DE10045976A1

DE10045976A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines elektrischen Verbrauchers

Info

Publication number: DE10045976A1
Application number: DE10045976A
Authority: DE
Inventors: Marcel Hachmeister
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-09-16
Filing date: 2000-09-16
Publication date: 2002-03-28
Also published as: JP2002182704A; GB2368407A; JP4928032B2; GB0122305D0; GB2368407B; US6529064B2; US20020145463A1

Abstract

Es wird eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung eines elektrischen Verbrauchers beschrieben. Eine Größe, die von der Temperatur des Verbrauchers abhängt oder die die Temperatur des Verbrauchers charakterisiert, wird ermittelt. Die Größe ist, ausgehend von einer Temperaturgröße und einer Stromgröße, vorgebbar. Ein erster Filter berücksichtigt den Einfluss der Temperaturgröße auf die Größe und ein zweiter Filter berücksichtigt den Einfluss des durch den Verbraucher fließenden Stroms.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines elektrischen Verbrauchers gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.

Aus der DE 196 06 965 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Kraftstoffzumessung in eine Brennkraftmaschine beschrieben. Dort wird ein Magnetventil als elektrischer Verbraucher eingesetzt, um die Kraftstoffzumessung zu steuern. Ausgehend von dem Widerstand der Magnetventilspule wird dabei auf die Temperatur des Kraftstoffes geschlossen. Zur Ermittlung des Widerstands der Spule wird der Strom und die an der Spule anliegende Spannung ausgewertet.

Eine Berücksichtigung des Energieaustausches zwischen dem Magnetventil und der Umgebung und/oder zwischen dem Magnetventil und dem durch das Magnetventil strömenden Medium zeigt diese Schrift nicht.

Vorteile der Erfindung

Vorteilhaft ist es, wenn zur Ermittlung einer Größe, die von der Temperatur des Verbrauchers abhängt oder die die Temperatur des. Verbrauchers charakterisiert, ein erster Filter das den Einfluß einer Temperaturgröße auf die Größe berücksichtigt und ein zweiter Filter das den Einfluß des durch den Verbraucher fließenden Stroms berücksichtigt, verwendet wird. Insbesondere bei der Ermittlung der Spulentemperatur und/oder des Spulenwiderstandes eines Magnetventils ist die Vorgehensweise vorteilhaft. Die Ermittlung dieser Größen ist mit geringem Aufwand möglich. So werden nur wenige Sensorsignale benötigt, die teilweise bereits bei der Steuerung des Verbrauchers benötigt werden. Als Temperaturgröße wird insbesondere die Umgebungslufttemperatur verwendet.

Eine besonders genaue Nachbildung des zeitlichen Verhalten der Größen ergibt sich, wenn das erste und/oder das zweite Filter wenigstens PT1-Verhalten aufweisen.

Bei der Größe, die von der Temperatur des Verbrauchers abhängt oder die die Temperatur des Verbrauchers charakterisiert, handelt es sich um die Temperatur oder den ohmschen Widerstand des Verbrauchers. Insbesondere handelt es sich um die Temperatur oder den ohmschen Widerstand einer Spule eines Magnetventils.

Eine genaue Nachbildung des Widerstandes und/oder der Temperatur ergibt sich durch die Berücksichtigung der Eigenerwärmung des Verbrauchers, die durch das zweite Filtermittel nachgebildet wird. Vorzugsweise wird der durch den Verbraucher fließende Strom als Ausgangsgröße der Modellierung verwendet. Dabei kann der gewünschte Stromwert und/oder der gemessene Stromwert herangezogen werden.

Eine besonders vorteilhafte Nachbildung des Verhaltens des Verbrauchers, insbesondere mit Blick auf den möglichen Energieaustausch mit der Umgebung und/oder dem durch den Verbraucher strömenden Mediums ergibt sich, wenn das erste Filter wenigstens zwei parallel geschaltete Filter mit PT1- Verhalten umfaßt, und wenn die parallel geschalteten Filter unterschiedliches zeitliches Verhalten aufweisen. Dabei werden vorzugsweise ein gemessener Temperaturwert für die Umgebungstemperatur und/oder die Temperatur des durch den Verbraucher strömenden Mediums als Ausgangsgrößen für die Modellierung verwendet.

Weitere vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen erläutert. Es zeigen Fig. 1 ein Blockdiagramm und eine Einrichtung zur Steuerung eines elektrischen Verbrauchers und Fig. 2 ein Blockdiagramm zur Verdeutlichung der Temperaturbestimmung eines elektrischen Verbrauchers.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Im Folgenden wird die erfindungsgemäße Vorgehensweise am Beispiel der Ermittlung der Temperatur eines Magnetventils beschrieben. Solche Magnetventile werden in Kraftfahrzeugen hauptsächlich zur Steuerung der einzuspritzenden Kraftstoffmenge oder zur Steuerung eines flüssigen und/oder gasförmigen Mediums eingesetzt. So werden beispielsweise Druckregler zur Regelung des Drucks in Hydrauliksystemen wie beispielsweise bei einer Getriebesteuerung und/oder bei Systemen, die die Bremswirkung einzelner und/oder aller Räder beeinflussen.

Zur genauen Steuerung dieser Verbraucher, insbesondere zur Überwachung der Verbraucher sollte der elektrische Widerstand und damit die Temperatur des. Verbrauchers bekannt sein.

In Fig. 1 ist eine solche Vorrichtung zur Steuerung eines Verbrauchers beispielhaft dargestellt. Der Verbraucher ist mit 100 bezeichnet und steht über eine Reihenschaltung bestehend aus einem Schaltmittel 110 und einem Widerstand 120 mit einem Masseanschluss 125 in Verbindung. Desweiteren ist der Verbraucher mit einer Versorgungsspannung 130 kontaktiert. Bei dieser Spannungsversorgung handelt es sich bei einem Kraftfahrzeug vorzugsweise um das Bordnetz bzw. um eine Batterie.

Das Schaltmittel 110 wird vorzugsweise von einer Steuerung 140 mit Ansteuersignalen beaufschlagt. Die Steuerung 140 beinhaltet im Wesentlichen eine Ansteuerung 142, die das Schaltmittel 110 mit Ansteuersignalen beaufschlagt. Die Ansteuerung 142 wird von einer Sollwertvorgabe 144 mit einem Stromsollwert IS und von einer Temperaturbestimmung 146 mit einem Temperaturwert TW, der die Temperatur des Verbrauchers charakterisiert, beaufschlagt. Desweiteren gelangt das Ausgangssignal der Sollwertvorgabe IS zu der Temperaturbestimmung 146. Der Temperaturbestimmung 146 wird ferner das Ausgangssignal TU eines Temperatursensors 147 zugeleitet. Der Sollwertvorgabe 144 werden verschiedene Signale verschiedener Sensoren 145 zugeleitet, die den Betriebszustand und/oder Umgebungsbedingungen charakterisieren, die zur Steuerung des Verbrauchers benötigt werden. Dabei handelt es sich beispielsweise um die Drehzahl einer Brennkraftmaschine, wenn der Verbraucher 100 in einer Brennkraftmaschine verwendet wird.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Ansteuerung 142 eine Stromregelung beinhaltet. In diesem Fall wird von einer Iststromerfassung 150 der Spannungsabfall an dem Widerstand 120 abgegriffen und als Istwert II der Ansteuerung 142 zugeleitet.

Ausgehend von verschiedenen Betriebskenngrößen, abhängig von denen der Verbraucher 100 anzusteuern ist, bestimmt die Sollwertvorgabe 144 einen Stromsollwert IS, der so bestimmt ist, dass der Verbraucher bei diesem Stromfluss eine vorbestimmte Position einnimmt. Zum Beispiel ist der Stromwert so bestimmt, dass der Verbraucher, der beispielsweise als Magnetventil oder Druckregler ausgelegt ist, einen bestimmten Druckwert einstellt. Die Ansteuerung 142 setzt diesen Sollwert IS in Ansteuersignale für das Schaltmittel 110 um, die dann das Schaltmittel 110 in entsprechender Weise durch die Ansteuerung 142 entsprechend angesteuert wird. Dabei kann beispielsweise das Schaltmittel 110 mit einem entsprechenden Tastverhältnis oder mit einem entsprechend pulsweitem modellierten Signal angesteuert werden.

Handelt es sich bei dem Verbraucher beispielsweise um ein Magnetventil, so ist der Widerstand im wesentlichen durch die Wicklung des Magnetventils bestimmt. Dieser Widerstand hängt stark von der Temperatur TW der Wicklung ab. Um eine genaue Steuerung des Verbrauchers ermöglichen zu können, ist es daher erforderlich, dass die Wicklungstemperatur TW bei der Bildung des Ansteuersignals für das Schaltmittel 110 berücksichtigt wird. Hierzu bestimmt die Temperaturbestimmung 146 ausgehend von dem Strom, der durch den Verbraucher fließt, und weiteren Einflüssen, wie beispielsweise der Umgebungstemperatur TU, die Temperatur TW der Wicklung der Spule.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird hierzu der Sollstrom IS verwendet. Bei einer alternativen Ausführungsform kann auch der Iststrom II, der mittels des Widerstandes 120 und der Strombestimmung erfasst wird, verwendet werden. Desweiteren können auch andere diese Größe charakterisierenden Größen eingesetzt werden.

Die Temperaturbestimmung 146 ist in Fig. 2 detaillierter dargestellt. Bereits in Fig. 1 beschriebene Elemente sind mit entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet. Das Signal TU bezüglich der Umgebungslufttemperatur gelangt über ein erstes Filter 200 zu einem Verknüpfungspunkt 210. Ein Signal, das den Strom, der durch den Verbraucher fließt, charakterisiert, gelangt über eine Leistungsbestimmung 220 zu einem zweiten Filter 230. Als solches Signal wird in der dargestellten Ausführungsform das Ausgangssignal der Sollwertvorgabe 144 verwendet. Das Ausgangssignal des Filters 230 gelangt zu dem Verknüpfungspunkt 210. Der Verknüpfungspunkt 210 verknüpft die beiden Signale vorzugsweise aditiv und leitet das Ergebnis als Spulentemperatur TW zur Ansteuerung 142.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung gelangt ein Signal TUb bezüglich der Umgebungslufttemperatur eines Sensors 147b über ein weiteres Filter 200b zu dem Verknüpfungspunkt 210.

Das erste Filter weist vorzugsweise PT1-Verhalten auf. Dieses Filter 200 ist derart ausgebildet, dass es den Einfluß der Umgebungstemperatur auf die Spulentemperatur TW berücksichtigt. Das zweite Filter 230 berücksichtigt den Einfluss des durch den Verbraucher fließenden Stroms IS auf die Spulentemperatur. Hierzu wird ausgehend von dem Strom, die durch den Verbraucher fließt, die elektrische Verlustleistung, die in dem Verbraucher entsteht, bestimmt. Diese Verlustleistung ist im wesentlichen proportional zum Quadrat des Stromes IS. Die Leistungsbestimmung 220 und das Filter 230 bilden die Eigenerwärmung des Verbrauchers durch den Stromfluss nach. Der erste Filter bildet den Temperaturaustausch zwischen der Umgebung und der Spulenwicklung nach.

Die so ermittelte Wicklungstemperatur TW beschreibt sehr genau die tatsächliche Wicklungstemperatur, da die wesentlichen Einflüsse, wie Eigenerwärmung durch den fließenden Strom und Energieabgabe oder Aufnahme zur Umgebung berücksichtigt werden. Dadurch kann der Widerstand der Spule sehr genau bestimmt und bei der Ansteuerung berücksichtigt werden.

Eine weitere Verbesserung der Temperaturnachbildung ergibt sich, wenn das erste Filter 200 aus zwei parallel geschalteten Filtern mit unterschiedlichen zeitlichen Verhalten aufgebaut wird. Diese Ausgestaltung ist in Fig. 2 gestrichelt dargestellt.

Dabei berücksichtigt ein Filter die Temperaturübertragung des Verbrauchers zu seiner Umgebung und das zweite Filter die Temperaturübertragung auf das durch den Verbraucher strömende Medium, wie beispielsweise eine Hydraulikflüssigkeit. Dabei berücksichtigen die Zeitkonstanten die unterschiedlichen Übertragungsverhalten der Energie nach außen bzw. auf das durchströmende Medium. Vorzugsweise liefert ein Sensor 147 ein Signal TU bezüglich der Umgebungstemperatur und ein Sensor 147b ein Signal TUb bezüglich der Temperatur des durch das Magnetventil strömenden Mediums.

Vorzugsweise hat das Filter 200, dass das Übertragungsverhalten nach außen charakterisiert, eine große Zeitkonstante, das Filter 200b, dass das Übertragungsverhalten auf das durchströmende Medium charakterisiert eine sehr kurze Zeitkonstante, d. h. Temperaturänderungen des durchströmenden Mediums wirken sich sehr schnell auf die Wicklungstemperatur TW aus. Änderungen der Umgebungstemperatur dagegen wirken sich sehr langsam aber wesentlich stärker auf die Spulentemperatur aus.

Diese Vorgehensweise berücksichtigt, dass das Magnetventil nicht homogen aufgebaut ist. Der Wärmetransport von der Spulenwicklung über den Aussenmantel ist anders, als der Wärmetransport zwischen Spulenwicklung und dem Innenkanal, der von dem durchströmenden Medium durchspült wird. Bei weiteren Ausgestaltungen können noch weitere unterschiedliche Wärmeübergänge berücksichtigt werden.

Claims

1. Verfahren zur Steuerung eines elektrischen Verbrauchers, wobei eine Größe, die von der Temperatur des Verbrauchers abhängt oder die die Temperatur des Verbrauchers charakterisiert, ermittelt wird, wobei die Größe ausgehend von einer Temperaturgröße und einer Stromgröße vorgebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Filter den Einfluss der Temperaturgröße auf die Größe berücksichtigt und dass ein zweiter Filter den Einfluss des durch den Verbraucher fließenden Stroms berücksichtigt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder das zweite Filter wenigstens PT1- Verhalten aufweisen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Filter wenigstens zwei parallel geschaltete Filter mit PT1-Verhalten umfasst, und dass die parallel geschalteten Filter unterschiedliches zeitliches Verhalten aufweisen.

4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Filter die Eigenerwärmung des Verbrauchers nachbildet.

5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturgröße die Temperatur der Umgebung und/oder die Temperatur des durch den Verbraucher strömenden Mediums charakterisiert.

6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Filter den Austausch mit der Umgebung und/oder mit dem durch den Verbraucher strömenden Medium nachbildet.

7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Größe um die Temperatur oder den ohmschen Widerstand des Verbrauchers handelt.

8. Vorrichtung zur Steuerung eines elektrischen Verbrauchers, mit Mitteln, die eine Größe, die von der Temperatur des Verbrauchers abhängt oder die die Temperatur des Verbrauchers charakterisiert, ermitteln, wobei die Größe ausgehend von einer Temperaturgröße und einer Stromgröße vorgebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel ein ersten Filter umfassen, das den Einfluss der Temperaturgröße auf die Größe berücksichtigt, und dass die Mittel ein zweiten Filter umfassen, der den Einfluss des durch den Verbraucher fließenden Stroms berücksichtigt.