DE102013209070A1 - Method and device for detecting a start of movement of electromechanical actuators - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung eines Bewegungsbeginns eines elektromechanischen Aktuators, welcher mittels mindestens einer Magnetspule angetrieben wird, wobei der Aktuator Teil einer hydraulischen Komponente, wie einer Magnetpumpe oder einem Magnetventil ist, wobei der Zeitpunkt eines Bewegungsbeginns des Aktuators innerhalb einer Anzugsphase mittels Auswertung eines Stroms Idv(t), welcher durch die Magnetspule fließt, der Berechnung eines zeitlichen Induktivitätsverlaufs L(t) der Magnetspule aus dem Stromverlauf und der Auswertung einer Induktivitätsänderung bestimmt wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung, insbesondere eine Steuer- und Auswerteeinheit, zur Durchführung des Verfahrens. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass nach Beginn der Anzugsphase aus dem Induktivitätsverlauf L(t) vor dem zu erwartenden Zeitpunkt des Bewegungsbeginns eine Sekante berechnet und der Zeitpunkt des Bewegungsbeginns definiert, wenn die Induktivität des Induktivitätsverlaufs L(t) eine bestimmte Differenz zu den berechneten Induktivitätswerten auf der Sekante übersteigt. Verfahren und Vorrichtung ermöglichen eine Erhöhung der Detektionsgenauigkeit eines Hub- bzw. Bewegungsbeginns des Aktuators bzw. des Ankers einer Membranpumpe oder eines Dosierventils. In einer bevorzugten Verwendung des Verfahrens kann bei Dosiersystemen zur Dosierung von Reduktionsmitteln in einem SCR-System eine verbesserte Diagnose hinsichtlich eines Beginns einer Injektionsperiode (BIP) erzielt werden, wodurch u.a. Fehldosierungen verhindert werden können.The invention relates to a method for detecting the start of movement of an electromechanical actuator which is driven by means of at least one magnetic coil, the actuator being part of a hydraulic component, such as a magnetic pump or a solenoid valve, the point in time when the actuator begins to move within a tightening phase by evaluating a Current Idv (t), which flows through the magnet coil, the calculation of a temporal inductance curve L (t) of the magnet coil is determined from the current curve and the evaluation of an inductance change. The invention further relates to a device, in particular a control and evaluation unit, for carrying out the method. According to the invention, it is provided that, after the start of the tightening phase, a secant is calculated from the inductance curve L (t) before the expected time of the start of movement and the time of the start of movement is defined when the inductance of the inductance curve L (t) defines a certain difference from the calculated inductance values on the secant exceeds. The method and the device enable an increase in the detection accuracy of a start of the stroke or movement of the actuator or the armature of a diaphragm pump or a metering valve. In a preferred use of the method, dosing systems for dosing reducing agents in an SCR system can achieve an improved diagnosis with regard to the start of an injection period (GDP), which among other things Incorrect dosing can be prevented.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung eines Bewegungsbeginns eines elektromechanischen Aktuators, welcher mittels mindestens einer Magnetspule angetrieben wird, wobei der Aktuator Teil einer hydraulischen Komponente, wie einer Magnetpumpe oder einem Magnetventil ist, wobei der Zeitpunkt eines Bewegungsbeginns des Aktuators innerhalb einer Anzugsphase mittels Auswertung eines Stroms Idv(t), welcher durch die Magnetspule fließt, der Berechnung eines zeitlichen Induktivitätsverlaufs L(t) der Magnetspule aus dem Stromverlauf und der Auswertung einer Induktivitätsänderung bestimmt wird.The invention relates to a method for detecting a start of movement of an electromechanical actuator, which is driven by at least one magnetic coil, wherein the actuator is part of a hydraulic component, such as a magnetic pump or a solenoid valve, wherein the time of starting movement of the actuator within a suit phase by means of evaluation of a Current I dv (t) , which flows through the magnetic coil, the calculation of a time course of inductance L (t) of the magnetic coil is determined from the current waveform and the evaluation of an inductance change.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung, insbesondere eine Steuer- und Auswerteeinheit, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.The invention further relates to a device, in particular a control and evaluation unit, for carrying out the method according to the invention.
Hydraulische, nicht druckausgleichende Aktuatoren werden in verschiedensten Anwendungen mittels Elektromagneten angetrieben. Typische Beispiele sind Magnetpumpen und Magnetventile. Diese Aktuatoren müssen typischerweise gegen eine Federkraft und eine hydraulische Kraft bewegt werden. Dabei wird eine Magnetspule des Elektromagneten bestromt. Die Magnetkraft steigt an und in dem Augenblick, in dem ein Kräftegleichgewicht zwischen der öffnenden Magnetkraft und den schließenden Druckkräften herrscht, setzt sich der Aktuator in Bewegung.Hydraulic, non-pressure compensating actuators are driven by electromagnets in various applications. Typical examples are solenoid pumps and solenoid valves. These actuators typically need to be moved against a spring force and a hydraulic force. In this case, a magnetic coil of the electromagnet is energized. The magnetic force increases and at the moment when there is an equilibrium of forces between the opening magnetic force and the closing pressure forces, the actuator starts to move.
So werden beispielsweise derartige Pumpen und/ oder Dosierventile, welche mittels eines Elektromagneten angetrieben werden, in Stickoxid-Reduktionseinheiten zur Abgasreinigung eingesetzt. For example, such pumps and / or metering valves, which are driven by means of an electromagnet, are used in nitrogen oxide reduction units for exhaust gas purification.
Im Zusammenhang mit künftigen gesetzlichen Vorgaben bezüglich der Stickoxidemission von Kraftfahrzeugen ist eine entsprechende Abgasnachbehandlung erforderlich. Die selektive katalytische Reduktion (Selective Catalyst Reduction – SCR) kann zur Verringerung der NOx-Emission (Entstickung) von Verbrennungsmotoren, insbesondere von Dieselmotoren, mit zeitlich überwiegend magerem, d.h. sauerstoffreicher Verbrennung eingesetzt werden. Hierbei wird dem Abgas eine definierte Menge eines selektiv wirkenden Reduktionsmittels zugegeben. Dies kann beispielsweise in Form von Ammoniak sein, welches direkt gasförmig zudosiert wird, oder auch aus einer Vorläufersubstanz in Form von Harnstoff-Wasser-Lösung (HWL). Derartige HWL-SCR-Systeme sind erstmalig im Nutzfahrzeugsegment eingesetzt worden.In connection with future legal requirements regarding the nitrogen oxide emission of motor vehicles, a corresponding exhaust aftertreatment is required. Selective catalyst reduction (SCR) can be used to reduce the NO x emissions (denitrification) of internal combustion engines, especially diesel engines, with temporally predominantly lean, ie oxygen-rich combustion. In this case, a defined amount of a selectively acting reducing agent is added to the exhaust gas. This can be, for example, in the form of ammonia, which is added directly in gaseous form, or else from a precursor substance in the form of urea-water solution (HWL). Such HWL-SCR systems have been used for the first time in the commercial vehicle segment.
Entsprechende Dosiereinrichtungen sind beispielsweise aus der
In aktuellen Zudosiersystemen, wie diese beispielsweise unter der Bezeichnung DENOXTRONIC 5.1 bekannt sind, saugt in einem Fördermodul eine Membranpumpe die AdBlue-Lösung aus dem Reagenzmitteltank und verdichtet diese auf den für eine Zerstäubung erforderlichen Systemdruck von 4,5 bis 8,5 bar. Das Dosiermodul dosiert die für die NOx-Reduktion erforderliche AdBlue-Menge durch Zerstäubung in den Abgasstrom vor dem SCR-Katalysator. Die Steuerung von Dosier- und Heizstrategie sowie für eine On-Board-Diagnose (OBD) kann durch eine übergeordnete Motorsteuerung oder durch eine Dosiersteuereinheit erfolgen. Mit der Verarbeitung der aktuellen Motorbetriebsdaten und aller erforderlichen Sensordaten wird die Menge des Reduktionsmittels exakt auf den Motorbetriebspunkt und auf die katalysatorspezifischen Eigenschaften zur maximalen Stickoxidreduzierung abgestimmt. In current metering systems, as known, for example, under the name DENOXTRONIC 5.1, a membrane pump sucks the AdBlue solution from the reagent tank in a delivery module and compresses it to the system pressure of 4.5 to 8.5 bar required for atomization. The dosing module doses the amount of AdBlue required for the NO x reduction by atomization into the exhaust gas flow upstream of the SCR catalytic converter. Control of metering and heating strategy as well as for on-board diagnostics (OBD) can be performed by a higher-level motor control or by a dosing control unit. With the processing of the current engine operating data and all required sensor data, the amount of reducing agent is matched exactly to the engine operating point and to the catalyst-specific properties for maximum nitrogen oxide reduction.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Überwachungsfunktion des Dosierventils im SCR-System. Es handelt sich dabei um eine Aktuatordiagnose, die ständig überwacht, ob das Dosierventil auf eine Ansteuerung reagiert und entsprechend das Reduktionsmittel in den Abgasstrang eingespritzt wird. Das Öffnen und das Schließen des Ventils sind durch den Strom gesteuert. Der durch die Spule fließende Strom wird von der Dosiersteuereinheit gemessen und steht für die Diagnose bereit. Der Beginn der Einspritzperiode (BIP – Beginn of Injection Period) wird anhand des Stromverlaufs erkannt.The present invention particularly relates to a monitoring function of the metering valve in the SCR system. This is an actuator diagnosis, which constantly monitors whether the metering valve reacts to an activation and accordingly the reducing agent is injected into the exhaust gas line. The opening and closing of the valve are controlled by the current. The current flowing through the coil is measured by the dosing control unit and is ready for diagnosis. The start of the injection period (BIP - Start of Injection Period) is detected on the basis of the current profile.
Gemäß dem Stand der Technik wird das Dosierventil durch den Stromverlauf in der Anzugsphase überwacht. Die Überwachung basiert auf der zweiten Ableitung des Stromverlaufs des Dosierventils, der bei jeder Anzugsphase von dem Steuergerät aufgenommen wird. Der Stromknick, der als Ankerbewegung erkannt ist, wird durch die Differenz zwischen dem lokalen Maximum und dem lokalen Minimum der Ableitung des Stromverlaufs entdeckt, wenn diese Differenz (als so genannte Qualitätszahl) eine Schwelle überschreitet.According to the prior art, the metering valve is monitored by the course of the current in the tightening phase. The monitoring is based on the second derivative of the current flow of the metering valve, which is received by the controller at each tightening phase. The current kink, which is detected as an armature movement, is detected by the difference between the local maximum and the local minimum of the derivative of the current profile, if this difference (as so-called quality number) exceeds a threshold.
In der noch nicht veröffentlichten Anmeldeschrift der Anmelderin mit dem internen Aktenzeichen R.346122 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erkennung eines Loslaufzeitpunkts eines elektromechanischen Aktuators beschrieben. Dabei wird nach einer Ansteuerung einer den Aktuator antreibenden Magnetspule der Loslaufzeitpunkt des Aktuators mittels Auswertung eines zeitlichen tatsächlichen Stromverlaufs durch die Magnetspule bestimmt. Dabei ist vorgesehen, dass ein modellierter Stromverlauf durch die Magnetspule unter der Annahme eines nicht bewegten Aktuators ermittelt wird, dass der tatsächliche Stromverlauf während der Ansteuerung der Magnetspule bestimmt und mit dem modellierten Stromverlauf verglichen wird und dass bei Erreichen einer vorgegebenen Abweichung beider Stromverläufe voneinander der Loslaufzeitpunkt erkannt wird. Verfahren und Vorrichtung sollen eine Verbesserung der Genauigkeit der Bestimmung des Loslaufzeitpunkts des Aktuators, beispielhaft eines Ankers einer Membranpumpe, und damit eine Verbesserung der Genauigkeit einer Druckbestimmung in einem System zur Zudosierung einer Harnstoff-Wasser-Lösung zur Verminderung von Stickoxid im Abgas einer Brennkraftmaschine ermöglichen.The applicant's application, which has not yet been published, with the internal file number R.346122, discloses a method and a device for detecting a release time of an electromechanical actuator described. In this case, after a control of a solenoid driving the actuator, the release time of the actuator is determined by means of evaluation of a temporal actual current flow through the magnetic coil. It is provided that a modeled current waveform is determined by the solenoid under the assumption of a non-moving actuator, that the actual current waveform during the control of the solenoid is determined and compared with the modeled current waveform and that upon reaching a predetermined deviation of the two current histories of each other, the release time is recognized. Method and apparatus are intended to improve the accuracy of the determination of the release time of the actuator, for example an anchor of a diaphragm pump, and thus to improve the accuracy of a pressure determination in a system for metering a urea-water solution for reducing nitrogen oxide in the exhaust gas of an internal combustion engine.
Die ebenfalls noch nicht veröffentlichte Anmeldeschrift der Anmelderin mit dem internen Aktenzeichen R.346123 beschreibt ebenfalls ein Verfahren und eine Steuer- und Auswerteeinheit zur Erkennung eines Bewegungsbeginns eines elektromechanischen Aktuators, welcher mittels mindestens einer Magnetspule angetrieben wird, wobei der Aktuator Teil einer hydraulischen Komponente, wie einer Magnetpumpe oder einem Magnetventil, ist, wobei ein Bewegungsbeginn des Aktuators mittels Auswertung eines Stroms, welcher durch die Magnetspule fließt, und dessen zeitliche Ableitungen ermittelt und anhand von Tabellenwerten oder Kennlinien in Abhängigkeit von weiteren Kenngrößen mit dem ermittelten Bewegungsbeginn ein Druck bestimmt wird. Dabei ist vorgesehen, dass zur Bestimmung des Bewegungsbeginnes eine relative Induktivität aus einem zeitlichen Induktivitätsverlauf bestimmt und ein zeitlicher Verlauf der relativen Induktivität ausgewertet wird. Verfahren und Vorrichtung sollen eine Erhöhung der Detektionsgenauigkeit eines Hub- bzw. Bewegungsbeginns des Aktuators bzw. des Ankers einer Membranpumpe in einer bevorzugten Verwendung des Verfahrens und damit eine Verbesserung der Genauigkeit einer Druckdetektion ermöglichen. The not yet published application of the applicant with the internal file number R.346123 also describes a method and a control and evaluation unit for detecting a movement start of an electromechanical actuator, which is driven by at least one solenoid, wherein the actuator part of a hydraulic component, such as a magnetic pump or a solenoid valve is, wherein a movement start of the actuator by means of evaluation of a current flowing through the magnetic coil, and its temporal derivatives determined and using tabular values or curves as a function of further characteristics with the determined start of movement, a pressure is determined. It is provided that for determining the start of movement, a relative inductance determined from a temporal Induktivitätsverlauf and a time course of the relative inductance is evaluated. Method and apparatus to allow an increase in the detection accuracy of a stroke or movement start of the actuator or the armature of a diaphragm pump in a preferred use of the method and thus improve the accuracy of a pressure detection.
Aus der
Eine ebenfalls noch nicht veröffentlichte Anmeldeschrift der Anmelderin mit dem Titel „Verfahren und Vorrichtung zur Erkennung eines Ankeranschlags eines elektromechanischen Aktuators“ (internes Aktenzeichen R.346347) betrifft ein Verfahren zur Erkennung eines Ankeranschlags eines elektromechanischen Aktuators nach einer Ansteuerung einer den Aktuator antreibenden Magnetspule, wobei der Ankeranschlag des Aktuators mittels Auswertung eines zeitlichen tatsächlichen Stromverlaufs durch die Magnetspule bestimmt wird. Dabei ist es vorgesehen, dass aus dem tatsächlichen Stromverlauf ein Induktivitätsverlauf bestimmt wird und dass bei Erreichen einer vorgegebenen Induktivitätsschwelle der Ankeranschlag erkannt wird.A not yet published application of the applicant with the title "Method and device for detecting an anchor stop of an electromechanical actuator" (internal reference R.346347) relates to a method for detecting an armature stop of an electromechanical actuator after driving a solenoid driving the actuator, wherein the armature stop of the actuator is determined by evaluating a temporal actual current waveform through the magnetic coil. In this case, it is provided that an inductance profile is determined from the actual current profile and that the armature stop is detected when a predetermined inductance threshold is reached.
Die Erkennungsergebnisse mit den aktuellen Verfahren, wie sie zuvor beschrieben wurden, zeigen in der Praxis aber, dass der Bewegungsbeginn des Aktuators (Begin Motion Point – BMP) und damit der exakte Zeitpunkt des Beginns der Einspritzphase (BIP) nicht immer exakt bestimmt werden kann. Gründe dafür sind u.a. Schwankungen bei der Versorgungsspannung, mechanische Toleranzen beim Dosierventil, z.B. unterschiedliche Federkonstanten, und PWM-Taktumschaltungen bei 24V-Bordnetzsystemen.The recognition results with the current methods, as described above, show in practice, however, that the start of movement of the actuator (Begin Motion Point - BMP) and thus the exact time of the beginning of the injection phase (BIP) can not always be determined exactly. Reasons for this are u.a. Fluctuations in the supply voltage, mechanical tolerances on the metering valve, e.g. different spring constants, and PWM clock switching in 24V electrical systems.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein optimiertes Verfahren zur Überwachung der Funktionalität des Dosierventils bereit zu stellen, mit dem eine sichere und robuste Erkennung eines Bewegungsbeginn (BMP) des Aktuators bzw. des Beginns der Einspritzphase (BIP) detektiert und vor allem ein Blockieren des Ventils in der Anzugsphase erkannt werden kann. It is therefore an object of the invention to provide an optimized method for monitoring the functionality of the metering valve, with which a reliable and robust detection of a start of movement (BMP) of the actuator or the beginning of the injection phase (BIP) is detected and, above all, blockage of the Valve can be detected in the suit phase.
Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung, insbesondere eine Steuer- und Auswerteeinheit zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen.It is a further object of the invention to provide a device, in particular a control and evaluation unit for carrying out the method.
Offenbarung der Erfindung Die das Verfahren betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass nach Beginn der Anzugsphase aus dem Induktivitätsverlauf L(t) vor dem zu erwartenden Zeitpunkt des Bewegungsbeginns eine Sekante berechnet und der Zeitpunkt des Bewegungsbeginns definiert wird, wenn die Induktivität des Induktivitätsverlaufs L(t) eine bestimmte Differenz zu den berechneten Induktivitätswerten auf der Sekante übersteigt. Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht gegenüber dem zuvor genannten Stand der Technik eine Erhöhung der Detektionsgenauigkeit eines Hub- bzw. Bewegungsbeginns des Aktuators bzw. des Ankers einer Membranpumpe oder eines Dosierventils. Störeinflüsse, wie Toleranzen bei der Federkonstante von Rückstellfedern, Temperatureinflüsse und ein unterschiedlicher Systemdruck in derartigen hydraulischen Systemen können deutlich reduziert werden, wodurch auch eine sichere Funktionsdiagnose derartiger hydraulischer Komponenten, wie Magnetpumpen oder Magnetventile, realisiert werden kann. Das Verfahren lässt sich zudem recht einfach mittels entsprechender Software und Hardware umsetzen.DISCLOSURE OF THE INVENTION The object of the invention relating to the method is achieved by calculating a secant from the inductance curve L (t) before the expected start of the movement and by defining the time of the start of movement when the inductance of the inductance curve L is defined (t) exceeds a certain difference from the calculated inductance values on the secant. Compared to the aforementioned prior art, the proposed method makes it possible to increase the detection accuracy of a start of stroke or movement of the actuator or the armature of a diaphragm pump or a metering valve. Interference, such as tolerances in the spring constant of return springs, temperature influences and a different system pressure in such hydraulic systems can be significantly reduced, whereby a reliable functional diagnosis of such hydraulic components, such as magnetic pumps or solenoid valves, can be realized. The method can also be implemented quite easily by means of appropriate software and hardware.
Das Detektionsverfahren sieht dabei vor, dass die Bestimmung der Sekante einen mehrstufigen Algorithmus umfasst, bei dem zunächst der Stromverlauf innerhalb eines Auswertezeitraums in einzelne Stromwerte Idv(n) digitalisiert und aus den Einzelstromwerten Idv(n) und deren Änderung ∆Idv(n) der Induktivitätsverlauf L(t) berechnet wird, anhand der berechneten Induktivitätswerte mehrere Induktivitätsgradienten G(m) gebildet werden, aus den Induktivitätsgradienten G(m) ein mittlerer Gradient G gebildet und mit diesem mittleren Gradienten G die Sekante und die Induktivitätswerte auf der Sekante bestimmt werden. Dies lässt sich durch vergleichsweise einfache mathematische Operation bewerkstelligen und kann mittels einer Softwareerweiterung in bestehende Diagnoseverfahren implementiert werden. Zudem kann damit eine hohe Robustheit gegenüber Störeinflüssen realisiert werden. The detection method envisages that the determination of the secant comprises a multi-stage algorithm in which first the current profile is digitized within an evaluation period into individual current values I dv (n) and from the individual current values I dv (n) and their change ΔI dv (n ) the inductance curve L (t) is calculated, on the basis of the calculated inductance values a plurality of inductance gradients G (m) are formed, from the inductance gradients G (m) a middle gradient G is formed and with this middle gradient G the secant and the inductance values on the secant are determined become. This can be accomplished by comparatively simple mathematical operation and can be implemented by means of a software extension into existing diagnostic methods. In addition, a high degree of robustness against interference can be realized.
Eine gegenüber Störeinflüssen und Systemtoleranzen robuste Bewegungsdiagnose des Aktuators kann insbesondere erreicht werden, wenn, wie dies ein bevorzugte Verfahrensvariante vorsieht, der Zeitpunkt des Bewegungsbeginns für den Zeitpunkt definiert wird, an dem die Differenz der Induktivitätswerte zwischen Induktivitätsverlauf und Induktivitätswerte auf der Sekante ∆L(1)...∆L(N) ein Maximum max.(∆L) erreichen und/ oder eine applizierbare Schwelle ∆Lmax überschreiten. Gegenüber einer reinen Auswertung des Stromverlaufs des Spulenstroms kann hiermit eine sichere Bewegungsdiagnose für den Aktuator erzielt werden. A movement diagnosis of the actuator that is robust with respect to interference influences and system tolerances can be achieved, in particular, if, as provided by a preferred method variant, the time of the start of movement is defined for the time at which the difference of the inductance values between the inductance curve and inductance values on the secant ΔL (1 ) ... ΔL (N) reach a maximum maximum (ΔL) and / or exceed an applicable threshold ΔL max . Compared to a pure evaluation of the current flow of the coil current can hereby be achieved a reliable motion diagnosis for the actuator.
Eine Verfahrensvariante sieht vor, dass der Auswertezeitraum zur Bestimmung der Sekante innerhalb der Anzugphase vor dem zu erwartenden Bewegungsbeginn des Aktuators, festgelegt durch einen Startzeitpunkt tb und einen Endzeitpunkt tc, und der Zeitpunkt td bis zum Auswerteende der Induktivitätsdifferenzwerte ∆L(1)...∆L(N) je nach System adaptierbar sind. Damit kann das Auswerteverfahren auf unterschiedliche Systeme mit unterschiedlichem Zeitverhalten bzw. Reaktionsverhalten angepasst werden. Zudem kann durch Festlegung der Auswertebereiche für die Sekantenberechnung und/ oder des Auswertezeitraums der Induktivitätsdifferenzwerte ∆L(1)...∆L(N) die Genauigkeit bzw. Güte des Verfahrens in Abhängigkeit von den zur Verfügung stehenden Rechen- bzw. Speicher-Ressourcen festgelegt werden. Durch diese Flexibilität kann der Auswertevorgang zudem bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen des Systems optimiert werden.A variant of the method provides that the evaluation period for determining the secant within the tightening phase before the expected start of movement of the actuator, defined by a start time t b and an end time t c , and the time t d until the end of the evaluation of the inductance difference values ΔL (1) ... ΔL (N) can be adapted depending on the system. Thus, the evaluation method can be adapted to different systems with different time behavior or reaction behavior. In addition, by determining the evaluation ranges for the secant calculation and / or the evaluation period of the inductance difference values ΔL (1) ... ΔL (N), the accuracy or quality of the method can be determined as a function of the available computing or memory resources be determined. Due to this flexibility, the evaluation process can also be optimized under different operating conditions of the system.
Hinsichtlich einer kostengünstigen und auch leistungsfähigen Umsetzung des Auswerteverfahrens, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Strom durch die Magnetspule Idv mittels eines Analog-Digital-Converters mit einer Abtastfrequenz fa erfasst und die Einzelstromwerte Idv(n) in einem Mikrokontroller gespeichert und diskrete Induktivitätswerte L(n) sowie die Induktivitätsdifferenzwerte ∆L(1)...∆L(N) zu den Induktivitätswerten der Sekante berechnet werden, wobei die Anzahl der Einzelwerte aus dem Auswertezeitraum zur Bestimmung der Sekante und aus dem Auswertezeitraum des Induktivitätsverlaufs sowie aus der Abtastfrequenz fa bestimmt wird. With regard to a cost-effective and efficient implementation of the evaluation, it has proved to be advantageous if the current through the solenoid I dv detected by means of an analog-to-digital converter with a sampling frequency f a and the individual current values I dv (n) stored in a microcontroller and discrete inductance L (n) and the Induktivitätsdifferenzwerte .DELTA.L (1) ... .DELTA.L (N) are calculated on the inductance of the secant, wherein the number of values from the analysis period to determine the secant and out of the analysis period of the Induktivitätsverlaufs and is determined from the sampling frequency f a .
Wird, wie dies eine bevorzugte Verfahrensvariante vorsieht, zur Berechnung der Induktivitätswerte L(n) zusätzlich die Versorgungsspannung Ubatt mittels eines Analog-Digital-Converters mit einer Abtastfrequenz fa erfasst und gespeichert, können Fehler bei der Induktivitätsberechnung infolge von kurzzeitigen Spannungsschwankungen der Versorgungsspannung, hier die Bordbatterie, oder infolge einer Taktung der Versorgungsspannung vermieden werden. If, as is provided by a preferred variant of the method, the supply voltage U batt is also detected and stored by means of an analog-to-digital converter with a sampling frequency f a to calculate the inductance values L (n) , errors in the inductance calculation due to short-term voltage fluctuations of the supply voltage, here the on-board battery, or be avoided as a result of a clocking of the supply voltage.
Wird die Abtastfrequenz fa je nach System und dessen Zeitkonstanten angepasst, kann damit der Berechnungsaufwand auf ein notwendiges Maß reduziert werden, was insbesondere vorteilhaft hinsichtlich der Speicherressourcen und Berechnungs-Hardware ist. Bei langsamen Systemen mit einer größeren Zeitkonstante genügt eine kleine Abtastfrequenz fa. Bei Systemen mit kleiner Zeitkonstante muss hingegen die Abtastfrequenz fa erhöht werden, um auch feine Änderungen in der Berechnung und Auswertung zu berücksichtigen. Die gespeicherten Stromwerte müssen auf jeden Fall den zu erwartenden Zeitbereich, in dem der Bewegungsbeginn des Aktuators erwartet wird, abdecken. If the sampling frequency f a is adjusted depending on the system and its time constants, the computational effort can be reduced to a necessary level, which is particularly advantageous with regard to the memory resources and computation hardware. For slow systems with a larger time constant, a small sampling frequency f a is sufficient. For systems with a small time constant, on the other hand, the sampling frequency f a must be increased in order to take account of subtle changes in the calculation and evaluation. The stored current values must in any case cover the expected time range in which the movement start of the actuator is expected.
Eine Verfahrensvariante sieht dabei vor, dass die Stromwerte Idv(t) vor deren Erfassung und Digitalisierung mittels eines Tiefpasses gefiltert werden. Die Filterung kann analog bei der Strombestimmung innerhalb der Hardware, z.B. mittels eines RC-Gliedes, geschehen oder kann software-basiert realisiert werden, indem ein gleitender Mittelwert aus einer bestimmten Anzahl von Einzelwerten gebildet wird. Dadurch können kurzzeitig auftretende Störimpulse eliminiert werden, die ansonsten zu Fehlinterpretationen führen würden.A variant of the method provides that the current values I dv (t) are filtered before their detection and digitization by means of a low-pass filter. The filtering can be done analogously in the current determination within the hardware, for example by means of an RC element, or can be realized software-based by forming a moving average from a certain number of individual values. As a result, briefly occurring glitches can be eliminated, which would otherwise lead to misinterpretation.
Eine vorteilhafte Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit seinen zuvor beschriebenen Varianten sieht den Einsatz zur Überwachung eines Dosierventils in einer Dosiereinheit als Bestandteil eines Dosiersystems vor, mit dem eine Harnstoff-Wasser-Lösung als Reduktionsmittel in den Abgaskanal einer Brennkraftmaschine eingebracht werden kann, welcher in Strömungsrichtung des Abgases nach dem Einbringort der Harnstoff-Wasser-Lösung einen SCR-Katalysator aufweist, wobei der Aktuator als Anker des Dosierventils ausgebildet ist. Insbesondere bei Magermotoren oder Dieselmotoren kann damit eine Stickoxidreduktion herbeigeführt werden, so dass auch zukünftige gesetzliche Vorgaben zur Schadstoffemission eingehalten werden können. Hierbei ist die Überwachung der Funktionalität des Dosierventils von großer Bedeutung. Mit dem Verfahren kann insbesondere der Beginn der Einspritzperiode (BIP) sicher erkannt werden. Ein Blockieren des Dosierventils kann damit innerhalb der Anzugphase erkannt und somit ein unerwünschtes Zudosieren von Reduktionsmitteln verhindert werden. Zudem kann damit im Rahmen der On-Board-Diagnose (OBD) eine Funktionsunfähigkeit des Dosierventils erkannt und angezeigt werden.An advantageous use of the method according to the invention with its variants described above provides the use for monitoring a metering valve in a metering unit as part of a metering system, with a urea-water solution can be introduced as a reducing agent in the exhaust passage of an internal combustion engine, which in the flow direction of the exhaust gas after the introduction of the urea-water solution comprises an SCR catalyst, wherein the actuator is designed as an armature of the metering valve. In particular, lean-burn engines or diesel engines can thus be brought about a nitrogen oxide reduction, so that future legal requirements for pollutant emissions can be met. Here, the monitoring of the functionality of the metering valve is of great importance. In particular, the method can be used to reliably detect the beginning of the injection period (BIP). A blocking of the metering valve can thus be detected within the tightening phase and thus an undesirable addition of reducing agents can be prevented. In addition, it can thus be detected and displayed as part of the on-board diagnostic (OBD) inoperability of the metering valve.
Die die Vorrichtung betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass die Steuer- und Auswerteeinheit mindestens einen Analog-Digital-Converter, Berechnungseinheiten zur Induktivitätsberechnung, Gradientenberechnung, Mittelwertsberechnung, Sekantenberechnung, Differenzberechnung und Maximalwertbildung, Komparatoren innerhalb von Überprüfungseinheiten und Speichereinheiten zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens mit seinen Varianten aufweist. Die Funktionalität des Verfahrens kann dabei zumindest teilweise softwarebasiert in dieser implementiert sein. Dabei erfolgt die Umsetzung kostengünstig durch eine entsprechende Softwareerweiterung in der Steuer- und Auswerteeinheit, oder falls diese als Teil einer übergeordneten Motorsteuerung ausgeführt ist, in der übergeordneten Motorsteuerung. In einem Dosiersystem, wie es eine bevorzugte Verwendung des Verfahrens vorsieht, kann die Steuer- und Auswerteeinheit auch in einer entsprechenden Dosiersteuereinheit des Dosiersystems implementiert sein.The object of the invention relating to the device is achieved in that the control and evaluation unit comprises at least one analog-to-digital converter, calculation units for inductance calculation, gradient calculation, mean calculation, secant calculation, difference calculation and maximum value formation, comparators within checking units and memory units for carrying out the previously described Having method with its variants. The functionality of the method can be implemented in this case at least partially software-based. In this case, the implementation is cost-effective by an appropriate software extension in the control and evaluation, or if this is designed as part of a higher-level engine control, in the parent engine control. In a metering system, as provided for by a preferred use of the method, the control and evaluation unit can also be implemented in a corresponding metering control unit of the metering system.
In einer bevorzugten Steuer- und Auswerteeinheit sind die Analog-Digital-Converter als FADC (Fast-Analog-Digital-Converter) ausgebildet, so dass mit hoher Abtastfrequenz fa die einzelnen Stromwerte Idv(n) und ggf. die einzelnen Versorgungspannungswerte Ubatt(n) digitalisierbar und diese zur weiteren Berechnung in einem oder mehreren Speichern (so genannter Buffer) eines Mikrokontrollers speicherbar sind. Die Prozessorbelastung kann damit auf ein Minimum reduziert werden.In a preferred control and evaluation unit, the analog-to-digital converters are designed as FADC (Fast Analog-Digital Converter), so that with high sampling frequency f a, the individual current values I dv (n) and possibly the individual supply voltage values U batt (n) can be digitized and stored for further calculation in one or more memories (so-called buffer) of a microcontroller. The processor load can be reduced to a minimum.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment shown in FIGS. Show it:
In einem Förderstrang wird die HWL über einen Filter
In einem zum Förderstrang parallel angeordneten Rückförderstrang kann mittels einer Rückförderpumpe
Das System ist z.B. auf einen nominalen Druck von 6,5 bar ausgelegt. Dieser Druck wird über die Membranpumpe
Zur Steuerung der Membranpumpe
Das erfindungsgemäße Auswerteverfahren bezieht sich insbesondere auf das Dosierventil
Grundsätzlich kann das nachfolgend beschriebene Auswerteverfahren auch auf andere Systeme übertragen werden, wo eine sichere Erkennung einer Ankerbewegung eines Hubmagneten detektiert werden muss.In principle, the evaluation method described below can also be transferred to other systems where reliable detection of an armature movement of a lifting magnet has to be detected.
In
Am Zeitpunkt t1 schaltet der Highside-Schalter
Dabei ist UBatt die Versorgungsspannung bzw. Bordspannung im Fahrzeug, Idv der Spulenstrom durch die Magnetspule des Dosierventils
Der Strom fließt zu Beginn der Anzugsphase
In dieser Zeit baut sich das Magnetfeld in der Spule gleichzeitig auf. Am Zeitpunkt tmb erreicht der Strom das erste lokale Maximum und am Zeitpunkt tmc das erste lokale Minimum. Das Maximum und Minimum stehen nebeneinander und bilden eine Art „Stromknick“. Etwa vor dem Zeitpunkt tmb überschreitet die magnetische Kraft die Haltekraft des Ankers infolge Gegendruck der Schließfeder und Reibung. Der Anker fängt an, sich zu bewegen. Die Bewegung des Ankers induziert eine Spannung gegen die angelegte Batteriespannung. Infolge dessen sinkt der Strom kurzzeitig ab und steigt dann wieder an, wobei der Stromanstieg dann gemäß dem PT1-Verhalten mit einer neuen Zeitkonstante τ*
Zwischen dem Zeitpunkt tmb und tmc steigt der Strom Idv langsamer an und der Wert für die zeitliche Ableitung dIdv(t)/dt verkleinert sich. Die Folge ist ein Anstieg der Induktivität, welche als Merkmal für eine Ankerbewegung herangezogen werden kann. Der entsprechende Verlauf ist in
Hierbei sei angemerkt, dass es sich hierbei nicht um eine differentielle Induktivität handelt, sondern um eine statische Induktivität, die nur der Induktivität des Stromkreises im stationären Betrieb entspricht. Das dynamische Verhalten, wie dies normalerweise innerhalb der Anzugphase
Allerdings ist es hinreichend genau, für die Erkennung der Bewegung des Ankers (BIP) nur die statische Induktivität zu betrachten. However, it is sufficient to consider only the static inductance for detecting the movement of the armature (BIP).
Der erfindungsgemäße Auswertealgorithmus sieht dabei vor, dass, wie dies in
Der Auswertealgorithmus erfolgt dabei in einem mehrstufigen Prozess der im Folgenden anhand der in
Zunächst wird der Dosierventilstrom Idv(t) über einen Shunt-Widerstand mittels eines so genannten Fast-Analog-Digital-Converters (FADC) mit einer Abtastfrequenz fa erfasst. Innerhalb der Zeitpunkte tb bis td werden die einzelnen Stromwerte Idv(n) in einem Buffer
Bei der Abtastung der Stromwerte mittels der Abtastfrequenz fa im FADC ist zudem auf eine genügend hohe Abtastfrequenz fa zu achten, um auch feine Änderungen in der Berechnung und Auswertung zu berücksichtigen. Die im Buffer
Als vorteilhaft erweist es sich, wenn die Stromwerte Idv(t) vorher durch einen Tiefpass gefiltert werden. Bevor die Induktivität L berechnet wird. It proves to be advantageous if the current values I dv (t) are previously filtered by a low-pass filter. Before the inductance L is calculated.
Anschließend erfolgt in einem zweiten Schritt innerhalb der Induktivität-Berechnungseinheit
Im nächsten Schritt werden in einer Gradienten-Berechnungseinheit
L(m+k) und L(m) sind zeitlich benachbarte Induktivitätswerte. Bei ceil (engl. ceiling function) und floor (engl. floor function) handelt es sich um spezielle Auf- und Abrundungsfunktionen aus der Mathematik, wobei ceil für die Aufrundung zur nächsten ganzen Zahl und floor für die Abrundung zur nächst niedrigeren ganzen Zahl bzw. dem Ganzzahl-Anteil der Zahl entspricht. L (m + k) and L (m) are temporally adjacent inductance values. Ceil (English ceiling function) and floor (English: floor function) are special rounding functions from mathematics, where ceil is the rounding to the next whole number and floor for the rounding to the next lower integer or corresponds to the integer part of the number.
Ein mittlerer Gradient G wird danach in einer Mittelwert-Berechnungseinheit
Mit dem mittleren Gradient G und dem Induktivitätswert L(k) wird eine Sekante
Nachfolgend wird in einer Differenz-Berechnungseinheit
Aus den Differenzwerten ∆L(1)...∆L(N) wird in einer Verfahrensvariante (siehe
Üblicherweise wird die Differenz zwischen Sekante
Bei dem in der
Die in der
Die Zeitpunke tb, tc, td sowie der Schwellwert ∆Lmax sind Applikationswerte und können je nach System adaptiert werden. The time tb , t c , t d and the threshold ΔL max are application values and can be adapted depending on the system.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- WEISSWELLER in CIT (72), Seite 441-449, 2000 [0006] WEISSWELLER in CIT (72), pages 441-449, 2000 [0006]
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R016 | Response to examination communication |