DE102007025619A1

DE102007025619A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines hydraulischen Stellers

Info

Publication number: DE102007025619A1
Application number: DE102007025619A
Authority: DE
Inventors: Juergen Schiemann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-06-01
Filing date: 2007-06-01
Publication date: 2008-12-04
Anticipated expiration: 2027-06-02
Also published as: JP5291385B2; US20090014672A1; DE102007025619B4; JP2008298078A; US20090206288A2; US8485148B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Stellers (30), insbesondere für ein Ventil (1), vorzugsweise für ein Gaswechselventil einer Brennkraftmaschine, mit mindestens einem Steuerventil (MV1) zum Öffnen des Ventils (1) und einem Steuerventil (MV2) zum Schließen des Ventils (1), wobei jedes der Steuerventile (MV1, MV2) mittels mindestens eines Ansteuerpulses ansteuerbar ist, dessen Dauer eine Position auf dem Stellweg des Ventils (1) bestimmt. Es ist vorgesehen, dass das Öffnen/Schließen des Ventils (1) in einem Hub und/oder mehreren Teilhüben erfolgt und jedem Hub und/oder jedem Teilhub mindestens ein Ansteuerimpuls zugeordnet ist und dass dem Ventil (1) mindestens ein Geber (38) zugeordnet ist, der ein Signal (U_sgwv) erzeugt, das Werte eines diskreten Stellwegs (s_i) des Ventils (1) und einer zugeordneten Zeit (t_i) und/oder eines diskreten Zeitpunkts (t_i) und eines zugeordneten Stellwegs (s_i) aufweist, und dass das Verfahren zur Steuerung des Stellers (30) mit folgenden Schritten durchgeführt wird: a. Starten eines Ansteuerpulses mit einer Solldauer des Ansteuerpulses zum Öffnen und/oder Schließen des Ventils (1), b. Erzeugen mindestens eines Signals (U_sgwv) und c. Korrigieren der Solldauer des Ansteuerpulses und/oder eines folgenden, dem Hub und/oder einem Teilhub zugeordneten Ansteuerpulses entsprechend des Signals (U_sgwv). Weiterhin betrifft die Erfindung eine entsprechende Vorrichtung und ein entsprechendes Steuergerät.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Stellers, insbesondere für ein Ventil, vorzugsweise für ein Gaswechselventil einer Brennkraftmaschine, mit mindestens einem Steuerventil zum Öffnen des Ventils und einem Steuerventil zum Schließen des Ventils, wobei jedes der Steuerventile mittels mindestens eines Ansteuerpulses ansteuerbar ist, dessen Dauer eine Position auf dem Stellweg des Ventils bestimmt. Weiterhin betrifft die Erfindung eine entsprechende Vorrichtung und ein entsprechendes Steuergerät.
Stand der Technik
Ein derartiges Verfahren zur Steuerung eines Stellers ist bekannt, insbesondere für hydraulische Steller der eingangs genannten Art, welche zur Betätigung von Ventilen, wie der Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine oder eines Kompressors, oder zur Betätigung von Klappen, wie beispielsweise schneller Schaltklappen im Ansaugrohr eines Zylinders einer Brennkraftmaschine, oder zur Betätigung anderer Mechanismen verwendet werden. Die Ansteuerung eines solchen hydraulischen Ventilstellers erfolgt in Abhängigkeit verschiedener Betriebsparameter des Motors mittels eines im Allgemeinen durch Software gesteuerten elektronischen Steuergeräts. Dabei werden aus Steuerungsvorgaben beispielsweise eines Gaswechselventils – z. B. für Hub und Steuerzeiten – unter Berücksichtigung von System-Zustandsgrößen wie z. B. Versorgungsspannung, Brennraumdruck, Hydraulikdruck und Temperatur entsprechende Ansteuergrößen, d. h. Sollwerte für die benötigten Stelleransteuersignale, berechnet und gemäß dieser Sollwerte die Ansteuersignale erzeugt.
Bei einem z. B. aus der DE 10 2004 022 447 A1 bekannten hydraulischen Steller, der in einem elektrohydraulischen nockenwellenlosen Stellsystem für Gaswechselventile (EHVS) verwendet wird, wird jeweils ein aus mindestens einem Puls bestehendes Ansteuersignal zur Steuerung eines den Öffnungsvorgang eines EHVS-Stellers bestimmenden hochdruckseitigen Steuerventils (MV1) sowie eines für den Schließvorgang zuständigen niederdruckseitigen Steuerventils (MV2) benötigt. Ein einzelner Ansteuerpuls bestimmt dabei Zeitpunkt und Dauer eines Öffnens des hochdruckseitigen bzw. eines Schließens des niederdruckseitigen Steuerventils.
Bei diesem bekannten EHVS-System können Hub und Steuerzeiten sowie Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit der Gaswechselventile einer Brennkraftmaschine prinzipiell frei programmiert werden. Dies ermöglicht eine flexible Steuerung des Gaswechsels der Brennkraftmaschine, womit das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine sowie deren spezifischer Kraftstoffverbrauch und Schadstoffemissionen verbessert werden können.
Grundsätzlich kann ein Verfahren zur Steuerung eines hydraulischen Ventilstellers ohne Rückmeldung über die Stellvorgänge selbst, d. h. als eine reine Steuerung gestaltet werden. Entsprechende Verfahren und Steuerungsfunktionen für die Steuerung des Hubes eines hydraulischen Stellers sind aus den Patentanmeldungen DE 10 2005 002 385 A1 und DE 10 2005 002 384 A1 bekannt.
Ein genereller Nachteil dieser bekannten Lösungen besteht darin, dass sie auf eine sehr gute Prädiktion der möglichen Stellverläufe angewiesen sind und daher einen hohen Modellierungs- und/oder Applikationsaufwand bedingen, damit die geforderte Stellgenauigkeit erreicht wird. Der hohe Aufwand betrifft vor allem die hinreichend genaue Beschreibung der Vielzahl von Abhängigkeiten, wobei Einflüsse wie Öldruck, Öltemperatur, Viskosität und Gaskräfte zu berücksichtigen sind. Diese sind zum Teil schnell veränderlich, wie der Öldruck, und/oder schwierig zu modellieren, wie z. B. die Gaskräfte.
In diesem Problembereich, der auch andere bekannte nockenwellenfreie Ventilsteuerungen in gleicher Weise betrifft, sind nach dem Stand der Technik bereits Lösungen bekannt, die von einer Rückmeldung über einen Stellvorgang ausgehen. Dazu wird ein geeigneter Geber benötigt.
Die DE 198 39 732 C2 offenbart einen piezoelektrisch-hydraulischen Steller für ein Gaswechselventil, wobei dem Stellkolben ein elektronischer Weggeber zugeordnet ist.
Aus der DE 19918 095 C1 ist eine Schaltung zur Steuerung eines elektromechanisch betätigten Gaswechselventils bekannt, das mit einem Positionssensor ausgestattet ist. Auf Basis des Positionssignals erzeugt ein Aufsetzregler ein Ansteuersignal für eine Endstufe des Gaswechselventils.
Aus der DE 38 06 969 A1 ist eine weitere elektrohydraulische Stelleinrichtung für ein Gaswechselventil bekannt, bei dem die Ventilerhebungskurve auf einen vorgegebenen Sollwertverlauf einstellbar ist, wobei ein Wegaufnehmer vorgesehen ist, der die Position des Gaswechselventils erfasst und einem Regler zuführt. Dieser steuert den Strom eines Proportionalmagneten, der einen kontinuierlich regelbaren Steuerschieber zur Regulierung der hydraulischen Stellkraft betätigt.
Die bekannten Lösungen beruhen auf der kontinuierlichen positionsabhängigen Regelung einer proportionalen Ansteuergröße, z. B. des Stroms oder der Spannung einer Endstufe, wodurch die Kraft des Stellers und damit der Bewegungsverlauf bzw. die Geschwindigkeit des Gaswechselventils in gewünschter Weise verändert, insbesondere auf einen Sollverlauf geregelt wird.
Beim genannten EHVS-System ist die Grundvoraussetzung für eine Anwendung oder Übertragung der bekannten Lösungen, d. h. für eine Regelung des Bewegungsverlaufs nicht erfüllt, da eine proportionale Ansteuerung und damit herstellbare Stellkraftregulierung prinzipbedingt nicht möglich ist.
Andererseits sind auch für die Steuerung eines EHVS-Stellers Lösungen bekannt, die von einer mindestens mittelbaren Rückmeldung über den Stellverlauf Gebrauch machen. So ist aus der oben genannten DE 10 2005 002 385 A1 sowie der weiteren DE 10 2005 002 387 A1 auch bekannt, eine Hubsteuerung auf der Basis einer Rückmeldung über die Stellvorgänge bzw. eingestellten Ventilhübe zu adaptieren, um bei einer Drift von Stellerparametern entstehende Steuerungsfehler zu verringern bzw. zu vermeiden.
Des Weiteren ist aus der genannten DE 10 2005 002 385 A1 auch eine Regelung des Ventilhubs von Zyklus zu Zyklus bekannt, die ebenfalls von einer Rückmeldung über den Ventilhub ausgeht. Dabei wird zu einem modellgestützt berechneten Sollwert einer Ansteuerdauer des hochdruckseitigen Steuerventils eine Korrekturgröße addiert, die auf der Basis von Stellfehlern zurückliegender Stellvorgänge ermittelt wird.
Der für die reine Steuerung benötigte hohe Modellierungs- und/oder Applikationsaufwand verringert sich bei den letztgenannten Lösungen nicht wesentlich. Zudem werden Fehler bei der Bestimmung von Einflussgrößen durch eine Adaption nicht oder kaum und durch eine Zyklus-basierte Regelung nur zum Teil ausgeglichen. Schnelle Veränderungen von Einflussgrößen wie dem Öldruck oder von Vorgabewerten einzelner Ventilparameter führen daher trotz vorhandener Rückmeldung über die eingestellten Hübe fast unvermeidlich zu merklichen transienten Soll-Ist-Abweichungen des Ventilhubs.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine auf der Basis einer Stellweg-Rückmeldung verbesserte Steuerung des Ventilhubs darzustellen, die die geforderte hohe Stellgenauigkeit auch bei hochdynamischen Veränderungen von Einflussgrößen und großen möglichen Fehlern bei der Bestimmung solcher Einflussgrößen sicherstellt und insbesondere transiente Fehler des gestellten Ventilhubs vermeidet.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Öffnen/Schließen des Ventils in einem Hub und/oder mehreren Teilhüben erfolgt und jedem Hub und/oder jedem Teilhub mindestens ein Ansteuerimpuls zugeordnet ist, und dass dem Ventil mindestens ein Geber zugeordnet ist, der ein Signal erzeugt, das Werte eines diskreten Stellwegs des Ventils und einer zugeordneten Zeit und/oder eines diskreten Zeitpunkts und eines zugeordneten Stellwegs aufweist, und dass das Verfahren zur Steuerung des Stellers mit folgenden Schritten durchgeführt wird:

– Starten eines Ansteuerpulses mit einer Solldauer des Ansteuerpulses zum Öffnen und/oder Schließen des Ventils,
– Erzeugen mindestens eines Signals und
– Korrigieren der Solldauer des Ansteuerpulses und/oder eines folgenden, dem Hub und/oder einem Teilhub zugeordneten Ansteuerpulses entsprechend des Signals.

Die Erfindung offenbart eine Hubsteuerung, bei der mindestens einmal während des Öffnungsvorgangs eines hydraulischen Stellers auf der Basis eines Sensorsignals, das eine geeignete Rückmeldung über diesen Stellvorgang enthält, der Stellweg des Stellers oder die Abweichung des Stellwegs von einem vorgegebenen bzw. erwarteten Verlauf, oder ein Maß für den genannten Stellweg oder die genannte Abweichung, bestimmt und zur verbesserten Berechnung einer Stellgröße verwendet wird, die zum Einstellen des gewünschten Ventilhubs benötigt bzw. verwendet wird. Auf dieser Grundlage erfolgt noch während des Öffnungsvorgangs eine mindestens einmalige, ggf. auch sukzessive (iterative) Korrektur einer Stellgröße, insbesondere einer Ansteuerzeit des hochdruckseitigen Steuerventils (MV1), die den resultierenden Hub determiniert.
Die vorgeschlagene Lösung stellt im Kern eine Steuerung dar, da nur die Dauer eines Stellvorgangs beeinflusst wird. Somit ist die erfindungsgemäße Korrektur, die diese Dauer zwecks genauerer Einstellung der Steuergröße „Hub" verkürzt oder verlängert, immer noch – wie eine reinen Steuerung, die keine Rückmeldung über den Stellvorgang hat – auf die genügend gute Prädiktion des weiteren Bewegungsverlaufs angewiesen.
Im Unterschied zu den einleitend genannten, nach dem Stand der Technik bei nockenwellenfreien variablen Ventilsteuerungen bekannten Regelungen wird bei der vorliegenden Erfindung die Bewegung eines Gaswechselventils als Weg-Zeit-Verlauf durch die erfindungsgemäße Korrektur nicht beeinflusst, sondern nur die Dauer eines Stellvorgangs angepasst. Somit beinhaltet die Rückmeldung über den Bewegungsverlauf auch keinerlei Information über eine durchgeführte Korrektur der Ansteuerung, da diese Korrektur eben nicht sofort, sondern erst am Ende wirksam wird.
Insbesondere wird bei einer Abfolge mehrerer erfindungsgemäßer Korrekturschritte bzw. bei einer iterativen Durchführung des Verfahrens die Güte der Steuerung, d. h. die Genauigkeit des eingestellten Ventilhubs, nur durch eine einzige, nämlich die letzte Korrektur vor dem tatsächlichen Ende der Ansteuerung determiniert.
Die entscheidende Bedeutung des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass es auch und gerade bei solchen Stellsystemen (wie der genannten elektrohydraulischen Ventilsteuerung) mit Vorteil anwendbar ist, bei denen eine proportionale Ansteuerung bzw. zeitabhängige Regulierung der Stellkraft prinzipbedingt nicht möglich ist, so dass die bekannten Regelungsverfahren nicht verwendet werden können.
Die gegenüber der reinen Steuerung mittels der vorgeschlagenen Lösungen erzielbaren Verbesserungen beruhen zum Einen darauf, dass beispielsweise ein Modell des Stellvorgangs, das für die nach wie vor benötigte Prädiktion verwendet wird, auf der Basis der erfindungsgemäß verwendeten Rückmeldung über den Stellweg verbessert werden kann, und dass zum Anderen mit dem zeitlichen Abstand der Erfassung einer Rückmeldung relativ zum Beginn eines Stellvorgangs eine entsprechende Verkürzung des Prädiktionsintervalls bis zum Ende des Vorgangs einhergeht. Bei einer iterativen Variante des Verfahrens wird dieses Prädiktionsintervall sukzessive verkürzt.
Mit Vorteil ist vorgesehen, dass das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung eines Öffnens/Schließens bspw. eines Gaswechselventils in einem Hub und/oder in mehreren Teilhüben verwendet wird, wobei für jeden Hub und/oder Teilhub mindestens ein Signal (U_sgwv) erzeugt und eine Korrektur eines Ansteuerpulses entsprechend dieses Signals (U_sgwv) vorgenommen wird.
Mit Vorteil wird für die erfindungsgemäße Ansteuerkorrektur eine Position auf dem Stellweg des hydraulischen Stellers bzw. des damit betätigten Gaswechselventils zu mindestens einem vorgegebenen Zeitpunkt erfasst. Dies ist beispielsweise auf Basis bekannter Wegsensoren möglich, die ein proportionales Wegsignal liefern.
Bevorzugt wird in diesem Fall eine Abweichung der gemessenen Position des Gaswechselventils bzw. Stellers von einer zum gegebenen Zeitpunkt erwarteten Position bestimmt. Damit ist es beispielsweise möglich, eine Korrektur der Ansteuerzeit des hochdruckseitigen Steuerventils so zu bestimmen, dass die festgestellte Abweichung bei einer für das Ende des Stellvorgangs prädizierten Geschwindigkeit des Stellers gerade kompensiert wird. Diese Lösung wird weiter unten als ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung genauer beschrieben.
Alternativ und gleichermaßen vorteilhaft wird ein Zeitpunkt bestimmt, zu dem das Gaswechselventil eine vorbestimmte Position erreicht. Für diesen Fall eignen sich z. B. bekannte Positions- oder Inkrementgeber, die an einer oder mehreren Positionen einen Impuls oder eine Signalflanke erzeugen. Damit ist es beispielsweise möglich, eine Korrektur der Ansteuerzeit des hochdruckseitigen Steuerventils so zu bestimmen, dass die festgestellte „Verspätung" oder „Verfrühung" gerade kompensiert wird. Diese Lösung wird weiter unten als ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung genauer beschrieben.
Diese Lösungen lassen sich in verschiedener Weise weiterbilden und verbessern. So kann z. B. aus einer genannten Abweichung auf einen Geschwindigkeitsfehler geschlossen und dieser in die Bestimmung der erfindungsgemäßen Korrektur eingebracht werden.
Es weiteren kann z. B. bei mehrmaliger Erfassung einer Rückmeldung über den Stellvorgang nicht nur die erfindungsgemäße Korrektur selbst mit Vorteil mehrfach durchgeführt, sondern z. B. auch ein für die Berechnung der Korrektur verwendetes Bewegungsmodell, das einen erwarteten Verlauf beschreibt, auf Basis festgestellter Abweichungen von eben diesem Sollverlauf verbessert resp. adaptiert werden.
Mit Vorteil kann das erfindungsgemäße Verfahren auch iterativ gestaltet werden, d. h. mit regelmäßig und ggf. in schneller Folge wiederholten Schritten, in denen z. B. jeweils eine Stellweg-Rückmeldung erfasst und unmittelbar anschließend eine den Hub bestimmende Ansteuergröße korrigiert wird.
Solche beispielhaften Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens können in vorteilhafter Weise fast vollständig mittels Signalverarbeitung, d. h. mit signalbasierten Algorithmen zur Bestimmung der Ansteuerkorrekturen dargestellt werden. Bei diesen Ausführungen wird lediglich für die Prädiktion der Bewegung des Stellers in einer kurzen Nachlaufphase nach Abschaltung der Ansteuerung des hochdruckseitigen Steuerventils (MV1), konkret für die Prädiktion des Hubzuwachses in dieser Phase, ein kleiner modellgestützter Anteil in der erfindungsgemäßen Korrekturrechnung benötigt.
Ein drittes Ausführungsbeispiel repräsentiert beispielhaft die letztgenannte Klasse erfindungsgemäßer Lösungen. Das beispielhaft angegebene und sehr einfache iterative Kor rekturverfahren basiert auf der direkten Auswertung von Stellweg und Geschwindigkeit zur fortlaufenden Bestimmung der noch benötigten restlichen Hubzeit und somit der Ansteuerzeit insgesamt. Dies führt – während der bereits laufenden Generierung des Ansteuerpulses eines hochdruckseitigen Steuerventils (MV1) durch die entsprechende Pulsausgabeeinheit – zur einer sukzessiven Korrektur der Ansteuerzeit, d. h. des an die Pulsausgabeeinheit übermittelten Vorgabewerts für die Pulslänge des bereits laufenden Ansteuerpulses. Voraussetzung für dieses Verfahren ist ein Sensor, der den Stellweg eines EHVS-Stellers mit hoher Genauigkeit und Abtastrate und mit einer nicht zu großen (bekannten) Latenzzeit zu bestimmen erlaubt. Dabei kann die benötigte Abtastrate mittels einer zeitlichen Verfeinerung eines grob abgetasteten Eingangssignals, z. B. durch den Einsatz einer Modell- oder Signal-basierten Extrapolation, entscheidend reduziert werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung wird beispielsweise der modellbasierte Teil des Berechnungen, ggf. auch das Signalauswerteverfahren, mit einer Adaption verknüpft, die Modellfehler oder driftbedingte Fehler ausgleicht.
Die besonderen Vorteile der durch das dritte Ausführungsbeispiel illustrierten iterativen Lösungsvarianten liegen neben der sicheren Erfüllung der Anforderungen an die Stellgenauigkeit vor allem in der konzeptionellen Einfachheit, die sich bei der beispielhaft angegebenen Ausführung in dem praktisch völligen Fehlen von Modellierungen, seien es solche des Stellerverhaltens und/oder der Einflussgrößen, ausdrückt. Entsprechend gering ist der benötigte Code- und Datenumfang sowie der Applikationsaufwand.
Was die Stellgenauigkeit angeht, werden selbst größte potentielle Stellfehler vollständig kompensiert und somit verhindert. Solche großen Fehler können beispielsweise bei einem Betriebszustand mit hoher Leistungsanforderung an den Motor im Falle einem Verbrennungsaussetzers, also bei dem fast völligen Wegfallen einer normalerweise erwarteten, hohen zuhaltenden Gaskraft an einem Auslassventil auftreten, wenn die für den Normalfall berechnete Ansteuerzeit des Auslassventils nicht korrigiert wird. Bei der vorliegend beschriebenen Lösung wird ein solcher Sachverhalt automatisch korrigiert, da das schnellere Öffnen des Auslassventils zu einer entsprechenden (starken) Verkürzung der Ansteuerzeit führt.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung, insbesondere Brennkraftmaschine, vorzugsweise zur Durchführung des oben genannten Verfahrens, mit mindestens einem hydraulisch betätigten Ventil.
Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass dem Ventil ein Geber zugeordnet ist, der ein zu einem Stellweg des Ventils korrespondierendes Signal, insbesondere ein elektrisches Signal, erzeugt.
Mit Vorteil ist vorgesehen, dass das hydraulisch betätigte Ventil ein Gaswechselventil ist, das mittels eines hochdruckseitigen Steuerventils und eines niederdruckseitigen Steuerventils mit Hydraulikdruck beaufschlagt und so geöffnet und geschlossen werden kann. Die Steuerventile sind insbesondere Schaltventile.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, das hochdruckseitige Steuerventil und das niederdruckseitige Steuerventil elektrisch angesteuert werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Öffnen des hochdruckseitigen Steuerventils bei geschlossenem niederdruckseitigen Steuerventil ein Öffnen des Gaswechselventils und das Öffnen des niederdruckseitigen Steuerventils bei geschlossenem hochdruckseitigen Steuerventil ein Schließen des Gaswechselventils bewirkt.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Steuergerät zur Steuerung eines hydraulischen Stellers mittels eines vorstehend genannten Verfahrens. Es ist vorgesehen, dass das Steuergerät mit Mitteln zur Ansteuerung mindestens eines Steuerventils des hydraulischen Stellers und zur Erfassung des Signals eines Gebers ausgerüstet ist.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Steuerung eines Ventils, insbesondere eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine, wobei dem Ventil ein Geber zugeordnet ist, der ein zu einem Stellweg des Ventils korrespondierendes Signal, insbesondere ein elektrisches Signal, erzeugt, und das Ventil vermittels eines Ansteuerpulses geöffnet und geschlossen wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Ist-Wert des Stellweges des Gaswechselventils fortlaufend abgetastet wird und aus dem Ist-Wert des Stellweges fortlaufend ein Sollwert der Dauer des Ansteuerpulses ermittelt wird.
Weiterhin ist mit Vorteil vorgesehen, dass der Sollwert der Dauer des Ansteuerpulses ermittelt wird, indem aus einem zum Zeitpunkt einer Abtastung zurückgelegten Stellweg und einer Geschwindigkeit des Ventils zum Zeitpunkt der Abtastung eine Zeitdauer ermittelt wird, nach der ein Sollwert des Stellweges erreicht ist und dass aus der Zeitdauer die Pulsdauer sowie aus der Pulsdauer das Ende des Ansteuerpulses bestimmt wird.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine restliche Pulsdauer (tm1_rest) aus dem Quotienten der Differenz zwischen Soll-Stellweg (h_soll) und Ist-Stellweg (s_gwv) zur Öffnungsgeschwindigkeit (v_gwv) ermittelt wird (tm1_rest = (h_soll – s_gwv)/v_gwv).
Mit Vorteil ist weiterhin vorgesehen, dass die restliche Pulsdauer um eine effektive Rücklaufzeit (dt_rl_eff) eines Ankers des elektrisch angesteuerten Steuerventils korrigiert wird (tm1_rest = (h_sol – s_gwv)/v_gwv – dt_rl_eff).
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die effektive Rücklaufzeit (dt_rl_eff) aus Zustandsgrößen der Brennkraftmaschine, insbesondere Druck (pöl) und Temperatur (Töl) eines Hydrauliköls der hydraulischen Ventilbetätigung sowie der Öffnungsgeschwindigkeit (v_gwv) des Gaswechselventils bestimmt wird (dt_rl_eff = C0(pöl, Töl) + C1(pöl, Töl)·v_gwv).
Schließlich ist mit Vorteil vorgesehen, dass die effektive Rücklaufzeit (dt_rl_eff) aus einem Kennfeld ermittelt wird. Das Kennfeld entspricht insbesondere der Gleichung: dt_rl_eff = C0(pöl, Töl) + C1(pöl, Töl)·v_gwv
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel einer elektrohydraulischen Ventilsteuerung (EHVS),
2a eine beispielhafte Ansteuerung der Steuerventile MV1 und MV2 bei einem nicht gestuften Öffnungsverlauf eines EHVS-Stellers und einen korrespondierenden Bewegungsverlauf des Hubankers des Steuerventils MV1,
2b eine Ansteuerung der Steuerventile MV1 und MV2 eines EHVS-Stellers für einen Öffnungsverlauf in zwei Teilhüben,
3 einen Öffnungsverlauf eines in zwei Teilhüben mit EHVS geöffneten Gaswechselventils sowie beispielhafte erfindungsgemäße Ansteuerkorrekturen des Steuerventils MV1,
4 ein Blockschaltbild, das eine beispielhafte Anordnung zur Realisierung einer erfindungsgemäßen stellwegbasierten Ansteuerkorrektur zeigt,
5 ein Ablaufdiagramm, das beispielhaft die wesentlichen Verfahrensschritte erfindungsgemäßer Ansteuerverfahren darstellt,
6 ein Diagramm, das ein erfindungsgemäßes Verfahren mit iterativer Ansteuerkorrektur des Steuerventils MV1 am Beispiel des Öffnungsverlaufs eines mit EHVS verstellten Gaswechselventils veranschaulicht,
7 ein Blockschaltbild, das eine beispielhafte Realisierung dieser iterativen Ansteuerkorrektur beschreibt,
8 ein Blockschaltbild, das eine Implementierung des Blocks 62 (Berechnung und Ausgabe eines Korrekturwerts tm1_korr) beschreibt,
9 ein Blockschaltbild, das eine Implementierung des Blocks 63 (Berechnung und Ausgabe eines Startwerts tm1 sowie einer tm1-Begrenzung) beschreibt,
10 ein Blockschaltbild, das eine Implementierung des Blocks 64 (Berechnung von Modellwerten) beschreibt,
11 ein Blockschaltbild, das eine Implementierung des Blocks 70 (Adaption des Parameters C0) beschreibt, und
12 ein Blockschaltbild, das eine Implementierung des Blocks 61 (Erfassung und Aufbereitung einer Signalspannung U_sgwv) beschreibt.
Ausführungsformen) der Erfindung
In 1 ist ein bekanntes Ausführungsbeispiel einer elektrohydraulischen Ventilsteuerung (EHVS) schematisch dargestellt, auf dessen Grundlage das erfindungsgemäße Steuerungsverfahren ausgeführt werden soll. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese beispielhafte Anwendung beschränkt.
Der in 1 gezeigte Steller 30 dient beispielhaft der Betätigung eines Gaswechselventils (GWV) 1 einer Brennkraftmaschine. Das Gaswechselventil 1 kann als Einlassventil oder als Auslassventil ausgeführt sein. Im geschlossenen Zustand liegt es auf einem Ventilsitz 2 auf.
Anstelle eines einzelnen Gaswechselventils 1 kann in Erweiterung der in 1 skizzierten Anordnung auch ein Paar von miteinander verbunden Gaswechselventilen (Doppelventil) mittels eines einzigen hydraulischen Stellers gemeinsam betätigt, insbesondere synchron geöffnet und geschlossen werden. Wenn im Folgenden von einem Gaswechselventil 1 die Rede ist, kann stets auch ein Doppelventil im Sinne dieser erweiterten Anordnung gemeint sein.
Betätigt wird das Gaswechselventil 1 durch einen hydraulischen Arbeitszylinder 3, der die zentrale mechanisch-hydraulische Komponente eines elektrohydraulischen Stellers 30 darstellt. Im Weiteren umfasst der in 1 beispielhaft gezeigte Steller 30 ein erstes Steuerventil MV1 und ein zweites Steuerventil MV2. Zusätzlich umfasst der Steller 30 hydraulische Leitungen 11 sowie 19a und 19b, eine Ventilbremse 29 und ein optionales Rückschlagventil RV1. Die genannten Komponenten sind in typischen Ausführungen eines Stellers 30 in einer baulichen Einheit integriert.
Die Steuerventile MV1 und MV2 werden elektrisch angesteuert, d. h. durch Bestromung beispielsweise einer Spule – im Falle eines elektromagnetischen Antriebs – geöffnet bzw. geschlossen. Die Steuerventile MV1 und MV2 werden auch als Magnetventile bezeichnet und können jeweils elektrische Endstufen aufweisen, so dass die elektrischen Steuersignale eine geringe elektrische Leistung haben können.
Der Arbeitszylinder 3 ist als Differentialzylinder mit einem Kolben 5 ausgebildet, der eine größere obere Wirkfläche A_ob und eine kleinere untere Wirkfläche A_unt hat. Die obere Wirkfläche A_ob begrenzt einen ersten Arbeitsraum 7 und die untere Wirkfläche A_unt einen zweiten Arbeitsraum 9 des Arbeitszylinders 3. Beide Arbeitsräume 7 und 9 werden von einer Speiseleitung 11, welche sich aus den Abschnitten 11a, 11b und 11c zusammensetzt, mit unter Druck stehendem Hydraulikfluid, zum Beispiel Hydrauliköl, versorgt. Zu diesem Zweck ist der Arbeitszylinder 3 hochdruckseitig über die Speiseleitung 11 und das Rückschlagventil RV1 mit einem Hochdruckspeicher 13 hydraulisch verbunden, der von einer Hochdruckpumpe 17 gespeist wird.
Im Abschnitt 11b der Speiseleitung 11, welcher den zweiten Arbeitsraum 9 und den ersten Arbeitsraum 7 verbindet, ist das erste Steuerventil MV1 angeordnet. In dem in 1 dargestellten Schaltzustand ist es geschlossen und stromlos.
Das Hydraulikfluid im ersten Arbeitsraum 7 kann über eine im Abschnitt 19c drucklose oder mit niedrigem Standdruck beaufschlagte Rücklaufleitung 19, welche sich aus den Abschnitten 19a, 19b und 19c zusammensetzt, abgeführt werden. In der Rücklaufleitung 19 ist das zweite Steuerventil MV2 angeordnet, welches in 1 geöffnet dargestellt ist. Das zweite Steuerventil MV2 ist vorteilhafter Weise stromlos geöffnet.
Im zweiten Arbeitsraum 9 kann eine Schließfeder 27 vorgesehen sein, die das Gaswechselventil 1 bei drucklosem Arbeitszylinder 3 in die Schließstellung, das heißt in Anlage an den Ventilsitz 2 bringt beziehungsweise in dieser Stellung hält.
Des weiteren kann ein weiteres Steuerventil MV3 (in 1 nicht gezeigt) vorhanden sein, mit dem am Ende eines Öffnungsvorgangs, wie es in der DE 10 2004 022 447 A1 offenbart ist, eine Niederdruckquelle zuschaltbar ist, durch die während einer inertialen Weiterbewegung des Stellers Hydraulikfluid in den ersten Arbeitsraum 7 eingespeist werden kann. Damit ist eine Erhöhung des Hubs mit verringertem Energieaufwand erzielbar, wobei diese Huberhöhung steuerungstechnisch wie ein weiter unten beschriebener Teilhub behandelt werden kann. Insbesondere kann die Ansteuerung des Steuer ventils MV3 in das erfindungsgemäße Ansteuerkorrekturverfahren einbezogen werden, indem bspw. eine Öffnungsdauer des Steuerventils MV3 auf der Basis einer Rückmeldung über den vorausgegangen Bewegungsverlauf beim Öffnen des Stellers 30 bzw. des Gaswechselventils 1 korrigiert wird.
Weitere, hier nicht im Einzelnen genannte Ausgestaltungen des Arbeitszylinders 3 bzw. Stellers 30 sind möglich und gleichermaßen geeignet für die Anwendung des erfindungsgemäßen Steuerungsverfahrens.
Zwischen dem ersten Arbeitsraum 7 und dem zweiten Steuerventil MV2 ist eine hydraulische Bremseinrichtung 29 vorgesehen, die ggf. auch steuerbar sein kann. Diese hydraulische Bremseinrichtung 29 arbeitet wie folgt: Wenn sich der Kolben 5 nach oben bewegt und infolgedessen das Volumen des ersten Arbeitsraums 7 verkleinert wird, strömt das Hydraulikfluid aus dem ersten Arbeitsraum 7 durch den Abschnitt 19a der Rücklaufleitung 19 ab, so lange bis die Oberkante des Kolbens 5 den Abschnitt 19a der Rücklaufleitung 19 verschließt. Danach kann das Hydraulikfluid aus dem ersten Arbeitsraum 7 nur noch über die hydraulische Bremseinrichtung 29, welche im Wesentlichen aus einer Drossel besteht, abfließen. Durch deren im Vergleich zum Abschnitt 19a der Rücklaufleitung erhöhten Strömungswiderstand wird der Kolben 5 abgebremst, bevor das Gaswechselventil 1 auf dem Ventilsitz 2 aufliegt.
Im Hochdruckspeicher 13 sind ein Temperatursensor T_rail und ein Drucksensor p_rail angeordnet, welche über Signalleitungen mit einem Steuergerät 31 verbunden sind. Die Hochdruckpumpe 17 sowie das erste Steuerventil MV1 und das zweite Steuerventil MV2 sowie ein optionales drittes Steuerventil MV3 (in 1 nicht gezeigt) sind ebenfalls über Signalleitungen mit dem Steuergerät 31 verbunden und werden von diesem angesteuert. Die Signalleitungen sind in 1 als gestrichelte Linien dargestellt.
Zum Öffnen des Gaswechselventils 1 wird zunächst das zweite Steuerventil MV2 angesteuert und dadurch geschlossen. Anschließend wird das erste Steuerventil MV1 angesteuert und somit geöffnet. Dadurch findet ein Druckausgleich zwischen dem ersten Arbeitsraum 7 und dem zweiten Arbeitsraum 9 statt. Infolge dessen öffnet das Gaswechselventil 1, weil die vom ersten Arbeitsraum 7 mit Druck beaufschlagte Stirnfläche A_ob des Kolbens 5 größer ist als die vom zweiten Arbeitsraum 9 mit Druck beaufschlagte Ringfläche A_unt des Kolbens 5.
Für die Steuerung des Öffnens des Gaswechselventils 1 und speziell des resultierenden Ventilhubs ist somit die Ansteuerung des ersten Steuerventils MV1 in zweierlei Hinsicht von großer Bedeutung: Erstens wird mit dem Ansteuerbeginn des ersten Steuerventils MV1 der Beginn der Öffnungsbewegung des Gaswechselventils 1 festgelegt, und zweitens hat die Dauer der Ansteuerung – nachfolgend als Ansteuerdauer tm1 bezeichnet – maßgeblichen Einfluss auf den Hub des Gaswechselventils 1. Die Ansteuerdauer tm1 legt fest, wie lange das erste Steuerventils MV1 geöffnet bleibt, woraus sich die Menge des vom Hochdruckspeicher 13 in den ersten Arbeitsraum 7 zufließenden Öls ergibt, die wiederum unmittelbar den Ventilhub bestimmt. Indem also das erste Steuerventil 1 zum richtigen Zeitpunkt wieder geschlossen wird, stellt sich der gewünschte Ventilhub des Gaswechselventils 1 ein.
Wenn das Gaswechselventil 1 wieder geschlossen werden soll, wird die Ansteuerung des zweiten Steuerventils MV2 beendet und das Ventil dadurch geöffnet, so dass der Druck p_odr im ersten Arbeitsraum 7 zusammenbricht und die vom zweiten Arbeitsraum 9 auf den Kolben 5 ausgeübte hydraulische Kraft das Gaswechselventil 1 schließt.
Das Steuergerät 31 enthält einen Datenspeicher 33, eine zentrale Recheneinheit (CPU) 34 und eine Ein-/Ausgabeeinheit 35, die beispielsweise dafür zuständig ist, neben den Signalen eines oben genannten Temperatursensors T_rail und Drucksensors p_rail ein Gebersignal für die Winkelstellung einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) und/oder das Signal eines Gebers 38 zur Erfassung des Stellwegs bzw. der Position des Gaswechselventils 1 zu verarbeiten sowie entsprechende Ansteuersignale für die Steuerventile MV und MV2 zu generieren.
Diese beispielhafte Gliederung des Steuergeräts 31 erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit; sie dient vielmehr dazu, die wichtigsten Komponenten des Elektroniksystems einzuführen, die zur technischen Darstellung der Erfindung verwendet werden. In einer möglichen Ausführung kann das Steuergerät 31 aus mehreren separaten Teilen bestehen (nicht dargestellt), die durch elektrische Leitungen oder Kommunikationskanäle verbunden sind und z. B. auch an einzelnen Stellern 30 angebaut sein können.
Für einen Geber 38 zur Erfassung des Stellwegs oder der Position sind verschiedene Ausführungen nach dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise Sensoren, die ein kontinuierliches (proportionales) Signal liefern und beispielsweise nach einem induktiven Funktionsprinzip arbeiten (wie Differentialspulenanordnungen), oder Sensoren, die Positionen oder Positionsänderungen beispielsweise mittels optischer oder magnetischer Abtastung eines auf dem bewegten Teil, hier dem Ventilschaft des Gaswechselventils 1, aufgeprägten Musters erkennen und z. B. als Signalflanken oder Impulse anzeigen. Der Geber 38 gibt ein zu dem Stellweg des Gaswechselventils korrespondierendes Signal an mindestens einer Stelle bzw. zu mindestens einem Zeitpunkt eines Öffnungsverlaufs ab. Der Stellweg ist der bei einem Öffnungs- oder Schließvorgang des Gaswechselventils 1 von diesem zurückgelegte Weg. Dieser kann relativ von einer beliebigen Bezugsstellung oder beispielsweise von der geschlossenen oder vollständig geöffneten Stellung des Gaswechselventils aus gemessen werden.
Alternativ zu einer direkten Erfassung, wie beispielhaft angegeben, kann der Stellweg oder Ventilhub auch aus anderen Messsignalen mittels Modellen bestimmt werden. Beispielsweise kann aus der Messung eines Differenzdrucks, der einen Druckabfall über dem Steuerventil MV1 während eines Öffnungsvorgangs des Gaswechselventils 1 darstellt, der Durchfluss von Hydrauliköl über das Steuerventil MV1 in den ersten Arbeitsraum 7 und daraus mittels Integration der resultierende Hub des Gaswechselventils 1 ermittelt werden.
In 2a sind Timing-Diagramme für die Ansteuerpulse der Steuerventile MV1 und MV2 eines EHVS-Stellers dargestellt, wobei der typische Fall einer Ansteuerung für ein einmaliges Öffnen des Stellers 30 bzw. Gaswechselventils 1 mit nicht gestuften Öffnungs- und Schließbewegungen beschrieben wird.
Für die vorliegende Erfindung ist primär die Ansteuergröße tm1, d. h. die Pulslänge des MV1-Ansteuerpulses, relevant. Diese Größe bestimmt die Öffnungsdauer des Steuerventils MV1, die an Kurve 44, dem Weg des Hubankers des Steuerventils MV1, ablesbar ist. Der Ankerweg ist ein Maß für den Durchflussquerschnitt. Mittels der Dauer tm1 der Ansteuerung und der dadurch bestimmten Öffnungsdauer des Steuerventils MV1 wird die Menge des vom Hochdruckspeicher 13 (1) in den EHVS-Steller bzw. seinen Arbeitszylinder 3 zufließenden Hydrauliköls dosiert. Daraus ergibt sich der resultierende Ventilhub h.
Des Weiteren ist der Beginn des Ansteuerpulses 42 des Steuerventils MV1 wichtig, der durch einen Kurbelwellenwinkel wbm1 gekennzeichnet ist. Er bestimmt den Beginn der Bewegung des GWV 1 beim Öffnen. Mit dem Ende der Ansteuerung 42 wird die Schließbewegung des Magnetventilankers, Kurve 44, eingeleitet. Dabei sind eine verzögerte Reaktion, d. h. eine Verzugszeit bis zum Beginn der Rücklaufbewegung des Ankers, sowie eine Transitionszeit für den Übergang selbst zu beobachten. Die Summe der Zeiten wird als Rücklaufzeit dt_rl bezeichnet, siehe 2a. In dieser Zeitspanne ist das Steuerventil MV1 also noch offen bzw. noch nicht vollständig geschlossen.
In 2a ist des Weiteren zu sehen, dass der Ansteuerpuls 41 des Magnetventils MV2 um eine vorgegebene Zeitspanne dtbm1 im typischen Fall ca. 1 bis 2 ms, vor der Ansteuerung 42 des Steuerventils MV1 beginnt. Die Verzugszeit dtbm1 ist deshalb vorhanden und wird geeignet dimensioniert, damit das angesteuert resp. bestromt schließende Steuerventil MV2 sicher geschlossen ist, wenn das Steuerventil MV1 zu öffnen beginnt und damit den Zufluss von Hydrauliköl zum Arbeitszylinder 3 (siehe 1) und in der Folge den Öffnungsvorgang des Stellers einleitet.
Die Erfindung ist nicht auf den in 2a dargestellten einfachsten Fall des Öffnungsverlaufs beschränkt. Beispielsweise kann auch ein mehrfaches Öffnen des ersten Steuerventils MV1 oder ein zusätzliches Öffnen eines dritten Steuerventils MV3 verwendet werden, um den Öffnungsverlauf des Stellers zu formen bzw. den Steller in Teilhüben zu öffnen.
2b zeigt beispielhaft die Ansteuerpulse der Steuerventile MV1 und MV2 für den Fall des Öffnens eines Stellers 30 bzw. Gaswechselventils 1 bei einem mittels zweier abgesetzter Teilhübe gestuftem Öffnungsverlauf. Die Ansteuerung 41 des Steuerventils MV1 bleibt gegenüber 2a unverändert. Die Ansteuerung des Steuerventils MV1 hingegen zeigt zwei einzelne Pulse 42.1 und 42.2, mit Pulsdauern tm1_1 resp. tm1_2, welche die Höhe des ersten bzw. zweiten Teilhubs des Gaswechselventils 1 bestimmen. Der erste Puls 42.1 weist wieder die bereits beschriebene Zeitverzögerung dtbm1 gegenüber dem Beginn des MV2-Pulses 41 auf. Zusätzlich tritt eine Zeitdifferenz dtbm1_2 auf, die den zeitlichen Abstand der Pulse 42.1 und 42.2 definiert. Alternativ kann der Beginn des zweiten Pulses 42.2 auch durch eine Winkelmarke wbm1_2 festgelegt werden. Der Zusammenhang von zeit- und winkelbasierter Beschreibung ist durch die Umrechnung tm1_1 + dtbm1_2 = (wbm1_2 – wbm1)/nmot gegeben, mit der Motordrehzahl nmot.
Das Ergebnis einer solchen Ansteuerung ist beispielhaft in 3 mit dem durch zwei Teilhübe 37.1 und 37.2 geformten Öffnungsverlauf eines Gaswechselventils 1 skizziert. Das Diagramm zeigt auch die beiden zugehörigen Ansteuerpulse 42.1 und 42.2 des ersten Steuerventils MV1, mit Pulsdauern tm1_1 und tm1_2.
Mit einer erfindungsgemäßen stellwegbasierten Ansteuerkorrektur wird im Beispiel von 3 mindestens eine der beiden Pulsdauern auf der Basis einer Stellwegerfassung mindestens mittelbar korrigiert. Die Stellwegerfassung liefert eine Rückmeldung über den Öffnungsverlauf des Gaswechselventils 1 an mindestens einem Punkt, wobei in 3 beispielhaft vier solche Erfassungspunkte gezeigt sind, mit Bezeichnung P1, P2, P3 und P4.
Davon ausgehend sind in 3 die prinzipiellen Möglichkeiten einer erfindungsgemäßen Ansteuerkorrektur hinsichtlich der möglichen Einwirkungszeitpunkte anhand der von den Punkten P1 bis P4 ausgehenden Pfeile dargestellt, die jeweils auf das Ende eines Ansteuerpulses gerichtet sind. Beispielhaft ist gezeigt, dass auf Basis der Erfassung des Punkts P1 während des ersten Teilhubs die Ansteuerzeit tm_1 dieses ersten Teilhubs einmal korrigiert wird. In analoger Weise wird auf Basis der Punkte P3 und P4 während des zweiten Teilhubs die Ansteuerdauer tm1_2 für diesen zweiten Teilhub zweimal korrigiert.
Des Weiteren ist die Möglichkeit angedeutet, dass auf der Basis der Rückmeldung P1 zusätzlich oder anstelle einer Korrektur der ersten Pulsdauer tm1_1 auch die Ansteuerung eines folgenden Ansteuerpulses, z. B. dessen Pulsdauer tm1_2 korrigiert werden kann. Ebenso kann die letztgenannte Korrektur auch vom Punkt P2 ausgehen, mit dem beispielhaft ein resultierendes Hubniveau h_1 des ersten Teilhubs erfasst wird.
In beiden letztgenannten Fällen kann eine Korrektur für die zweite Ansteuerung erfindungsgemäß auch mittelbar durch die Korrektur einer Steuervorgabe für die Höhe h_2 des zweiten Teilhubs erfolgen. Auf diese Weise kann eine während oder nach einem ersten Teilhub festgestellte Abweichung bei einem weiteren Teilhub in dem Sinne kompensiert werden, dass ein resultierender Hub h = h_1 + h_2 bestmöglich entsprechend einer Steuervorgabe (h_soll) eingestellt wird. Ein solcher weiterer Teilhub kann im speziellen Fall auch durch eine oben genannte Zusatzvorrichtung mit einem dritten Steuer ventil MV3 erzeugt werden, wobei eine Öffnungszeit bzw. Steuervorgabe dieses dritten Steuerventils korrigiert wird.
4 zeigt eine beispielhafte Anordnung zur Realisierung erfindungsgemäßer Verfahren einer stellwegbasierten Ansteuerkorrektur. Anhand dieser Anordnung und dem in der weiteren 5 dargestellten Ablaufdiagramm des Verfahrens wird nachfolgend das Grundprinzip der Erfindung beschrieben.
Das Schaltbild in 4 gliedert sich in drei Ebenen, wobei die untere Ebene die Ansteuersignalgenerierung darstellt, für die das Funktionsmodul 65 zuständig ist. Dabei wird beispielhaft ein Ansteuersignal für ein Steuerventil MV1 als pulsförmiger Spannungsverlauf U_ansteu_MV1 erzeugt. Zusätzlich kann auch die Generierung eines Ansteuersignals U_ansteu_MV3 für ein weiter oben genanntes Steuerventil MV3 betrachtet und in das erfindungsgemäße Verfahren einbezogen werden.
Die gewünschte Pulsdauer wird in der mittleren Ebene von den Modulen 63 (Startwert tm1) bzw. 62 (Korrekturwert tm1_korr) ermittelt und an die Pulsgenerierungseinheit 65 übergeben. Dabei kann der Korrekturwert den Startwert oder einen früheren Korrekturwert bei laufender Pulsgenerierung überschreiben. Analog wird auch ein Vorgabewert für den Pulsbeginn in der mittleren Ebene bestimmt und an das Modul 65 übergeben (in 4 nicht gezeigt).
Das Modul 63 entspricht den bekannten Steuerungsfunktionen für den Hub eines EHVS-Stellers. Es rechnet eine entsprechenden Sollwert h_soll betriebspunktabhängig in die Ansteuerzeit tm1 um. Das weitere Modul 62 erweitert diesen Stand der Technik gemäß der vorliegenden Erfindung, indem es die Ansteuerzeit auf der Basis mindestens eine Wertepaar (t_i, s_i), das einen Punkt des Bewegungsverlaufs, d. h. eine einem Zeitpunkt t_i zugeordnete Position auf dem Stellweg s_gwv(t) beim Öffnen des Stellers 30 charakterisiert, korrigiert.
Das Wertepaar (t_i, s_i) sowie ggf. weitere Bewegungsgrößen, z. B. eine Geschwindigkeit v_i zum Zeitpunkt t_i, wird vom Funktionsmodul 61 erzeugt, dass ein Signal U_sgwv, bspw. eine Signalspannung, des Gebers 38 erfasst und aufbereitet.
Das zentrale erfindungsgemäße Funktionsmodul 62 erhält aus der oberen Ebene vorab berechnete Hilfsgrößen, z. B. Modellwerte und Parameter, worunter sich auch die Steuervorgabe h_soll oder eine dazu äquivalente Information befinden kann.
Das Ablaufdiagramm in 5 stellt beispielhaft die wesentlichen Verfahrensschritte erfindungsgemäßer Steuerverfahren mit Ansteuerzeit-Korrektur auf Basis einer Stellweg-Rückmeldung dar. Diese Schritte werden nachfolgend unter Bezugnahme auf das Funktionsblockschaltbild in 4 näher erläutert.
Nach dem Start des Verfahrenablaufs gemäß 5 werden in einem ersten Schritt 120 bei Bedarf zunächst aktuelle Werte von betriebspunktspezifischen Einflussgrößen des zu steuernden Stellvorgangs des hydraulischen Stellers 30, z. B. ein Öldruck pöl und eine Öltemperatur Töl, ermittelt. Diese Werte gehen in die ebenfalls in Schritt 120 ausgeführte Berechnung von Modellwerten bzw. Parametern C0, C1, .. sowie eines Startwerts tm1 der Ansteuerdauer des Steuerventils MV1 ein. In der beispielhaften Vorrichtung gemäß 4 werden diese Berechnungen, die weiter unten noch für verschiedene Ausführungsbeispiele genauer beschrieben werden, von den Funktionsmodulen 63 und 64 durchgeführt. Dabei geht insbesondere auch der gegebene Hub-Sollwert h_soll, bei einem Öffnen in Teilhüben ggf. auch mehrere Sollwerte ein. Am Ende von Schritt 120 werden die Parameter C0, C1, .. an das Funktionsmodul 62 und der Startwert tm1 an die für die Ansteuersignalgenerierung zuständige Funktionseinheit 65 übergeben.
In Schritt 121 des Ablaufdiagramms von 5 beginnt die Pulsgenerierungseinheit 65 zum gewünschten Zeitpunkt mit der Ausgabe des betreffenden Ansteuersignals, mit dem z. B. ein Steuerventil MV1 angesteuert wird. Gleichzeitig oder zeitverzögert wird die dem Modul 61 obliegende Erfassung und ggf. Aufbereitung eines vom Sensor 38 erzeugten, den Stellweg S = s_gwv des Stellers 30 bzw. Gaswechselventils 1 charakterisierenden Signals U_sgwv gestartet (sofern diese Erfassung nicht fortlaufend durchgeführt wird). Des Weiteren wird die Startzeit der Pulsgenerierung t_start abgespeichert, was hier beispielhaft das Modul 62 übernimmt.
Im folgenden Schritt 122 gemäß 5 wird mindestens mittelbar ein Punkt (t_i, s_i) mit s_i = s_gwv(t_i) des Weg-Zeitverlaufs der Stellbewegung erfasst, wofür das Teilmodul 61 aus 4 zuständig ist. Dabei kann der Zeitpunkt t_i entweder ein vorab – relativ zum Beginn t_start der Ansteuerung – festgelegter Zeitpunkt sein, zu dem der Hubver lauf s_gwv(t) abgetastet wird, oder der Zeitpunkt wird durch ein entsprechendes Triggerereignis des Eingangssignals U_sgwv, wie z. B. eine Signalflanke eines Impuls- oder Inkrementgebersignals, definiert und z. B. mittels eines Timers bzw. Capture-Registers erfasst. In letzterem Fall ist die dem Ereignis entsprechende Position s_i des Stellers 30 bzw. des Gaswechselventils 1 mindestens als Relativwert (in Bezug auf eine Referenzposition) vorab bekannt. Grundsätzlich können auch beide Werte t_i, s_i gemessen werden.
Die so gewonnene Information über den Verlauf der Stellbewegung des erfindungsgemäß angesteuerten hydraulischen Stellers 30 wird an das Funktionsmodul 62 weitergegeben und anschließend von diesem sofort weiterverarbeitet.
Dies geschieht im folgenden Schritt 124 des Ablaufdiagramms, wo durch das Modul 62 z. B. festgestellt wird, ob ein erfasster Zeitpunkt t_i bzw. eine Position s_i oder eine weitere daraus ermittelte Bewegungsgröße, wie z. B. eine momentane oder mittlere Geschwindigkeit, von einem erwarteten Wert abweicht und ob die Ansteuerung entsprechend korrigiert werden soll. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Ansteuergröße, hier die Pulsdauer tm1, grundsätzlich auf der Basis einer aktuell gewonnenen Information über den Verlauf der Stellbewegung neu bestimmt bzw. korrigiert wird.
Wenn das Modul 62 dazu ausgebildet ist, die genannte Prüfung durchzuführen bzw. eine entsprechende Abweichung zu bestimmen, dann wird der erwartete Wert eines Zeitpunkts oder einer Bewegungsgröße vorzugsweise vorab in Schritt 120 berechnet und als einer der Parameter C0, C1, .. bereitgestellt.
Zugleich ist es vorteilhaft, wenn das Modul 62 auf der Basis der Größe einer festgestellten Abweichung beurteilt, ob ein Fehler des Stellers 30 bzw. des Steuerungssystems 31 vorliegt, der spezielle Schutzmaßnahmen erfordert bzw. sogar einen weiteren Betrieb des Stellers 30 nicht zulässt. In einem solchen Fall meldet das Modul 62 das Vorliegen des Fehlerzustands und/oder veranlasst entsprechende Maßnahmen, z. B. den Abbruch der Ansteuerung bzw. eine Aktivierung von Abschaltpfaden des Steuerungssystems.
Wenn in Schritt 124 ermittelt wird oder grundsätzlich vorgesehen ist, dass eine Neubestimmung der Ansteuergröße tm1 erfolgen soll, dann wird unmittelbar anschließend der Verfahrensschritt 126 gemäß 5 ausgeführt, in dem das Funktionsmodul 62 die ent sprechende Korrekturrechnung durchführt und den neu ermittelten bzw. korrigierten Wert tm1_korr an das Modul 65 übergibt. Wenn hingegen eine Korrektur der laufenden Pulsausgabe, d. h. des durch die Ansteuergröße tm1 bestimmten Endes der Pulsausgabe, z. B. nicht mehr rechtzeitig möglich ist oder aus einem anderen Grund nicht durchgeführt werden soll, dann kann alternativ, bspw. bei einem Öffnungsverlauf in Teilhüben, eine Korrekturinformation für einen folgenden Ansteuerpuls bereitgestellt werden, z. B. in der Form eines Korrekturwerts für eine weitere Ansteuerung des Steuerventils MV1 oder eines Steuerventils MV3, wie oben beschrieben. Der Korrekturwert kann z. B. für eine Ansteuerdauer oder Öffnungsdauer des betreffenden Steuerventils oder für eine entsprechende Steuervorgabe, z. B. die Höhe eines Teilhubs, angegeben werden.
An der nachfolgenden Verzweigungsstelle 128 des Ablaufdiagramms von 5 wird bestimmt, ob weitere „Abtastungen" (t_i, s_i) der Stellbewegung bzw. weitere Korrekturen der Ansteuerung erfolgen sollen, sofern die Pulsgenerierung noch läuft. Ggf. wird zurück zu Schritt 122 verzweigt und die Folge der Schritte 122 bis 128 wiederholt. Im anderen Fall wird das Verfahren nach Durchlaufen des Schritts 129, in dem noch eine weitere Auswertung bzw. Nutzung der gewonnen Information über die Stellbewegung, z. B. in Form einer Adaption von Modellparametern, vorgesehen sein kann, beendet.
Ausgehend von dieser allgemeinen Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden im Folgenden zunächst zwei einfache Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, in denen jeweils eine einmalige Korrektur einer Ansteuerdauer tm1 durchgeführt wird. Anschließend wird eine iterative Verfahrensvariante beschrieben, bei der die Größe tm1_korr fortlaufend neu bestimmt wird.
Für die beiden einfachen Beispiele wird davon ausgegangen, dass ein Punkt des Öffnungsverlaufs eines erfindungsgemäß zu steuernden Gaswechselventils 1 als Wertepaar (t_i, s_i), mit i = 1, erfasst bzw. bestimmt wird, und dass daraus unmittelbar eine korrigierte Ansteuerdauer tm1_korr ermittelt und an die Pulsgenerierungseinheit 65 übergeben wird. Bei diesen Beispielen wird ein Modell des Bewegungsverlaufs benötigt, das sowohl in die Berechnung des Startwerts tm1 wie des Korrekturwerts tm1_korr eingeht. Konkret werden zueinander konsistente Modelle für den Stellweg s_gwv = s_gwv(t – t_start; pöl, Töl, fgas, ...) (M1) als Funktion der Zeit und der Einflussgrößen (wie Öldruck pöl, Öltemperatur Töl, Gaskraft fgas und ggf. weitere) sowie für die Stellgrößen-Transferfunktion tm1 = tm1(h_soll; pöl, Töl, fgas, ...) (M2)benötigt. t_start ist der Beginn-Zeitpunkt eines Stellvorgangs, h_soll eine Steuervorgabe des Hubs. Dies kann auch ein Hubinkrement sein, wenn ein Steller 30 bzw. Gaswechselventil 1 in mehreren Teilhüben geöffnet werden soll. Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel wird auch die Umkehrfunktion der Funktion s_gwv() verwendet: t – t_start = s_gwv_inv(s; pöl, Töl, fgas, ...) (M3)
Geeignete Darstellungen dieser Funktionen sind aus den Patentanmeldungen DE 10 2005 002 385 A1 und DE 10 2005 002 385 A1 zur Hubsteuerung des EHVS-Stellers bekannt. Das weiter unten ausgeführte iterative Verfahren kommt im Übrigen ohne ein solches Modell aus.
In dem ersten einfachen Ausführungsbeispiel wird von einer Erfassung einer Position s_i = s_gwv auf dem Stellweg eines Gaswechselventils 1 zu einem gegebenen und geeignet gewählten Abtastzeitpunkt t_i während der Öffnungsbewegung des Gaswechselventils 1 ausgegangen. Dies ist bspw. auf der Basis eines wegproportionalen Sensorsignals (Geber 38) möglich. Für die zeitkritische Korrekturberechnung des Moduls 62, deren Ergebnis tm1_korr möglichst unmittelbar nach dem Erfassungszeitpunkt t_i bei der Pulsgenerierungseinheit 65 vorliegen soll, werden bereits vorab Modellwerte C0 und C1 bestimmt und bereitgelegt.
Als Modellgröße C0 wird in diesem Fall ein erwarteter Stellweg s_i_soll, der zum Abtastzeitpunkt t_i, d. h. nach einer Zeitdauer t_i – t_start ab Ansteuerbeginn des Steuerventils MV1, gemäß dem Bewegungsmodell (M1) vorliegen sollte, bestimmt: C0 = s_i_soll (1)
Der weitere Parameter C1 wird als Kehrwert C1 = 1/ v_gwv_e (2) der Geschwindigkeit v_gwv_e ermittelt, die gemäß Bewegungsmodell zum Abschaltzeitpunkt der MV1-Ansteuerung erwartet wird. Der Abschaltzeitpunkt wird dabei entsprechend dem Startwert der Pulsdauer tm1 angenommen, der ebenfalls aus dem Bewegungsmodell bzw. der damit konsistenten Stellgrößen-Transferfunktion (M2) bestimmt wird.
Eine Abweichung des Erfassungswerts s_i vom erwarteten Wert C0 = s_i_soll drückt einen Bedarf für eine Korrektur der Ansteuerung aus, die in einfachster und bereits recht guter Näherung wie folgt darstellbar ist: tm1_korr = tm1 + C1·(C0 – s_i) (3)
Mit dieser sehr einfachen Berechnung wird in diesem Beispiel der benötigte Korrekturwert der Ansteuerdauer vom Modul 62 bestimmt und ausgegeben. Eine verbesserte Korrektur lässt sich erzielen, indem aus der festgestellten Abweichung oder bei einer mehrmaligen Abtastung des Bewegungsverlaufs aus einer Anzahl von festgestellten solchen Abweichungen in einem ersten Schritt eine Korrektur bzw. Adaption des Bewegungsmodells (M1) gewonnen und in einem zweiten Schritt mittels des konsistent verbesserten Modells (M2) eine Ansteuerkorrektur bestimmt und ausgegeben wird.
In einem zweiten einfachen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird von der Erfassung eines Zeitpunkts t_i ausgegangen, zu dem das Gaswechselventil 1 während einer Öffnungsbewegung eine bekannten Position s_i erreicht, d. h. s_gwv = s_i. Dies ist z. B. auf der Basis eines Positionsgebers 38 darstellbar, der durch einen Impuls oder eine Signalflanke anzeigt, dass das Gaswechselventil die Position s_i erreicht.
Auch in diesem Ausführungsbeispiel werden vorab Parameter C0 und C1 ermittelt und für die spätere zeitkritische Korrekturrechnung bereitgestellt. C0 wird als Zeitpunkt t_i_soll, bezogen auf den Beginn t_start der Ansteuerung, bestimmt, an dem gemäß Bewegungsmodell (M3) das Erreichen der Position s_i erwartet wird: C0 = t_i_soll – t_start (4)
Das dazu konsistente Modell (M2) wird wiederum für die Berechnung des tm1-Startwerts verwendet, die vom Modul 63, 4, durchgeführt wird. Bereits mit der einfachen Setzung C1 = 1 (5)des Parameters C1 ist eine brauchbare Korrektur der Ansteuerung im Sinne einer zumindest teilweisen Kompensation eines festgestellten Zeitfehlers (t_i – t_start – C0) bestimmbar: tm1_korr = tm1 + C1·(t_i – t_start – C0) (6)
Eine bessere Korrektur erhält man, indem ein mit dem Zeitfehler einhergehender Geschwindigkeitsfehler ebenfalls berücksichtigt bzw. wie im ersten Beispiel erwähnt eine Anpassung des Modells (M1) bestimmt wird, das in diesem Beispiel in die erfindungsgemäße Korrekturrechnung eingeht.
Bereits auf Basis der Stellwegrückmeldung an einem einzigen Punkt wird mit dem ersten wie dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung eine deutliche Verringerung von Stellfehlern des Hubs eines hydraulischen Gaswechselventils 1 erreicht. Mit einer Erweiterung auf zwei oder drei erfasste Punkte (t_i, s_i) ist in beiden beschriebenen Ausführungen eine hochgenaue Hubsteuerung darstellbar, die auch große Schwankungen bzw. Fehler von Einflussgrößen wie bspw. dem Öldruck pöl oder einer Gaskraft fgas toleriert.
Schließlich kann ein erfindungsgemäßer Korrekturschritt auch iterativ und in ggf. schneller Folge auf Basis einer fortlaufend erfassten Rückmeldung über den Öffnungsverlauf des Stellers 30 durchgeführt werden. Dies hat den Vorteil, dass der benötigten Abschaltpunkt erst bei Annäherung an den idealen Zeitpunkt mit hoher Genauigkeit durch die Korrekturwerte bestimmt werden muss, was algorithmisch sehr einfache, im Kern signalbasierte Auswerte- und Korrekturverfahren erlaubt, die sich gut mittels HW (z. B. ASIC) realisieren lassen. Nur für die in jedem Falle unvermeidliche Prädiktion der Weiterbewegung in der so genannten Nachlaufphase nach dem Ende der Ansteuerung wird dabei eine einfache Modellrechnung benötigt. Im Folgenden wird ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das diese Verfahrensvarianten illustriert.
Im Kurvendiagramm der 6 wird ein solches erfindungsgemäßes Verfahren mit iterativer Korrektur der Öffnungszeit bzw. Ansteuerdauer des Steuerventils MV1 anhand eines beispielhaften Bewegungsverlaufs 55 eines mit EHVS verstellten Gaswechselventils 1 veranschaulicht. Die zugehörigen Ansteuerpulse 42 des ersten Steuerventils MV1 und 41 des zweiten Steuerventils MV2 sind ebenfalls dargestellt.
Bei der in 6 gezeigten iterativen Korrektur der Pulsdauer tm1 wird die für einen gewünschten Ventilhub h = h_soll benötigte Ansteuerzeit des Steuerventils MV1 schrittweise angenähert. Dies ist mit den beispielhaft dargestellten Approximationen des Ansteuerpulses 42 durch die Pulse 42a, 42b und 42c angedeutet, die zu ausgewählten Zeitpunkten bzw. Abtastpunkten des Öffnungsverlaufs von Kurve 55 gehören, die mit den Pfeilen 48a, 48b und 48c angezeigt sind. Die Pulslänge der MV1-Ansteuerung wird dabei während der bereits laufenden Pulsausgabe und Öffnungsbewegung des Gaswechselventils 1 sukzessive verändert, im vorliegenden Falle verkürzt, was typisch bzw. charakteristisch ist für diese Variante des allgemeinen erfindungsgemäßen Verfahrens.
Das Prinzip dieser beispielhaften Ausführung einer iterativen signalbasierten Ansteuerzeitkorrektur beruht zunächst darauf, an einem Abtastpunkt t_i, z. B. 48a, den aktuell zurückgelegten Weg s_i des Gaswechselventils sowie seine aktuelle Geschwindigkeit v_i aus dem Sensorsignal des Stellweggebers 38, 1, zu bestimmen. Davon ausgehend führt die Annahme, dass das Gaswechselventil 1 beim weiteren Öffnen nicht mehr beschleunigt, zu einem hypothetischen weiteren Öffnungsverlauf, wie er mit den gestrichelten Geraden 49a, 49b und 49c in Zuordnung zu den genannten Abtastpunkten angezeigt ist. Daraus leitet sich jeweils eine Schätzung der benötigten Pulsdauer tm1 bzw. der restlichen Pulsdauer tm1_rest der bereits laufenden Pulsausgabe ab, wobei diese Restdauer beispielhaft für den Abtastpunkt 48b und die extrapolierte gleichförmige Bewegungslinie 49b angezeigt ist. Diese Zeit tm1_rest, aus der die geschätzte Pulslänge der Approximation 42b unmittelbar folgt, ergibt sich aus dem Zeitpunkt, zu dem die Linie 49b den gewünschten Ventilhub h erreicht, verkürzt um eine Zeitspanne dt_rl_eff, die der Rücklaufzeit des MV1-Ankers, siehe Kure 44 in 2a, und damit dem Hubzuwachs nach dem Abschalten des Steuerventils MV1 Rechnung trägt. Dass hier nicht die Rücklaufzeit dt_rl (siehe 2a) selbst angesetzt wird, hat folgenden Grund: Während der Rücklaufbewegung des Magnetventilankers wird der über das Steuerventil MV1 fließende Ölstrom abgedrosselt, so dass die Annahme eines Hubzuwachses, der einem gleichbleibendem Ölstrom während der Zeit dt_rl entspricht, nicht zutrifft, vielmehr den Hubzuwachs etwas überschätzt. Mit einer entsprechend gegenüber dt_rl verkürzten effektiven Rücklaufzeit in der genannten Berechnung der Restzeit tm1_rest wird dieser Effekt berücksichtigt.
Die fortlaufende Berechnung einer Pulslängenapproximation tm1 bzw. Restdauer tm1_rest ergibt sich damit für den beispielhaft betrachteten Fall wie folgt: tm1_rest = (h_soll – s_i)/v_i – dt_rl_eff (7)mit den aktuell durch Signalanalyse bestimmten Messwerten bzw. Schätzwerten für Ventilweg s_i und Geschwindigkeit v_i.
Die effektive Rücklaufzeit dt_rl_eff kann im typischen Anwendungsfall als Funktion von Ölzustandsgrößen Druck pöl und Temperatur Töl sowie der zum Abschaltzeitpunkt vorliegenden Geschwindigkeit v_gwv_e angegeben werden. Für den Druck pöl kann beispielweise ein aktueller Messwert p_rail und für die Temperatur ein Messwert T_rail verwendet werden, siehe 1. Anstelle oder zusätzlich zur Temperatur kann auch die Ölviskosität als Einflussgröße einbezogen werden. Die Abhängigkeit von der Geschwindigkeit v_gwv_e kann in hinreichender Approximation linear beschrieben werden, was zu der Darstellung dt_rl_eff = C0(pöl, Töl) + C1(pöl, Töl)·v_gwv_e (8)führt, mit Koeffizientenfunktionen C0, C1, die beispielsweise als Kennfelder in der elektronischen Steuereinheit 31 realisiert und, hinsichtlich der zu diesem Zweck abgespeicherten Kennfelddaten, auf der Basis von Messungen bestimmt werden. Die Größe v_gwv_e wiederum kann durch die Werte v_i mit i = 1, 2, ... sukzessive approximiert werden.
Wie in 6 mit dem Unterschied des idealen Ansteuerpulses 42 und der letzten, hubbestimmenden Approximation 42c angedeutet ist, wird bei dem Verfahren der iterativen Ansteuerzeitkorrektur ein Restfehler des eingestellten Ventilhubes auftreten, dessen Größe von dem Schätzfehler der am letzten Abtastpunkt ermittelten Geschwindigkeit v_gwv abhängt, die hier beispielhaft als Schätzwert der mittleren Geschwindigkeit für die Weiterbewegung des Gaswechselventils 1 nach dem letzten Abtastpunkt dient. Die Gü te dieser Näherung hängt von der aktuellen Beschleunigung a_gwv sowie der Abtastschrittweite dt_abtast sowie der effektiven Rücklaufzeit dt_rl_eff ab. Sie kann selbstverständlich mittels eines aufwändigeren (modellgestützten) Schätzverfahrens verbessert werden. Die Größe dt_abtast ist beispielhaft – bei zeitsynchroner Abtastung – der zeitliche Abstand der aufeinander folgender Abtastungen, in 3 also der zeitliche Abstand der Punkte 48a und 48b, und damit der Neuberechnungen 42a und 42b der Pulsdauern tm1.
Bei einer maximalen Beschleunigung a_max wird der entsprechende Hubfehler durch a_max·dt_abtast·(dt_abtast + dt_rl_eff) begrenzt. Mit typischen Werten a_max = 2.5 m/s/ms und dt_rl_eff = 0.5 ms sowie einer gewünschten Schranke des entsprechenden Hubfehlers von 0.05 mm ergibt sich eine Abtastschrittweite von ca. dt_abtast = 0.04 ms. Bei Darstellung der Signalverarbeitungsverfahrens mittels eines digitalen Signalsprozessors (DSP) ist diese Anforderung bereits erfüllbar. Auch aufwändigere und verbesserte Signalverarbeitungsalgorithmen als hier beispielhaft angegeben sind damit umsetzbar. Manche heutigen und zukünftigen Mikrocontroller bieten einen solchen DSP-Core on-chip und stellen somit die Hardwarevoraussetzungen für eine kostengünstige Umsetzung des Verfahrens bereit. Bei Realisierungen mittels Hardware (z. B. ASIC) sind noch schnellere Abtastungen bzw. Zyklenzeiten des Verfahrens darstellbar.
In einer vorteilhaften Weiterbildung kann das dritte Ausführungsbeispiel beispielsweise mittels einer verbesserten Schätzung bzw. Prädiktion der Weiterbewegung des Gaswechselventils 1 resp. eines bei einer aktuell vorliegenden Ansteuerung resultierenden Hubfehlers auch so ausgestaltet werden, dass auch größere Zeitschritte der Neuberechnung von tm1 zulässig sind und somit eine – ggf. interruptgestützte – Verarbeitung des Verfahrens auf der CPU eines in der Steuereinheit 31 eingesetzten Mikrocontrollers erfolgen kann. Für einen Hubbereich ab ca. 1 mm ist dies ohnehin problemlos möglich, da die Beschleunigung dann bereits auf kleine Werte abgeklungen ist. Der Fehler der linearen Näherung für die Weiterbewegung ist bei größerem Hub, d. h. nach Erreichen der stationären Bewegung wie in 6 zu sehen, vernachlässigbar gering.
Auf der anderen Seite sind weitere Fehlereinflüsse auf den resultierenden Ventilhub aus Messfehlern und Schätzfehlern sowohl für s_gwv wie v_gwv gegeben, ebenso aus Modellfehlern des Modells für dt_rl_eff. Insbesondere Exemplarstreuungen von baugleichen Stellern können sich in solchen Hubfehlern zeigen, wenn, wie es sinnvoll ist, die Daten, beispielsweise Kennfelddaten, zu Gleichung (8) für alle baugleichen Steller einheitlich bestimmt und verwendet werden. Daher bietet es sich an, eine Erweiterung zum Ausgleich von verbleibenden systematischen Hubfehlern, wie sie z. B. im stationären Betrieb leicht mittels entsprechender Mittelwertbildung bestimmbar sind, einzuführen und ventilindividuell auszugestalten. Eine einfache und effektive Möglichkeit ist eine Ergänzung der Formel (8) für dt_rl_eff um einen ventilindividuellen Adaptionswert C0_adap. Das technische Verfahren zur Aktualisierung des Werts C0_adap kann dabei als eher langsame Adaption, die über viele aufeinander folgende Stellzyklen bzw. Stellvorgänge des Stellers (3) hinweg abläuft, oder auch als schnelle Zyklus-zu-Zyklus-Regelung ausgestaltet werden, die der erfindungsgemäßen Steuerung überlagert ist.
7 zeigt ein Blockschaltbild, das eine beispielhafte Realisierung des signalbasierten iterativen Korrekturverfahrens (drittes Ausführungsbeispiel) gemäß des in 6 illustrierten Verfahrensprinzips darstellt. Dabei entsprechen sich in 7 sowie 4 gezeigte Module mit gleichen Bezugszeichen.
So tritt in 7 wiederum das bereits bekannte Funktionsmodul 60 auf, das beispielhaft eine Steuervorgabe h_soll des Ventilhubs h eines mittels EHVS angetriebenen Gaswechseiventils 1 bereitstellt. Bei einem Öffnen in Teilhüben können analog auch mehrere solche Sollwerte auftreten. Der Sollwert h_soll wird im Allgemeinen in Abhängigkeit des aktuellen Betriebspunkts des Verbrennungsmotors bestimmt, somit beispielsweise in Abhängigkeit der Drehzahl nmot und der vom Fahrer gewünschten Leistung. Der Sollwert h_soll wird in das Modul 63 hineingeführt, das einen Startwert tm1 sowie in diesem Fall auch eine Begrenzung tm1_max für das hier beispielhaft ausgeführte Verfahren einer iterativen signalbasierten Korrektur der Ansteuerdauer berechnet.
Der Startwert tm1 wird an die Einheit 65 zur Pulsgenerierung gegeben, die den Ansteuerpuls für das Steuerventil MV1 erzeugt und als elektrischen Spannungsverlauf U_ansteu_MV1 ausgibt. Die Einheit 65 erhält des weiteren beispielhaft eine Winkelvorgabe wbm1 für den Beginn des MV1-Pulses. Alternativ kann auch die Zeitspanne dtbm1, siehe z. B. 2a, in Bezug auf den Beginn des zugehörigen MV2-Ansteuerpulses vorgegeben werden.
In der gewählten beispielhaften Ausführung beginnt das Modul 65 mit der Ausgabe des Ansteuerpulses in dem Moment, wenn der aus einer Einheit 67 zur Winkelaufbereitung bereitgestellte Kurbelwinkel φ_KW den Vorgabewert wbm1 erreicht. Die Pulslänge wird mit dem Timer 66 abgemessen und ist wie gesagt zunächst auf einen Startwert tm1 voreingestellt.
Der Beginn der Pulsausgabe wird durch ein Triggerereignis ev_start angezeigt, das die Erfassung und Signalverarbeitung im Modul 61 sowie die Bestimmung einer erfindungsgemäßen tm1-Korrektur im Modul 62 in Gang setzt.
In einer beispielhaften Ausführung tastet das Modul 61 ein Wegsensorsignal, hier beispielhaft einen Spannungsverlauf U_sgwv, ab und bestimmt daraus den aktuellen Weg s_gwv des Gaswechselventils 1 sowie seine Geschwindigkeit v_gwv als Werte s_i und v_i, die dem jeweiligen Abtastzeitpunkt t_i zugeordnet sind. Diese Werte werden jeweils aktuell bzw. in einem geeignet gewählten Zeitraster an das zentrale Modul 62 weitergegeben. Der Zeitpunkt t_i wird dabei in Bezug auf die Uhr 66, d. h. t_Timer, angegeben. In einer alternativen Ausführung kann er z. B. auch relativ zum Beginn einer Ansteuerung des Steuerventils MV1 bestimmt werden. Eine zusätzlich übergebene logische Information B_vmin zeigt an, ob der Beginn der Öffnungsbewegung des Gaswechselventils 1 erkannt wurde bzw. eine Mindestgeschwindigkeit v_min überschritten wird.
Neben dieser Aufgabe im Rahmen der erfindungsgemäßen Ansteuerzeitkorrektur ist das Modul 61 hier auch zuständig für die Sensordiagnose, d. h. die Plausibilisierung des Signals und die Unterdrückung von Störungen, sowie ggf. auch für eine regelmäßige Kalibrierung, für welche im vorliegenden Beispiel eigenständige Messphasen vorgesehen sind. Diese werden dem Signalverarbeitungsmodul 61 durch ein Messfenster angezeigt, das ein für die Ablaufsteuerung von Eichmessungen zuständiges Modul 75 ausgibt.
Das zentrale Modul 62 ist für die Berechnung von aktualisierten, verbesserten Werten tm1_korr der Pulsdauer tm1 und für deren Ausgabe an die Pulsgenerierungseinheit 65 zuständig. Dies geschieht hier während der laufenden Pulsausgabe.
Das Modul 62 verwendet neben den fortlaufend aktuell bereitgestellten Informationen t_i, s_i und v_i des Moduls 61 auch die vorab einmalig berechneten Ausgabegrößen tm1_max des Moduls 63 und C0, C1 des Moduls 64, das die Modellwerte für die effekti ve Rücklaufzeit dt_rl_eff gemäß Formel (8) bereitstellt, sowie C0_adap des Adaptionsmoduls 70.
Die letztgenannte Größe stellt beispielhaft eine adaptive ventilindividuelle Korrektur des Parameters C0 dar, die das Modul 70 auf der Basis eines oder mehrerer zurückliegender Stellvorgänge bestimmt. Basis dieser Berechnung sind die für jeden Stellvorgang gemessenen bzw. berechneten Werte für den Ist-Hub h_ist, den zugehörige Sollhub h_soll und den zugehörigen Endwert v_gwv_e der Öffnungsgeschwindigkeit v_gwv, der im Modul 62 beim jeweils letzten Korrekturschritt der iterativen Ansteuerzeitkorrektur verwendet wurde. Der Wert v_gwv_e wird im Beispiel der 7 vom Modul 61 zum Zeitpunkt des Triggersignals ev_stop bestimmt und nachfolgend an das Modul 70 übergeben. Alternativ kann er auch vom Modul 62 bestimmt und ausgegeben werden.
Das von der Pulsgenerierungseinheit 65 erzeugte Triggersignal ev_stop zeigt das Ende der Pulsausgabe an. Es beendet zugleich auch die iterative Wiederholung der Berechnungs- und Ausgabeoperationen des Moduls 62.
In den weiteren Figuren werden beispielhafte Realisierungen der Module aus 7 mittels Blockdiagrammen spezifiziert, soweit die Module nicht anderweitig nach dem Stand der Technik bekannt oder so einfach sind, dass ihre Funktion bzw. beispielhafte Realisierung durch die bereits angegebene Beschreibung vollständig erklärt ist.
Das Blockdiagramm in 8 stellt eine beispielhafte Realisierung des zentralen Berechnungsmoduls 62 dar. Im oberen Teil des Blockdiagramms ist die zeitgesteuerte Abarbeitung, beispielhaft in einem 0.1 ms Raster, angezeigt, wobei Beginn und Ende durch die externen Triggersignale ev_start bzw. ev_stop gesetzt werden. Daneben wird die Bedingung B_vmin berücksichtigt, siehe oben. Die Abarbeitung erfolgt hier beispielhaft im gleichen Zeitraster wie beim Modul 61. Die Zeitraster können aber auch verschieden sein.
Der jeweils durchlaufende Berechnungsteil enthält zum einen die Bestimmung der zu einem Zeitpunkt t_i bereits abgelaufenen Pulsdauer tm1_abgelaufen sowie die verfahrensgemäße Berechnung der Restzeit tm1_rest. Die Summe tm1_korr = tm1_abgelaufen + tm1_rest wird nach Begrenzung mit tm1_max an die Pulsgenerierungseinheit 65 übergeben. Diese Begrenzung kann ggf. auch weggelassen werden, da die Berechnungen nur im Fall v_i > v_min durchgeführt werden, wodurch der Korrekturwert tm1_korr ohnehin bereits nach oben begrenzt wird. Die schon abgelaufene Ansteuerzeit tm1_abgelaufen ergibt sich aus der aktuellen Zeit t_i und der Anfangszeit, d. h. dem Timerstand t_Timer beim Startereignis ev_start, der in der Speicherzelle t_start gerettet wird. Die Restzeit wird gemäß Formel (7) berechnet, wobei dt_rl_eff auch die additive Korrektur von C0 durch den Adaptionswert C0_adap einbezieht.
Angemerkt sei an dieser Stelle, dass alternativ zu tm1_korr auch beispielsweise tm1_rest an die Ausgabeeinheit 65 übergeben werden kann, wenn dies geeigneter erscheint. Generell kann die in 8 verwendete Modularisierung einschließlich der Schnittstellen auch anders gestaltet werden als beispielhaft angegeben. So kann es z. B. auch sinnvoll sein, anstelle der Größe v_i deren Kehrwert an das Modul 62 zu übergeben und auf diese Weise zu vermeiden, dass in den Berechnungen des Moduls 62 eine Division auftritt.
In 9 ist eine sehr einfache Berechnung der Begrenzung tm1_max mittels eines Kennfelds angegeben, wobei dieser Wert zugleich als Startwert tm1 verwendet wird.
In 10 werden die Koeffizienten C0 und C1 der Gleichung (8) für den Zeitparameter dt_rl_eff ebenfalls aus Kennfeldern über pöl und Töl bestimmt.
In 11 ist beispielhaft eine sehr einfache Realisierung einer Adaption bzw. Zyklus-zu-Zyklus-Regelung auf der Basis des Parameters C0_adap dargestellt. Dabei wird der Hubfehler mittels Division durch v_gwv_e in einen Ansteuerzeitfehler umgerechnet, der Tiefpass-gefiltert den Korrekturwert C0_adap ergibt.
In 12 ist abschließend eine beispielhafte Realisierung des Moduls 61 dargestellt, das hier für die Erfassung und Aufbereitung der Signalspannung U_sgwv eines Wegsensors zuständig ist. Hinter einem A/D-Wandler wird der digitale Rohwert durch ein Funktionsmodul 80 weiterverarbeitet, das verschiedene Aufgaben der Signalverarbeitung und der Diagnose übernimmt, wie sie in typischen solchen Fällen nach dem Stand der Technik bekannt sind. Zur Signalverarbeitung gehört beispielsweise eine Linearisierung, eine Offset- und/oder Skalenkorrektur und eine Filterung. Die Diagnose umfasst beispielhaft die Erkennung von Kurzschlüssen und Leitungsbruch sowie unplausibler Werte, wobei ggf. auch ein temporärer Ersatzwert gebildet wird.
Kalibrierwerte, beispielsweise für Offset- und Skalenkorrektur, werden von einem Modul 82 über eine Schnittstelle 94 an das Modul 80 übergeben. Das Modul 83 ist für die Durchführung von Eichmessungen, d. h. die Abtastung und Aufbereitung der Messspannung U_sgwv während der von der Einheit 75 in 4 vorgegebenen Messfenster, zuständig. Die Sensorkalibrierung kann dabei z. B. von definierten Anschlägen bzw. Endpositionen des GWV wie dem Nullhub bei geschlossenem GWV und einem bekannten, durch einen mechanischen Anschlag festgelegten Maximalhub ausgehen. In der Eichmessung werden die Signalwerte gelernt und in die Korrekturgrößen umgerechnet, die Signalspannung bei Nullhub beispielsweise in eine Offsetkorrektur und das Signal bei Maximalhub in eine Skalenkorrektur. Der Nullhub kann regelmäßig zwischen den Öffnungsvorgängen eines Gaswechselventils 1 gelernt werden. Für das Lernen des Max-Anschlags kann beispielsweise in größeren Zeitabständen bzw. in speziellen Betriebszuständen, wie dem Schubbetrieb, ein spezieller Testmodus eingeschaltet werden, bei dem einzelne Ventile langsam an den Anschlag gefahren und die Signalspannungen vermessen werden.
Ein Ausgabewert s_i des Moduls 80 zu einem Abtastschritt (i) wird in einer Speicherzelle s_gwv zwischengespeichert, nachdem der letzte Wert, d. h. die Position des Gaswechselventils beim letzten Abtastschritt (i – 1), aus dieser Speicherzelle in eine Speicherzelle s_gwv_ret umgespeichert worden ist. Diese Reihenfolge der Operationen wird mit den Sequenznummern 1 und 2, Bezugszeichen 90 resp. 91, angedeutet.
Anschließend wird beispielhaft aus der Differenz s_gwv – sgwv_ret mittels Division durch die Abtastschrittweite, hier 0.1 ms, die Geschwindigkeit v_i bestimmt und festgestellt, ob sie größer ist als die Grenze v_min. Das Ergebnis des Vergleichs wird als boolesche Größe B_vmin ausgegeben, neben den weiteren Ausgabegrößen s_i, v_i und t_i. Die Größe t_i gibt den Zeitpunkt an, für den die Größen s_i und v_i gelten. Dieser Zeitpunkt wird durch den aktuellen Timerstand t_Timer der "Uhr" 66 (7) bestimmt.
Die ganze Teilberechnung 100, die diese Ergebnisse liefert, wird zeitgesteuert, hier beispielhaft im 0.1 ms-Takt, im Zeitintervall zwischen den Ereignissen ev_start und ev_stop durchgeführt. Das Ereignis ev_start triggert darüber hinaus die Initialisierung der Speicherzelle s_gwv mit dem Wert 0 und das Ereignis ev_stop das Retten des letzten Werts v_gwv in die Speicherzelle v_gwv_e. Dieser Wert wird hier wie beschrieben einem Mo dul 70 für die Zwecke einer Adaption bzw. einer überlagerten zyklenbasierten Regelung zur Verfügung gestellt.
Damit ist die Beschreibung des dritten Ausführungsbeispiels abgeschlossen. Angemerkt sei, dass Kombinationen der erfindungsgemäß auf Basis einer Stellwegrückmeldung korrigierten Ansteuerverfahren mit einer rein modellbasierten bzw. kennfeldbasierten Steuerung des Ventilhubs in verschiedener Hinsicht denkbar und sinnvoll sind und ebenfalls beansprucht werden.
Beispielsweise kann von Fall zu Fall, bzw. bei Vorliegen bestimmter Bedingungen wie z. B. dem Unterschreiten einer Hubgrenze, von einem erfindungsgemäßen Ansteuerverfahren auf einen rein modellgestützten gesteuerten Betrieb umgeschaltet werden. In diesem Fall würde also die Einstellung kleiner Ventilhübe rein gesteuert erfolgen, die Steuerung von Öffnungsvorgängen mit mittleren und großen resultierenden Ventilhüben hingegen auf Basis einer Stellwegrückmeldung erfindungsgemäß korrigiert. Ebenfalls ist ein Notlaufbetrieb bei gestörtem Sensorsignal rein gesteuert möglich. Letzteres stellt auch einen guten Grund dar, um neben einer erfindungsgemäß mittels Stellwegrückmeldung korrigierten Steuerung auch eine hinreichend gute modellbasierte (reine) Steuerungsfunktion bereitzustellen.
Des Weiteren ist es möglich und vorteilhaft, dass eine solche beispielsweise als Rückfallebene vorhandene Funktion für den rein gesteuerten Betrieb, bzw. ein darin enthaltenes Modell des Stellerverhaltens, zumindest hin und wieder parallel zu einem erfindungsgemäßen Steuerungsverfahren ausgewertet wird, um damit Veränderungen des Stellerverhaltens im Betrieb zu erkennen und im Sinne einer Stellerdiagnose auszuwerten. Basis eines solchen Diagnoseverfahrens kann z. B. der Vergleich des letzten und damit hubbestimmenden Korrekturwerts tm1_korr eines erfindungsgemäßen Verfahrens mit dem tm1-Wert aus einer modellbasierten Berechnung zum gleichen Hub h bzw. h_soll sein.
Angemerkt sei des Weiteren, dass die für ein erfindungsgemäßes Verfahren verwendete Rückmeldung des Stellwegs s_gwv auch mittelbar auf Basis weiterer Sensorsignale gewonnen werden kann, beispielsweise aus dem Signal eines Differenzdrucksensors, der den Druckabfall und damit den Durchfluss von Öl über dem Steuerventil MV1 misst. Daraus lässt sich unter entsprechender Berücksichtigung von Leckagen einerseits, und dynamischen Effekten wie Druckschwingungen andererseits, der zurückgelegte Weg des Gaswechselventils 1 bestimmen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004022447 A1 [0003, 0072]
- DE 102005002385 A1 [0005, 0013, 0014, 0112, 0112]
- DE 102005002384 A1 [0005]
- DE 19839732 C2 [0008]
- DE 19918095 C1 [0009]
- DE 3806969 A1 [0010]
- DE 102005002387 A1 [0013]

Claims

Verfahren zur Steuerung eines Stellers (30), insbesondere für ein Ventil (1), vorzugsweise für ein Gaswechselventil einer Brennkraftmaschine, mit mindestens einem Steuerventil (MV1) zum Öffnen des Ventils (1) und einem Steuerventil (MV2) zum Schließen des Ventils (1), wobei jedes der Steuerventile (MV1, MV2) mittels mindestens eines Ansteuerpulses ansteuerbar ist, dessen Dauer einen Stellweg des Ventils (1) bestimmt, wobei das Öffnen/Schließen des Ventils (1) in einem Hub und/oder mehreren Teilhüben erfolgt und jedem Hub und/oder jedem Teilhub mindestens ein Ansteuerpuls zugeordnet ist und wobei dem Ventil (1) mindestens ein Geber (38) zugeordnet ist, der ein Signal (U_sgwv) erzeugt, das Werte eines diskreten Stellwegs (s_i) des Ventils (1) und einer zugeordneten Zeit (t_i) und/oder Werte eines diskreten Zeitpunkts (t_i) und eines zugeordneten Stellweg (s_i) aufweist, mit folgenden Schritten: – Starten eines Ansteuerpulses mit einer Solldauer des Ansteuerpulses zum Öffnen und/oder Schließen des Ventils (1), – Erzeugen mindestens eines Signals (U_sgwv) und – Korrigieren der Solldauer des Ansteuerpulses und/oder eines folgenden, dem Hub und/oder einem Teilhub zugeordneten Ansteuerpulses, entsprechend des Signals (U_sgwv).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Hub und/oder Teilhub mindestens ein Signal (U_sgwv) erzeugt und eine Korrektur der Dauer des Ansteuerpulses entsprechend des Signals (U_sgwv) vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zu mindestens einem diskreten Zeitpunkt (t_i) der zugehörige Stellweg (s_i) des Ventils (1) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt (t_i) während eines Ansteuerpulses des mindestens einen Steuerventils (MV1) für einen Hub und/oder Teilhub des Ventils (1) liegt.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt (t_i) zwischen Ansteuerpulsen für zwei aufeinander folgende Teilhübe des Ventils (1) liegt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Geber (38) an mindestens einem diskreten Stellweg (s_i) des Ventils (1) ein Ereignis erzeugt, aus dem ein zugehöriger Zeitpunkt (t_i) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ereignis eine Signalflanke eines elektrischen Signals oder ein elektrischer Impuls ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Korrektur der Solldauer eines Ansteuerpulses auf der Basis mindestens eines Zeitpunkts (t_i) und/oder Stellwegs (s_i) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abweichung des Stellwegs (s_i) von einem Sollwert oder erwarteten Wert (s_i_soll) oder des Zeitpunkts (t_i) von einem Sollwert oder erwarteten Wert (t_i_soll) bestimmt wird, und dass auf der Basis dieser Abweichung eine Korrektur der Solldauer eines Ansteuerpulses erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrmals und/oder fortlaufend ein Wertepaar (t_i, s_i) mit einander zugeordnetem Zeitpunkt (t_i) und Stellweg (s_i) ermittelt wird, und dass eine Korrektur der Solldauer eines Ansteuerpulses mehrmals und/oder fortlaufend auf der Basis mindestens eines Wertepaars (t_i, s_i) korrigiert wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu einem Wertepaar (t_i, s_i) eine Geschwindigkeit (v_i) des Ventils (1) zum Zeitpunkt (t_i) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zu einem Zeitpunkt (t_i) während eines Ansteuerpulses des mindestens einen Steuerventils (MV1) eine Ansteuerdauer (tm1) dieses Ansteuerpulses gemäß einem korrigierten Sollwert (tm1_korr) korrigiert wird, der nach der Formel tm1_korr = t_i – t_start + (h_soll – s_i)/v_i – dt_rl_effermittelt wird, wobei t_start der Startzeitpunkt des Ansteuerpulses, h_soll ein Sollwert für die durch den Ansteuerpuls bestimmten Position und/oder ein Sollwert für die Differenz der durch den Ansteuerpuls bestimmten Position gegenüber der durch einen vorausgegangenen Ansteuerpuls bestimmten Position auf dem Stellweg des Ventils (1), und dt_rl_eff eine effektive Rücklaufzeit eines Ankers des mindestens einen Steuerventils (MV1) ist.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die effektive Rücklaufzeit (dt_rl_eff) aus Parametern (C0, C1) und einer Geschwindigkeit (v_gwv_e) des Ventils (1) nach dem Ende des Ansteuerpulses des mindestens einen Steuerventils (MV1) für nach folgender Formel bestimmt wird: dt_rl_eff = C0 + C1·v_gwv_e
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit (v_gwv_e) sukzessive angenähert wird, wobei zu einem Zeitpunkt (t_i) der Wert (v_i) als Näherung verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Parameter (C0, C1) in Abhängigkeit von Zustandsgrößen (pöl, Töl) des Stellers (30) ermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Parameter (C0, C1) aus Kennfeldern ermittelt werden.
Vorrichtung, insbesondere Brennkraftmaschine, vorzugsweise zur Durchführung eines Verfahrens nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, mit mindestens einem hydraulisch betätigten Ventil (1), dadurch gekennzeichnet, dass dem Ventil (1) ein Geber (38) zugeordnet ist, der ein zu einem Stellweg des Ventils (1) korrespondierendes Signal, insbesondere ein elektrisches Signal, erzeugt.
Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das hydraulisch betätigte Ventil (1) ein Gaswechselventil (1) ist, das mittels eines hochdruckseitigen Steuerventils (MV1) und eines niederdruckseitigen Steuerventils (MV2) mit Hydraulikdruck beaufschlagt und so geöffnet und geschlossen werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das hochdruckseitige Steuerventil (MV1) und das niederdruckseitige Steuerventil (MV2) elektrisch angesteuert werden.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Öffnen des hochdruckseitigen Steuerventils (MV1) bei geschlossenem niederdruckseitigen Steuerventil (MV2) ein Öffnen des Gaswechselventils (1) und das Öffnen des niederdruckseitigen Steuerventils (MV2) bei geschlossenem hochdruckseitigen Steuerventil (MV1) ein Schließen des Gaswechselventils (1) bewirkt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Steuerventile (MV1, MV2) mittels mindestens eines Ansteuerpulses ansteuerbar ist, dessen Dauer eine Position auf dem Stellweg des Ventils (1) bestimmt, wobei das Öffnen/Schließen des Ventils (1) in einem Hub und/oder mehreren Teilhüben erfolgt und jedem Hub und/oder jedem Teilhub mindestens ein Ansteuerpuls zugeordnet ist, und dass der Geber (38) ein Signal (U_sgwv) erzeugt, das einen diskreten Stellweg (s_i) des Ventils (1) und eine zugeordneten Zeit (t_i) und/oder einen diskreten Zeitpunkt (t_i) und einen zugeordneten Stellweg (s_i) aufweist.
Steuergerät zur Durchführung eines Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 16.