Beschreibung

Adaptives Positionierverfahren eines Stellglieds

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein adaptives Positionier ^¬ verfahren eines Stellglieds, insbesondere einer Drosselklappe einer Brennkraftmaschine.

2. Hintergrund der Erfindung

Drosselklappen mit Lagerückmeldung in Brennkraftmaschinen werden mit Hilfe von Steuerungs- und Regelalgorithmen betrie- ben. Diese Algorithmen gewährleisten eine präzise und schnel ^¬ le Einstellung der vom Fahrer angeforderten Sollposition der Drosselklappe. Diese wird beispielsweise durch die Auslenkung des Gaspedals durch den Fahrer eines Kraftfahrzeugs vorgege ^¬ ben .

Die Sollposition der Drosselklappe wird durch einen Steuerwert charakterisiert. Dieser Steuerwert setzt sich aus einem Vorsteuerwert und einem Reglereingriff eines rückgekoppelten Reglers an der Drosselklappe zusammen. Für eine schnelle La- geregelung der Drosselklappe oder eines Stellglieds ist es daher vorteilhaft zu wissen, wie sich Steuerwert und die dar ^¬ aus resultierende Position zueinander verhalten. Ein genau bekanntes Verhalten bedeutet, dass man den Anteil der rückge ^¬ koppelten Regelung am Steuerwert zugunsten der Vorsteuerung verringert.

Die Vorsteuerung hat gegenüber der Regelung den Vorteil, dass sie proaktiv ist und prinzipbedingt ein schnelleres Einstel ^¬ len von Drosselklappe oder Stellglied ermöglicht.

Das Verhältnis zwischen Vorsteuerwert und Position des Stell ^¬ glieds oder Drosselklappenposition wird durch Fertigungstoleranzen, Umgebungseinflüsse und Alterung beeinflusst. Für eine

genaue Kenntnis des für eine Klappenposition erforderlichen Vorsteuerwerts ist daher eine Anpassung desselben erforderlich.

DE-A-36 12 905 C2 offenbart eine adaptive Regelung, in der die zu den Endanschlägen gehörenden Sensorwerte gelernt werden. Zwischen den Sensorwerten der Endanschläge erfolgt eine lineare Interpolation, um die dazwischen liegenden Wertpaare zu ermitteln. DE-A-35 10 176 Al, DE-A-40 05 255 C2 und DE-A- 36 12 905 C2 beschreiben eine weitere Steuerungsalternative. Hier wird beispielsweise aus einem Kennfeld der Steuerwert für eine angeforderte Sollposition entnommen. Stimmt die durch den Steuerwert erzielte Position nicht mit der Sollpo ^¬ sition überein, erfolgt eine entsprechende Nachregelung. Die Nachregelung wird in einer Korrekturkennlinie abgelegt und im weiteren Verfahren dem Kennfeld nachgeschaltet. Auf diese Weise soll der Aufwand für die Nachregelung reduziert werden. Diese Korrekturkennlinie berücksichtigt beispielsweise auch Randbedingungen, wie die Temperatur.

Die obigen Verfahren haben den Nachteil, dass sie zu viel Zeit zum Erreichen der durch den Fahrer vorgegebenen Sollposition des Stellglieds, insbesondere der Drosselklappe, benö ^¬ tigen. Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein im Vergleich zum Stand der Technik effizienteres Positio ^¬ nierverfahren bereitzustellen.

3. Zusammenfassung der Erfindung

Die obige Aufgabe wird durch das adaptive Positionierverfah ^¬ ren gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen, Modifikationen und Weiterentwicklungen dieses Verfahrens gehen aus der folgenden Beschreibung, den Zeichnungen und den anhängenden Patentansprüchen hervor.

Das adaptive Positionierverfahren eines Stellglieds, insbe ^¬ sondere einer Drosselklappe einer Brennkraftmaschine, umfasst die folgenden Schritte: Vorgeben einer Sollposition durch ei-

nen Sollwert und Auswählen eines Vorsteuerwerts für das Stellglied zum Erreichen der Sollposition, Einstellen einer Vorsteuerposition des Stellglieds entsprechend dem Vorsteuerwert und Vergleichen der Vorsteuerposition des Stellglieds mit der Sollposition, Regeln der Vorsteuerposition bis zum Erreichen der Sollposition, die einem adaptierten Steuerwert entspricht, und Ablegen des adaptierten Steuerwerts als Vor ^¬ steuerwert in Abhängigkeit von der Sollposition.

Zur Beschreibung des adaptiven Positionierverfahrens wird auf das Einstellen einer Drosselklappe einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug beispielgebend Bezug genommen. Der Fahrer des Kraftfahrzeugs lenkt mit dem Fuß das Gaspedal aus, wodurch über einen Sollwert eine Sollposition der Drossel- klappe vorgegeben wird. Um diese Sollposition möglichst schnell zu erreichen, entnimmt beispielsweise die Motorsteue ^¬ rung einem Kennfeld einen der Sollposition zugeordneten Vorsteuerwert. Dieser Vorsteuerwert dient dazu, die Sollposition der Drosselklappe möglichst schnell ohne zusätzliche, zeit- raubende Regeleingriffe zu erreichen. Nach Erreichen der dem Vorsteuerwert entsprechenden Vorsteuerposition der Drosselklappe wird diese mit der Sollposition verglichen, um ein genaues Einregeln der Drosselklappe in die gewünschte Sollposi ^¬ tion durchzuführen. Ergebnis dieser Regelung ist bei überein- Stimmung von Soll- und Vorsteuerposition ein gemessener adaptierter Steuerwert, der die gewünschte Sollposition vorgibt. Um die Effizienz des adaptiven Positionierverfahrens zu stei ^¬ gern wird der adaptierte Steuerwert als Vorsteuerwert in Ab ^¬ hängigkeit von der Sollposition abgelegt bzw. abgespeichert. Daraus folgt, dass bei der nächsten Anforderung der gleichen Sollposition durch den Fahrer ein Nachregeln des Vorsteuerwerts überflüssig wird, weil nun der Vorsteuerwert bereits dem adaptierten Steuerwert zum Erreichen dieser Sollposition entspricht. Sollte der Vergleichsschritt jedoch wieder eine fehlende übereinstimmung von Sollposition und Vorsteuerposition liefern, erfolgt ein erneutes Nachregeln des Vorsteuerwerts und somit des adaptierbaren Steuerwerts.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des vorliegenden Positionierverfahrens erfolgt ein Speichern der Sollposition in Abhängigkeit vom adaptierten Steuerwert und ein Invertieren dieser Beziehung, um den adaptierten Steuerwert in Abhängig- keit von dem die Sollposition repräsentierenden Sollwert zu erhalten .

Es ist des Weiteren bevorzugt, gezielt eine Mehrzahl von vor ^¬ definierten Sollpositionen im Verstellbereich des Stellglieds bzw. der Drosselklappe anzufahren, die entsprechenden adaptierten Steuerwerte zu ermitteln und diese als neue Vorsteu ^¬ erwerte abzulegen. Auf diese Weise werden entscheidende Punk ^¬ te des Verstellbereichs des Stellglieds gezielt ausgewählt und als Stützstellen für das adaptive Positionierverfahren abgearbeitet. Dadurch lässt sich eine beliebige Anzahl von

Vorsteuerwerten bezogen auf ein spezifisches Stellglied defi ^¬ nieren, so dass der zukünftige Regelungsaufwand reduziert wird.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens erfolgt das Speichern des adaptierten Steuerwerts in ei ^¬ nem Kennfeld. Es ist ebenfalls bevorzugt, den adaptierten Steuerwert innerhalb dieses Kennfelds in Abhängigkeit vom Sollwert und mindestens einer Randbedingung des Stellglieds, insbesondere einer Druckreferenz an der Drosselklappe, einer Temperatur und/oder eines Luftmassenstroms, abzuspeichern.

4. Begleitende Zeichnungen

Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 veranschaulicht eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Figur 2 stellt vereinfacht die Korrelation zwischen der

Istposition der Drosselklappe und dem korrigierten Vorsteuerwert der Drosselklappe dar.

Figur 3 enthält die invertierte Beziehung aus Figur 2, die den Vorsteuerwert in Abhängigkeit von einem einer an ^¬ geforderten Sollposition der Drosselklappe entsprechenden Sollwert darstellt.

Figur 4 zeigt ein vereinfachtes Flussdiagramm einer Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens.

5. Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungs- form

Die vorliegende Erfindung offenbart ein adaptives Positio ^¬ nierverfahren eines Stellglieds, das am Ausführungsbeispiel einer Drosselklappe einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahr ^¬ zeugs erläutert wird.

Ein Fahrer des Kraftfahrzeugs fordert durch Auslenkung des Gaspedals ein bestimmtes Drehmoment der Brennkraftmaschine an. Dieses Drehmoment entspricht einem öffnungswinkel oder einer Sollposition dr_pos_soll der Drosselklappe, die mit ei- nem Sollwert identifizierbar ist. Eine Motorsteuerung der Brennkraftmaschine setzt beispielsweise diesen Sollwert in die Sollposition dr_pos_soll der Drosselklappe um. Die Bezie ^¬ hung zwischen Sollwert und der damit erreichbaren Position der Drosselklappe ist jedoch nicht ideal, so dass beispiels- weise Herstellungstoleranzen, Drift, Alterung und/oder thermische Schwankungen ein sofortiges Erreichen der Sollposition mit alleiniger Vorgabe des Sollwerts verhindern. Daher wird zum Erreichen der Sollposition zunächst ein Vorsteuerwert ausgewählt, mit dem die Drosselklappe bereits möglichst nahe an die Sollposition führbar oder stellbar ist. Mit dem Vorsteuerwert wird somit eine Vorsteuerposition nahe der Sollpo ^¬ sition angefahren oder eingestellt.

In einem in Kombination mit einem Regelschritt ablaufenden Vergleichsschritt wird die Vorsteuerposition mit der angeforderten Sollposition verglichen. Ein Regeleingriff durch einen Lageregler der Drosselklappe (vgl. Figur 1) erfolgt so lange, bis die Vorsteuerposition der angeforderten Sollposition entspricht .

Um den Zeitaufwand für den Vergleichs- und Regelschritt zu minimieren, wird nach erfolgter Lageregelung der Vorsteuerpo- sition in die Sollposition der für diese Position erforderliche Steuerwert als adaptierter Steuerwert gemessen. Nachfol ^¬ gend wird der Vorsteuerwert dieser Sollposition durch den dieser Sollposition entsprechenden adaptierten Steuerwert dr_st überschrieben und abgespeichert. Der adaptierte Steuer- wert kann auch als korrigierter Vorsteuerwert dr_pos_vorst_korr bezeichnet werden.

Um eine schnelle und präzise Lageregelung der Drosselklappe zu gewährleisten, sind nicht nur die adaptierten Steuerwerte der Endanschläge oder der Positionen nahe der Endanschläge der Drosselklappe von Bedeutung. Zwischenliegende Positionen sind aus globaler Sicht zum Teil wichtiger, da sich hier der für den Gasdurchsatz ausschlaggebende effektive Querschnitt der Drosselklappe mit zum Teil großen positionsabhängigen Gradienten im Vergleich zu den obigen Anschlägen ändert. Aus diesem Grund kann man mit einer gezielten Adaption des Vorsteuerwerts an mehr als zwei Stützstellen im Verstellbereich der Drosselklappe eine effektivere Regelung im Vergleich zu bisherigen Lösungen durchführen. Daher werden mindestens drei oder eine Mehrzahl von Positionen im Verstellbereich der Drosselklappe als vordefinierte Punkte ausgewählt. Diese Punkte zeichnen sich dadurch aus, dass sie häufig angefahrene Positionen der Drosselklappe darstellen oder dass man zwischen den Positionen einen starken Gradienten des Gasdurch- satzes erwartet. Unter Bezugnahme auf Figur 1 stellt bei ^¬ spielsweise Position 1 dr_pos_vordef_l einen dieser vordefi ^¬ nierten Punkte dar.

Wird die vordefinierte Position 1 dr_pos_vordef_l als Sollpo ^¬ sition dr_pos_soll vom Fahrer angefordert oder gezielt von der Motorsteuerung vorgegeben, gibt der entsprechende Vorsteuerwert dr_vorst zunächst eine Vorsteuerposition der Dros- seiklappe vor. Im Vorsteuerwert dr_vorst können verschiedene Größen, Einflüsse, Zustände berücksichtigt sein, wie bei ^¬ spielsweise Umgebungseinflüsse, ein Vorhandensein eines sta ^¬ bilen Betriebspunkts der Drosselklappe dr_pos_stab_l, die vorgegebene Sollposition dr_pos_soll und der bisherige adap- tierte Steuerwert bzw. der korrigierte Vorsteuerwert dr_pos_vorst_korr_l (siehe unten) . In den Steuerwert dr_st zum Erreichen der Sollposition dr_pos_soll gehen daher der Vorsteuerwert dr_vorst und ein Regelungsanteil dr_rgl ein.

Der Regelungsanteil dr_rgl des vorliegenden Verfahrens ver ^¬ gleicht die Sollposition der Drosselklappe dr_pos_soll mit der Ist-Position der Drosselklappe dr_pos_ist und regelt so lange nach, bis die Ist-Position dr_pos_ist mit der Sollposi ^¬ tion dr_pos_soll übereinstimmt. Somit ergibt sich aus der Kombination des Vorsteuerwerts dr_vorst und des Regelanteils dr_rgl der adaptierte Steuerwert dr_st . Dieser kann bei ^¬ spielsweise als tatsächlicher Steuerwert gemessen werden, sobald die angeforderte Sollposition erreicht ist. Der adap ^¬ tierte Steuerwert dr_st wird nach einer optionalen Filterung als neuer oder korrigierter Vorsteuerwert dr_pos_vorst_korr_l für die Sollposition 1 im nicht flüchtigen Speicher abgelegt. Der abzuspeichernde Wert ist bevorzugt das Ergebnis eines ge- wichteten Mittels des alten Werts und des jetzt anliegenden Werts. Ziel der Filterung ist eine Rauschminimierung und das Reduzieren oder Eliminieren von Shot-to-Shot Abweichungen.

Das Resultat des vorliegenden Verfahrens ist eine adaptierte gespeicherte Korrelation zwischen der Drosselklappenposition dr_pos_ist und dem adaptierten Steuerwert bzw. dem korrigier- ten Vorsteuerwert dr_pos_vorst_korr . Die Drosselklappenposi ^¬ tion entspricht zu diesem Verfahrenszeitpunkt sowohl der an ^¬ geforderten Sollposition dr_pos_soll als auch der Ist- Position dr_pos_ist. Die Korrelation ist in Figur 2 veran-

schaulicht, in der die Pfeile mögliche Schwankungen aufgrund mehrerer Messungen an der gleichen Sollposition veranschaulichen .

Wenn man die Korrelation aus Figur 2 invertiert und auf die vom Fahrer angeforderte Sollposition dr_pos_soll der Drossel ^¬ klappe anwendet, wird der Anteil des Reglereingriffs dr_rgl minimiert. Dieser Zusammenhang ist in Figur 3 dargestellt. Figur 3 zeigt den Vorsteuerwert dr_vorst auf der Ordinate, der sich allein aus dem korrigierten Vorsteuerwert dr_pos_vorst_korr bzw. dem adaptierten Steuerwert oder aus diesem Wert und weiteren Einflüssen (siehe oben) zusammensetzt. Der Vorsteuerwert dr_vorst ist in Abhängigkeit vom Sollwert der angeforderten Sollposition dr_pos_soll aufgetra- gen.

Für eine erhöhte Genauigkeit werden die adaptierten gespei ^¬ cherten Korrelationen bevorzugt in Abhängigkeit von Druckdif ^¬ ferenz, Temperatur und/oder Massenstrom an der Drosselklappe abgelegt. Zudem wird gemäß einer Ausführungsform für die Berechnung des korrigierten Vorsteuerwerts aus dem Sollwert der angeforderten Sollposition eine Interpolation über die bereits vorhandenen Messpunkte angewandt. Die Stützstellen für diese Interpolation sind entweder vordefiniert (vgl. die obi- ge Anwendung des Verfahrens auf die vordefinierte Position 1 dr_pos_vordef_l) oder werden mittels einer untergeordneten Optimierungsroutine fortlaufend optimiert. Gemäß einer weite ^¬ ren Ausführungsform werden zusätzlich auch die Umgebungsbedingungen als Stützstellen eingesetzt, um eine mehrdimensio- nale Interpolation durchzuführen.

Gemäß einer weiteren Ablaufvariante des vorliegenden Verfahrens stellt man an mindestens drei Punkten vordefinierte Vor ^¬ steuerwerte ein und misst den sich dabei einstellenden Posi- tionswert. Auf diese Weise kommt man auch zu einer Korrelati ^¬ on zwischen Vorsteuerwert und Position der Drosselklappe.

Mit Hilfe des obigen Verfahrens wird somit die Vorsteuerung der Drosselklappe verbessert, so dass insgesamt die Ansteue ^¬ rung der Drosselklappe schneller ausgeführt werden kann. Die Regelung dient dann ausschließlich als Korrektur-Instanz, die dementsprechend genauer ausgelegt werden kann. Es ist eben ^¬ falls von Vorteil, dass der adaptive Charakter des vorliegen ^¬ den Positionierverfahrens mögliche Fertigungstoleranzen der Drosselklappe oder deren Alterung in kostengünstiger Weise ausgleicht .

Figur 4 zeigt noch einmal im schematischen überblick ein Flussdiagramm des adaptiven Positionierverfahrens gemäß der zuletzt genannten Funktionsvariante. Demnach wird zuerst ein vordefinierter Sollwert einer Drosselklappenposition mit HiI- fe bekannter Vorsteuerwerte und einem Lageregler auf die an ^¬ geforderte Sollposition eingeregelt. Nachdem der Lageregler einen stabilen Betriebspunkt der Drosselklappe erreicht hat, erfolgt die Messung des aus Vorsteuerung und Lageregelung resultierenden Steuerwerts. Dieser resultierende Steuerwert, den man auch als aktuellen Steuerwert im aktuellen Betriebspunkt der Drosselklappe bezeichnen kann, wird als neuer Vorsteuerwert entsprechend der angefahrenen Sollposition abge ^¬ speichert. Auf diese Weise erfolgt eine Adaption der vorlie ^¬ genden Vorsteuerung. Nach Abschluss dieses Schritts erfolgt eine Wiederholung der einzelnen Verfahrensschritte für weite ^¬ re vordefinierte Sollwerte bzw. Sollpositionen. Dadurch wird gezielt eine Mehrzahl von Stützstellen im Verstellbereich der Drosselklappe generiert, aus der beispielsweise durch Inter ^¬ polation eine Korrelation zwischen dem korrigierten Vorsteu- erwert und den Sollwerten der Drosselklappe über den gesamten Verstellbereich der Drosselklappe ableitbar ist.