DE4336038A1 - Verfahren zum Betreiben einer Drosselklappen-Verstelleinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben einer Verstelleinrichtung für die Drosselklappe einer Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug, mit der die Drossel­ klappe einerseits von einem Fahrpedal und andererseits durch einen elektromotorischen Stellantrieb gegen die Kraft einer Rückstellfeder in Öffnungsrichtung verstellbar ist und bei der ein erstes Potentiometer zur Erzeugung eines die Drosselklappenstellung repräsentierenden Signals und ein zweites Potentiometer zur Erzeugung eines die Stellung des Stellantriebs repräsentierenden Signals sowie eine elektronische Steuereinrichtung zur Verarbeitung dieser und anderer Signale und zur Ansteuerung des Stellantriebs vorgesehen ist.

Derartige Verstelleinrichtungen werden zum einen für eine automatische Leerlaufregelung und zum anderen für die selbsttätige Einhaltung einer vorgegebenen Fahrgeschwindig­ keit eingesetzt. In beiden Fällen erfolgt dabei die Ver­ stellung der Drosselklappe bei völlig entlastetem Fahrpedal durch die elektronische Steuereinrichtung und den elektro­ motorischen Stellantrieb nach Maßgabe des jeweiligen Leer­ lauf-Leistungsbedarfs bzw. des Unterschieds zwischen tatsächlicher und vorgegebener Fahrzeuggeschwindigkeit.

Werden derartige Verstelleinrichtungen nur für die Leer­ laufregelung benutzt, kann man den Stellbereich des elek­ tromotorischen Stellantriebs in einfacher Weise durch einen mechanischen Anschlag in Öffnungsrichtung begrenzen. Damit ist sichergestellt, daß bei einem Fehler im Stellantrieb, im zugehörigen Potentiometer oder in der elektronischen Steuereinrichtung die Drosselklappe elektromotorisch höchstens bis zu diesem Anschlag geöffnet werden kann. Wer­ den die Verstelleinrichtungen jedoch für die selbsttätige Einhaltung einer vorgegebenen Geschwindigkeit benutzt, muß sich der Stellbereich des elektromotorischen Stellantriebs über den gesamten Stellbereich der Drosselklappe von einer Position kleinster Leerlaufleistungen LL_min, über eine Position für größte Leerlaufleistung LL_max bis in die Vollastposition VL erstrecken. Bei einem Fehler ist also eine unbeabsichtigte Verstellung der Drosselklappe bis in sicherheitstechnisch relevante Bereiche möglich.

Zur Vermeidung derartiger Risiken sind bereits verschiedene Vorschläge gemacht worden. So kann man beispielsweise Sicherheitskontakte vorsehen, die bestimmten Positionen des Fahrpedals, des elektromotorischen Stellantriebs oder der Drosselklappe zugeordnet sind und die entweder allein oder in Verbindung mit den Signalwerten der Potentiometer Plau­ sibilitätsprüfungen ermöglichen, die bei Feststellung eines Fehlers ein Abschalten des elektromotorischen Stellantriebs, zumindest aber eine Verstellung der Drosselklappe in Schließrichtung bewirken (vgl. EP 0 369 061 B1, DE 39 00 437 C1).

Da die Sicherheitskontakte selbst aber eine neue Fehler­ quelle darstellen und da sie wegen der hohen Qualitätsan­ sprüche verhältnismäßig teuer und nur mit erheblichem Auf­ wand justierbar sind, ist man bestrebt, die Sicherheitspro­ bleme preiswerter und einfacher zu lösen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Mög­ lichkeit aufzuzeigen, mit der sicherheitstechnisch relevante Fehler der Potentiometer-Signale mit möglichst geringem Aufwand festgestellt werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß die Funktionsfähigkeit der Potentiometer in vorgebbaren Zeitabständen periodisch überprüft wird, indem der Stellantrieb aus der momentanen Position wenigstens einmal in Schließrichtung und zurück in die momentane Position verstellt wird, wenn die Drosselklappe sich im Stellbereich oberhalb der maximalen Leerlaufposition befindet, und daß aus einer gleichsinnigen Bewegung des Stellantriebs und der Drosselklappe auf die Fehlerhaftigkeit eines der beiden Potentiometer-Signale geschlossen wird.

Eine Fehlanzeige eines Potentiometers liegt vor, wenn das elektrische Rückmeldesignal nicht mehr die Position der Drosselklappe bzw. des Stellantriebs repräsentiert. Da es höchst unwahrscheinlich ist, daß gleichzeitig beide Potentiometer eine Fehlanzeige erzeugen, sind insgesamt vier Fehlermöglichkeiten realistisch. Jedes der beiden Potentiometer kann eine gegenüber den tatsächlichen Verhältnissen zu hohe oder zu niedrige Position anzeigen. Wie noch gezeigt wird, ist davon nur der Fall sicherheitstechnisch relevant, daß das zweite Potentiometer eine zu niedrige Position des Stellantriebs anzeigt. Wenn das erste Potentiometer eine zu hohe Position anzeigt, kann sich keine gefährliche Fahrsituation ergeben. Dieser Fehler ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren von dem zuvor genannten Fehler allerdings nicht zu unterscheiden. Zugunsten der Einfachheit des Prüfungsverfahrens nimmt man jedoch in Kauf, daß auch nicht kritische Fehlanzeigen zu den in den Ansprüchen 4 bis 6 genannten Konsequenzen führen können.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Überwachung der Potentiometer ohne großen Aufwand durchgeführt werden. Oberhalb der maximalen Leerlaufposition der Drosselklappe bzw. gemäß Anspruch 2, wenn die Differenz der Signalwerte aus dem ersten und zweiten Potentiometer einen vorgebbaren Betrag überschreitet, wird der Stellantrieb im Rahmen eines besonderen Prüfprogramms aus der momentanen Position wenigstens einmal in Schließrichtung und wieder zurück in die momentane Position verstellt. Die Bedingungen für die Einleitung des Überwachungsverfahrens besagen, daß die Drosselklappe vom Fahrpedal in Öffnungsrichtung verstellt wurde und daß der elektromotorische Stellantrieb keine Verstellung der Drosselklappe bewirken kann. Wird nunmehr der elektromotorische Stellantrieb wenigstens einmal, vorzugsweise bis zu fünfmal aus der momentanen Position in Schließrichtung und wieder zurück in die momentane Position verstellt, dann kann man aus dem Umstand, daß die Drosselklappe während dieses Überwachungsprogramms gleichsinnig verstellt wird, schließen, daß entweder das Drosselklappen-Potentiometer eine hohe oder das Stellantriebs-Potentiometer eine zu niedrige Position anzeigt.

Mit anderen Worten, immer dann, wenn sich aus den Potentio­ metersignalen ergibt, daß die Drosselklappe am Fahrpedal hängt, wird überprüft, ob die Drosselklappe auf eine Bewe­ gung des elektromotorischen Stellantriebs reagiert. Erfolgt keine Reaktion, so kann man davon ausgehen, daß die Poten­ tiometer richtig anzeigen, bewegt sich jedoch die Drossel­ klappe gleichsinnig mit dem Stellantrieb, muß eine Fehlan­ zeige vorliegen. Die vorgeschlagene Lösung erfordert keine Sicherheitskontakte oder sonstige Bauteile. Sie beruht allein auf einem besonderen Prüfprogramm, aus dessen Ergebnis die notwendigen Schlüsse gezogen werden können.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfin­ dungsgedankens sind in den Unteransprüchen 2 bis 8 beschrieben. Weitere Einzelheiten werden anhand des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in vereinfachter Darstellung eine Verstell­ einrichtung zur Durchführung des erfindungsge­ mäßen Verfahrens.

Für die Erläuterung der Funktionen von Drosselklappen-Ver­ stelleinrichtungen wird seit einiger Zeit die sogenannte Lineardarstellung gewählt, bei der die zur Änderung der Drosselklappenstellung erforderliche Drehbewegung in eine Linearbewegung umgewandelt ist, um das Verständnis der zum Teil sehr komplizierten Zusammenhänge zu verbessern. Dazu werden konstruktive Details zugunsten einer Hervorhebung der Funktionen unterdrückt.

Gemäß Fig. 1 kann der mit der Drosselklappenwelle drehfest verbundene Hebel 10 von links nach rechts, d. h. in Öff­ nungsrichtung der Drosselklappe 1 entweder vom Fahrpedal 2 über den Hebel 2a, den Seilzug 12 und den Mitnehmerhaken 11 oder aber vom Stellantrieb 3 über das Getriebe 8 und den Hebel 9 unter Spannung der Rückstellfeder 4 mitgenommen werden. Die "oder-Bedingung" ist durch mechanische Entkopp­ lung realisiert. Wird die Drosselklappe 1 vom Fahrpedal 2 mitgenommen, bleibt der Hebel 9 in der dargestellten Posi­ tion. Wird die Drosselklappe 1 vom Stellantrieb 3 mitgenom­ men, bleibt der Mitnehmerhaken 11 in der dargestellten Position. Die dargestellte Drosselklappenposition wird unter dem Einfluß einer Notlauffeder 18 eingenommen, wenn das Fahrpedal 2 völlig entlastet und der Stellantrieb 3 stromlos geschaltet ist.

Aus Sicherheitsgründen wird zur Rückstellfeder 4 eine gleichwirkende zweite Rückstellfeder 4a vorgesehen. Die Federn 4b und 4c sorgen dafür, daß der Hebel 9 bzw. der Mitnehmerhaken 11 eine definierte Ruhelage einnehmen. Die Federn 4, 4a, 4b sind insgesamt schwächer als die Notlauf­ feder 18. Letztere kann vom Stellantrieb 3 in Schließrich­ tung gespannt werden. Sie sorgt in Verbindung mit den Federn 4, 4a und 4b dafür, daß die Drosselklappe 1 bei Aus­ fall des Stellantriebs 3 eine definierte Notlaufposition einnimmt. Der Stellbereich des Hebels 10 ist durch einen Anschlag 13 für minimale Leerlaufleistung und einem Anschlag 14 für Vollast begrenzt. Das gleiche gilt für die Anschläge 15 und 16 mit Bezug auf den Hebel 2a des Fahrpe­ dals 2.

Die im Rahmen 17 untergebrachten Teile werden üblicherweise als Baueinheit ausgeführt, die über Leitungen mit einer elektronischen Steuereinrichtung 7 in Verbindung steht.

Dem Hebel 9 des Stellantriebs 3 ist ein Potentiometer 6 und der Drosselklappe 1 ist ein Potentiometer 5 zugeordnet.

Arbeiten beide Potentiometer 5, 6 ordnungsgemäß, läßt sich aus ihren Signalen S₅, S₆ folgendes ablesen:

S₅ S₆: Hebel 9 liegt nicht am Hebel 10 an; die Drosselklappe 1 hängt am Fahrpedal 2.
S₅= S₆: Hebel 9 liegt am Hebel 10 an; die Drossel­ klappe 1 hängt am Stellantrieb bzw. sie ist geschlossen.
S₅ S₆: Dies kann nur eine Fehlanzeige sein, weil der Hebel 9 den Hebel 10 nicht durchdringen kann.
S₅ K: Ist die elektronische Steuereinrichtung nicht auf "Einhalten einer gegebenen Geschwindigkeit" geschaltet, kann aus dem Vergleich von S₅ mit einem bestimmten Grenzwert K geschlossen werden, daß die Drosselklappe 1 sich nicht mehr im Leerlauf­ bereich befindet, also nicht mehr am Stell­ antrieb 3, sondern am Fahrpedal 2 hängt.

Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, daß bei S₅ K oder S₅ S₆ eine Prüfroutine durchgeführt wird, um eine eventuelle Fehlanzeige eines der Potentiometer festzustellen. Dabei sind noch kritische und unkritische Fehlanzeigen zu unter­ scheiden.

Zeigt das Potentiometer 6 verglichen mit der tatsächlichen Stellung des Stellantriebs 3 einen zu hohen Wert an, wird der Stellantrieb in Schließrichtung angesteuert. Das kann dazu führen, daß die Leerlaufregelung nicht mehr funktio­ niert und daß die Brennkraftmaschine abstirbt. Da man immer die Möglichkeit hat, die Drosselklappe 1 über das Fahrpedal offenzuhalten, führt dieser Fehler allenfalls zu einer Kom­ forteinbuße.

Das gilt auch, wenn auf automatische Geschwindigkeitsrege­ lung umgeschaltet ist. Der Fahrer stellt fest, daß eine vorgegebene Geschwindigkeit nicht automatisch eingehalten wird, daß er vielmehr die gewünschte Geschwindigkeit aktiv über das Fahrpedal 2 einstellen muß. Auch insoweit handelt es sich nur um eine sicherheitstechnisch nicht relevante Einbuße an Komfort. Der Fahrer kann die Fehler ohne wei­ teres feststellen und bei nächster Gelegenheit eine Werk­ statt aufsuchen.

Das gleiche gilt, wenn das Potentiometer 5 verglichen mit der tatsächlichen Stellung der Drosselklappe 1 einen zu niedrigen Wert anzeigt. Solange S₅ noch größer ist als S₆, hat die Fehlanzeige keinen sicherheitstechnisch relevanten Einfluß, weil sich Drehzahl und Fahrgeschwindigkeit nach der tatsächlichen Stellung der Drosselklappe 1 richten und über die Steuereinrichtung dafür gesorgt wird, daß die tatsächliche Stellung der Drosselklappe 1 solange korri­ giert wird, bis die vorgesehene Leerlaufdrehzahl bzw. die eingestellte Fahrgeschwindigkeit erreicht ist. Im übrigen bleibt es bei dieser Fehlanzeige nicht aus, daß bei einer Änderung der Betriebszustände S₅ kleiner wird als S₆, was automatisch als Fehlanzeige registriert wird.

Somit verbleiben als Fehlermöglichkeiten, daß das Potentio­ meter 5 zu viel anzeigt, oder daß das Potentiometer 6 zu wenig anzeigt. Dabei ist der erstgenannte Fall sicherheits­ technisch nicht relevant. Er führt bei dem erfindungsge­ mäßen Verfahren aber zu den gleichen Konsequenzen wie beim zweitgenannten, sicherheitstechnisch kritischen Fall. Ist S₅ K oder S₅ S₆ + x, wird in vorgegebenen Abständen der Stellantrieb wenigstens einmal in Schließrichtung und zurück in die Ausgangsposition verstellt und überprüft, ob die Drosselklappe "mitgeht" bzw. ob die Potentiometer 5 und 6 dabei eine gleichsinnige Bewegung anzeigen. Daher ist x ein einstellbarer Wert, mit dem allfällige Toleranzen der Potentiometer-Anzeigen berücksichtigt werden können. Wird eine gleichsinnige Bewegung festgestellt, muß eine Fehlanzeige vorliegen, denn bei ordnungsgemäßen Potentiometern 5, 6 besagen die vorgenannten Bedingungen, daß die Drosselklappe 1 am Fahrpedal 2 hängt und auf eine Änderung der Position des Stellantriebs 3 nicht reagieren darf. Wird eine gleichsinnige Bewegung festgestellt, kann man beispielsweise entsprechend den Unteransprüchen 4 bis 6 reagieren, d. h. kritische Fahrzustände abmildern bzw. gänzlich unterbinden.

Claims (8)

1. Verfahren zum Betreiben einer Verstelleinrichtung für die Drosselklappe (1) einer Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug, mit der die Drosselklappe (1) einerseits von einem Fahrpedal (2) und andererseits durch einen elektromo­ torischen Stellantrieb (3) gegen die Kraft einer Rückstell­ feder (4) in Öffnungsrichtung verstellbar ist und bei der ein erstes Potentiometer (5) zur Erzeugung eines die Dros­ selklappenstellung repräsentierenden Signals und ein zwei­ tes Potentiometer (6) zur Erzeugung eines die Stellung des Stellantriebs (3) repräsentierenden Signals sowie eine elektronische Steuereinrichtung (7) zur Verarbeitung dieser und anderer Signale und zur Ansteuerung des Stellantriebs (3) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Funk­ tionsfähigkeit der Potentiometer (5, 6) in vorgebbaren Zeitabständen periodisch überprüft wird, indem der Stellantrieb (3) aus der momentanen Position wenigstens einmal in Schließrichtung und zurück in die momentane Posi­ tion verstellt wird, wenn die Drosselklappe (1) sich im Stellbereich oberhalb der maximalen Leerlaufposition befin­ det, und daß aus einer gleichsinnigen Bewegung des Stellan­ triebs (3) und der Drosselklappe (1) auf die Fehlerhaftig­ keit eines der beiden Potentiometer-Signale geschlossen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, jedoch mit der Maßgabe, daß die Funktionsfähigkeit periodisch überprüft wird, wenn die Differenz der Signalwerte des ersten und zweiten Potentio­ meters (5, 6) einen vorgebbaren Betrag überschritten hat.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Zeitabstände für die periodische Überprüfung umgekehrt proportional zur Fahrzeuggeschwindigkeit variiert werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Fehlanzeige der Stellantrieb (3) stromlos geschaltet oder in Schließrichtung der Dros­ selklappe (1) angesteuert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Fehlanzeige die Brennstoffzu­ fuhr zur Brennkraftmaschine gedrosselt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Fehlanzeige die Zündeinrich­ tung der Brennkraftmaschine im Sinne einer verringerten Leistungsabgabe angesteuert wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Fehlanzeigen in geeigneter Weise in der elektronischen Steuereinrichtung (7) abgespeichert und für einen Abruf durch ein Diagnosegerät bereitgehalten werden.

8. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auf Verstelleinrichtungen, bei denen anstelle von Poten­ tiometern (5, 6) andere geeignete Positionsanzeige-Vorrich­ tungen vorgesehen sind.