements umfaßt, in weiteren Ausführungen wird eine Gesamtüberwa
chung des System anhand von Vergleichen von Soll- und Istwerten ver
schiedener Systemgrößen durchgeführt. Im Fehlerfall wird das Rechen
element zurückgesetzt.
Aus der EP-B 2 14 114 ist ein Stellungsgeber, ein sogenannter Resol
ver, bekannt, welcher die Stellung eines mit ihm verbundenen beweg
lichen Elements durch elektromagnetische Effekte erfaßt. Er erzeugt
dabei vorzugsweise zwei, die Stellung anzeigende Impulssignale, die
gegeneinander um 90 Grad verschoben sind.
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise sichert die Verfügbarkeit des
Fahrzeugs bzw. der Verstelleinrichtung auch im Fehlerfall.
Besonders vorteilhaft ist die Anwendung der erfindungsgemäßen Vorge
hensweise bei elektrischen Stellelementen, welche zwei galvanisch
getrennte Ansteuerwege bereitstellen. Dies gilt insbesondere für
Schrittmotoren, bei denen pro Ansteuerphase je zwei ansteuerbare
Wicklungen vorgesehen sind.
Vorteilhaft ist, die Steuereinrichtung derart auszugestalten, daß
zwei voneinander unabhängige, redundante Steuersysteme vorhanden
sind. Die redundante Auslegung der Steuersysteme (auch z. B. der
Spannungsversorgung) gewährleistet eine galvanisch getrennte An
steuerung der Verstelleinrichtung. Dies ist besonders in einem Feh
lerfall von Vorteil, da dadurch eine völlig unabhängige, zweite
Steuermöglichkeit eröffnet wird und somit im Fehlerfall, d. h. im Er
satzbetrieb die Verfügbarkeit sichergestellt ist.
Eine vollständige Redundanz ermöglicht, im Fehlerfall, d. h. im Er
satzbetrieb, gegebenenfalls auf Einschränkungen im Betrieb der
Steuereinrichtung zu verzichten.
Durch die Unabhängigkeit der Steuersysteme auch bezüglich der Über
wachung kann ein fehlerhaftes Steuersystem isoliert und abgeschaltet
werden. Insbesondere verringert diese Maßnahme den Aufwand erheb
lich, da auf gegenseitige Überwachungsmaßnahmen verzichtet werden
kann, ohne die Betriebssicherheit zu gefährden.
Besonders vorteilhaft ist die Anwendung bei elektronischen Motorlei
stungssteuerungen oder elektronischen Dieselregelungen, besonders da
diese Systeme aus Sicherheitsgründen vorteilhaft ohnehin mit Mehr
rechnersystemen ausgestattet werden müssen. Der zusätzliche Aufwand
für die erfindungsgemäßen Maßnahmen ist daher sehr gering.
Eine zusätzliche Vereinfachung ergibt sich bei der Realisierung des
zweiten Steuersystems derart, daß die Verstelleinrichtung direkt in
Abhängigkeit des Fahrerwunsches angesteuert wird, ohne das die Ver
fügbarkeit stark eingeschränkt werden muß.
Dabei ist vorteilhaft an den Einsatz von optischen Inkremental- bzw.
Inkrementgebern oder Resolvern als Fahrerwunscherfassungsorgan ge
dacht. Durch zusätzliche Schaltungsmaßnahmen kann vorteilhaft ein
Potentiometer auch bei dieser Konfiguration der Steuereinrichtung
verwendet werden.
Insbesondere kann durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise auf die
übliche, aufwendige Notfahrmechanik verzichtet werden.
Dabei ist ferner vorteilhaft, daß unter Verzicht auf ein zweites
Rechenelement der Aufwand für die Steuereinrichtung weiter sinkt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung darge
stellten Ausführungsformen erläutert.
Fig. 1 zeigt ein Blockschalt
bild einer Ausführungsform der Steuereinrichtung mit redundanten
Steuersystemen.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsge
mäßen Vorgehensweise, bei der das zweite Steuersystem vereinfacht
ausgeführt ist und der Fahrerwunsch durch einen, ein einziges Meß
signal erzeugenden Stellungsgeber erfaßt wird.
Fig. 3 zeigt bei
spielhaft eine Schaltungsanordnung zur Umsetzung des Stellungs
signals in Ansteuersignale für das Stellelement, die in Fig. 4 darge
stellt sind.
Fig. 5 zeigt schließlich eine Ausführungsform der er
findungsgemäßen Steuereinrichtung unter Verwendung von Stellungsge
bern zur Erfassung des Fahrerwunsches, welche zwei Meßsignale erzeu
gen.
Das erste Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 zeigt eine Ausführungs
form der Erfindung, bei der zwei zueinander redundante, unabhängige
Steuersysteme verwendet werden.
Die schematische Darstellung zeigt ein Stellelement 10, welches über
eine strichliert dargestellte mechanische Verbindung 12 mit einer
Drosselklappe 14 in einem Ansaugsystem 16 einer Brennkraftmaschine
verbunden ist. Die Drosselklappe 14 stellt dabei die zu steuernde
Verstelleinrichtung dar. In anderen Ausführungsformen kann es sich
anstelle der Drosselklappe 14 um die Regelstange einer Einspritz
pumpe, die steuerbare Klappe einer Klimaanlage, oder auch andere
elektrisch betätigbare Verstelleinrichtungen in einem Fahrzeug han
deln. Insbesondere ist die nachfolgend beschriebene Vorgehensweise
nicht auf die Anwendung bei Brennkraftmaschinen beschränkt, sondern
findet vorteilhaft auch Anwendung in Verbindung mit alternativen An
triebskonzepten, wie Elektroantrieben.
Das Stellelement 10 stellt dabei einen elektrischen Motor dar. Die
ser ist in einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ein
Schrittmotor (unipolar oder bipolar), der derart ausgestaltet ist,
daß pro Ansteuerphase je zwei Wicklungen vorhanden sind. Derartige
Schrittmotoren sind käuflich zu erwerben (z. B. escap PH 632).
Ein solcher Schrittmotor besteht im wesentlichen aus einem magneti
schen Rotor 18, der, direkt oder indirekt, mit der mechanischen Ver
bindung 12 und damit mit der Verstelleinrichtung 14 verbunden ist
sowie aus vier Ansteuerwicklungen 20 bis 26. Die Darstellung des
Schrittmotors ist in Fig. 1 lediglich schematisch. Die Anordnung
der Wicklungen 20 bis 26 wurde aus Übersichtlichkeitsgründen wie
dargestellt gewählt.
Der gezeigte Schrittmotor verfügt über zwei ansteuerbare Wicklungen
pro Phase. Dabei stellen z. B. die Wicklungen 20 und 24 eine erste,
die Wicklungen 22 und 26 eine zweite Ansteuerphase dar.
Im in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Wicklungen
20 und 22 mit einem ersten Ansteuerelement 28, die Wicklungen 24 und
26 mit einem zweiten Ansteuerelement 30 verbunden.
Eine Verbindungsleitung 32 verbindet das Ansteuerelement 28 mit dem
Anschlußpunkt 33 der Wicklung 20, während eine Verbindungsleitung 34
das Ansteuerelement 28 mit einem Anschlußpunkt 35 der Wicklung 20
verknüpft. Ebenso führt eine Anschlußleitung 36 vom Ansteuerelement
28 zum Anschlußpunkt 38 der Wicklung 22, während eine Verbindungs
leitung 40 vom Ansteuerelement 28 zum Anschlußpunkt 41 der Wicklung
22 führt. Analog verbindet eine Verbindungsleitung 42 das Ansteuer
element 30 mit dem Anschlußpunkt 44 der Wicklung 24 während der An
schlußpunkt 46 der Wicklung 24 durch eine Verbindungsleitung 48 mit
dem Ansteuerelement 30 verknüpft ist. Eine weitere Verbindungslei
tung 50 verknüpft das Ansteuerelement 30 mit dem Anschlußpunkt 52
der Wicklung 26, deren anderer Anschlußpunkt 54 über eine Verbin
dungsleitung 56 mit dem Ansteuerelement 30 verknüpft ist.
Die Ansteuerelemente 28 und 30 sind käuflich erwerbbar und können,
wie anhand Fig. 2 ausgeführt, aus mehreren Bauelementen bestehen.
Eine nähere Beschreibung der Ansteuerelemente wird im Rahmen von Fi
gur 2 vorgenommen.
Ein erstes Steuersystem besteht neben dem Ansteuerelement 28 unter
anderem aus einem ersten Rechenelement 58 sowie einer Überwachungs
einrichtung 60. Das Rechenelement 58 ist mit dem Ansteuerelement 28
über ein Bussystem 62 verbunden. Ferner führt eine Leitung 64 vom
Rechenelement 58 zur Überwachungseinrichtung 60, deren Ausgangslei
tung 66 zum Deaktivierungseingang 68 des Ansteuerelements 28 und zum
logischen Verknüpfungsglied 70 führt. Ferner werden dem Rechenele
ment 58 über die Eingangsleitungen 72 bis 74 von entsprechenden Meß
einrichtungen 76 bis 78 Betriebsgrößen des Motors und/oder des Fahr
zeugs zugeführt.
Das zweite, vom ersten unabhängig arbeitende Steuersystem ist in
vergleichbarer Weise aufgebaut. Neben dem Ansteuerelement 30 umfaßt
es ein zweites Rechenelement 80 sowie eine zweite Überwachungsein
richtung 82. Das Rechenelement 80 ist über ein Bussystem 84 mit dem
Ansteuerelement 30 verbunden. Eine weitere Ausgangsleitung 86 des
Rechenelements 80 führt zur Überwachungseinrichtung 82, deren Aus
gangsleitung 88 auf das logische Verknüpfungsglied 70 geführt ist.
Der Deaktivierungseingang 90 des Ansteuerelements 30 ist mit der
Ausgangsleitung 92 des logischen Verknüpfungsgliedes 70 beauf
schlagt. Ferner verfügt das Rechenelement 80 über Eingangsleitungen
94 bis 96, die dem Rechenelement von entsprechenden Meßeinrichtungen
97 bis 99 Betriebsgrößen des Motors und/oder des Fahrzeugs zuführen.
Je nach Ausführungsform sind die den Rechenelementen 58 und 80 zuge
führten Betriebsgrößen identisch und stammen von identischen Meßein
richtungen. In vorteilhaften Ausführungsformen können alle oder ein
Teil der Betriebsgrößen den Rechenelementen über ein Bussystem (z. B.
CAN) zugeführt werden. Vorzugsweise werden die folgenden Betriebs
größen erfaßt: Im Falle einer elektronischen Motorleistungssteuerung
z. B. die Fahrpedalstellung, die Stellung der Verstelleinrichtung 14,
die Motortemperatur, Motordrehzahl, Getriebeabtriebsdrehzahl,
und/oder Fahrgeschwindigkeit, etc.; im Falle einer Leerlaufregelung,
zusätzlich z. B. Batteriespannung, Getriebestellung etc., im Falle
einer Antriebsschlupfregelung z. B. die Radumdrehungsgeschwindigkei
ten. Dies gilt für das erste Steuersystem, während das zweite
Steuersystem bei vollständiger Redundanz die identischen Betriebs
größen zugeführt werden, in anderen Ausführungsbeispielen zur Ver
ringerung des Aufwands lediglich die zur entsprechenden Funktion un
bedingt notwendigen Betriebsgrößen (z. B. bei einer elektronischen
Motorleistungssteuerung Fahrpedalstellung und Stellung der Verstell
einrichtung).
Im Normalbetrieb wird z. B. im Falle einer elektronischen Motorlei
stungssteuerung vom Rechenelement 58 aus den zugeführten Betriebs
größen ein Sollwert für die Stellung der Verstelleinrichtung 14 er
rechnet, mit dem erfaßten (durch einen in Fig. 1, 2 und 5 nicht
dargestellten Stellungsgeber gemessenen oder anhand der Schritte ge
zählten) Istwert der Stellung der Verstelleinrichtung 14 in
Beziehung gesetzt und ein entsprechendes Ansteuersignal erzeugt, so
daß die Iststellung der Verstelleinrichtung 14 auf die Sollstellung
eingeregelt oder gesteuert wird. Eine entsprechende Ansteuersignal
größe wird von dem Rechenelement 58 über das Bussystem 62 zum An
steuerelement 28 übertragen, welches die Ansteuergröße in Ansteuer
signale zur Ansteuerung der Wicklungen 20 und 22 umsetzt. Zur Fein
einstellung ist ein sogenannter Mikroschrittbetrieb vorgesehen, wel
cher durch entsprechende Ausgestaltung des Rechenelements 58 erzeugt
wird. Geeignete Vorgehensweisen sind einem Fachmann aus dem Stand
der Technik bekannt. Die Überwachungseinrichtung 60 stellt im bevor
zugten Ausführungsbeispiel einen sogenannten Watch-Dog dar. Das
Rechenelement 58 erzeugt in vorbestimmten Zeitabschnitten Kontroll
impulse, die über die Leitung 64 der Überwachungseinrichtung 60 zu
geführt werden. Das Auftreten der Kontrollimpulse zeigt die Funk
tionsfähigkeit des Steuersystems an. Bei Ausbleiben dieser Kontroll
impulse erzeugt die Überwachungseinrichtung 60 auf ihrer Ausgangs
leitung 66 ein entsprechendes, einen Fehler des Rechenelements 58
anzeigendes Signal. Dieses wird dem Abschalteingang 68 des Ansteuer
elements 28 zugeführt. Dadurch wird dem Rechenelement 58 im Fehler
fall eine Ansteuerung der Verstelleinrichtung verboten. Gleichzeitig
kann das Rechenelement 58 von der Überwachungseinrichtung 60 über
eine nicht dargestellte Leitung zurückgesetzt, in seinen Ausgangszu
stand gebracht werden und ggf. neu gestartet werden.
Die Ausgangsleitung 66 der Überwachungseinrichtung 60 führt ferner
auf das logische Element 70. Dem logischen Verknüpfungselement 70
wird ferner die Ausgangsleitung 88 der zweiten Überwachungseinrich
tung 82 des zweiten Steuersystems zugeführt.
Dieses zweite Steuersystem zeigt eine zum ersten Steuersystem ver
gleichbare Funktionsweise. Auch hier erzeugt das Rechenelement 80
Kontrollimpulse, die über die Leitung 68 der Überwachungseinrichtung
82 zugeführt werden. Bei Ausbleiben dieser Impulse, das heißt im
Fehlerfall des Rechenelements 80 wird ein entsprechendes Signal über
die Ausgangsleitung 88 abgesetzt. Das Verknüpfungselement 70 ist der
art ausgestaltet, daß über die Leitung 92 dem Ausschalteingang 90
des Ansteuerelements 30 ein das zweite Steuersystem von der Ansteue
rung des Motors 10 entkoppelndes Signal zugeführt wird, wenn im Nor
malbetrieb das erste Steuersystem voll funktionsfähig ist oder beide
Steuersysteme defekt sind. Liegt ein Fehlerfall des ersten Steuersy
stems vor, und ist das zweite Steuersystem funktionstüchtig, wird
über die Leitung 92 und den Eingang 90 das Ansteuerelement 30
aktiviert, so daß dem zweiten Steuerelement in der oben anhand dem
ersten Steuerelement beschriebenen Funktionsweise die Steuerung des
Motors 10 und damit der Verstelleinrichtung 14 ermöglicht wird.
Dadurch wird je nach Betriebszustand der Steuereinrichtung zwischen
dem ersten und dem zweitem umgeschaltet. Besonders vorteilhaft ist
dabei auch, daß bei einem erneuten, fehlerfreien Arbeiten des ersten
Steuersystems nach einem Neustart auch während des Betriebs ein er
neutes Umschalten vom zweiten auf das erste, d. h. eine Rückkehr auf
die ursprüngliche Konfiguration, ermöglicht wird.
Die im wesentlichen vollständige galvanische Trennung der beiden
Steuersysteme ergibt in vorteilhafter Weise eine Realisierung eines
Redundanzkonzepts, das mit wenig Aufwand die Verfügbarkeit der ge
samten Steuereinrichtungen damit des Fahrzeugs erhöht. Da in sicher
heitskritischen Anwendungen ohnehin zwei Rechenelemente vorgesehen
sind (vgl. z. B. elektronische Motorleistungssteuersysteme), redu
ziert sich der Aufwand für das in Fig. 1 dargestellte System auf
die zusätzlichen Leitungen 66, 88 und 92 zum Ein- bzw. Ausschalten
der Ansteuerelemente 28 und 30. Das Ansteuern des Motors durch ein
defektes Steuersystem wird wirksam verhindert. Die Unabhängigkeit
der beiden Steuersysteme voneinander gewährleistet, daß nur das
funktionsfähige Steuersystem den Motor steuert und erhöht somit die
Betriebssicherheit.
Fig. 2 stellt ein weiteres, vorteilhaftes Ausführungsbeispiel des
obendargestellten Gedankens für eine elektronische Motorleistungs
steuerung (elektronisches Gaspedal) dar. Dabei werden die bereits
anhand Fig. 1 beschriebenen Elemente mit denselben Bezugszeichen
bezeichnet, ihre Funktion wird im folgenden nicht näher beschrieben,
sofern sie bereits anhand Fig. 1 dargestellt ist.
Der Grundgedanke, der dem vorteilhaften Ausführungsbeispiel nach Fi
gur 2 zugrundeliegt, ist, daß bei Normalbetrieb über das erste
Steuersystem, bestehend aus Rechenelement 58 und Ansteuerelement 28
eine bekannte Regelung bzw. Steuerung der Verstelleinrichtung 14 ab
hängig vom Fahrerwunsch durchgeführt wird, während im Fehlerfall des
ersten Steuersystems eine direkte Steuerung der Verstelleinrichtung
14 ausschließlich abhängig vom Fahrerwunsch vorgenommen wird.
Das Ansteuerelement 28 besteht aus drei Bauelementen, einem Schritt
motor-Controller 100 sowie zwei Ansteuerschaltungen 102 bzw. 104 für
die Wicklungen 22 bzw. 20. Derartige Bauelemente sind käuflich er
werbbar (Schrittmotor-Controller 100: z. B. L6217 der Fa.
SGS-Thompson, Ansteuerschaltungen 102 bzw. 104 (H-Brücke): z. B.
L6203 der Fa. SGS-Thompson). Das Rechenelement 58 ist über ein Da
tenbussystem 106 sowie über einen Steuerbus 108 mit dem Schrittmo
tor-Controller 100 verbunden. Die Ausgangsleitungen 110 und 112 des
Schrittmotor-Controllers 100 verbinden diesen der Ansteuerschaltung
104 zur Steuerung der Wicklung 20 (erste Ansteuerphase), während die
Ausgangsleitungen 114 und 116 des Schrittmotor-Controllers 100 die
sen mit der Ansteuerschaltung 102 zur Steuerung der Wicklung 22
(zweite Ansteuerphase) verknüpfen.
Die Ausgangsleitungen der Ansteuerleitungen 104 sind die Leitungen
32 und 34, die der Ansteuerschaltung 102 die Leitungen 36 und 40.
Die Ansteuerschaltungen 102 bzw. 104 verfügen über einen Deaktivie
rungseingang 118 bzw. 120 ("enable"Eingang). Diese sind mit der
Ausgangsleitung 66 der Überwachungseinrichtung 60 verbunden. Eine
weitere Ausgangsleitung 122 der Überwachungseinrichtung 60. die in
Fig. 1 nicht dargestellt ist, verbindet diese mit dem Rechenelement
58.
Die Ausgangsleitung 66 der Überwachungseinrichtung 60 führt ferner
auf ein logisches Verknüpfungsglied 124, vorzugsweise einen Inver
ter, dessen Ausgangsleitung 126 auf das Ansteuerelement 30 des zwei
ten Steuersystems geführt ist.
Ferner ist in Fig. 2 ein vom Fahrer betätigbares Bedienelement 128
dargestellt, insbesondere ein Fahrpedal, welches über eine mechani
sche Verbindung 130 mit einem Stellungsgeber 132 verbunden ist. Die
ser Stellungsgeber stellt in einem Ausführungsbeispiel ein Potentio
meter dar, in anderen Ausführungsbeispielen kann es sich um berüh
rungslose Sensoren, insbesondere die anhand Fig. 4 dargestellten
optischen Lagegeber bzw. Resolver, handeln. Das Meßsignal des Stel
lungsgebers 132 wird über die Ausgangsleitung 134 einerseits dem
Rechenelement 58, andererseits einer Schaltung 136 zugeführt. Die
von den Meßeinrichtungen 76 bis 78 erfaßten Betriebsgrößen sind mit
Ausnahme der Fahrpedalstellung die anhand Fig. 1 beschriebenen.
Das Ansteuersystem 30 ist gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1einfacher aufgebaut. Es besteht im wesentlichen aus zwei An
steuerschaltungen 138 und 140, die in vorteilhafter Weise vom selben
Typ sind wie die Ansteuerschaltungen 102 und 104. Ferner umfaßt das
Ansteuerelement 30 zwei einfache Schrittmotortreiber 142 und 144,
jeder für eine Phase, die ebenfalls käuflich erwerbbar sind (z. B.
TEA 3717 der Fa. SGS-Thompson). Von der Schaltungsanordnung 136
führt eine erste Leitung 146 zum ersten Treiber 142, während eine
zweite Leitung 148 zum zweiten Treiber 144 führt. Die Leitungen 150
und 152 verbinden den Treiber 142 und die Ansteuerschaltung 140 zur
Ansteuerung der zweiten Phase, der Wicklung 26. Die Leitungen 154
und 156 verbinden den Treiber 144 mit der Ansteuerschaltung 138 zur
Ansteuerung der ersten Phase, der Wicklung 24. Analog zum Ansteuer
element 28 ist die Leitung 126, die Ausgangsleitung des Ver
knüpfungselements 124 auf die "enable"-Eingänge 158 bzw. 160 der An
steuerschaltungen 138 bzw. 140 geführt.
Im Normalbetrieb wird der vom Stellungsgeber 132 und über die Lei
tung 134 an das Rechenelement 158 ermittelte Fahrerwunsch abgegeben.
Dort wird der ermittelte Wert des Fahrerwunsches ggf. mit anderen
Betriebsgrößen verknüpft und ein entsprechendes Ansteuersignal ge
bildet. Bestimmbare Parameter sind dabei Impulszahl und Phase, im
Mikroschrittbetrieb zusätzlich der Ansteuersignalpegel (Ansteuer
strom). Die Ansteuersignalwerte werden dabei derart bestimmt, daß
die Verstelleinrichtung 40 so eingestellt wird, daß das Betriebsver
halten des Fahrzeugs dem erfaßten Fahrerwunsch entspricht. Vorzugs
weise wird die Stellung der Verstelleinrichtung erfaßt und mit der
(Soll-)Stellung des Bedienelements in Beziehung gesetzt. Die Bildung
des Ansteuersignals findet dann im Rahmen einer Lageregelung oder
einer gesteuerten Positionierung der Verstelleinrichtung statt.
Die Ansteuersignalwerte werden über den Datenbus 106 bzw. den
Steuerbus 108 an den Schrittmotor-Controller 100 abgegeben. Der ent
sprechende Ansteuersignale für die erste und zweite Phase bildet.
Der Schrittmotor-Controller 100 erzeugt dabei auf seinen Ausgangs
leitungen 110 bis 116 Impulssignale, deren Zahl und Phase zueinander
sowie deren Signalpegel für einen Mikroschrittbetrieb entsprechend
vorgegeben sind. Die Ansteuerschaltungen 102 und 104 setzen die An
steuersignale des Schrittmotor-Controllers durch Schließen der ent
sprechenden Diagonal-Transistoren der H-Brücke zur Bestromung der
jeweiligen Wicklung in der vorgegebenen Durchflußrichtung um. Auf
diese Weise werden die Wicklungen 20 und 22 derart beströmt, daß die
Verstelleinrichtung schrittweise auf die entsprechende Position ge
führt und eingestellt wird.
Im Normalbetrieb erkennt die Überwachungseinrichtung 60 anhand der
Kontrollimpulse, die vom Rechenelement 58 über die Leitung 64 über
mittelt werden, die korrekte Funktion des ersten Steuersystems. Da
durch wird auf der Leitung 66 ein entsprechender Signalpegel einge
nommen, der die "enable"-Eingänge 118 und 120 derart beaufschlagt,
daß die Ansteuerschaltungen 102 und 104 aktiv sind. Ferner wird
durch Invertierung im Element 124 auf der Leitung 126 ein Signalpe
gel erzeugt, der die "enable"-Eingänge 158 und 160 der Ansteuer
schaltungen 138 und 140 des zweiten Steuersystems derart beauf
schlagt, daß diese Ansteuerschaltungen inaktiv, das heißt abge
schaltet sind.
Im Fehlerfall erkennt die Überwachungsschaltung 60 anhand des Aus
bleibens bzw. der nicht korrekten Kontrollimpulse des Rechenelements
58 den Fehlerfall des ersten Steuersystems, und gibt über die Lei
tung 66 einen entsprechenden Signalpegel aus, während über die Lei
tung 122 das Rechenelement 58 zurücksetzt und gegebenenfalls neu ge
startet wird. Durch die Änderung des Signalpegels und der Leitung 66
wird den "enable"-Eingängen 118 und 120 der Ansteuerschaltungen 102
und 104 ein Signal zugeführt welches diese Ansteuerschaltungen de
aktiviert, das heißt abschaltet. Infolge des Inverters 124 entsteht
im Fehlerfall des ersten Steuersystems auf der Leitung 126 ein
Signalpegel, der die "enable"-Eingänge 160 und 158 der Ansteuer
schaltungen 140 und 138 derart beaufschlagt, daß diese aktiviert,
das heißt eingeschaltet werden.
Durch diese Maßnahmen wird im Fehlerfall des ersten Steuersystems
dieses abgeschaltet, das heiß der fehlerhaft arbeitende Rechner 58
wird von der Kontrolle der Verstelleinrichtung abgekoppelt, während
das zweite Steuersystem zur Sicherstellung der Verfügbarkeit einge
schaltet wird. Dies entspricht der oben dargestellten Umschaltung.
Die Ansteuerelemente 142 und 144 steuern jeweils eine Wicklung, das
heißt eine Ansteuerphase, des Schrittmotors 10. Dazu muß den An
steuerelementen zwei Impulssignale, welche um 90 Grad phasenverscho
ben sind, zugeführt werden. Die Schaltung 136 setzt, wie anhand Fi
gur 3 beschrieben, das vom Stellungsgeber 132 erfaßte und von der
Leitung 134 übermittelte Fahrerwunschsignal in zwei derartige Im
pulssignale um. Die auf den Leitungen 146 und 148 entsprechend der
Fahrpedalstellung erzeugten Impulssignale werden von den Elementen
142 und 144 in Ansteuersignale für die Wicklungen 26 bzw. 24 umge
setzt. Diese Ansteuersignale werden über die Leitungen 150 bis 156
an die Ansteuerschaltungen 138 bzw. 140 geführt welche den Strom
durch die Wicklungen 26 und 24 steuern.
Das zweite Steuersystem stellt in vereinfachter Weise eine Steuerung
der Verstelleinrichtung 14 in Abhängigkeit der Fahrpedalstellung
dar. Auf einen Mikroschrittbetrieb wird dabei aus Aufwandsgründen
verzichtet. Dadurch, daß der Motor 10 derart ausgestaltet ist, daß
mit beiden Steuersystemen das volle Drehmoment des Motors erreichbar
ist, ist die Verfügbarkeit des Fahrzeugs uneingeschränkt erhalten,
selbst wenn das erste Steuersystem ausfällt.
Fig. 3 zeigt ein Prinzipschaltbild der Schaltung 136. Eine solche
Schaltung kommt zum Einsatz, wenn der Stellungsgeber 132 ein einzi
ges oder zwei gleichartige (z. B. Doppelpotentiometer) Meßsignale,
von denen z. B. eines zu Steuerungszwecken, das andere zu Überwa
chungszwecken dienen kann, erzeugt. Die Schaltung 136 besteht im we
sentlichen aus einem Analog-/Digital-Wandler 200, einem Inverter 202
sowie einem Flip-Flop 204. Dem Analog-/Digital-Wandler 200 werden
die Leitung 134, das Stellungsmeßsignal sowie über die Leitung 206
die Versorgungsspannung des Systems als Referenz zugeführt. Dieser
Wandler setzt die Meßsignalgröße in einen entsprechenden Zählerstand
um (Sägezahnverfahren), der über die Ausgangsleitungen 208 und 210
in Form von Impulsen ausgegeben wird. Dabei entspricht die
Ausgangsleitung 208 der Ausgangsleitung 146 der Schaltung 136 und
das Impulssignal des A/D-Wandlers bildet das Ansteuersignal der er
sten Phase. Das gleichartige Ausgangssignal auf der Leitung 210 wird
durch den Inverter 202 invertiert und dem Takteingang des Flip-Flops
204 zugeführt. Durch die Rückführung des komplementären Ausganges
auf den Setz-Eingang des Flip-Flops entsteht am Ausgang Q ein um 90
Grad gegenüber dem Signal auf der Leitung 208 phasenverschobenes
Impulssignal. Die Ausgangsleitung 216 des Flip-Flops bildet die Aus
gangsleitung 148 der Schaltung 136 und das entsprechende Impuls
signal stellt das Ansteuersignal der zweiten Phase dar.
Andere Ausführungsformen dieser Umsetzung in anderen Ausführungs
beispielen sind ebenso wie die Verwendung von berührungslosen Senso
ren mit den obigen Eigenschaften als Teil der Erfindung zu betrach
ten.
Fig. 4 zeigt beispielhaft den zeitlichen Signalverlauf der auf den
Leitungen 146 und 148 geführten Ansteuersignale. Dabei ist waagrecht
die Zeit, senkrecht der Signalpegel aufgetragen. Die durchgezogene
Linie zeigt die auf der Leitung 146 geführte Ansteuersignalgröße für
die erste Phase (A), der strichliert dargestellte Signalverlauf
zeigt die auf der Leitung 148 geführten Ansteuersignal für die zwei
te Ansteuerphase (B).
Fig. 5 zeigt eine dritte Ausführungsform der Erfindung, die im we
sentlichen der in Fig. 2 dargestellten entspricht mit der Ausnahme,
daß ein Stellungsgeber verwendet wird, der als Stellungsmeßsignal 2
zueinander phasenverschobene Impulssignale gemäß Fig. 4 erzeugt.
In Fig. 5 sind die anhand von Fig. 2 beschriebenen Elemente mit
denselben Bezugszeichen bezeichnet. Auf ihre Funktionsweise wird im
folgenden nicht mehr eingegangen, sondern auf Fig. 2 und die zuge
hörige Beschreibung verwiesen.
Der Stellungsgeber 300 der über die mechanischen Verbindung 130 mit
dem Bedienelement 128 verbunden ist, stellt z. B. einen optischen In
krementalgeber dar, der auf zwei Meßkanälen impulsförmige, gegenein
ander phasenverschobene Signale erzeugt. Das Meßsignal der ersten
Phase wird über die Leitung 302 einerseits an das Rechenelement 58,
andererseits an das Ansteuerelement 30, dort direkt auf den Treiber
142 geführt. Der zweite Meßkanal wird über die Leitung 304 einer
seits ebenfalls an einen anderen Eingang des Rechenelements 58, an
dererseits an das Ansteuerelement 30, dort direkt auf den Treiber
144 geführt.
Der digitale Winkelinkrementgeber 300 erzeugt zwei um 90 Grad ver
setzte Impulssignale (ein Beispiel für einen derartigen Winkelinkre
mentgeber ist ein optischer Inkrementgeber mit Lochscheibe der Firma
HP mit der Bezeichnung HEDS-9040/9140). Vorteilhaft ist es, wenn die
Auflösung des Inkrementgebers genau der Winkelauflösung des Schritt
motors entspricht.
Im normalen Fahrbetrieb gibt das Rechenelement 58 über den Datenbus
106 die Information über Ansteuerstrom und Phase entsprechend der
Verknüpfung aus der Stellung des Bedienelements 128 mit den anderen,
über die Leitungen 72 bis 74 zugeführten Eingangsgrößen an den
Schrittmotor-Controller 100. Dieser steuert die Ansteuerschaltungen
102 und 104 derart an, daß der Schrittmotor 10 die vorgegebene Posi
tion einnimmt. Stellt die Überwachungseinrichtung 60 ein Fehlverhal
ten dieses Steuersystems dar, werden die Ansteuerschaltungen 102 und
104 abgeschaltet. Das invertierte Abschaltsignal aktiviert die re
dundanten Ansteuerschaltungen 138 und 140, die dann den Schrittmotor
über das zweite Wicklungspaar 24 und 26 betreiben. Dabei werden die
se direkt vom Inkrementalgeber und somit vom Bedienelement ange
steuert. Bei jeder Inkrementänderung am Stellungsgeber 300 führt der
Schrittmotor einen Vollschritt aus. Ist die Auflösung des Stellungs
gebers am Bedienelement 128 gleich der Vollschrittweite des
Schrittmotors 10, so folgt die Verstelleinrichtung 14 exakt der
Änderung des Bedienelements 128.
Dadurch wird auf einfache Art ein Notfahrbetrieb ohne Notfahrmecha
nik realisiert. Insbesondere vorteilhaft ist, daß das zweite Steuer
system keinerlei intelligente Komponenten, wie Rechenelemente etc.,
benötigt. Dadurch wird der Aufwand für eine derartige Steuereinrich
tung erheblich reduziert.
Anstelle eines optischen Inkrementalgebers kann in einem anderen
Ausführungsbeispiel in vorteilhafter Weise auch ein sogenannter
Resolver Verwendung finden, der ebenfalls zwei um 90 Grad verschobe
ne Impulssignale als Stellungssignale erzeugt.
Claims (10)
1. Steuereinrichtung für eine Verstelleinrichtung in einem Fahrzeug,
- - mit einem elektrisch betätigbaren Stellelement zur Betätigung der Verstelleinrichtung,
- - mit einem ersten Steuersystem zur Ansteuerung des Stellelements in einem ersten Betriebszustand,
- - mit einem zweiten vom ersten Steuersystem unabhängig arbeitenden Steuersystem zur Ansteuerung desselben Stellelements unabhängig vom ersten Steuersystem in einem zweiten Betriebszustand,
- - wobei Umschaltmittel vorgesehen sind, die zwischen dem ersten und dem zweiten Steuersystem auswählen.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
elektrisch betätigbare Stellelement ein Schrittmotor ist, der pro
Ansteuerphase wenigstens je zwei Wicklungen aufweist, wobei die
Wicklungen galvanisch getrennt sind.
3. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß das erste und das zweite Steuersystem vergleichbar
aufgebaut sind und zueinander redundant sind und vorzugsweise gal
vanisch getrennt sind.
4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß das zweite Steuersystem derart ausgestaltet ist,
daß das Stellelement direkt in Abhängigkeit des durch eine Meßein
richtung erfaßten Fahrerwunsches erfolgt, wobei die Steuersysteme
vorzugsweise galvanisch getrennt sind.
5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß Überwachungsmittel für wenigstens das erste
Steuersystem vorgesehen sind, welche bei erkanntem Fehler das erste
Steuersystem von der Ansteuerung des Stellelements abkoppeln und das
zweite aktivieren zur Ansteuerung des Stellelements, wobei der erste
Betriebszustand der Normalbetrieb, der zweite Betriebszustand den
Ersatzbetrieb bezeichnet.
6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß Überwachungsmittel für das erste und zweite
Steuersystem vorgesehen sind, wobei im Fehlerfall des ersten Steuer
system auf das zweite, bei Neustart unter korrekter Funktion des er
sten Steuersystem auch während des Betriebs wieder auf das erste um
geschaltet wird, im Fehlerfall von beiden Steuersystemen die Steuer
einrichtung abgeschaltet ist.
7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Fahrerwunsch durch einen Stellungsgeber am ei
nem vom Fahrer betätigbaren Bedienelement erfaßt wird, wobei es sich
bei dem Stellungsgeber um Meßeinrichtung, die ein einziges oder
gleichartige Meßsignal erzeugen wie Potentiometer, oder um Geber,
die wenigstens zwei zueinander phasenverschobene, impulsförmige
Signale erzeugen, wie optische Inkrementalgeber oder Resolver, han
delt.
8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Meßsignale eines Inkrementalgebers direkt den
Ansteuerelementen des zweiten Steuersystems zugeführt werden, das
Meßsignal z. B. eines Potentiometers ausgewertet wird zur direkten
Ansteuerung der Ansteuerelemente.
9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Auflösung des Inkrementgebers/Resolver der
Auflösung des Schrittmotors entspricht, so daß die Verstelleinrich
tung dem Fahrerwunsch exakt nachgeführt wird.
10. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Verstelleinrichtung eine Drosselklappe oder
eine Einspritzpumpe bzw. ein Einspritzventil ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914136650 DE4136650A1 (de) | 1991-11-07 | 1991-11-07 | Steuereinrichtung fuer eine verstelleinrichtung in einem fahrzeug |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914136650 DE4136650A1 (de) | 1991-11-07 | 1991-11-07 | Steuereinrichtung fuer eine verstelleinrichtung in einem fahrzeug |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4136650A1 true DE4136650A1 (de) | 1993-05-13 |
Family
ID=6444277
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19914136650 Withdrawn DE4136650A1 (de) | 1991-11-07 | 1991-11-07 | Steuereinrichtung fuer eine verstelleinrichtung in einem fahrzeug |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4136650A1 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4313993A1 (de) * | 1992-04-28 | 1993-11-04 | Mitsubishi Electric Corp | Leistungsuebertragungs-steuersystem fuer eine brennkraftmaschine eines motorfahrzeugs |
DE19531923B4 (de) * | 1995-08-16 | 2004-05-06 | Siemens Ag | Einrichtung zur Realisierung von safe-life-Funktionen |
-
1991
- 1991-11-07 DE DE19914136650 patent/DE4136650A1/de not_active Withdrawn
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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