CN102023583A - 调节器装置、用于运行调节器装置的控制器及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及调节器装置、用于运行调节器装置的控制器及方法。调节器装置应用于机动车中用于提供物理输出参数，包括提供物理输出参数的调节机构、按照控制参数控制调节机构的致动器单元和接收控制参数的通信单元，其中通信单元构造用于发送调节器信息，该信息包含有关调节器装置的所提供的物理输出参数与控制参数之间的关系的说明。按本发明的方法包括下列步骤：通过调节器装置传输调节器信息，该信息包含有关由调节器装置的致动器单元所提供的物理输出参数与控制参数之间的关系的说明；根据接收到的调节器信息并根据需要调整的输出参数来确定控制参数；将所述控制参数转送至所述调节器装置；根据所述控制参数运行所述调节器装置。

Description

调节器装置、用于运行调节器装置的控制器及方法
技术领域
本发明总体上涉及调节器装置尤其机动车中的调节器装置以及借助控制器对该调节器装置的控制，所述调节器装置为检查其调节运动而具有传感器。
背景技术
大量的调节器装置被应用于机动车中。调节器装置通常具有致动器单元，以便提供诸如调节路径、阀门开启、温度等物理输出参数作为致动器参数。特别是在具有内燃机的系统中，可举节气门调节器、AGR阀(AGR：废气再循环)、充气运动阀门等作为调节器装置的例子。
一般地，调节器装置的致动器单元包括驱动器(例如具有直流电机和传动装置)，该驱动器对调节机构如节气门调节器中的节气门实施控制。然而，致动器单元也可包括其他的致动器，例如压电元件。
进一步地，可以设置与所述致动器单元耦合的传感器单元，以便读出(zurücklesen)致动器的调节机构的实际位置。调节机构的实际位置通常用于这样的目的，即借助于控制器对致动器单元的输出参数实施调节，例如对节气门调节器中的节气门的位置实施调节。
为描述从该种调节器装置传输到控制器中的传感器数据，需要对传感器单元进行校准或者至少将其调整成与控制器相一致，也就是说，对于一定的、需要测量的物理参数，传感器单元应以数字或模拟方式提供相应的、限定的传感器值。如果在整个系统的运行期间，调节器装置的传感器单元被更改或者被另一类型所替换，那么控制器在必要时就需要重新编程，以便根据检测到的传感器值调节致动器单元的输出参数。由于控制器重新编程的费用通常很高，因此只要有可能，此种调节器装置应被制造成使其在十年之内无需改变，但是这样就无法改进质量、更换供应商以及进行其他优化。
显然，如果在整个系统的运行期间，对调节器装置的致动器单元或者调节器装置的致动器单元和传感器单元进行更改或者用另一类型替换，也会存在同样的问题。为了提供相同的输出参数，被改变的致动器单元就必须要获得不一样的调节参数，因此在更换调节器装置时也需对控制器重新编程，以便调整出所希望的致动器单元的输出参数。
发明内容
本发明的目的是提供一种调节器装置及控制器，其中即使在更换该调节器装置的致动器单元或传感器单元或者整个调节器装置时也能够有序地控制致动器单元以提供所希望的输出参数。此外，本发明的目的还在于提供一种方法，利用该方法可将不同类型的调节器装置连接到控制器上，而无需在该控制器中重新编程。
上述目的通过根据权利要求1所述的调节器装置和根据各并列权利要求所述的控制器与方法得以实现。
各从属权利要求则给出了其他有利的设计方案。
根据第一方面，设计了一种尤其被应用在机动车中用于提供物理输出参数的调节器装置。该调节器装置包括：
-用于提供物理输出参数的调节机构；
-用于按照控制参数控制所述调节机构的致动器单元；
-用于接收所述控制参数的通信单元；
其特征在于，
该通信单元被构造用于发送调节器信息，所述调节器信息包括有关于调节器装置的所提供的物理输出参数与控制参数之间的关系的说明(Angabe)。
上述调节器装置的思想在于：在具有控制器与调节器装置的系统中，从所述调节器装置中接收有关如何控制所述调节器装置的致动器单元以便产生一定的物理输出参数的调节器信息。通过这种方式，可将所述调节器装置与另一调节器装置更换而无需在所述控制器中重新编程。这样就可以在整个系统的生产期间内对所述调节器装置进行调整，从而能够尤其实施持续的质量改善与优化。
此外，作为调节器信息发送致动器函数，利用该致动器函数能够从希望的用于调节器装置的输出参数中产生用于所述调节器装置的控制参数，以便对输出参数进行调整。
另外，调节器信息可包括其他的有关于所述调节器装置的物理特性和/或所述调节器装置的型号或零部件号的说明。
根据一种实施方式，可另外包括与所述调节机构和/或致动器单元耦合的传感器单元，以便检测实际的、由所述调节机构提供的调节器装置的输出参数和提供代表检测到的输出参数的传感器参数，其中，所述通信单元被构造用于在调节器信息中提供有关于所检测到的物理输出参数与所述传感器参数之间的关系的说明。
所述传感器单元可被构造用于接收调节器信息和根据所接收的调节器信息并根据需要调整的输出参数来提供控制参数。
所述控制单元另外可被构造用于接收致动器函数以作为调节器信息，利用该致动器函数能够从所希望的用于调节器装置的输出参数中产生用于调节器装置的控制参数，以便对输出参数进行调整，并且所述控制单元被构造用于根据所述致动器参数将相应的控制参数分配给需要调整的、调节器装置的输出参数。
此外，所述控制单元可被构造用于接收调节器信息和根据所接收的调节器信息、根据所接收的传感器参数以及根据需要调整的输出参数来对调节器装置实施调整以便提供控制参数。
所述控制单元可被构造用于借助于PID调节器进行调节，其中，所接收的调节器信息包括至少一个对调节参数尤其比例常数和/或微分常数和/或积分常数的说明，其中，所述控制单元被构造用于根据至少一个调节参数来实施调节。
根据另一方面，设置了具有上述调节器装置与上述控制单元的系统。
根据第一方面，设计了一种用于运行特别是应用在机动车中用于提供物理输出参数的调节装置的方法。该方法包括下列步骤：
-通过调节器装置传输调节器信息，所述调节器信息包含有关于由调节器装置的致动器单元所提供的物理输出参数与控制参数之间的关系的说明；
-根据接收到的调节器信息并根据需要调整的输出参数确定控制参数；
-将所述控制参数传送给所述调节器装置；
-根据所述控制参数运行所述调节器装置。
上面的方法的思想在于，在具有控制器与调节器装置的系统中，从调节器装置中接收有关如何控制调节器装置的致动器单元以便产生一定的物理输出参数的调节器信息。通过这种方式，可将所述调节器装置与另一调节器装置更换而无需在所述控制器中重新编程。这样就可以在整个系统的生产期间内对所述调节器装置进行调整，从而能够尤其实施持续的质量改善与优化。
对于该方法可设置下列进一步的步骤：
-在所述调节器装置中检测实际的、由所述调节器装置的调节机构提供的输出参数；
-传送代表实际输出参数的传感器参数；
-根据接收到的、进一步提供有关于所检测到的物理输出参数与传感器参数之间的关系的说明的调节器信息、根据接收到的传感器参数以及根据需要调整的输出参数实施调节，以便提供控制参数。
附图说明
下面，参考附图详细解释本发明的优选实施方式。其中：
图1示出了具有调节器装置与控制器的系统；
图2是阐明利用由调节器装置提供的调节器信息运行调节器装置的方法过程的流程图。
具体实施方式
下面，借助于节气门调节器作为例子示出了一种实施方式。但是下面的实施方式也可应用于其他的调节器装置，不但可应用于机动车的进气系统中的调节器装置，也可以相同的方式应用于其他调节器装置。
图1示出了具有内燃机2的发动机系统1的简化示图，其中，空气是通过进气系统3输入到所述内燃机中的。在进气系统3中，安置有节气门4以作为调节机构。节气门4设置在节气门调节器5中。节气门调节器5包括致动器单元6，而且可以包括驱动电机和合适的传动装置(未示出)，以便借助于驱动电机调整所述节气门4。致动器单元6根据提供的控制参数安排节气门4的调整运动。
此外，节气门调节器5包括传感器单元7，该传感器单元与节气门4连接在一起，以便确定节气门4的调整位置，也就是说节气门调节器5的输出参数。确定的调整位置被提供为相应的传感器参数，所述传感器参数指示出了检测到的节气门4的位置。
节气门5具有通信单元9，该通信单元通过通信线路10与控制单元8连接在一起，所述通信单元9用于从控制单元8接收数据并向控制单元传送数据。优选地，为了更换节气门调节器5，通信线路被设计成能够松开，例如，通过设置适当的插接连接，从而能够方便地更换调节器装置5。
控制单元8被构造用于将合适的控制参数传送给节气门调节器5的致动器单元6，并利用或者说根据所述控制参数控制所述致动器单元，以便获得希望的节气门位置以作为输出参数。致动器单元6可用模拟控制参数或者数字控制参数来控制。在采用数字控制参数的情况下，在致动器单元6中可通过例如模数转换器等将数字控制参数转换成模拟控制信号，并对位于所述致动器单元6中的驱动单元进行相应的控制。将控制参数转换成一定的物理输出参数，例如转换成调整运动或者转换为运转过一定的调整位置，是根据节气门调节器的情况而变化的，其可以在节气门调节器结构相同时或者在节气门调节器类型不同时而有所区别。
就是说，如果致动器单元6由控制单元8控制，则为了将节气门4调整到一定的调整位置或者对节气门4执行一定的调整动作，就必须使控制单元8识别出致动器函数，即将控制参数分配给调节参数的函数。出于这一原因作出如下安排，即，使节气门调节器5，特别是通信单元9将作为致动器信息的调节器信息传递给控制单元8。调节器信息用于使控制单元8能够不依赖于所采用的调节器装置5而对致动器单元6实施有序控制即提供控制参数。
调节器信息的传送可在控制器8与节气门调节器5首次建立连接时、在固定的时刻或者预定的时刻实施。例如，调节器信息的传送可在控制器8打开时实施。调节器信息的传送可以例如通过如下方式由控制器8触发，即，由通信连接10向调节器装置6发送请求信号，通信单元9随后将调节器信息传送给控制单元8。接收到的调节器信息可被长久地或者短暂地存储在控制单元8中。在永久存储的情况下，调节器信息在节气门调节器5与控制器8首次连接时传送就足够了。
此外，根据类型或结构形式的不同，节气门调节器5可包含一个或多个传感器单元7，并提供一个或多个有关传感器参数的说明，在本例子中，节气门调节器5提供有关节气门位置或节气门动作的说明。为在控制单元8中有序地表达从通信单元9传送到控制单元8中的传感器参数，控制单元8必须始终具有这样的传感器信息，即能够在控制单元8中规定以何种方式表达所述传感器参数的传感器信息。传感器参数可以模拟或数字的方式从通信单元9传送到控制单元8上。调节器信息被存储在通信单元9中的存储单元11中，它是在制造调节器装置5时通过相应的测量确定得到并以单值、查询表、存储函数尤其是传输函数等形式写入所述存储单元11中的。
因为对于不同的传感器单元7，传感器参数就必须以不同的形式表现在控制单元8中，所以设计使传感器单元7通过通信单元9在调节器信息中将传感器信息传送给控制单元8，所述传感器信息规定了由传感器单元7提供的传感器参数是以何种方式分配给检测到的参数，即测量到的节气门位置或者测量到的节气门动作的。通过这种方式，即使在改变或更换传感器单元7，也就是说，在由于停运或维护而更换节气门调节器5时，在控制单元8中的节气门位置或节气门动作仍可供使用，而无需对控制单元8重新编程。在打开控制单元8时、在将控制器8与节气门调节器5连接到一起时、在固定的时刻或者预定的时刻，包含传感器信息的调节器信息可从存储单元11通过通信单元9传送。
尤其可设计使控制单元8提供一个调节参数，如节气门位置或节气门动作，以便以标准化的方式控制节气门调节器5的致动器单元6。致动器信息可以比如作为致动器函数提供，利用所述致动器函数，可将控制单元8中的标准化调节参数转换成用于调节器装置5的致动器单元6的相应控制参数，从而使致动器单元6根据致动器-传送函数将接收到的控制参数转换成希望的、需要调整的输出参数，如节气门位置。
类似地可以设计使接收到控制单元8中的传感器信息包含有关于传感器函数(传感器-传输函数)的说明，该传感器函数将由传感器单元7提供的传感器参数转换成相应的标准化的传感器值说明(Sensorwertangabe)，例如测量到的、由节气门4采纳的节气门位置或节气门动作。
在致动器单元6和传感器单元7中互相连接时，经常在控制单元8中实现调节，通过这种调节对致动器单元6进行控制以便提供所希望的输出参数。在这里，传感器单元7对被调节的输出参数进行监测，并对致动器单元6实施调节，从而使实际的输出参数与所希望的输出参数之间的偏差得到补偿。在上述情况中，涉及的是对节气门4的位置进行的位置调整装置。
所述位置调整装置包括例如PID调节器，也就是说比例调节器、微分调节器和积分调节器。为实施调节，必须限定调节参数，所述调节参数除了上述致动器单元6或传感器单元7的变换函数(传感器函数、致动器函数)之外，还可以考虑气门开关性能、致动器单元6和传感器单元7的惯性及其他动态特性。
因为在这些情况中，带有致动器单元6和传感器单元7的节气门调节器5作为集成组件始终是可被整体替换的，所以作为需要传送到控制单元8上的信息，可以仅传输利用所述节气门调节器5实现的调整装置的相应调节参数，如比例常数、微分常数和积分常数，或者传输所述相应调节参数以作补充。相应的调节参数通过调节器信息传递给控制单元8并被接纳在所述控制单元8中，从而使控制单元8实施对节气门调节器5的致动器单元6的调整。通过这种方式，在控制器8中实施的调整也可利用修改的节气门调节器5来进行。
除了被调整和/或被检测到的输出参数与控制参数或传感器参数之间的传输特征线之外，调整参数还反映致动器单元6和传感器单元7的惯性和气门开关性能，因此，尽管改变了节气门调节器5或者用新的类型将其替换，控制器8仍然能够实施位置调整。此外，作为对于控制单元8而言有用的信息，可以将例如节气门调节器5上的末端止挡件的位置以及诸如阻抗、感抗、电流消耗等物理特征传送到控制单元8上。当然，也可传送型号或者零部件号或序列号。
在图2中再次概括性地示出了所述方法，该方法在控制单元8与调节器装置5之间执行。在步骤S1中设计将存储在调节器装置5中的预定调节器信息从所述调节器装置5传输到控制单元8上。如前所述，所述调节器信息可包含致动器函数和/或传感器函数和/或调整参数。
接着在步骤S2中，根据接收到的调节器信息并根据需要调整的输出参数在控制单元8中确定控制参数。需要调整的输出参数可通过在控制单元8中的内部计算获得，或者也可从外部提供给控制单元8。
在步骤S3中，将控制参数从控制器8转送到调节装置5上，从而使调节装置5的致动器单元6根据所述控制参数运行所述调节装置。循环执行步骤S2与步骤S3，可实现通过控制单元8对调节器装置5的永久调整。与此相反，如果调节器信息在运行时间内不发生变化，那么调节器信息的传输只需进行一次。
本发明的基本思想并不限于节气门调节器，其可扩展到任意种类的调节器装置，只要在该种调节器装置中需要将模拟或数字控制参数转换成诸如动作、位置、温度等物理输出参数。本发明的思想尤其可转用到这样的调节器装置上：在这些调节器装置中，通过适当的传感器对物理调整参数的调整进行监测，从而能够优选利用控制参数对致动器单元6进行调节。总之，上述系统使得调节器装置5能够在任意时刻进行更换，而且能够用更改的调节器装置5进行替换。而且，为提供希望的输出参数而对致动器单元进行的调节可进一步通过控制单元8来实施，而无需对控制单元8进行修改或重新编程。这就使得对总系统中的单个调节器装置进行的更新明显简化。

Claims (12)

1.用于提供物理输出参数的调节器装置(5)，该调节器装置尤其应用于机动车中，所述调节器装置包括：
-调节机构(4)，其用于提供物理输出参数；
-致动器单元(6)，其用于按照控制参数来控制所述调节机构(4)；
-通信单元(9)，其用于接收所述控制参数；
其特征在于，所述通信单元(9)被构造用于发送调节器信息，所述调节器信息包括有关于所述调节器装置(5)的所提供的物理输出参数与所述控制参数之间的关系的说明。
2.根据权利要求1所述的调节器装置(5)，其中，作为调节器信息发送致动器函数，利用该致动器函数能够从希望的用于所述调节器装置(5)的输出参数中产生用于所述调节器装置(5)的控制参数，以便对所述输出参数进行调整。
3.根据权利要求1或2所述的调节器装置(5)，其中，所述调节器信息包括其他的有关于所述调节器装置(5)的物理特性和/或所述调节器装置(5)的型号或零部件号的说明。
4.根据权利要求1至3之一所述的调节器装置(5)，其中，所述调节机构(4)包括在内燃机(2)的进气系统(3)中的节气门。
5.根据权利要求1至4之一所述的调节器装置(5)，其中进一步包括传感器单元(7)，所述传感器单元与所述调节机构(4)和/或所述致动器单元(6)耦合，以便检测实际的、由所述调节机构(4)提供的所述调节器装置(5)的输出参数和提供代表检测到的输出参数的传感器参数，其中，所述通信单元(9)被构造用于在所述调节器信息中提供有关于所检测到的物理输出参数与所述传感器参数之间的关系的说明。
6.用于运行按前述权利要求之一所述的调节器装置(5)的控制单元(8)，其中，所述控制单元(8)被构造用于接收调节器信息和根据所接收的调节器信息并根据需要调整的输出参数来提供控制参数。
7.根据权利要求6所述的控制单元(8)，所述控制单元被构造用于接收致动器函数以作为调节器信息，利用该致动器函数能够从所希望的用于所述调节器装置的输出参数中产生用于所述调节器装置(5)的控制参数，以便对输出参数进行调整，并且所述控制单元被构造用于根据所述致动器参数将相应的控制参数分配给需要调整的所述调节器装置(5)的输出参数。
8.用于运行按权利要求5所述的调节器装置(5)的控制单元(8)，其中，所述控制单元(8)被构造用于接收调节器信息和根据所接收的调节器信息、根据所接收的传感器参数以及根据需要调整的输出参数来对所述调节器装置(5)实施调整以便提供控制参数。
9.根据权利要求8所述的控制单元，所述控制器单元被构造用于借助于PID调节器进行调节，其中，所接收的调节器信息包括至少一个对调节参数尤其比例常数和/或微分常数和/或积分常数的说明，其中，所述控制器单元被构造用于根据至少一个调节参数来实施调节。
10.具有按权利要求1至5之一所述的调节器装置(5)以及按权利要求6至9之一所述的控制单元(8)的系统。
11.用于运行调节器装置(5)的方法，所述调节器装置用于提供物理输出参数，所述调节器装置尤其应用于机动车中，该方法包括下列步骤：
-通过调节器装置(5)传输调节器信息(S1)，所述调节器信息包含有关于由所述调节器装置(5)的致动器单元(6)所提供的物理输出参数与控制参数之间的关系的说明；
-根据所接收到的调节器信息并根据需要调整的输出参数确定控制参数(S2)；
-将所述控制参数传送给所述调节器装置(5)(S3)；
-根据所述控制参数运行所述调节器装置(5)。
12.根据权利要求11所述的方法，该方法包括下列进一步的步骤：
-在所述调节器装置(5)中检测实际的、由所述调节器装置(5)的调节机构提供的输出参数；
-传送代表实际输出参数的传感器参数；
-根据接收到的进一步提供有关于所检测到的物理输出参数与传感器参数之间的关系的说明的调节器信息、根据接收到的传感器参数以及根据需要调整的输出参数实施调节，以便提供控制参数。
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