DE4136650A1 - Steuereinrichtung fuer eine verstelleinrichtung in einem fahrzeug - Google Patents

Description

Stand der Technik

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.

Vorteile der Erfindung

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.

Zeichnung

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.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

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.