DE10201301B4

DE10201301B4 - Steuervorrichtung für einen elektromagnetischen Aktuator

Info

Publication number: DE10201301B4
Application number: DE10201301A
Authority: DE
Inventors: Hidetaka Ozawa; Kenji Abe; Yoshitomo Kouno; Minoru Nakamura; Toshihiro Yamaki
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2001-01-19
Filing date: 2002-01-15
Publication date: 2009-09-24
Anticipated expiration: 2022-01-16
Also published as: US6690563B2; DE10201301A1; US20020126434A1; JP2002217027A; JP4803882B2

Abstract

Steuer/Regelvorrichtung für einen elektromagnetischen Aktuator (100), der ein Paar von in entgegengesetzte Richtungen wirkenden Federn (16, 18), einen mit einem mechanischen Element (21) gekoppelten Anker (22), wobei der Anker mit den Federn verbunden ist, um in einer durch die Federn angegebenen Neutralstellung gehalten zu werden, wenn der Anker nicht aktiviert ist, sowie ein Paar von Elektromagneten (11, 13) zum Antrieb des Ankers zwischen zwei Endstellungen aufweist, wobei die Steuer/Regelvorrichtung umfasst:
ein Spannungsanlegemittel (50) zum Anlegen einer Spannung während einer ersten vorbestimmten Periode (➀) an einen Elektromagneten entsprechend einer der Endstellungen, so dass der Anker zu der einen der Endstellungen angezogen wird;
einen Spitzenstromdetektor (54) zum Erfassen eines Spitzenstroms, der in der ersten vorbestimmten Periode (➀) in dem Elektromagneten fließt; und
ein Spannungsanlege-Bestimmungsmittel (52) zum Bestimmen einer Periode (➁, ➂) der Anlage einer Spannung an den Elektromagneten nach der ersten Anlegeperiode (➀) gemäß dem von dem Spitzenstromdetektor...

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuer/Regelvorrichtung zum Steuern/Regeln eines Aktuators für ein Magnetventil, und insbesondere eine Steuer/Regelvorrichtung für einen elektromagnetischen Aktuator für den Antrieb eines Ventils eines Motors, der an einer Vorrichtung, wie etwa einem Automobil oder einem Boot, angebracht ist, sowie ein Computerprogramm und ein Verfahren zum Steuern/Regeln eines Aktuators.
Ein Ventilantriebsmechanismus, der einen elektromagnetischen Aktuator aufweist, ist als magnetisches Ventil bekannt. Ein elektromagnetischer Aktuator enthält typischerweise ein bewegliches Eisen oder einen Anker, der zwischen einem Paar von Federn mit einer gegebenen Versatzlast angeordnet ist, so dass der Anker an einem zwischenliegenden Teil eines Paars von Elektromagneten positioniert wird. Mit dem Anker ist ein Ventil verbunden. Wenn dem Paar von Elektromagneten abwechselnd elektrische Energie zugeführt wird, wird der Anker in zwei entgegengesetzte Richtungen hin- und hergehend angetrieben, um hierdurch das Ventil anzutreiben. Herkömmlich ist die Antriebsweise wie folgt.

1) Die magnetische Anziehungskraft, die der eine der Elektromagneten auf den Anker ausübt, überwindet die Rückstellkraft des Federpaars und zieht den Anker an, so dass dieser eine Sitzstellung einnimmt. Der Anker (das Ventil) wird aus der Sitzstellung durch einen Trigger, wie dem Abstellen der Stromzufuhr zum Elektromagneten, gelöst und beginnt sich in einer Kosinusfunktion durch die Kraft des Federpaars zu verlagern.
2) Zu einer dem Hub des Ankers entsprechenden Steuerzeit wird dem anderen Elektromagneten ein geeigneter Strom zugeführt, um einen Magnetfluss zu erzeugen, der eine Anziehungskraft generiert.
3) Der Magnetfluss steigt schnell an, wenn sich der Anker dem anderen Elektromagneten annähert, der den Magnetfluss erzeugt. Die Arbeit durch die vom anderen Elektromagneten erzeugte Anziehungskraft überwindet die Summe (i) einer kleinen Arbeit durch den von dem einen Elektromagneten erzeugten magnetischen Restfluss, der auf den Anker wirkt, um ihn zurückzuziehen und (ii) eines mechanischen Verlusts, der für einen großen Anteil der Arbeitssumme verantwortlich ist. Somit wird der Anker angezogen und sitzt an dem anderen Elektromagneten auf.
4) Zu einer geeigneten Steuerzeit, wenn der Anker aufsitzt, wird dem anderen Elektromagneten ein konstanter Strom zugeführt, um den Anker in dem Sitzzustand zu halten.

Wenn sich der Anker der Sitzzustand-Seite annähert, steigt daher die magnetische Anziehungskraft schnell an. Zusätzlich kann übermäßige elektrische Energie zugeführt werden, um ein stabiles Aufsitzen zu realisieren. Die Aufsitzgeschwindigkeit kann größer werden als 1 m/s, was z. B. ein unerwünschtes Geräusch erzeugt, wenn das Aufsitzen erfolgt. Es sind verschiedene Techniken vorgeschlagen worden, um die Aufsitzgeschwindigkeit zu senken.
Beispielsweise beschreibt die JP-10-274016 A ein Schema, worin dann, wenn ein Anker (bewegliches Element) aufsitzt, einem Elektromagneten für eine erste vorbestimmte Periode Energie zugeführt wird, wonach die Stromzufuhr für eine zweite vorbestimmte Periode aufgehoben wird und dann die Stromzufuhr zu dem Elektromagneten wieder aufgenommen wird. Wenn die Stromzufuhr aufgehoben wird, sinkt die Anziehungskraft zum Anziehen des Ankers schnell ab. Jedoch bewegt sich der Anker trägheitsbedingt weiter. Wenn die Stromzufuhr wieder aufgenommen wird, steigt die Anziehungskraft erneut an, und die erste vorbestimmte Periode und die zweite vorbestimmte Periode werden gemäß der Stellung des Ankers bestimmt. Somit wird die Sitzgeschwindigkeit des Ankers fein eingestellt, um einen Sitzzustand zu erreichen.
Um elektrische Energie zur Übererregung eines Elektromagneten des elektromagnetischen Aktuators zuzuführen, gibt es herkömmlich verschiedene Schemata, um konstanten Strom zuzuführen und um eine konstante Spannung anzulegen. Bei solchen Energiezufuhrschemata steigt die magnetische Anziehungskraft scharf an, was zu einem Aufprall des Ankers auf die Sitzfläche führt.
Beispielsweise nehme man an, dass elektromagnetische Aktuatoren verwendet werden, um einen Ventilzug eines Motors mit hoher Geschwindigkeit anzutreiben, dass eine konstante Spannung während einer Übererregungsperiode angelegt wird und dass eine Optimierung erfolgt, um die Sitzgeschwindigkeit der Anker zu senken. In 18 zeigt die linke vertikale Skala den Hub (mm) und die Geschwindigkeit (m/s) eines Ankers sowie den dem Elektromagneten zugeführten Strom (A). Die rechte vertikale Achse zeigt die Anziehungskraft (N) und die an dem Elektromagneten angelegte Spannung (V).
Zur Zeit t1 (Zeit null) wird die Energiezufuhr zu dem Elektromagneten aufgehoben, und der Anker, der bei geschlossenem Ventil aufgesetzt hat, wird gelöst. In Antwort hierauf beginnt der Hub des Ankers zuzunehmen. Hier betrug der Hub –0,2 mm, das ist ein Spiel zwischen einer geschlossenen Stellung des Ventilschafts und dem Anker, wenn das Ventil geschlossen ist. Das Spiel ermöglicht, dass das Ventil eine Einlass/Auslassöffnung des Motors vollständig verschließt. Etwa zur Zeit t2 (0,8 ms) fällt die Ankergeschwindigkeit stark ab. Dies bedeutet, dass das Spiel 0 mm erreicht, wenn der Anker gelöst wird und mit dem stehenden Ventilschaft kollidiert und daran anliegt. Der Anker ist nun in der Lage, den Ventilschaft anzutreiben.
Etwa zur Zeit 3,2 ms wird an den Elektromagneten eine Übererregungsspannung angelegt. Wenn der Anker eine offene Ventilstellung erreicht, nimmt die magnetische Anziehungskraft schnell zu. Unmittelbar, nachdem der Anker in der offenen Ventilstellung aufsitzt, überschreitet die Anziehungskraft eine minimale Haltekraft (400 N), die die minimale Kraft zum Einhalten eines Sitzzustands ist. Somit wird der Anker in dem Sitzzustand gehalten. Die Übererregung endet etwa zur Zeit t3 (4,2 ms). Dann beginnt eine Konstantstromsteuerung zum Halten des Ankers in der Sitzstellung. Wie in der Zeichnung gezeigt, beträgt die Sitzgeschwindigkeit zur Zeit t3 etwa 0,5 m/s, was nicht klein genug ist. Jedoch wird die Start- und Beendigungszeit der Übererregung justiert, und es ist schwierig, die Sitzgeschwindigkeit auf einen deutlich kleineren Wert zu steuern.
Das Schema, das in der oben erwähnten JP-10-274016 A beschrieben ist, ist nicht in der Lage, einen Aufprall des Ankers auf einen Sitz zu verhindern.
Die FR 2 784 712 A1 zeigt einen elektromagnetischen Aktuator für ein Gaswechselventil eines Verbrennungsmotors, worin die Einstellung des Stromes von der ermittelten Ankergeschwindigkeit abhängig ist.
Die DE 197 39 840 A1 zeigt einen elektromagnetischen Aktuator für ein Gaswechselventil eines Verbrennungsmotors, worin abhängig vom gemessenen Spulenstrom eine weitere Ansteuerung gemäß Öffnungs- und Schließwinkel und erwartetem Gasgegendruck vorgegeben wird.
Daher besteht Bedarf nach einer Steuer/Regeleinrichtung für einen Aktuator, die für eine niedrige Sitzgeschwindigkeit des Ankers sorgt, um hierdurch zu verhindern, dass der Anker ein starkes Geräusch erzeugt, wenn er eine Sitzfläche erreicht und darauf aufsitzt.
Nach einem Aspekt der Erfindung umfasst eine Steuer/Regelvorrichtung für einen elektromagnetischen Aktuator ein Federpaar, das in entgegengesetzte Richtungen wirkt, sowie einen Anker, der mit einem mechanischen Element gekoppelt ist. Der Anker ist mit den Federn verbunden und wird durch die Federn in einer Neutralstellung gehalten, wenn der Aktuator nicht aktiviert ist. Der Aktuator enthält ein Paar von Elektromagneten zum Antrieb des Ankers zwischen zwei Endstellungen. Die Steuer/Regelvorrichtung enthält ein Spannungsanlegemittel zum Anlegen einer Spannung an einen Elektromagneten entsprechend der einen Endstellung für eine erste vorbestimmte Periode, um den Anker zu der Endstellung anzuziehen. Die Steuer/Regelvorrichtung enthält ferner einen Spitzenstromdetektor zum Erfassen der Spitze des Stroms, der in der ersten vorbestimmten Periode durch den Elektromagneten fließt. Entsprechend dem Spitzenwert bestimmt ein Bestimmungsmittel, dass die Anlegeperiode der Spannung, die nach der ersten Anlegeperiode an den Elektromagneten anzulegen ist, abgelaufen ist.
Weil nach einem Aspekt der Erfindung die Spannungsanlegeperiode gemäß dem Spitzenstrom bestimmt wird, kann der Anker mit einer gesteuerten Sitzgeschwindigkeit aufsitzen, ohne ein wesentliches Geräusch zu erzeugen.
Nach einer Ausführung der Erfindung bestimmt das Bestimmungsmittel zum Bestimmen der Spannungsanlegeperiode die Spannung, die nach der ersten Anlegeperiode an den Elektromagneten anzulegen ist, gemäß dem Spitzenstrom, der durch den Spitzenstromdetektor erfasst wird. Auf diese Weise kann der Anker mit einer Sitzgeschwindigkeit aufsitzen, die kein ungewünschtes Geräusch erzeugt.
Nach einem anderen Aspekt der Erfindung bestimmt das Bestimmungsmittel zum Bestimmen der Spannungsanlegeperiode eine zweite Anlegeperiode für eine zweite Spannung und eine dritte Anlegeperiode für eine dritte Spannung gemäß dem Spitzenstrom, der von dem Spitzenstromdetektor erfasst ist. Das Spannungsanlegemittel legt die zweite Spannung an den Elektromagneten über eine zweite Anlegeperiode an, nachdem die erste Anlegeperiode abgelaufen ist. Dann legt das Spannungsanlegemittel die dritte Spannung an den Elektromagneten über die dritte Anlegeperiode an. Die zweite Spannung ist niedriger als die erste Spannung, und die dritte Spannung ist höher gesetzt als die zweite Spannung. Auf diese Weise wird die Anziehungskraft derart gesteuert/geregelt, dass der Anker mit einer niedrigen Sitzgeschwindigkeit aufsitzt.
Nach einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst die Steuer/Regelvorrichtung ferner ein Magnetfluss-Schätzmittel zum Schätzen des Magnetflusses, den der den Anker anziehende Elektromagnet erzeugt, wenn der Anker von der einen Endstellung zu der anderen Endstellung angetrieben wird. Die Steuer/Regelvorrichtung umfasst ferner ein Mittel zum Steuern/Regeln der Energiezufuhr zu dem Elektromagneten derart, dass der von dem Magnetfluss-Schätzmittel geschätzte Magnetfluss in den Magnetfluss konvergiert, der zum Halten des Ankers in der anderen Endstellung erforderlich ist, nachdem die Spannungsanlage an den Elektromagneten für die Periode, die von dem Spannungsanlegeperioden-Bestimmungsmittel bestimmt ist, endet.
Auf diese Weise wird der von dem Elektromagneten erzeugte Magnetfluss so gesteuert/geregelt, dass er in den Magnetfluss konvergiert, der zum Halten des Ankers erforderlich ist. Somit wird eine stabile Anziehungskraft erzeugt, die einen stabilen Sitzzustand des Ankers gestattet.
Nach einer noch weiteren Ausführung der Erfindung umfasst die Steuer/Regelvorrichtung ferner ein Magnetfluss-Schätzmittel zum Schätzen des Magnetflusses, den der den Anker anziehende Elektromagnet erzeugt, wenn der Anker von der einen Endstellung zu der andere Endstellung angetrieben wird. Die Steuer/Regelvorrichtung umfasst ferner ein Mittel zum Steuern/Regeln der Energiezufuhr zu dem Elektromagneten, nachdem die erste Anlegeperiode abgelaufen ist, so dass der von dem Magnetfluss-Schätzmittel geschätzte Magnetfluss in den Magnetfluss konvergiert, der auf der Basis des vom Spitzenstromdetektor erfassten Spitzenstroms vorbestimmt ist.
Weil der von dem Elektromagneten erzeugte Magnetfluss so gesteuert/geregelt wird, dass er in den Magnetfluss konvergiert, der auf der Basis des Spitzenstroms vorbestimmt ist, wird auf diese Weise eine stabile Anziehungskraft zur Zeit des Sitzens und nach dem Sitzen erzeugt, was ein Aufsitzen gestattet, ohne ein wesentliches Geräusch zu erzeugen und ferner den Einhalt eines stabilen Sitzzustands gestattet.
Die gestellte Aufgabe wird darüber hinaus gelöst durch ein Programm zum Steuern/Regeln eines Aktuators gemäß dem unabhängigen Anspruch 6 bzw. ein Verfahren zum Steuern/Regeln eines Aktuators gemäß dem unabhängigen Anspruch 11.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen in Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.
1 ist ein allgemeines Blockdiagramm der Steuer/Regelvorrichtung für einen elektromagnetischen Aktuator nach einer Ausführung;
2 zeigt eine mechanische Konstruktion des elektromagnetischen Aktuators nach einer Ausführung;
3 ist ein Funktionsblockdiagramm der Steuer/Regelvorrichtung für einen elektromagnetischen Aktuator einer Ausführung;
4 zeigt die Beziehung verschiedener Parameter, wenn der Betrieb in drei Perioden unterteilt ist und eine Übererregung ausgeführt wird, gemäß einer Ausführung;
5 zeigt die mechanische Arbeit durch die Ankeranziehung gemäß einer Ausführung der Erfindung im Gegensatz zu einer nach einem konventionellen Schema;
6 zeigt die Beziehung verschiedener Parameter, wenn eine Phasenverschiebung erzeugt wird und wenn eine Amplitudenverschiebung erzeugt wird, im Normalbetrieb des Ankers nach einer Ausführung;
7(a) zeigt den zeitlichen Wellenverlauf einer freien Schwingung des Ankers und (b) zeigt die Beziehung zwischen der unvollständigen Wegstrecke des Ankers und dem Spitzenstrom in der ersten Anlegeperiode nach einer Ausführung;
8(a) zeigt ein zweites Übererregungs-Steuerkennfeld, das die Beziehung zwischen dem Spitzenstromwert und der zweiten Anlegeperiode zeigt, und (b) zeigt ein drittes Übererregungs-Steuerkennfeld, das die Beziehung zwischen dem Spitzenstromwert und der dritten Anlegeperiode zeigt, in einer Ausführung;
9 ist ein Funktionsblockdiagramm der Steuer/Regelvorrichtung für einen elektromagnetischen Aktuator nach der zweiten und der dritten Ausführung;
10 zeigt die Beziehung zwischen verschiedenen Parametern, wenn eine Flusssteuerung durchgeführt wird, nachdem die erste bis dritte Übererregung ausgeführt wird, gemäß der zweiten Ausführung;
11 zeigt die Beziehung zwischen verschiedenen Parametern nach der dritten Ausführung;
12 ist ein Flussdiagramm, das den allgemeinen Betrieb der elektromagnetischen Aktuatorsteuerung/regelung nach einer Ausführung zeigt;
13 ist ein Flussdiagramm, das die erste Übererregung nach einer Ausführung zeigt;
14 ist ein Flussdiagramm, das die zweite Übererregung nach einer Ausführung zeigt;
15 ist ein Flussdiagramm, das die dritte Übererregung nach einer Ausführung zeigt;
16 ist ein Flussdiagramm, das den allgemeinen Betrieb der elektromagnetischen Aktuatorsteuerung/regelung nach der zweiten Ausführung zeigt;
17 ist ein Flussdiagramm, das den allgemeinen Betrieb der elektromagnetischen Aktuatorsteuerung/regelung nach der dritten Ausführung zeigt; und
18 zeigt die Beziehung zwischen verschiedenen Parametern der herkömmlichen elektromagnetischen Aktuatorsteuerung/regelung.
1 ist ein Blockdiagramm, das die allgemeine Struktur einer Steuer/Regelvorrichtung für einen elektromagnetischen Aktuator zeigt. Eine Steuer/Regelvorrichtung 1 umfasst eine zentrale Prozessoreinheit (CPU) 2, die einen Mikrocomputer und hierauf bezogene Schaltungen enthält. Die Steuer/Regelvorrichtung enthält einen Nur-Lesespeicher (ROM) 3 zum Speichern von Computerprogrammen und Daten, einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) 4, der eine Arbeitsfläche für die CPU 2 bietet und Operationsergebnisse von der CPU 2 speichert, sowie eine Eingabe-Ausgabe-(I/O)-Schnittstelle 5.
Die Eingabe-Ausgabe-Schnittstelle 5 erhält Signale von verschiedenen Sensoren 25, u. a. einschließlich Motordrehzahl (Ne), Motorwassertemperatur (Tw), Ansauglufttemperatur (Ta), Batteriespannung (VB) und Zündschalter (IGSW). Die I/O-Schnittstelle 5 erhält auch ein Signal, das ein gewünschtes Drehmoment anzeigt, das von einem Lastanforderungsdetektor 26 erfasst wird. Der Detektor 26 kann ein Gaspedalsensor sein, der den Niederdruckbetrag des Gaspedals erfasst.
Eine Treiberschaltung 8 führt elektrische Energie von einer Konstantspannungsquelle 6 einem ersten Elektromagneten 11 und einem zweiten Elektromagneten 13 eines elektromagnetischen Aktuators 100 auf der Basis eines Steuersignals von der Steuer/Regelvorrichtung 1 zu. In einer Ausführung wird elektrische Energie zum Anziehen eines Ankers als konstante Spannung zugeführt, und elektrische Energie zum Halten des Ankers in einer Sitzstellung wird als konstanter Strom zugeführt. Eine Konstantstromsteuerung kann beispielsweise durch Impulsdauermodulation der Spannung ausgeführt werden, die von der Konstantspannungsquelle 6 zugeführt wird, oder durch wiederholtes Ein- und Ausschalten der Spannung auf der Basis eines Vergleichs durch einen Komparator des fließenden Stroms mit einem Sollstrom.
Ein Spannungsdetektor 9, der mit der Treiberschaltung 8 verbunden ist, erfasst die Höhe der Spannung, die dem ersten und dem zweiten Elektromagneten 11 und 13 zugeführt wird, und schickt die Ergebnisse zu der Steuer/Regelvorrichtung 1. Ein Stromdetektor 10, der mit der Treiberschaltung 8 verbunden ist, erfasst die Höhe des Stroms, der dem ersten und dem zweiten Elektromagneten 11 und 13 zugeführt wird, und schickt die Ergebnisse zu der Steuer/Regelvorrichtung 1.
Auf der Basis der Eingaben von den verschiedenen Sensoren 25, der Eingabe von dem Lastanforderungsdetektor 26 und einer Signaleingabe von dem Spannungsdetektor 9 sowie dem Stromdetektor 10 bestimmt die Steuer/Regelvorrichtung 1 verschiedene Parameter, wie etwa die Zeitgebung der Stromzufuhr, die Höhe der anzulegenden Spannung und die Spannungsanlegeperiode in Bezug auf ein Steuerprogramm, das in dem ROM 3 gespeichert ist. Dann schickt die Steuer/Regelvorrichtung 1 Steuersignale zum Steuern des elektromagnetischen Aktuators 100 über die Eingabe-Ausgabe-Schnittstelle 5 zu der Treiberschaltung 8. Somit führt die Treiberschaltung 8 dem ersten und zweiten Elektromagneten 11 und 13 einen optimierten Strom zu. Der Strom ist im Hinblick auf Kraftstoffverbrauch, Emissionsminderung und Verbesserung der Leistungscharakteristiken der zugeordneten Brennkraftmaschine optimiert.
2 ist eine Schnittzeichnung, die die Struktur des elektromagnetischen Aktuators 100 zeigt. Ein Ventil 20 ist an einer Einlassöffnung oder an einer Auslassöffnung (als Einlass/Auslassöffnung bezeichnet) vorgesehen, um die Einlass/Auslassöffnung 30 zu öffnen und zu schließen. Das Ventil 20 sitzt auf dem Ventilsitz 31 und schließt die Einlass/Auslassöffnung 30, wenn es durch den elektromagnetischen Aktuator 100 nach oben angetrieben wird. Das Ventil 20 verlässt den Ventilsitz 31 und bewegt sich um einen vorbestimmten Wert von dem Ventilsitz nach unten, um die Einlass/Auslassöffnung 30 zu öffnen, wenn es durch den elektromagnetischen Aktuator 100 nach unten angetrieben wird.
Das Ventil 20 ist zu einem Ventilschaft 21 verlängert. Der Ventilschaft 21 ist in einer Ventilführung 23 aufgenommen, so dass er sich in Richtung seiner Achse bewegen kann. Ein scheibenförmiger Anker 22, der aus weichmagnetischem Material hergestellt ist, ist am Oberende des Ventilschafts 21 angebracht. Der Anker 22 ist mit einer ersten Feder 16 und einer zweiten Feder 17 von oben und unten her vorgespannt.
Ein Gehäuse 18 des elektromagnetischen Aktuators 100 ist aus nicht magnetischem Material hergestellt. In dem Gehäuse 18 vorgesehen sind ein erster Elektromagnet 11 in Solenoidbauart, der über dem Anker 22 angeordnet ist, sowie ein zweiter Elektromagnet 13 in Solenoidbauart, der unter dem Anker 22 angeordnet ist. Der erste Elektromagnet 11 ist von einem ersten elektromagnetischen Joch 12 umgeben, und der zweite Elektromagnet 13 ist von einem zweiten elektromagnetischen Joch 14 umgeben. Die erste Feder 16 und die zweite Feder 17 sind ausbalanciert, um den Anker 22 in der Mitte zwischen dem ersten Elektromagneten 11 und dem zweiten Elektromagneten 13 zu halten, wenn dem ersten Elektromagneten 11 oder dem zweiten Elektromagneten 13 kein Erregungsstrom zugeführt wird.
Wenn dem ersten Elektromagneten 11 durch die Treiberschaltung 8 ein Erregungsstrom zugeführt wird, werden das erste elektromagnetische Joch 12 und der Anker 22 magnetisiert, um einander anzuziehen und hierdurch den Anker 22 nach oben zu ziehen. Im Ergebnis wird das Ventil 20 durch den Ventilschaft 21 nach oben angetrieben und sitzt auf dem Ventilsitz 31 auf, um einen geschlossenen Zustand einzunehmen.
Ein Abschalten des Stroms zu dem ersten Elektromagneten 11 und ein Starten der Stromzufuhr zu dem zweiten Elektromagneten 13 führt dazu, dass das zweite elektromagnetische Joch 14 und der Anker 22 magnetisiert werden, um in Kombination mit der potentiellen Energie der Federn eine Kraft zu erzeugen, die den Anker 22 nach unten anzieht. Der Anker 22 kontaktiert das zweite elektromagnetische Joch 14 und stoppt dort. Im Ergebnis wird das Ventil 20 durch den Ventilschaft 21 nach unten angetrieben, um einen offenen Zustand einzunehmen.
3 ist ein detailliertes Funktionsblockdiagramm der Steuer/Regelvorrichtung des elektromagnetischen Aktuators 1 von 1. In einer Ausführung der Erfindung erfolgt eine Übererregung der Spule oder Wicklungen des Elektromagneten in drei Perioden, der ersten Periode bis zur dritten Periode.
Eine Elektromagnet-Steuer/Regelvorrichtung 50 steuert/regelt die Treiberschaltung 8 derart, dass an die Wicklungen des Elektromagneten während der Übererregung eine konstante Spannung angelegt wird, um den Anker anzuziehen. Sie steuert/regelt ferner die Treiberschaltung 8 derart, dass den Wicklungen des Elektromagneten während des Haltebetriebs ein konstanter Strom zugeführt wird, um den Anker zu halten.
Ein Ne, Pb-Detektor 51 erfasst die Motordrehzahl Ne auf der Basis von Ausgaben eines Motordrehzahlsensors und erfasst den Ansaugrohrdruck Pb auf der Basis von Ausgaben eines Ansaugrohrdrucksensors. Pb ist ein Parameter, der den Lastzustand des Motors angibt, und Ne ist ein Parameter, der die Arbeitsgeschwindigkeit des Motorventils angibt, die der Arbeitsgeschwindigkeit des Ankers entspricht. Ein Ankerhubsensor 53 erfasst einen Hub des Ankers.
Eine erste Anlegeperioden-Bestimmungseinheit 52 bestimmt die Start- und Endzeit der ersten Übererregung auf der Basis von Ne und Pb. Insbesondere bezieht sich die Einheit 52 auf ein erstes Übererregungs-Steuerkennfeld, das in dem ROM 3 gespeichert ist und die Entsprechung zwischen Ne, Pb, der Spannungsanlegestartzeit und der Anlegedauer angibt. In Bezug auf das Kennfeld extrahiert die Einheit 52 eine erste Anlegestartzeit und eine Anlegeperiode bzw. -dauer. Die erste Anlegestartzeit ist ausgedrückt als die Zeit ab dem Zeitpunkt von 1 mm Hub des Ankers (dem Punkt, wo sich der Anker, nach dem Lösen, um 1 mm bewegt hat). Das erste Übererregungs-Steuerkennfeld ist so aufgebaut, dass die Anlegedauer länger wird, wenn die Last größer wird.
In einer anderen Ausführung gibt das Übererregungs-Steuerkennfeld die Entsprechung zwischen Ne, Pb und der angelegten Spannung an. Das Kennfeld ist so aufgebaut, dass, wenn die Last größer wird, die angelegte Spannung größer wird. In einer noch weiteren Ausführung enthält das Übererregungs-Steuerkennfeld, zusätzlich zu Ne und Pb, sowohl die angelegte Spannung als auch die Anlegedauer. Zusätzlich kann das Übererregungs-Steuerkennfeld so aufgebaut sein, dass es auch andere Parameter enthält, wie etwa die Gaspedalstellung, die Drosselöffnung und die Temperatur der Wicklungen, zusätzlich oder anstelle des Ansaugrohrdrucks Pb und der Motordrehzahl Ne.
Die Elektromagnet-Steuer/Regelvorrichtung 50, die auf den vom Hubsensor erfassten 1 mm Hub des Ankers anspricht, startet mit dem Anlegen einer ersten vorbestimmten Spannung an die Wicklungen zu der ersten Anlegestartzeit, die durch die erste Anlegeperioden-Bestimmungseinheit 52 vorgegeben wird. Diese Spannungsanlage setzt sich fort, bis die erste Anlegeperiode abläuft.
Ein Spitzenstromdetektor 54 überwacht den in den Wicklungen fließenden Strom während der ersten Anlegeperiode, die von der Bestimmungseinheit 52 bestimmt ist, um in der ersten Anlegeperiode einen Spitzenstromwert zu erfassen. Eine zweite Anlegeperiode-Bestimmungseinheit 55 bestimmt eine Spannungsanlegeperiode bzw. -dauer für Übererregung nach der ersten Anlegeperiode gemäß dem Spitzenstromwert, der von dem Spitzenstromdetektor 54 erfasst ist.
Insbesondere bezieht sich die zweite Bestimmungseinheit 55 auf ein ”zweites Übererregungs-Steuerkennfeld”, das die Entsprechung zwischen dem Spitzenstrom und den zweiten Anlegeperioden angibt, um auf der Basis der erfassten Stromspitze eine zweite Anlegeperiode bzw. -dauer zu extrahieren. Eine zweite Anlegeperioden-Bestimmungseinheit 55 bezieht sich auf ein ”drittes Übererregungs-Steuerkennfeld”, das die Entsprechung zwischen dem Spitzenstrom und dritten Anlegeperioden angibt, um auf der Basis der erfassten Stromspitze eine dritte Anlegeperiode bzw. -dauer zu extrahieren.
Nachdem die erste Anlegeperiode abgelaufen ist, legt die Elektromagnet-Steuer/Regelvorrichtung 50 eine zweite vorbestimmte Spannung an die Wicklungen an, und zwar während der zweiten Anlegeperiode, die durch die zweite Bestimmungseinheit 55 vorgegeben ist. Nachdem die zweite Anlegeperiode abgelaufen ist, legt die Steuer/Regelvorrichtung eine vorbestimmte dritte Spannung an die Wicklungen an, und zwar während der dritten Anlegeperiode, die durch die zweite Bestimmungseinheit 22 vorgegeben ist. Die zweite Spannung ist niedriger festgelegt als die erste Spannung und die dritte Spannung.
In einer anderen Ausführung sind die zweiten und dritten Übererregungs-Steuerkennfelder solche Kennfelder, die die Entsprechung zwischen dem Spitzenstrom, der angelegten Spannung und den Anlegedauern der Spannung angeben. In diesem Fall sind die zweite und die dritte Spannung keine vorbestimmten Konstanten. Die zweite Bestimmungseinheit 55 bezieht sich auf das zweite und das dritte Übererregungs-Steuerkennfeld, um die Spannungs- und Anlegedauer auf der Basis des Spitzenstromwerts zu extrahieren. Die Elektromagnet-Steuer/Regelvorrichtung 50 legt die zweite Spannung, die von der zweiten Bestimmungseinheit 55 vorgegeben wird, an die Wicklungen während der zweiten Anlegeperiode an, die von der zweiten Bestimmungseinheit 55 vorgegeben wird. Nachdem die zweite Anlegeperiode abgelaufen ist, legt die Elektromagnet-Steuer/Regelvorrichtung 50 die dritte Spannung, die von der zweiten Anlegeperioden-Bestimmungseinheit 55 vorgegeben ist, an die Wicklungen während den dritten Anlegeperioden an, die von der zweiten Bestimmungseinheit 55 vorgegeben sind.
In einer anderen Ausführung sind das zweite und das dritte Übererregungs-Steuerkennfeld solche Kennfelder, die die Entsprechung zwischen dem Spitzenstrom und der Anlegespannung angeben. In diesem Fall sind die zweiten und dritten Anlegedauern vorbestimmt. Die zweite Bestimmungseinheit 55 bezieht sich auf die zweiten und dritten Übererregungs-Steuerkennfelder, um die zweiten und dritten Spannungen auf der Basis des Spitzenstromwerts zu extrahieren. Die Elektromagnet-Steuer/Regelvorrichtung 50 legt die zweite Spannung, die von der zweiten Bestimmungseinheit 55 angegeben wird, an die Wicklungen während der vorbestimmten zweiten Anlegeperiode an. Dann legt die Steuer/Regelvorrichtung 50 die dritte Spannung, die von der zweiten Bestimmungseinheit 55 angegeben wird, an die Wicklungen während der vorbestimmten dritten Anlegeperiode an.
Nun wird in Bezug auf 4 ein Dreiperioden-Übererregungsschema nach einer Ausführung der Erfindung beschrieben. Die erste Übererregung (mit ➀ bezeichnet) startet etwa zur Zeit 3,2 ms. In der ersten Übereregung wird eine erste Spannung von 42 V an die Wicklungen durch ein Schaltelement für die erste Anlegedauer angelegt. In dem elektromagnetischen Aktuator wird magnetische Energie gespeichert, wenn an die Wicklungen Spannung angelegt wird. Ein Teil dieser magnetischen Energie wird in mechanische Arbeit umgewandelt, um den Anker anzuziehen. Ein Luftspalt zwischen dem Anker und der Sitzfläche des Jochs des Elektromagneten, wenn die erste Anlegeperiode endet, beträgt 0,277 mm, und die Anziehungskraft beträgt 106 N.
Nachdem die erste Anlegeperiode abgelaufen ist, wird die zweite Übererregung (mit ➁ bezeichnet) aktiviert. In der zweiten Übererregung wird eine zweite Spannung, die niedriger ist als die erste Spannung, an die Wicklungen für die zweite Anlegeperiode durch ein Schaltelement angelegt. In diesem Beispiel beträgt die zweite Spannung 0 V, und es wird eine Freilaufdiode (fly-wheel diode) verwendet. Wenn eine niedrige zweite Spannung angelegt wird, wird eine Energie, die den Spannungsabfall begleitet, der über den Schaltelementen der Treiberschaltung erzeugt wird, von dem elektromagnetischen Aktuator der Treiberschaltung zugeführt, was einen Verlust mit der Treiberschaltung erzeugt. Andererseits bewegt sich der Anker während dieser Periode trägheitsbedingt weiter, um hierdurch den Luftspalt zu verkleinern. Aufgrund dessen sinkt der magnetische Widerstand und der Magnetfluss in dem Magnetband nimmt zu, was die Zunahme der Antriebskraft mindert, wie mit der Bezugszahl 71 gezeigt. Der Luftspalt am Ende der zweiten Anlegeperiode beträgt 0,066 mm, und die Anziehungskraft beträgt 143 N.
Nachdem die zweite Anlegeperiode abgelaufen ist, wird die dritte Übererregungsperiode (mit ➂ bezeichnet) aktiviert. Bei der dritten Übererregung wird die dritte Spannung von 42 V, die höher als die zweite Spannung ist, an die Wicklungen durch ein Schaltelement für die dritte Anlegeperiode angelegt. In dieser Ausführung wird für die dritte und die erste Anlegespannung die gleiche Spannung verwendet. Jedoch kann es sich auch um verschiedene Spannungen handeln. Wie in der Zeichnung gezeigt, ist die Anziehungskraft zu Beginn der dritten Anlegedauer klein, und die Ankergeschwindigkeit ist am Ende der dritten Anlegeperiode klein. Demzufolge nimmt die ”Anziehungskraft × Ankergeschwindigkeit” oder die mechanische Arbeit durch die Anziehungskraft nicht zu.
Auf diese Weise wird, durch Anziehung des Ankers in der ersten Anlegeperiode und Anlegen einer niedrigen Spannung in der zweiten Anlegeperiode, die Zunahme der Anziehungskraft gemindert, was die Ankergeschwindigkeit senkt. Daher überschreitet in der dritten Anlegeperiode die Anziehungskraft die minimale Anziehungskraft, die zum Halten des Ankers erforderlich ist, nicht übermäßig. Somit wird ein stabiler Sitz des Ankers erreicht.
In dieser Ausführung erfolgt die Übererregung in drei separaten Perioden. In einer anderen Ausführung kann sie in mehr als drei separaten Perioden ausgeführt werden. Die zweite Anlegeperiode und/oder die zweite Spannung kann entsprechend dem Spitzenstrom in der ersten Anlegeperiode korrigiert werden, und der Anker kann so gesteuert/geregelt werden, dass er in der zweiten Anlegeperiode aufsitzt.
Bei dieser Ausführung werden 42 V an die Wicklungen in der ersten Anlegeperiode angelegt, 0 V in der zweiten Anlegeperiode und 42 V in der dritten Anlegeperiode. Diese Spannungswerte variieren in Abhängigkeit von der Spannung der Stromquelle, und es können verschiedene Werte gewählt werden. Somit sind die Spannungen nicht auf diese Werte beschränkt.
5 zeigt den Übergang der mechanischen Arbeit des Sitzvorgangs gemäß einer Ausführung der Erfindung. Ein ähnlicher Übergang gemäß einem herkömmlichen Schema ist zum Vergleich ebenfalls gezeigt. Kurve 73 zeigt die mechanische Arbeit gemäß dem herkömmlichen Schema, wohingegen Kurve 74 die mechanische Arbeit gemäß einer Ausführung der Erfindung zeigt. Wie in Bezug auf 18 beschrieben, nimmt die Anziehungskraft in dem Sitzbereich beim Stand der Technik schnell zu. Somit nimmt die kinetische Energie des Ankers zu, was zu einer hohen Sitzgeschwindigkeit führt. Im Gegensatz hierzu wird erfindungsgemäß, nachdem der Anker in der ersten Anlegeperiode angezogen wird, eine niedrige Spannung an die Wicklungen in der zweiten Anlegeperiode angelegt, was zu einem langsamen Anstieg der mechanischen Arbeit unmittelbar vor dem Aufsitzen führt. Somit wird eine Zunahme der Ankergeschwindigkeit vermieden, was ein Aufsitzen ohne starke Geräuscherzeugung gestattet.
Um die Leistung des oben beschriebenen Schemas voll nutzen zu können, ist es erwünscht, einen stabilen Betrieb auch dann sicherzustellen, wenn aus irgendwelchen Gründen im Ankerhub eine Streuung auftritt. Die Streuung des Ankerhubs findet in Phase und Amplitude statt. Die Phasenstreuung ist eine Zeitverschiebung vom Graph des Ankerhubs. Die Amplitudenstreuung ist eine Variation im Abstand von der Spitze der freien Schwingung, wenn der Anker zur Sitzfläche hin frei schwingt (nicht zurückgelegte Wegstrecke). Die Phasenstreuung beruht auf einer Variation der Ankerlösezeit durch Streuung der Anziehungskraft des Aktuators. Die Amplitudenstreuung beruht auf einer Reibungsstreuung des Ventilschafts.
Diese Streuung muss erfasst werden, um mit ihr zurechtzukommen. Im Hinblick auf die Phasenstreuung wird die Zeit, wenn sich der Anker von der Sitzfläche um 1 mm wegbewegt, erfasst, um die Höhe der Phasenverschiebung zu bestimmen. Die Amplitudenstreuung kann auf der Basis des Spitzenstroms erfasst werden, wenn die Übererregungsspannung an die Wicklungen angelegt wird.
Nun wird in Bezug auf 6 die Art und Weise zum Erfassen der Phasenstreuung beschrieben. Kurve 81 in durchgehender Linie bezeichnet eine Standard-Ankerhub-Wellenform, wenn eine Phasenverschiebung oder eine Amplitudenverschiebung nicht vorhanden ist. Kurve 82 in unterbrochener Linie bezeichnet eine Ankerhub-Wellenform, wenn die Phase gegenüber der Wellenform 81 verschoben ist, aufgrund einer Zunahme der Anziehungskraft durch den gegenüberliegenden Elektromagneten. Die Differenz zwischen dem 1 mm-Hub-Erfassungspunkt t5 der Kurve 81 und t6 der Kurve 82 repräsentiert die Phasenverschiebung, die in diesem Fall 0,45 ms beträgt. Auf diese Weise kann, durch Erfassen der Zeitdifferenz von 1 mm-Hub-Punkten, die Phasenverschiebung gegenüber der Standardwellenform 81 erfasst werden.
Die Kurve 83 in gepunkteter Linie ist eine Wellenform, wo die Reibung drei Mal größer angewachsen ist, was eine größere nicht zurückgelegte Wegstrecke zu der Sitzfläche verursacht. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, sind die Kurven 81 und 83 annähernd gleich, was keine Amplitudenstreuung aufzeigt.
Die Kurve 85 in durchgehender Linie bezeichnet die Ankergeschwindigkeit entsprechend der Standardhub-Wellenform 81. Die Kurve 86 in unterbrochener Linie bezeichnet die Ankergeschwindigkeit entsprechend der Hubwellenform 82 mit Phasenverschiebung. Die Kurve 87 in gepunkteter Linie bezeichnet die Ankergeschwindigkeit entsprechend der Hubwellenform 83 mit Amplitudenverschiebung. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, kann auch die Phasenverschiebung aus den Wellenformen der Ankergeschwindigkeit erfasst werden. Wie aus 6 ersichtlich, überlappen die Kurven 85 und 87 weitgehend. Somit kann die Amplitudenverschiebung aus der Ankergeschwindigkeit nicht erfasst werden.
7(a) zeigt die Beziehung zwischen der freien Schwingung des Ankers und der Reibung. Kurve 89 in gepunkteter Linie repräsentiert die Zeitwellenform normaler freier Schwingung unter einer Standardreibung (Einheit). Die Kurve 88 in durchgehender Linie repräsentiert die Zeitwellenform der freien Schwingung, wenn die Reibung das Dreifache der Standardreibung beträgt. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, konvergiert die freie Schwingung unter starker Reibung schnell. Daher führt eine große Reibung zu einer großen nicht zurückgelegten Wegstrecke zur Sitzfläche des Ankers.
Nun wird in Bezug auf 7(b) die Erfassung der Amplitudenstreuung beschrieben. Wie oben beschrieben, wird, wenn die Reibung zunimmt, die nicht zurückgelegte Wegstecke größer. Der Spitzenstrom durch die Wicklung nimmt proportional zu. Wenn nämlich die nicht zurückgelegte Wegstrecke größer wird, wird der Luftspalt zwischen dem Anker und dem Joch des Elektromagneten größer, was zu einem stärkeren Strom durch die Wicklungen führt, was die Wirkung hat, die Schwankung des gesamten Magnetflusses durch den Magnetweg zu senken. Anders gesagt, der Strom steigt an, um die elektromotorische Gegenkraft der Wicklungen zu kompensieren. Daher kann die Amplitudenstreuung erfasst werden, indem man den Spitzenstrom in der ersten Anlegeperiode erfasst.
Die Drei-Perioden-Übererregung wird auf der Basis der erfassten Phasen- und Amplitudenstreuung gesteuert. Insbesondere,

1) Wenn keine Phasen- und Amplitudenstreuung vorliegt: Es wird 1 mm-Hubzeit des Ankers erfasst, und in Antwort auf diese Erfassung werden die erste Anlegestartzeit und die erste Anlegeperiode in Bezug auf das ”erste Übererregungs-Steuerkennfeld” bestimmt.
2) Wenn eine Phasenschwankung vorliegt: Es wird die 1 mm-Hubzeit des Ankers erfasst, und die erste Anlegestartzeit wird um die Differenz dieser Zeit von der Standard-1 mm-Hubzeit verschoben. Ähnlich zu 1) werden die erste Anlegestartzeit und die erste Anlegeperiode in Bezug auf das ”erste Übererregungs-Steuerkennfeld” bestimmt.
3) Wenn eine Amplitudenschwankung vorliegt: Es wird der Spitzenstrom der ersten Anlegeperiode erfasst, und die zweite Anlegeperiode wird in Bezug auf das ”zweite Übererregungs-Steuerkennfeld” entsprechend dem Spitzenstrom bestimmt. Auch wird die dritte Anlegeperiode in Bezug auf das ”dritte Übererregungs-Steuerkennfeld” entsprechend dem Spitzenstrom bestimmt.

Ein Beispiel des zweiten Übererregungs-Steuerkennfelds ist in 8(a) dargestellt. Ein Beispiel des dritten Übererregungs-Steuerkennfelds ist in 8(b) dargestellt. Starke Reibung und große nicht zurückgelegte Wegstrecke bedeutet, dass die Wegstrecke zur Sitzfläche groß ist. In der zweiten Anlegeperiode wird eine zweite Spannung, die niedriger als die in der ersten Anlegeperiode angelegte Spannung ist, an die Wicklungen angelegt. In der dritten Anlegeperiode wird eine dritte Spannung, die höher ist als die zweite Spannung, angelegt. Das zweite Übererregungs-Steuerkennfeld ist so aufgestellt, dass dann, wenn der Spitzenstrom stärker wird (in anderen Worten, wenn die nicht zurückgelegte Wegstrecke größer wird), die zweite Anlegeperiode kürzer wird. Das dritte Übererregungs-Steuerkennfeld ist so aufgestellt, dass dann, wenn der Spitzenstrom stärker wird, die dritte Anlegeperiode länger wird. Diese Kennfelder sind vorab vorbereitet und in dem ROM gespeichert.
Nun wird eine zweite Ausführung der Erfindung beschrieben. Bei dieser Ausführung wird, wenn die Übererregung der Wicklungen endet und der Haltevorgang des Ankers durchgeführt wird, die Anziehungskraft so gesteuert/geregelt, dass sie zu einem Sollwert konvergiert und ein stabiles Aufsitzen des Ankers realisiert wird. Es ist schwierig, die Anziehungskraft zu messen, wenn der Anker arbeitet. Somit wird die Höhe der Anziehungskraft geschätzt, indem der gesamte Magnetfluss aus dem direkten Stromwiderstand der Wicklungen des elektromagnetischen Aktuators geschätzt wird.
Wenn das Joch des Elektromagneten in einer Schichtstruktur hergestellt ist, wie etwa bei einem elektrischen Stromtransformator, können die Wirkungen von Wirbelstromverlust in magnetischen Materialien außerordentlich klein gemacht werden. Somit kann man annehmen, dass der Aktuator ein reines Induktanzelement ist, wenn man es als Last betrachtet. Der elektromagnetische Kreis kann wie folgt ausgedrückt werden.
Die Klemmenspannung E des elektromagnetischen Aktuators ist angenähert die Summe aus dem Produkt des Gleichstromwiderstands R der Wicklungen und des Treiberstroms I und aus der zeitlichen Änderung des gesamten Magnetflusses Φ_all. Weil in der Realität ein Wirbelstromverlust vorhanden ist, ist R größer als der Gleichstromwiderstand der Wicklungen und ist eine Funktion der Zeit. Eine ausreichende Genauigkeit lässt sich für den praktischen Gebrauch erzielen, indem man R auf einen etwas größeren Wert setzt als den Gleichstromwiderstand, um die Differenz auszugleichen. Nun kann der gesamte Magnetfluss Φ_all wie folgt ausgedrückt werden. Φall = ∫(E – RI)dt (2)
In Bezug auf 1 werden die Spannung E und der Strom I durch den Spannungsdetektor 9 bzw. den Stromdetektor 10 erfasst. Der gesamte Magnetfluss Φ_all zu jeder gegebenen Zeit kann durch den Integrator 57 (9) berechnet werden, der eine Funktion hat, Integralwerte rückzusetzen. Φ_all in Gleichung (2) ist ein Schätzwert des gesamten Magnetflusses, der als ”geschätzter Gesamtmagnetfluss” bezeichnet wird.
9 ist ein Funktionsblockdiagramm nach der zweiten Ausführung. Für entsprechende Blöcke werden die gleichen Bezugszahlen wie in 3 benutzt, und die Beschreibung dieser Blöcke wird nicht wiederholt.
Eine Soll-Gesamtmagnetfluss-Bestimmungseinheit 56 bestimmt den Gesamtmagnetfluss, der zum Aufsitzen des Ankers erforderlich ist, auf der Basis des Strom-Ne und Pb, die durch den Ne, Pb-Detektor 51 erfasst sind. Diese Bestimmung erfolgt in Bezug auf ein Kennfeld, das die Entsprechung zwischen Ne, Pb und dem Soll-Gesamtmagnetfluss angibt. Dieses Kennfeld ist im ROM gespeichert.
Wenn das Anlegen der Spannung an die Wicklungen startet, startet der Integrator 57 die Integralberechnung des Gesamtmagnetflusses entsprechend der Gleichung (2) auf der Basis der an die Wicklungen angelegten Spannung und des durch die Wicklungen fließenden Stroms.
Die Elektromagnet-Steuer/Regelvorrichtung 50 vergleicht den Soll-Magnetfluss, der von der Soll-Gesamtmagnetfluss-Bestimmungseinheit 56 angegeben wird, und den Wert des gegenwärtig geschätzten Gesamtmagnetflusses, der vom Integrator 57 angegeben wird, und berechnet die Differenz zwischen dem gegenwärtig geschätzten gesamten Magnetfluss und dem Soll-Gesamtmagnetfluss. Die Elektromagnet- Steuer/Regelvorrichtung 50 steuert/regelt die Energiezufuhr zu den Wicklungen derart, dass die Magnetflussdifferenz auf null konvergiert.
In Bezug auf 10 wird nun das Schema nach der zweiten Ausführung der Erfindung beschrieben. Der Magnetfluss wird gesteuert, nachdem die Übererregung der Wicklungen erfolgt ist. Wenn das Anlegen der Spannung von 42 V zur Zeit 3,2 ms startet, nimmt, weil diese Spannung angenähert konstant ist, der durch Gleichung (2) errechnete geschätzte Gesamtmagnetfluss linear zu, wie mit Kurve 91 gezeigt. Der Magnetfluss, der mit dem Anker koppelt, ist sehr klein, und der Streufluss ist in der frühen Stufe groß, wenn sich der Anker zu bewegen beginnt. Daher wird der Magnetfluss, der mit dem Anker koppelt, so wie mit Linie 92 angegeben. Der mit Kurve 92 gezeigte Gesamtmagnetfluss ist der Magnetfluss, der zur Anziehungskraft beiträgt. Der magnetische Streufluss streut in einen Streuraum.
Wenn der Anker der Sitzstellung näher kommt, koppelt der magnetische Streufluss mit dem Anker, was zu einer schnellen Zunahme der Magnetflusskopplung führt. Wenn der Anker auf das Joch des Elektromagneten aufsitzt, wird der Magnetfluss durch die Energiesteuerung/regelung geschwächt, was nachfolgend beschrieben wird. Die Differenz zwischen dem Maximum von Kurve 91 und dem Maximum von Kurve 92 geht zurück auf den Widerstand R von Gleichung (2), der auf einen größeren Wert als der Gleichstromwiderstand gesetzt ist, und auf die Zunahme des Streuflusses, der stattfindet, wenn der Fluss in dem Joch gesättigt ist.
Beim realen Betrieb kann die Korrelation zwischen der magnetischen Anziehungskraft und dem geschätzten Gesamtmagnetfluss, die durch Gleichung (2) angegeben wird, bestimmt werden, und die Steuer/Regelvorrichtung kann entsprechend gestaltet werden. Somit führt die Differenz zu keinem Problem. Beispielsweise kann eine End-Schätzung des Magnetflusses durchgeführt werden, die mit einem realen Wert übereinstimmt, indem der Wert von R auf das etwa 1,8-fache des Gleichstromwiderstands gesetzt wird. Da R mit der Betriebstemperatur variieren kann, wird bevorzugt Kurve 91 im Hinblick auf die Betriebstemperatur modifiziert.
Gleichzeitig mit dem Ende der Drei-Perioden-Übererregung wird eine (Rückkopplungs-)Regelung gestartet, um den geschätzten Gesamtmagnetfluss, der durch die sequenzielle Berechnung gemäß Gleichung (2) vorgesehen wird, in den Gesamtmagnetfluss zu konvergieren, der auf der Basis der Motordrehzahl Ne und dem Ansaugrohrdruck Pb vorgegeben ist (in diesem Beispiel ist er der Magnetfluss entsprechend der Periode, die auf Kurve 91 mit einem schwarzen Punkt gezeigt ist, und er ist 34 mWb). Insbesondere wird in der vierten Anlegeperiode (mit ➃ bezeichnet) eine 12 V-Spannung an die Wicklungen mit der Schaltsteuerung angelegt, d. h., es wird 12 V abwechselnd ein- und ausgeschaltet. Indem man den geschätzten Gesamtmagnetfluss, der durch Gleichung (2) berechnet ist, an den Soll-Gesamtmagnetfluss konvergieren lässt, kann der Magnetfluss, der zur Anziehungskraft beiträgt, in den minimalen Haltemagnetfluss konvergieren, der zum Halten des Ankers erforderlich ist. Im in der Zeichnung gezeigten Beispiel konvergiert der geschätzte Gesamtmagnetfluss in den Soll-Gesamtmagnetfluss bei etwa 5,0 ms.
Im Beispiel von 10 erfolgt, nach dem 5,0 ms-Zeitpunkt, die Flusssteuerung derart, dass der geschätzte Gesamtmagnetfluss ein wenig zunimmt, um den Magnetfluss, der zur Anziehungskraft beiträgt, eine kleine Grenze oder Breite gegenüber dem minimalen Haltemagnetfluss zu geben. Somit kann die Anziehungskraft beim Aufsitzen optimiert werden, und danach kann ein stabiler Sitzzustand eingehalten werden.
In Bezug auf 11 wird eine dritte Ausführung der Erfindung beschrieben. Nach der ersten Anlegeperiode wird die Energiezufuhr zu den Wicklungen entsprechend dem Spitzenstrom in der ersten Anlegeperiode gesteuert/geregelt, um in die vorbestimmte Wellenform des Soll-Gesamtmagnetflusses zu konvergieren. Weil bei dieser Ausführung der gegenwärtig geschätzte Gesamtmagnetfluss in einen Soll-Gesamtmagnetfluss auf der Basis des Spitzenstroms in der ersten Anlegeperiode konvergiert, kann die Anziehungskraft in Antwort auf die Variation der Schwingungsorientierung des Ankers in der ersten Anlegeperiode gesteuert/geregelt werden. Daher kann, nachdem die erste Anlegeperiode abgelaufen ist, der Anker stabil aufsetzen, und es kann ein stabiler Sitzzustand eingehalten werden.
In 11 wird, nachdem die erste Anlegeperiode abgelaufen ist, in einer Periode, die der zuvor beschriebenen zweiten und dritten Anlegeperiode entspricht, den Wicklungen durch eine Schaltsteuerung 42 V derart zugeführt werden, dass der Gesamtmagnetfluss, der durch Gleichung (2) geschätzt ist, schnell in den Soll-Gesamtfluss konvergiert. Nach der dritten Anlegeperiode wird durch die Schaltsteuerung in der vierten Anlegeperiode (mit ➃ bezeichnet) 12 V zugeführt, um einen stabilen Sitzzustand einzuhalten (die Schaltsteuerung von 42 V kann nach der dritten Anlegeperiode mit geringerer Energie fortgesetzt werden). Somit konvergiert der gegenwärtig geschätzte Gesamtmagnetfluss zu dem Soll-Gesamtmagnetfluss.
12 ist ein Flussdiagramm, das den Betätigungsprozess der elektromagnetischen Aktuatorsteuerung/regelung gemäß der ersten Ausführung der Erfindung zeigt. Der Prozess wird in vorbestimmten Intervallen wiederholt. In Schritt 101 wird gewertet, ob der Hub eines Ankers 1 mm erreicht hat. Wenn er dies nicht erreicht hat, verlässt der Prozess die Routine. Wenn er dies erreicht hat, wird der Wert 1 auf das erste Übererregungs-Zulässigkeitsflag gesetzt, und die erste Übererregung ausgeführt (102). Der ersten Übererregungs-Routine folgt die zweite Übererregungs-Routine (103) und die dritte Übererregungs-Routine (104). Nach dem Ende der Übererregung für die drei Perioden wird eine Halteroutine zum Halten des Ankers im Sitzzustand durchgeführt (105). Das heißt, es wird eine Schaltsteuerung/regelung ausgeführt, beispielsweise, indem ±12 V den Wicklungen zugeschaltet wird, so dass ein Strom durch die Wicklungen (Spule) auf einem Soll-Haltestrom gehalten wird, der auf der Basis der gegenwärtigen Motordrehzahl Ne und dem Ansaugrohrdruck Pb gesetzt ist. Wenn eine vorab gesetzte Lösezeit des Ankers erreicht ist, erfolgt in Schritt S106 der Lösevorgang des Ankers.
13 ist ein Flussdiagramm, das die erste Übererregung zeigt, die in Schritt 102 von 11 durchgeführt wird. Wie in Schritt 151 gezeigt, startet diese Routine, wenn der Wert 1 auf das erste Übererregungs-Zulässigkeitsflag gesetzt ist. Die erste Anlegestartzeit und die erste Anlegeperiode werden aus dem ersten Übererregungs-Steuerkennfeld extrahiert (152). Das erste Übererregungs-Steuerkennfeld ist ein Kennfeld, das die Entsprechung zwischen der Motordrehzahl Ne, dem Ansaugrohrdruck Pb, der Spannungsanlegestartzeit und der Anlegedauer angibt, wie zuvor beschrieben. Die Spannungsanlegestartzeit wird ausgedrückt als die Zeit ab der 1 mm-Hub-Erfassungszeit.
In Schritt 153 wird ein erster Übererregungstimer (Hochzähler) aktiviert, und gestartet, um von null ab hochzuzählen. Wenn der Übererregungstimer eine erste Anlegestartzeit erreicht (154), falls die erste Anlegeperiode gerade abläuft (155), wird die erste Übererregungsspannung an die Wicklungen angelegt (156).
Wenn die erste Anlegeperiode abgelaufen ist (155), wird der Spitzenstrom in der ersten Anlegeperiode erfasst (157). Auf der Basis des in Schritt 157 erfassten Spitzenstromwerts wird auf die zweiten und dritten Übererregungs-Steuerkennfelder Bezug genommen, und die zweiten und dritten Anlegeperioden werden extrahiert (158). Das zweite Übererregungs-Steuerkennfeld ist ein Kennfeld, das die Entsprechung zwischen der zweiten Anlegeperiode und dem Spitzenstromwert in der ersten Anlegeperiode angibt. Das dritte Übererregungs-Steuerkennfeld ist ein Kennfeld, das die Entsprechung zwischen der dritten Anlegeperiode und dem Spitzenstromwert in der ersten Anlegeperiode zeigt.
Nach der ersten Anlegeperiode wird in Schritt 159 auf das erste Übererregungs-Zulässigkeitsflag eine null gesetzt, und wird auf das zweite Übererregungs-Zulässigkeitsflag der Wert 1 gesetzt, um die zweite Übererregungs-Routine zu aktivieren.
14 ist ein Flussdiagramm, das die zweite Übererregung zeigt, die in Schritt 103 von 11 durchgeführt wird. In Schritt 171 wird das zweite Übererregungs-Zulässigkeitsflag, das in Schritt 159 von 13 gesetzt ist, geprüft, um in diese Routine einzutreten. In Schritt 172 wird die zweite Anlegeperiode, die aus dem zweiten Übererregungs-Steuerkennfeld in Schritt 158 von 13 extrahiert ist, auf einen zweiten Übererregungstimer gesetzt, und der Timer wird gestartet. Dieser Timer ist ein Herunterzähler, der, wenn gestartet, die Zählung dekrementiert.
In den Schritten 173 und 174 wird, bis die zweite Anlegeperiode abgelaufen ist, die zweite Übererregungsspannung an die Wicklungen angelegt. Wenn die zweite Anlegeperiode abgelaufen ist, wird auf das zweite Übererregungs-Zulässigkeitsflag eine null gesetzt, und auf das dritte Übererregungs-Zulässigkeitsflag wird der Wert 1 gesetzt, um die dritte, nächste Übererregungs-Routine zu aktivieren (175).
15 ist ein Flussdiagramm, das die dritte Übererregung zeigt, die in Schritt 104 von 11 ausgeführt wird. In Schritt 181 wird das dritte Übererregungs-Zulässigkeitsflag, das in Schritt 175 von 14 gesetzt ist, geprüft, um in diese Routine einzutreten. In Schritt 182 wird die dritte Anlegeperiode, die aus dem dritten Übererregungs-Steuerkennfeld in Schritt 158 von 13 extrahiert ist, auf einen dritten Übererregungstimer gesetzt, und der Timer wird gestartet. Dieser Timer ist ein Herunterzähler.
In den Schritten 183 und 184 wird, bis die dritte Anlegeperiode abgelaufen ist, die dritte Übererregungsspannung an die Wicklungen angelegt (184). Wenn die dritte Anlegeperiode abgelaufen ist, wird Schritt 185 betreten, und das dritte Übererregungs-Zulässigkeitsflag wird auf null gesetzt, und auf das Haltebetriebs-Zulässigkeitsflag wird der Wert von 1 gesetzt, um die Haltebetriebsroutine zu aktivieren.
16 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb der zweiten Ausführung zeigt. Zwischen dem Übererregungsbetrieb und dem Haltebetrieb wird die in Schritt 205 gezeigte Flusssteuerung ausgeführt, die sich von jener der ersten Ausführung, die in 12 gezeigt ist, unterscheidet. Die Übererregung in den Schritten 201 bis 204, der Haltebetrieb in Schritt 206 und der Ankerlösebetrieb in Schritt 207 sind die gleichen wie jene der ersten Ausführung.
Nach Beendigung der in drei Perioden unterteilten Übererregung und vor der Steuerung/Regelung des Stroms auf den Soll-Haltestrom wird in Schritt 205 die Energiezufuhr zu den Wicklungen über eine vorbestimmte Periode (zum Beispiel 1 ms) derart gesteuert/geregelt, dass der geschätzte Gesamtmagnetfluss zu dem Soll-Gesamtmagnetfluss konvergiert. Der Soll-Gesamtmagnetfluss ist auf der Basis der gegenwärtigen Motordrehzahl Ne und des Ansaugrohrdrucks Pb vorbestimmt. Der geschätzte Gesamtmagnetfluss wird gemäß Gleichung (2) auf der Basis des Stroms und der Spannung der Wicklungen berechnet. Weil die Variation des geschätzten Gesamtmagnetflusses als Variation der Anziehungskraft betrachtet werden kann, wird, indem man den geschätzten Gesamtmagnetfluss auf den Soll-Gesamtmagnetfluss konvergieren lässt, die Anziehungskraft des Ankers optimiert, und es kann ein stabiler Sitzzustand realisiert werden. Die vorbestimmte Periode bzw. Dauer für die Flusssteuerung in Schritt 205 ist vorbestimmt. Alternativ kann die Flusssteuerung fortgesetzt werden, bis der geschätzte Gesamtmagnetfluss auf den Soll-Gesamtmagnetfluss konvergiert.
17 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb der dritten Ausführung der Erfindung zeigt. Zwischen der ersten Übererregung und dem Haltebetrieb wird die in Schritt 303 gezeigte Flusssteuerung/regelung ausgeführt, die sich von der ersten Ausführung, die in 11 gezeigt ist, unterscheidet. Die erste Übererregung in den Schritten 301 und 302, der Haltebetrieb in Schritt 304 und der Ankerlösebetrieb in Schritt 305 sind die gleichen wie jene der ersten Ausführung.
Nach der ersten Übererregung und vor der Steuerung des Stroms auf den Soll-Haltestrom wird für eine Periode, die [der zweiten Anlegeperiode + der dritten Anlegeperiode + einer vorbestimmten Periode] entspricht, die Energiezufuhr zu den Wicklungen derart gesteuert/geregelt, dass der geschätzte Gesamtmagnetfluss in die Zeitwellenform des Soll-Gesamtmagnetflusses konvergiert, der auf der Basis des Stromspitzenwerts der ersten Anlegeperiode vorbestimmt ist. Die vorbestimmte Periode bzw. Dauer beträgt hier zum Beispiel 1 ms. Der geschätzte Gesamtmagnetfluss wird gemäß Gleichung (2) auf der Basis des gegenwärtigen Stroms und der Spannung der Wicklungen wie im Falle der zweiten Ausführung berechnet, wobei die Schwankung des geschätzten Gesamtmagnetflusses als Schwankung der Anziehungskraft betrachtet werden kann. Die Anziehungskraft des Ankers wird optimiert, indem der geschätzte Gesamtfluss auf den Soll-Gesamtmagnetfluss konvergiert wird. Somit kann ein stabiler Sitz des Ankers realisiert werden. Die vorbestimmte Periode in Schritt 303 ist vorbestimmt. Alternativ kann die Flusssteuerung fortgesetzt werden, bis der geschätzte Gesamtmagnetfluss in den Soll-Gesamtmagnetfluss konvergiert.
Wie in Bezug auf die spezifischen Ausführungen beschrieben, kann der Anker einen stabilen Sitz ausführen, indem der Spitzenstrom in der ersten Anlegeperiode erfasst wird und danach die Übererregung auf der Basis des Spitzenstroms gesteuert/geregelt wird. Spezifische Werte, die in Bezug auf die Ausführungen beschrieben sind, sind lediglich Beispiele. Der Umfang der Erfindung ist nicht auf die Ausführungen oder die spezifischen Werte beschränkt. Beispielsweise sind die angelegten Spannungen von 42 V und die Spannung in der Schaltsteuerung (±12 V) lediglich Beispiele. Es können auch andere Spannungen verwendet werden. Beispielsweise kann der Haltebetrieb mit einer 42 V-Stromquelle durchgeführt werden.
Eine Steuer/Regelvorrichtung für einen elektromagnetischen Aktuator (100) umfasst ein Paar von in entgegengesetzte Richtungen wirkenden Federn (16, 18) sowie einen mit einem mechanischen Element (21) gekoppelten Anker (22). Der Anker (22) ist mit den Federn (16, 18) verbunden und wird in einer durch die Federn vorgegebenen Neutralstellung gehalten, wenn der Aktuator (100) nicht aktiviert ist. Der Aktuator (100) enthält ein Paar von Elektromagneten (11, 13) zum Antrieb des Ankers (22) zwischen zwei Endstellungen. Die Steuer/Regelvorrichtung enthält ein Spannungsanlagemittel (50) zum Anlegen einer Spannung an einen für eine Endstellung sorgenden Elektromagneten für eine erste vorbestimmte Periode (➀), um den Anker (22) zu der Endstellung anzuziehen. Die Steuer/Regelvorrichtung enthält ferner einen Spitzenstromdetektor (54) zum Erfassen des durch den Elektromagneten in der ersten vorbestimmten Periode (➀) fließenden Spitzenstroms. Entsprechend dem Spitzenstrom bestimmt ein Bestimmungsmittel (52) die Anlagedauer der Spannung, die an den Elektromagneten anzulegen ist, nachdem die erste Anlageperiode (➀) abgelaufen ist. Somit kann der Anker (22) mit gesteuerter Geschwindigkeit stabil aufsitzen, ohne ein wesentliches Geräusch zu erzeugen.

Claims

Steuer/Regelvorrichtung für einen elektromagnetischen Aktuator (100), der ein Paar von in entgegengesetzte Richtungen wirkenden Federn (16, 18), einen mit einem mechanischen Element (21) gekoppelten Anker (22), wobei der Anker mit den Federn verbunden ist, um in einer durch die Federn angegebenen Neutralstellung gehalten zu werden, wenn der Anker nicht aktiviert ist, sowie ein Paar von Elektromagneten (11, 13) zum Antrieb des Ankers zwischen zwei Endstellungen aufweist, wobei die Steuer/Regelvorrichtung umfasst: ein Spannungsanlegemittel (50) zum Anlegen einer Spannung während einer ersten vorbestimmten Periode (➀) an einen Elektromagneten entsprechend einer der Endstellungen, so dass der Anker zu der einen der Endstellungen angezogen wird; einen Spitzenstromdetektor (54) zum Erfassen eines Spitzenstroms, der in der ersten vorbestimmten Periode (➀) in dem Elektromagneten fließt; und ein Spannungsanlege-Bestimmungsmittel (52) zum Bestimmen einer Periode (➁, ➂) der Anlage einer Spannung an den Elektromagneten nach der ersten Anlegeperiode (➀) gemäß dem von dem Spitzenstromdetektor (54) erfassten Spitzenstrom.
Steuer/Regelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannungsanlege-Bestimmungsmittel (52) eine nach der ersten Anlegeperiode (➀) an den Elektromagneten anzulegende Spannung entsprechend dem vom Spitzenstromdetektor (54) erfassten Spitzenstrom bestimmt.
Steuer/Regelvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannungsanlege-Bestimmungsmittel (52) eine zweite Anlegeperiode (➁) einer zweiten Spannung und eine dritte Anlegeperiode (➂) einer dritten Spannung gemäß dem von dem Spitzenstromdetektor (54) erfassten Spitzenstrom bestimmt; und dass das Spannungsanlege-Bestimmungsmittel (52) die zweite Spannung an den Elektromagneten während der zweiten Anlegeperiode (➁) nach der ersten Anlegeperiode (➁) anlegt und die dritte Spannung an den Elektromagneten während der dritten Anlegeperiode (➂) nach der zweiten Anlegeperiode (➁) anlegt, wobei die zweite Spannung niedriger ist als die erste Spannung und die dritte Spannung höher ist als die zweite Spannung.
Steuer/Regelvorrichtung nach einem der Ansprüche 1–3, gekennzeichnet durch: ein Schätzmittel (57) zum Schätzen des Magnetflusses, den der den Anker anziehende Elektromagnet erzeugt, wenn der Anker von der einen Endstellung zu der anderen Endstellung angetrieben wird; und eine Energiesteuer/regelvorrichtung (50), die die Energiezufuhr zu den Elektromagneten derart steuert/regelt, dass der von dem Schätzmittel (57) geschätzte Magnetfluss in den Magnetfluss konvergiert, der zum Halten des Ankers in der anderen Endstellung erforderlich ist, nachdem die Spannungsanlage an den Elektromagneten für die vom Spannungsanlege-Bestimmungsmittel (52) bestimmte Anlageperiode (➁, ➂) beendet worden ist.
Steuer/Regelvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch: ein Schätzmittel (57) zum Schätzen des Magnetflusses, den der den Anker anziehende Elektromagnet erzeugt, wenn der Anker von der einen Endstellung zur anderen Endstellung angetrieben wird; und eine Energiesteuer/regelvorrichtung (50), die die Energiezufuhr zu dem Elektromagneten derart steuert/regelt, dass der von dem Schätzmittel (57) geschätzte Magnetfluss in den Magnetfluss konvergiert, der auf der Basis des von dem Spitzenstromdetektor (54) erfassten Spitzenstroms bestimmt ist, nachdem die Spannungsanlage an den Elektromagneten für die erste Anlegeperiode (➀) beendet ist.
Von einem Computer ausführbares Programm zum Steuern/Regeln eines elektromagnetischen Aktuators (100), der ein Paar von in entgegengesetzte Richtungen wirkenden Federn (16, 18), einen Anker (22), der mit einem mechanischen Element (21) gekoppelt ist, wobei der Anker mit den Federn verbunden ist, um in einer durch die Federn angegebenen Neutralstellung gehalten zu werden, wenn der Anker nicht aktiviert ist, sowie ein Paar von Elektromagneten (11, 13) zum Antrieb des Ankers zwischen zwei Endstellungen aufweist, wobei das Programm aufgebaut ist, um: eine Spannung während einer ersten vorbestimmten Periode (➀) an einen Elektromagneten entsprechend einer der Endstellungen anzulegen, so dass der Anker zu der einen der Endstellungen angezogen wird; und eine Periode (➁, ➂) der Anlage einer Spannung an den Elektromagneten nach der ersten Periode (➀) gemäß dem Spitzenstrom zu bestimmen, der von einem Spitzenstromdetektor (54) zum Erfassen eines in dem Elektromagneten in der ersten Periode (➀) fließenden Spitzenstroms erfasst wird.
Programm nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die an den Elektromagneten anzulegende Spannung nach der ersten Periode (➀) gemäß dem vom Spitzenstromdetektor (54) erfassten Spitzenstrom bestimmt wird.
Programm nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass es aufgebaut ist, um: eine zweite Periode (➁) einer zweiten Spannung und eine dritte Periode (➂) einer dritten Spannung gemäß dem von dem Spitzenstromdetektor (54) erfassten Spitzenstrom zu bestimmen; und die zweite Spannung an den Elektromagneten während der zweiten Periode (➁) nach der ersten Periode (➀) anzulegen und die dritte Spannung an den Elektromagneten während der dritten Periode (➂) nach der zweiten Periode (➁) anzulegen, wobei die zweite Spannung niedriger ist als die erste Spannung und die dritte Spannung höher ist als die zweite Spannung.
Programm nach einem der Ansprüche 6–8, dadurch gekennzeichnet, dass es aufgebaut ist, um: einen Magnetfluss zu schätzen, den der den Anker anziehende Elektromagnet erzeugt, wenn der Anker von der einen Endstellung zu der anderen Endstellung angetrieben wird; und die Energieversorgung zu dem Elektromagneten derart zu steuern/zu regeln, dass der geschätzte Magnetfluss in den Magnetfluss konvergiert, der zum Halten des Ankers in der anderen Endstellung erforderlich ist, nachdem die Spannungsanlage an dem Elektromagneten für die Anlegeperiode (➀) beendet worden ist.
Programm nach einem der Ansprüche 6–9, dadurch gekennzeichnet, dass es aufgebaut ist, um: den Magnetfluss zu schätzen, den der den Anker anziehende Elektromagnet erzeugt, wenn der Anker von der einen Endstellung zu der anderen Endstellung angetrieben wird; und die Energieversorgung zu dem Elektromagneten derart zu steuern/zu regeln, dass der geschätzte Magnetfluss in den Magnetfluss konvergiert, der auf der Basis des Spitzenstroms bestimmt wird, nachdem die Spannungsanlage an dem Elektromagneten für die erste Periode (➀) beendet worden ist.
Verfahren zum Steuern/Regeln eines elektromagnetischen Aktuators (100), der ein Paar von in entgegengesetzte Richtungen wirkende Federn (16, 18), einen mit einem mechanischen Element (21) gekoppelten Anker (22), wobei der Anker mit den Federn verbunden ist, um in einer durch die Federn angegebenen Neutralstellung gehalten zu werden, wenn der Anker nicht aktiviert ist, sowie ein Paar von Elektromagneten (11, 13) zum Antrieb des Ankers zwischen zwei Endstellungen aufweist, umfassend: Anlegen einer Spannung während einer ersten vorbestimmten Periode (➀) an einen Elektromagneten entsprechend einer der Endstellungen, so dass der Anker zu der einen der Endstellungen angezogen wird; Erfassen des Spitzenstroms, der in der ersten Periode (➀) in dem Elektromagneten fließt; und Bestimmen einer Periode (➁, ➂) der Anlage einer Spannung an den Elektromagneten nach der ersten Periode (➀) gemäß dem erfassten Spitzenstrom.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die an den Elektromagneten anzulegende Spannung nach der ersten Anlegeperiode (➀) gemäß dem erfassten Spitzenstrom bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Anlegeperiode (➁) einer zweiten Spannung und eine dritte Anlegeperiode (➂) einer dritten Spannung gemäß dem Spitzenstrom bestimmt wird; und dass die zweite Spannung an den Elektromagneten während der zweiten Anlegeperiode (➁) nach der ersten Periode (➀) angelegt und die dritte Spannung an den Elektromagneten während der dritten Anlegeperiode (➂) nach der zweiten Anlegeperiode (➁) angelegt wird, wobei die zweite Spannung niedriger ist als die erste Spannung und die dritte Spannung höher ist als die zweite Spannung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11–13, gekennzeichnet durch: Schätzen des Magnetflusses, den der den Anker anziehende Elektromagnet erzeugt, wenn der Anker von der einen Endstellung zu der anderen Endstellung angetrieben wird; und Steuern/Regeln der Energiezufuhr zu dem Elektromagneten derart, dass der geschätzte Magnetfluss in den Magnetfluss konvergiert, der zum Halten des Ankers in der anderen Endstellung erforderlich ist, nachdem die Spannungsanlage an den Elektromagneten für die Anlegeperiode (➀) beendet worden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11–14, gekennzeichnet durch: Schätzen des Magnetflusses, den der den Anker anziehende Elektromagnet erzeugt, wenn der Anker von der einen Endstellung zu der anderen Endstellung angetrieben wird; und Steuern/Regeln der Energiezufuhr zu dem Elektromagneten derart, dass der geschätzte Magnetfluss in den Magnetfluss konvergiert, der auf der Basis des Spitzenstroms bestimmt wird, nachdem die Spannungsanlage an den Elektromagneten für die erste Periode (➀) beendet worden ist.