DE10001396C2 - Method and device for determining the temperature of an electromotive actuator - Google Patents

Method and device for determining the temperature of an electromotive actuator

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln der Temperatur eines elektromotorischen Stellan­ triebs. Derartige Stellantriebe werden insbesondere zum An­ steuern von Stellgliedern von Brennkraftmaschinen eingesetzt.The invention relates to a method and an apparatus for Determine the temperature of an electromotive Stellan drive. Such actuators are used in particular control of actuators of internal combustion engines.

Aus der US 5975051 A sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern eines Elektromotors bekannt, der auf eine Dros­ selklappe einwirkt, die in einem Ansaugkanal einer Brenn­ kraftmaschine angeordnet ist. Ein Drosselklappenmotorsignal wird abhängig von der Fahrpedalstellung und einem Drossel­ klappenöffnungssignal in einer Motorsteuerungs-Einrichtung ermittelt.From US 5975051 A an apparatus and a method are for controlling an electric motor that is known to a Dros selflap acts in a suction channel of a burner engine is arranged. A throttle engine signal becomes dependent on the accelerator pedal position and a throttle flap opening signal in an engine control device determined.

Aus der US 4,974,776 A ist eine Vorrichtung zum Steuern einer Luftklappe einer Klimaanlage bekannt. Die Position der Luft­ klappe wird mittels eines Elektromotors eingestellt. Ein Stellsignal für den Elektromotor wird abhängig von einer Ab­ weichung der Solltemperatur von einer Isttemperatur eines Fahrzeuginnenraums eingestellt.From US 4,974,776 A is a device for controlling a Air damper of an air conditioning system known. The position of the air flap is set by means of an electric motor. On Control signal for the electric motor is dependent on a Ab deviation of the target temperature from an actual temperature Vehicle interior set.

Aus der DE 196 10 210 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zur Steuerung eines Stellelements einer Brennkraftma­ schine bekannt. Das Stellelement wird über einen elektrischen Motor betätigt, wobei ein Ansteuersignal für den Motor im Rahmen einer Lageregelung erzeugt wird.DE 196 10 210 A1 describes a method and a device device for controlling an actuator of an internal combustion engine apparently known. The control element is an electrical Motor operated, with a control signal for the motor in Framework of a position control is generated.

Die Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren und eine Vor­ richtung zu schaffen, die ein einfaches und zuverlässiges Er­ mitteln der Temperatur eines elektromotorischen Stellantriebs gewährleisten. The object of the invention is a method and a front to create a simple and reliable Er average the temperature of an electromotive actuator guarantee.  

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltun­ gen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.The object is achieved according to the invention by the features of the independent claims. Advantageous design gene of the invention are characterized in the dependent claims.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Temperatur des elektromotorischen Stellantriebs ohne den sonst notwendi­ gen Einsatz eines Temperatursensors mit ohnehin zur Steuerung des Stellantriebs vorhandenen Größen ermittelt wird.The invention is characterized in that the temperature of the electromotive actuator without the otherwise necessary gen use of a temperature sensor for control anyway of the actuator existing sizes is determined.

In vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung wird das Ver­ fahren zum Steuern des elektromotorischen Stellantriebs ein­ gesetzt. In advantageous embodiments of the invention, the Ver drive in to control the electromotive actuator set.  

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand der schemati­ schen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are based on the schematic rule drawings explained in more detail. Show it:

Fig. 1 einen Ausschnitt aus einer Brennkraftmaschine, Fig. 1 shows a detail of an internal combustion engine,

Fig. 2 ein Blockschaltbild zur Steuerung des Stellantriebes, Fig. 2 is a block diagram for control of the actuator,

Fig. 3 ein Ablaufdiagramm eins Programms zum Ermitteln der Temperatur des elektromotorischen Stellantriebes. Fig. 3 is a flowchart of a program for determining the temperature of the electromotive actuator.

Eine Brennkraftmaschine weist ein Rohr 1 auf, in dem eine Klappe 2 angeordnet ist. Ein Stellantrieb 3 ist vorgesehen, der als Elektromotor ausgebildet ist und der die Position der Klappe 2 einstellt. Die Klappe 2 ist demnach das Stellglied, auf das der Stellantrieb 3 einwirkt. Die Klappe 2 ist ferner mit einer Rückstellfeder 4 gekoppelt, die im stromlosen Zu­ stand des Stellantriebs 3 die Klappe 2 in eine vorgegebene Ruheposition bringt. Die Klappe 2 kann beispielsweise in der Ruheposition den Querschnitt des Rohres 1 verschließen.An internal combustion engine has a tube 1 in which a flap 2 is arranged. An actuator 3 is provided, which is designed as an electric motor and which adjusts the position of the flap 2 . The flap 2 is therefore the actuator on which the actuator 3 acts. The flap 2 is also coupled to a return spring 4 , which in the de-energized state of the actuator 3 brings the flap 2 into a predetermined rest position. The flap 2 can, for example, close the cross section of the tube 1 in the rest position.

Die Klappe 2 kann beispielsweise als Saugrohrklappe, als Re­ gelklappe eines Waste-Gates eines Turboladers, als Drallklap­ pe zum Erzeugen einer Dreiströmung in einem Zylinder einer Brennkraftmaschine oder auch als Drosselklappe in dem Ansaug­ kanal einer Brennkraftmaschine ausgebildet sein.The flap 2 can, for example, be designed as an intake manifold flap, as a re flap of a waste gate of a turbocharger, as a swirl flap for generating a three-flow flow in a cylinder of an internal combustion engine or as a throttle valve in the intake duct of an internal combustion engine.

Fig. 2 ist ein Blockschaltbild der Ansteuerung des Stellantriebs 3. In einem ersten Kennfeld 6 wird abhängig von einem Sollwert αSP der Position der Klappe 2 ein erstes puls­ weitenmoduliertes Signal PWM1 als Vorsteuerwert ermittelt. In einer Multiplizierstelle 7 wird das erste pulsweitenmodulierte Signal PWM1 mit einem Korrekturwert KOR multipliziert. Daraus ergibt sich dann ein korrigiertes erstes pulsweitenmodulier­ tes Signal PWM1_KOR. Fig. 2 is a block diagram of the actuation of the actuator. 3 In a first map 6 , a first pulse-width-modulated signal PWM1 is determined as a pilot value depending on a target value α SP of the position of the flap 2 . In a multiplier 7 , the first pulse-width modulated signal PWM1 is multiplied by a correction value KOR. This then results in a corrected first pulse-width-modulated signal PWM1_KOR.

Der Korrekturwert KOR wird aus einem Kennfeld 8 abhängig von einer Temperatur Tc der Spule des elektromotorischen Stellan­ triebs 3 ermittelt. Das Kennfeld 8 ist dabei in Versuchen so ermittelt, daß das Drehmoment des elektromotorischen Stellantriebs 3 unabhängig ist von der Temperatur Tc der Spule des elektromotorischen Stellantriebs 3.The correction value KOR is determined from a characteristic diagram 8 as a function of a temperature T c of the coil of the electromotive actuator 3 . The characteristic diagram 8 is determined in tests so that the torque of the electromotive actuator 3 is independent of the temperature T c of the coil of the electromotive actuator 3 .

In einer Summierstelle 9 wird die Differenz des Sollwertes αSP und des Istwertes αAV der Position ermittelt und bildet dann die Regeldifferenz für einen Regler 11, der vorzugsweise als Proportional-Integral-Regler ausgebildet ist. Der Regler kann jedoch auch als ein weiterer dem Fachmann bekannter Reg­ ler ausgebildet sein.The difference between the setpoint value α SP and the actual value α AV of the position is determined in a summing point 9 and then forms the control difference for a controller 11 , which is preferably designed as a proportional-integral controller. However, the controller can also be designed as a further controller known to the person skilled in the art.

Der Regler 11 erzeugt als Stellgröße ein zweites pulsweiten­ moduliertes Signal PWM2 abhängig von der Differenz des Soll­ wertes αSP und des Istwertes αAV der Position.The controller 11 generates as a manipulated variable a second pulse-width modulated signal PWM2 depending on the difference between the setpoint value α SP and the actual value α AV of the position.

In der Summierstelle 12 wird die Summe des zweiten pulswei­ tenmodulierten Signals PWM2 und des korrigierten ersten puls­ weitenmodulierten Signals PWM1_KOR gebildet, die dann als drittes pulsweitenmoduliertes Signal PWM3 eine Eingangsgröße in die Begrenzungseinheit 14 ist.The sum of the second pulse width modulated signal PWM2 and the corrected first pulse width modulated signal PWM1_KOR is formed in the summing point 12 , which is then an input variable into the limiting unit 14 as the third pulse width modulated signal PWM3.

Die Begrenzungseinheit 14 begrenzt das Pulsweiten- Modulations-Verhältnis des dritten pulsweitenmodulierten Sig­ nals PWM3 abhängig von der Temperatur Tc der Spule des elekt­ romotorischen Stellantriebs 3. Vorzugsweise wird das Pulswei­ ten-Modulationsverhältnis begrenzt, wenn die Temperatur Tc der Spule des elektromotorischen Stellantriebs 3 einen vorge­ gebenen ersten Schwellenwert SW1 erreicht. Bevorzugt sind da­ bei jedoch mehrere Schwellenwerte vorgesehen, so dass schrittweise das Pulsweiten-Modulationsverhältnis bespiels­ weise zuerst auf 90%, dann auf 60% und schließlich auf na­ hezu 0% begrenzt wird. Dadurch wird ein Überlastschutz des Motors gewährleistet und somit, insbesondere bei einer hohen Verstelldynamik des Stellantriebs 3, eine thermische Zerstö­ rung des Stellantriebs 3 zuverlässig verhindert. Gleichzeitig wird jedoch durch das schrittweise Begrenzen des Pulsweiten- Modulations-Verhältnisses des vierten pulsweitenmodulierten Signals PWM4, das die Ausgangsgröße der Begrenzereinheit 14 ist, gewährleistet, dass die Einschränkungen des Fahrkomforts der entsprechenden Brennkraftmaschine auf ein Minimum redu­ ziert sind.The limiting unit 14 limits the pulse width-modulation ratio of the third pulse width-modulated signal PWM3 as a function of the temperature T c of the coil of the electromotive actuator 3 . The pulse width modulation ratio is preferably limited when the temperature T c of the coil of the electromotive actuator 3 reaches a predetermined first threshold value SW1. However, several threshold values are preferably provided, so that the pulse width modulation ratio is gradually limited, for example, first to 90%, then to 60% and finally to almost 0%. Characterized an overload protection of the motor is ensured, and thus, especially at a high adjustment dynamics of the actuator 3, a thermal destruc of the actuator 3 tion reliably prevented. At the same time, however, the gradual limitation of the pulse width modulation ratio of the fourth pulse width modulated signal PWM4, which is the output variable of the limiter unit 14 , ensures that the restrictions on the driving comfort of the corresponding internal combustion engine are reduced to a minimum.

Fig. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Programms zum Ermit­ teln der Temperatur Tc der Spule des elekromotorischen Stellantriebs. Das Programm wird vorzugsweise in einer Vor­ richtung zum Steuern von Betriebsfunktionen einer Brennkraft­ maschine abgearbeitet. Es kann jedoch auch in einer sonstigen Vorrichtung zum Steuern eines elektromotorischen Stellan­ triebs abgearbeitet werden. Fig. 3 shows a flowchart of a program for determining the temperature T c of the coil of the electric actuator. The program is preferably processed in a device for controlling operating functions of an internal combustion engine. However, it can also be processed in another device for controlling an electromotive actuator.

In einem Schritt S1 wird das Programm gestartet und ggf. Pa­ rameter des Programmes initialisiert. In einem Schritt S2 wird geprüft, ob die Differenz des Sollwertes αSP und des Istwertes αAV der Position der Klappe 2 kleiner ist als ein vorgegebener zweiter Schwellenwert SW2. Ist dies nicht der Fall so wird, ggf. nach einer vorgegebenen Wartezeit, die Be­ dingung des Schrittes S2 erneut geprüft. Ist die Bedingung des Schrittes S2 jedoch erfüllt, so wird in einem Schritt S3 ein Mittelwert PWM_MMV des vierten pulsweitenmodulierten Signals PWM4 abhängig von eben diesem aktualisiert. Dazu er­ folgt beispielsweise eine gleitende Mittelwertbildung des vierten pulsweitenmodulierten Signals PWM4.In a step S1 the program is started and parameters of the program are initialized if necessary. In a step S2, it is checked whether the difference between the target value α SP and the actual value α AV of the position of the flap 2 is smaller than a predetermined second threshold value SW2. If this is not the case, the condition of step S2 is checked again, if necessary after a predetermined waiting time. If the condition of step S2 is fulfilled, however, a mean value PWM_MMV of the fourth pulse-width-modulated signal PWM4 is updated in a step S3 as a function thereof. For this purpose, it follows, for example, a moving averaging of the fourth pulse width modulated signal PWM4.

In einem Schritt S4 wird ein Zähler CTR inkrementiert. In ei­ nem Schritt S5 wird geprüft, ob der Zähler CTR größer ist als ein dritter Schwellenwert SW3.In a step S4, a counter CTR is incremented. In egg In step S5 it is checked whether the counter CTR is greater than a third threshold SW3.

Ist dies der Fall so wird in einem Schritt S6 die Temperatur Tc der Spule des elekromotorischen Stellantriebs 3 abhängig von dem Mittelwert PWM_MMV des vierten pulsweitenmodulierten Signals PWM4 und dem Sollwert αSP oder dem Istwert αAV der Po­ sition aus einem Kennfeld ermittelt. Das Kennfeld ist dabei bevorzugt vorab durch Versuchsmessungen an einem elektromoto­ rischen Stellantrieb ermittelt, bei dem zu diesem Zweck mindestens ein Temperatursensor angeordnet ist, der die Tempera­ tur der Spule erfasst.If this is the case, the temperature T c of the coil of the electric actuator 3 is determined in a step S6 as a function of the mean value PWM_MMV of the fourth pulse-width-modulated signal PWM4 and the setpoint value α SP or the actual value α AV of the position from a map. The map is preferably determined in advance by test measurements on an electromotive actuator, in which at least one temperature sensor is arranged for this purpose, which detects the temperature of the coil.

Ist die Bedingung des Schrittes S5 jedoch nicht erfüllt, so wird in einem Schritt S8 geprüft, ob die Änderung des Soll­ wertes αSP oder des Istwertes αAV der Position der Klappe 2 größer ist als ein vorgegebener Wert, der vorzugsweise nahe Null liegt. Ist die Bedingung des Schrittes S8 erfüllt, d. h. die Änderung ist größer als der vorgegebene Wert, so wird der Zähler CTR initialisiert, vorzugsweise mit dem Wert Null be­ legt und dann die Bearbeitung dann in dem Schritt S2 fortge­ setzt.However, if the condition of step S5 is not met, a step S8 checks whether the change in the setpoint value α SP or the actual value α AV in the position of the flap 2 is greater than a predetermined value, which is preferably close to zero. If the condition of step S8 is met, ie the change is greater than the predetermined value, the counter CTR is initialized, preferably with the value zero and then the processing then continues in step S2.

Ist die Bedingung des Schrittes S8 nicht erfüllt, so wird die Bearbeitung direkt dem Schritt S2 fortgesetzt. Ferner wird in dem Schritt S9 auch der Mittelwert PWM_MMV auf einen neutra­ len Wert zurückgesetzt. Dadurch ist gewährleistet, dass zum Berechnen des Mittelwertes PWM_MMV lediglich Werte des vier­ ten pulsweitenmodulierten Signals PWM4 herangezogen werden, die innerhalb eines Hochlaufs des Zählers CTR erfasst werden.If the condition of step S8 is not met, the Processing continues directly to step S2. Furthermore, in step S9 also the mean value PWM_MMV to a neutra len value reset. This ensures that for Calculate the mean value PWM_MMV only values of the four th pulse width modulated signal PWM4 are used, which are recorded during a run-up of the counter CTR.

In dem Schritt S1 werden auch der Zähler CTR initialisiert und der Mittelwert PWM_MMV mit dem Neutralwert belegt. Die Vorgehensweise gemäß der Schritte S1 bis S9 hat den Vorteil, dass die Temperatur Tc der Spule des elektromotorischen Stel­ lantriebs 3 immer nur dann bestimmt wird, wenn die Abweichung des Sollwertes und des Istwertes der Position der Klappe 2 für eine vorgegebene Zeitdauer geringer ist als der durch den Schritt 8 vorgegebene Schwellenwert. Dadurch ist eine zuver­ lässige und präzise Ermittlung der Temperatur Tc der Spule des elektromotorischen Stellantriebs 3 gewährleistet.In step S1, the counter CTR is also initialized and the mean value PWM_MMV is assigned the neutral value. The procedure according to steps S1 to S9 has the advantage that the temperature T c of the coil of the electromotive actuator 3 is only determined if the deviation of the setpoint and the actual value of the position of the flap 2 is less than for a predetermined period of time the threshold value specified by step 8 . This ensures a reliable and precise determination of the temperature T c of the coil of the electromotive actuator 3 .

Claims (6)

1. Verfahren zum Ermitteln der Temperatur eines elektromoto­ rischen Stellantriebs (3), der auf ein Stellglied einwirkt, wobei ein Regler (11) vorgesehen ist, dessen Stellgröße ab­ hängig von einem Sollwert (αSP) und einem Istwert (αAV) der Position des Stellgliedes ermittelt wird, und bei dem die Temperatur des elektromotorischen Stellantriebs (3) abhängig von der Stellgröße und dem Sollwert (αSP) oder dem Istwert (αAV) der Position ermittelt wird, wenn die Abweichung zwi­ schen dem Sollwert (αSP) und dem Istwert (αAV) der Position für eine vorgegebene Zeitdauer geringer ist als ein zweiter Schwellenwert (SW2) und die Änderung des Sollwerts (αSP) oder des Istwertes (αAV) in der vorgegebenen Zeitdauer geringer ist als ein vorgegebener Wert.1. A method for determining the temperature of an electromotive actuator ( 3 ), which acts on an actuator, wherein a controller ( 11 ) is provided, the manipulated variable depending on a setpoint (α SP ) and an actual value (α AV ) of the position of the actuator is determined, and in which the temperature of the electromotive actuator ( 3 ) is determined depending on the manipulated variable and the setpoint (α SP ) or the actual value (α AV ) of the position if the deviation between the setpoint (α SP ) and the actual value (α AV ) of the position for a predetermined period of time is less than a second threshold value (SW2) and the change in the target value (α SP ) or the actual value (α AV ) in the predetermined period of time is less than a predetermined value. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur (TC) einer Spule des elektromotorischen Stel­ lantriebes (3) ermittelt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the temperature (T C ) of a coil of the electromotive actuator ( 3 ) is determined. 3. Verfahren zum Steuern eines elektromotorischen Stellan­ triebs (3), der auf ein Stellglied einwirkt, wobei eine Stellgröße zum Ansteuern des Stellantriebs (3) von einem Reg­ ler (11) abhängig von einem Sollwert (αSP) und einem Istwert (αAV) der Position des Stellgliedes ermittelt wird und die Stellgröße abhängig von der gemäß einem der vorstehenden An­ sprüche ermittelten Temperatur begrenzt wird.3. A method for controlling an electromotive actuator ( 3 ) which acts on an actuator, a manipulated variable for controlling the actuator ( 3 ) by a controller ( 11 ) depending on a setpoint (α SP ) and an actual value (α AV ) the position of the actuator is determined and the manipulated variable is limited depending on the temperature determined according to one of the preceding claims. 4. Verfahren zum Steuern eines elektromotorischen Stellan­ triebs (3), der auf ein Stellglied einwirkt, wobei eine Stellgröße zum Ansteuern des Stellantriebs (3) von einem Reg­ ler (11) abhängig von einem Sollwert (αSP) und einem Istwert (αAV) der Position des Stellgliedes ermittelt wird und ein Vorsteuerwert der Stellgröße ermittelt wird und dieser abhän­ gig von der nach einem der Ansprüche 1 oder 2 ermittelten Tem­ peratur korrigiert wird. 4. A method for controlling an electromotive actuator ( 3 ) which acts on an actuator, wherein a manipulated variable for controlling the actuator ( 3 ) by a controller ( 11 ) depending on a setpoint (α SP ) and an actual value (α AV ) the position of the actuator is determined and a pilot control value of the manipulated variable is determined and this is corrected depending on the temperature determined according to one of Claims 1 or 2. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellgröße abhängig von der gemäß einem der vorstehenden Ansprüche ermittelten Temperatur begrenzt wird.5. The method according to claim 4, characterized in that the manipulated variable depends on that according to one of the preceding Claims determined temperature is limited. 6. Vorrichtung zum Ermitteln der Temperatur eines elektromo­ torischen Stellantriebs (3), der auf ein Stellglied einwirkt, wobei ein Regler (11) vorgesehen ist, dessen Stellgröße ab­ hängig von einem Sollwert (αSP) und einem Istwert (αAV) der Position des Stellgliedes ermittelt wird, und Mittel vorgese­ hen sind zum Bestimmen der Temperatur des elektromotorischen Stellantriebs abhängig von der Stellgröße und dem Sollwert (αSP) oder dem Istwert (αAV) der Position, wenn die Abwei­ chung zwischen dem Sollwert (αSP) und dem Istwert (αAV) der Position für eine vorgegebene Zeitdauer geringer ist als ein zweiter Schwellenwert (SW2) und die Änderung des Sollwertes (αSP) oder des Istwertes (αAV) in der vorgegebenen Zeitdauer geringer ist als ein zweiter Schwellenwert.6. Device for determining the temperature of an electromotive actuator ( 3 ), which acts on an actuator, a controller ( 11 ) being provided, the manipulated variable of which depends on a setpoint (α SP ) and an actual value (α AV ) of the position of the actuator is determined, and means are provided for determining the temperature of the electromotive actuator depending on the manipulated variable and the setpoint (α SP ) or the actual value (α AV ) of the position, if the deviation between the setpoint (α SP ) and the actual value (α AV ) of the position is less than a second threshold value (SW2) for a predetermined period of time and the change in the setpoint value (α SP ) or the actual value (α AV ) in the predetermined period is less than a second threshold value.
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