DE102016203604A1 - Monitoring a coil control - Google Patents
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Abstract
Eine Spulensteuerung (100) verbindet eine Spule (100) mittels eines Stromventils (130) periodisch mit einer Spannungsquelle (120). Eine Überwachungsvorrichtung (165) zur Überwachung der Spulensteuerung (100) umfasst eine Strommesseinrichtung (150) zur Bestimmung eines durch die Spule (105) fließenden Stroms während eines Zeitraums, der ein Öffnen oder ein Schließen des Stromventils (130) umfasst; einen Differenzierer (225) zur Bestimmung einer Änderungsgeschwindigkeit des bestimmten Stroms innerhalb des Zeitraums; und einen Vergleicher (245) zur Bestimmung eines Fehlerzustands, falls die Änderungsgeschwindigkeit in dem Zeitraum einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt.A coil controller (100) periodically connects a coil (100) to a voltage source (120) via a flow control valve (130). A monitoring device (165) for monitoring the coil control (100) comprises a current measuring device (150) for determining a current flowing through the coil (105) during a period comprising opening or closing of the flow control valve (130); a differentiator (225) for determining a rate of change of the determined current within the time period; and a comparator (245) for determining an error condition if the rate of change in the period exceeds a predetermined threshold.
Description
Die Erfindung betrifft die Überwachung einer Spulensteuerung. Insbesondere betrifft die Erfindung die Plausibilisierung eines durch die Spule fließenden Stroms.The invention relates to the monitoring of a coil control. In particular, the invention relates to the plausibility of a current flowing through the coil.
Zur Steuerung eines hydraulischen Systems ist ein Stetigventil vorgesehen, um einen Fluss oder einen Druck eines hydraulischen Fluids proportional zu einer elektrischen Kenngröße zu steuern. Beispielsweise kann ein Druck am hydraulischen Ventil oder ein durch das Ventil verlaufender Fluidstrom proportional zu einem durch das hydraulische Ventil fließenden elektrischen Strom sein. Dazu umfasst das Stetigventil allgemein eine elektrische Spule, die bei Stromfluss ein Magnetfeld erzeugt, welches einen Anker, der auf ein Durchflusselement des Ventils wirkt, in eine Position bringt, der zum Stromfluss proportional ist. Derartige Stetigventile steuern häufig sensible Vorgänge, beispielsweise den Wechsel einer Gangstufe, die in einem Getriebe in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs eingelegt ist.For controlling a hydraulic system, a continuous valve is provided to control a flow or pressure of a hydraulic fluid in proportion to an electrical characteristic. For example, a pressure on the hydraulic valve or a fluid flow passing through the valve may be proportional to an electrical current flowing through the hydraulic valve. To this end, the continuous valve generally includes an electrical coil which, when current flows, generates a magnetic field which places an armature acting on a flow element of the valve in a position proportional to the flow of current. Such continuous valves often control sensitive processes, such as changing a gear, which is inserted in a transmission in a drive train of a motor vehicle.
Um Schäden an der gesteuerten Einrichtung zu vermeiden ist es erforderlich, die korrekte Funktion des Stetigventils zu überwachen. Dabei ist entscheidend, dass eine Ansteuerung und eine Überwachung des Stetigventils möglichst unterschiedliche Signalpfade ausnützt, um einen Fehler zu vermeiden, der sich auf beide Signalpfade auswirken kann („common cause error”). Außerdem muss die Überwachung ausreichend genau sein, um auch bei empfindlichen oder hochgradig sicherheitsrelevanten hydraulischen Systemen eingesetzt werden zu können.In order to prevent damage to the controlled device, it is necessary to monitor the correct operation of the continuous valve. It is crucial that an activation and monitoring of the continuous valve utilizes signal paths that are as different as possible in order to avoid a fault that can affect both signal paths ("common cause error"). In addition, the monitoring must be sufficiently accurate to be used on sensitive or highly safety-relevant hydraulic systems.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Technik zur Überwachung einer periodisch angesteuerten Spule bereitzustellen. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels eines Verfahrens, eines Computerprogrammprodukts und einer Vorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.The invention has for its object to provide an improved technique for monitoring a periodically driven coil. The invention solves this object by means of a method, a computer program product and a device having the features of the independent claims. Subclaims give preferred embodiments again.
Eine Spulensteuerung verbindet eine Spule mittels eines Stromventils periodisch mit einer Spannungsquelle. Eine Überwachungsvorrichtung für die Spulensteuerung umfasst eine Strommesseinrichtung zur Bestimmung eines durch die Spule fließenden Stroms während eines Zeitraums, der ein Öffnen oder ein Schließen des Stromventils umfasst; einen Differenzierer zur Bestimmung einer Änderungsgeschwindigkeit des bestimmten Stroms innerhalb des Zeitraums; und einen Vergleicher zur Bestimmung eines Fehlerzustands, falls die Änderungsgeschwindigkeit in dem Zeitraum einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt.A coil control periodically connects a coil to a voltage source by means of a current valve. A coil control monitor includes current measuring means for determining a current flowing through the coil during a period of time including opening or closing of the flow control valve; a differentiator for determining a rate of change of the determined current within the time period; and a comparator for determining an error condition if the rate of change in the period exceeds a predetermined threshold.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Änderungsgeschwindigkeit des durch die Spule fließenden Stroms aufgrund der induktiven Eigenschaften der Spule nicht unbegrenzt groß sein kann. Anschaulich gesprochen erfordert das Aufbauen und das Abbauen eines Magnetfelds im Bereich der Spule beim Einschalten bzw. beim Ausschalten der Spule eine gewisse Zeit, die charakteristisch für die Spule ist und nur wenig von einer Spulentemperatur beeinflussbar sein kann. Sollte ein Defekt im Bereich der Spule oder ihrer Zuleitungen vorliegen, so kann die Änderungsgeschwindigkeit des durch die Spule fließenden Stroms erhöht sein. So können beispielsweise ein Windungsschluss in der Spule, ein Nebenschluss der Spule oder eine defekte Strommesseinrichtung zu einer erhöhten beobachteten Änderungsgeschwindigkeit führen. Der Nebenschluss kann eine ungewünschte elektrische Verbindung zwischen einem der Spulenanschlüsse und einem hohen oder niedrigen Potential der Spannungsquelle umfassen. Unterschiedliche Defekte können durch Auswerten der Änderungsgeschwindigkeit unterschieden werden. Beispielsweise kann eine unterbrochene Verbindung zur Spule an einer sehr hohen Änderungsgeschwindigkeit des Spulenstroms erkannt werden. Es kann eine genaue Bestimmung von Spulenparametern erfolgen, um einen Defekt im Bereich der Spule verbessert zu erkennen. Eine Abhängigkeit der Bestimmung von einer Ansteuerfrequenz oder eines Tastverhältnisses („duty cycle”) eines zur Ansteuerung verwendeten pulsweitenmodulierten Signals kann gering sein.The invention is based on the finding that the rate of change of the current flowing through the coil due to the inductive properties of the coil can not be unlimited. To put it simply, setting up and reducing a magnetic field in the region of the coil when switching on or off the coil requires a certain amount of time, which is characteristic of the coil and can only be influenced by a coil temperature to a small degree. If there is a defect in the region of the coil or its supply lines, the rate of change of the current flowing through the coil can be increased. For example, a short circuit in the coil, a shunt of the coil, or a faulty current measuring device may result in an increased rate of change observed. The shunt may include an undesired electrical connection between one of the coil terminals and a high or low potential of the voltage source. Different defects can be distinguished by evaluating the rate of change. For example, an interrupted connection to the coil can be detected at a very high rate of change of the coil current. An accurate determination of coil parameters can be made in order to better detect a defect in the region of the coil. A dependence of the determination on a drive frequency or a duty cycle of a pulse width modulated signal used for driving can be small.
Die Überwachungsvorrichtung kann auch zur Bestimmung des mittleren durch die Spule fließenden Stroms verwendet werden, sodass die Spulensteuerung verbessert rückgekoppelt werden kann. Die Spulensteuerung kann mit der Überwachungsvorrichtung zu einem Steuersystem integriert werden, das eigensicher sein kann.The monitoring device can also be used to determine the average current flowing through the coil so that the coil control can be fed back in an improved manner. The coil control can be integrated with the monitoring device to a control system that can be intrinsically safe.
Die Spule kann mittels eines Freilaufs entmagnetisiert werden. Dabei ist der Freilauf üblicherweise Teil des Steuersystems. Die Überwachungsvorrichtung kann eine erste Strommesseinrichtung zur Bestimmung eines durch den Freilauf fließenden ersten Stroms, eine zweite Strommesseinrichtung zur Bestimmung eines zwischen der Spule und der Spannungsquelle fließenden zweiten Stroms und einen Demodulator zur Bereitstellung eines Stromsignals auf der Basis des ersten Stroms, während das Stromventil geöffnet ist, und des zweiten Stroms, während das Stromventil geschlossen ist, umfassen. Das bestimmte Stromsignal kann dem Differenzierer bereitgestellt werden.The coil can be demagnetized by means of a freewheel. The freewheel is usually part of the control system. The monitoring device may include a first current measuring device for determining a first current flowing through the freewheel, a second current measuring device for determining a second current flowing between the coil and the voltage source, and a demodulator for providing a current signal based on the first current while the current valve is opened , and the second stream while the flow control valve is closed. The determined current signal may be provided to the differentiator.
Durch die Verwendung zweier voneinander unabhängiger Strommesseinrichtungen können zwei voneinander unabhängige Signalpfade implementiert sein, um den Spulenstrom mit verbesserter Sicherheit oder Genauigkeit zu bestimmen. Außerdem kann diese Anordnung dazu verwendet werden, einen Selbsttest durchzuführen. Dazu kann der Demodulator abgeschaltet werden, sodass er stets den ersten oder stets den zweiten Strom an den Differenzierer weiterleitet. Da die den Strömen zugeordneten Strommesseinrichtungen jeweils nur in zugeordneten Phasen der eingeschalteten oder der ausgeschalteten Spule von Spulenstrom durchflossen werden, erheben sich beim Einschalten bzw. Ausschalten Sprünge im ersten bzw. zweiten Strom. Wird bei Abstellen des Demodulators am Vergleicher kein Fehlersignal bestimmt, so kann ein Defekt im Bereich des Demodulators, des Differenzierers oder des Vergleichers bestimmt werden. By using two independent current measuring devices, two independent signal paths can be implemented to determine the coil current with improved safety or accuracy. In addition, this arrangement can be used to perform a self-test. For this purpose, the demodulator can be switched off, so that it always forwards the first or always the second current to the differentiator. Since the current measuring devices associated with the currents flow through coil current only in associated phases of the switched-on or switched-off coil, jumps in the first or second current rise when the current is switched on or off. If no error signal is determined when the demodulator is switched off at the comparator, then a defect in the region of the demodulator, the differentiator or the comparator can be determined.
Ein derartiger Test kann periodisch oder ereignisgesteuert durchgeführt werden, um die Funktionssicherheit der Überwachungsvorrichtung zu bestätigen.Such a test may be periodically or event driven to confirm the reliability of the monitoring device.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass eine Abtasteinrichtung zur Bestimmung eines Öffnungszustands des Stromventils vorgesehen ist. Der Zeitpunkt des Öffnens bzw. Schließens des Stromventils kann dadurch direkter bestimmt werden und es muss nicht auf ein Steuersignal des Stromventils zurückgegriffen werden, sodass der bestimmte Öffnungszustand nicht von einem Defekt im Bereich des Stromventils beeinflusst sein kann. Die Abtasteinrichtung kann beispielsweise dazu eingerichtet sein, eine Spannung an einem der Anschlüsse der Spule zu überwachen. So kann bestimmt werden, ob das Stromventil tatsächlich geöffnet oder tatsächlich geschlossen ist.It is further preferred that a scanning device is provided for determining an opening state of the flow control valve. The timing of the opening or closing of the flow control valve can thereby be determined more directly and it is not necessary to resort to a control signal of the flow control valve, so that the specific opening state can not be influenced by a defect in the region of the flow control valve. For example, the scanner may be configured to monitor a voltage at one of the terminals of the coil. Thus, it can be determined whether the flow control valve is actually opened or actually closed.
Weiter ist bevorzugt, dass der Differenzierer als Analogschaltung aufgebaut ist. Der Differenzierer kann beispielsweise mittels eines Operationsverstärkers, eines Kondensators und eines Widerstands auf bekannte Weise einfach und kostengünstig ausgeführt werden. In einer anderen Ausführungsform kann der Differenzierer beispielsweise auch numerisch in einem digitalen Schaltkreis implementiert sein.It is further preferred that the differentiator is constructed as an analog circuit. The differentiator can be made simple and inexpensive, for example, by means of an operational amplifier, a capacitor and a resistor in a known manner. For example, in another embodiment, the differentiator may also be implemented numerically in a digital circuit.
Ein Verfahren zum Überwachen einer Spulensteuerung, die eine Spule mittels eines Stromventils periodisch mit einer Spannungsquelle verbindet, umfasst Schritte des Bestimmens einer Änderungsgeschwindigkeit des durch die Spule fließenden Stroms während eines Zeitraums, der ein Öffnen oder Schließen des Stromventils umfasst; und des Bestimmens eines Fehlerzustands, falls die Änderungsgeschwindigkeit innerhalb des Zeitraums einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt.A method of monitoring coil control that periodically connects a coil to a voltage source by means of a flow control valve includes steps of determining a rate of change of the current flowing through the coil during a period of time including opening or closing of the flow control valve; and determining an error condition if the rate of change over the period exceeds a predetermined threshold.
Das Verfahren ist insbesondere zur Ausführung mittels eines programmierbaren Mikrocomputers oder Mikrocontrollers geeignet.The method is particularly suitable for execution by means of a programmable microcomputer or microcontroller.
Es ist bevorzugt, dass die Spule mit einem Freilauf verbunden ist und der durch die Spule fließende Strom mittels einer ersten Strommesseinrichtung bestimmt wird, während das Stromventil geöffnet ist, und mittels einer zweiten Strommesseinrichtung, während das Stromventil geschlossen ist. Die Bestimmung des durch die Spule fließenden Stroms kann dadurch verbessert redundant ausgeführt sein.It is preferred that the coil is connected to a freewheel and the current flowing through the coil by means of a first current measuring device is determined while the flow control valve is open, and by means of a second current measuring device, while the flow valve is closed. The determination of the current flowing through the coil can thereby be carried out redundantly improved.
Die Änderungsgeschwindigkeit wird weiter bevorzugt durch eine Ableitung des durch die Spule fließenden Stroms nach der Zeit bestimmt. Diese Bestimmung kann in unterschiedlichen Ausführungsformen rechnerisch oder mittels analoger Komponenten durchgeführt werden.The rate of change is more preferably determined by a derivative of the current flowing through the coil with time. This determination can be carried out in different embodiments by calculation or by means of analogous components.
Der Schwellenwert wird bevorzugt in Abhängigkeit einer Änderungsgeschwindigkeit eines Tastverhältnisses bestimmt, wobei das Tastverhältnis ein Verhältnis von Dauern einer Einschaltphase und einer Ausschaltphase des Stromventils angibt. Vorteilhaft kann der Schwellenwert dabei unabhängig vom Tastverhältnis selbst sein. Durch das Berücksichtigen der Änderungsgeschwindigkeit des Tastverhältnisses kann das irrtümliche Bestimmen eines Fehlerzustands vermieden werden, wenn ein insbesondere schneller und/oder großer Sprung im Tastverhältnis bewirkt wird. Die Spule kann so verbessert zur Erzeugung eines sich ändernden Magnetfelds verwendet werden, ohne dass die Bestimmung eines Fehlerzustands durch eine Änderung des Magnetfelds beeinträchtigt wird.The threshold value is preferably determined as a function of a rate of change of a duty cycle, wherein the duty cycle indicates a ratio of durations of a switch-on phase and a switch-off phase of the flow control valve. Advantageously, the threshold value can be independent of the duty cycle itself. By taking into account the rate of change of the duty cycle, the erroneous determination of an error condition can be avoided if a particularly rapid and / or large jump in the duty cycle is effected. The coil can thus be used in an improved manner for generating a changing magnetic field, without the determination of a fault condition being impaired by a change of the magnetic field.
Weiter ist bevorzugt, dass das Stromventil auf der Basis eines pulsweitenmodulierten Signals periodisch geöffnet und geschlossen wird. Der mittlere durch die Spule fließende Strom kann dadurch einfach gesteuert werden. Insbesondere kann der Strom mit wenig Aufwand mittels eines PWM-Signalgenerators gesteuert werden, der Teil eines Mikrocontrollers sein kann.It is further preferred that the flow control valve is periodically opened and closed on the basis of a pulse width modulated signal. The average current flowing through the coil can thereby be easily controlled. In particular, the current can be controlled with little effort by means of a PWM signal generator, which can be part of a microcontroller.
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:The invention will now be described in more detail with reference to the attached figures, in which:
darstellt.
represents.
Die Spule
Ein optionales drittes Stromventil
Der Strom durch die Spule
Die Steuereinrichtung
In einer anderen Ausführungsform sind das erste Stromventil
Auf der Basis des einen oder der zwei abgetasteten Ströme kann ein durch die Spule
Eine Verarbeitungseinrichtung
Eine Überwachungsvorrichtung
Optional sind Messverstärker
Der Demodulator
Der Differenzierer
Das nach der Zeit differenzierte Stromsignal
Das Verfahren
In einem Schritt
Der im Schritt
Ein einfacher Selbsttest des Verfahrens
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 100100
- Steuersystemcontrol system
- 105105
- SpuleKitchen sink
- 110110
- hydraulisches Ventilhydraulic valve
- 115115
- DurchflusselementFlow Element
- 120120
- Spannungsquellevoltage source
- 125125
- VerpolungsschutzReverse polarity protection
- 130130
- erstes Stromventilfirst flow control valve
- 135135
- zweites Stromventilsecond flow valve
- 140140
- drittes Stromventilthird flow control valve
- 145 145
- Steuereinrichtungcontrol device
- 150150
- StrommesseinrichtungCurrent measurement device
- 155155
- Verarbeitungseinrichtungprocessing device
- 160160
- Abtasteinrichtungscanning
- 165165
- Überwachungsvorrichtungmonitoring device
- 200200
- Messeinrichtungmeasuring device
- 205205
- Diodediode
- 210210
- Messverstärkermeasuring amplifiers
- 215215
- Analog-Digital-WandlerAnalog to digital converter
- 220220
- Demodulator/DemultiplexerDemodulator / demultiplexer
- 225225
- Differenziererdifferentiator
- 230230
- Stromsignalcurrent signal
- 235235
- erster Strom (entladen)first electricity (discharged)
- 240240
- zweiter Strom (aufladen)second stream (charge)
- 245245
- Vergleichercomparator
- 300300
- Verlaufcourse
- 305305
- EinschaltphaseSwitch
- 310310
- Ausschaltphaseswitch-off
- 500500
- Verfahrenmethod
- 505505
- Startbegin
- 510510
- Strom abtastenScan current
- 515515
- Ableitenderive
- 520520
- >Schwellenwert?> Threshold?
- 525525
- Fehlerzustandfault condition
- 530530
- Tastverhältnis bestimmenDetermine duty cycle
- 535535
- Schwellenwert bestimmenDetermine threshold
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Legal Events
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