DE102016221477A1 - Device for operating and determining an operating state of an electromagnetic actuator and coupling device and motor vehicle drive train - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betreiben und zur Ermittlung eines Betriebszustands eines elektromagnetischen Aktors (1). Die Vorrichtung weist einen Zweipunktregler (12) zum Betreiben des Aktors (1) und ein Ermittlungsmittel (11C) auf. Das Ermittlungsmittel (11C) ist ausgebildet, einen zeitlichen Verlauf des von dem Zweipunktregler (12) ausgegebenen Ansteuerungssignals (H1) zu ermitteln und hieraus den Betriebszustand zu bestimmen. Die Erfindung betrifft auch eine Kupplungsvorrichtung (2) mit einer solchen Vorrichtung sowie einen Kraftfahrzeugantriebsstrang mit einer solchen Kupplungsvorrichtung (2).The invention relates to a device for operating and for determining an operating state of an electromagnetic actuator (1). The device has a two-point controller (12) for operating the actuator (1) and a determination means (11C). The determining means (11C) is designed to determine a time profile of the drive signal (H1) output by the two-point controller (12) and to determine therefrom the operating state. The invention also relates to a coupling device (2) with such a device and a motor vehicle drive train with such a coupling device (2).
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betreiben und zur Ermittlung eines Betriebszustands eines elektromagnetischen Aktors. Die Erfindung betrifft auch eine Kupplungsvorrichtung mit einem Kupplungsmittel zum wahlweise mechanischen Verbinden und Trennen zweier Bauteile sowie einem elektromagnetischen Aktor zur Betätigung der Kupplung. Die Erfindung betrifft auch einen Kraftfahrzeugantriebsstrang mit einer solchen Kupplungsvorrichtung.The invention relates to a device for operating and for determining an operating state of an electromagnetic actuator. The invention also relates to a coupling device with a coupling means for selectively mechanically connecting and disconnecting two components and an electromagnetic actuator for actuating the coupling. The invention also relates to a motor vehicle drive train with such a coupling device.
Elektromagnetische Aktoren werden eingesetzt, um Stellaufgaben zu realisieren, beispielsweise zur Betätigung von Kupplungen in Kraftfahrzeuggetrieben. Dabei ist es oftmals von großer Bedeutung die aktuelle Aktorposition (= Stellposition, welche der Aktor einnimmt) für Regelstrategien oder Sicherheitskonzepte zu kennen. Darüber hinaus kann es oftmals erforderlich sein, die Temperatur des Aktors zu kennen, beispielsweise zur Zustandsüberwachung (Condition Monitoring). Häufig sind dazu externe Sensoren im Einsatz. Der Aufwand für externe Sensoren ist jedoch hoch. Es wird beispielsweise Bauraum benötigt, die Integration ist schwierig, eine Verkabelung muss berücksichtigt werden und normalerweise ist auch die Wandlung des Sensorsignals in ein digitales Signal erforderlich. Zudem führt die Toleranzkette der beteiligten Bauteile zu Ungenauigkeiten. Durch die Nutzung sogenannter inhärenter Messeffekte innerhalb elektromagnetischer Aktoren kann auf externe Sensoren verzichtet werden.Electromagnetic actuators are used to realize actuating tasks, for example for the actuation of clutches in motor vehicle transmissions. It is often of great importance to know the current actuator position (= positioning position, which the actuator occupies) for control strategies or safety concepts. In addition, it may often be necessary to know the temperature of the actuator, for example for condition monitoring. Frequently, external sensors are used. However, the cost of external sensors is high. For example, space is required, integration is difficult, cabling must be taken into account and normally the conversion of the sensor signal to a digital signal is required. In addition, the tolerance chain of the components involved leads to inaccuracies. By using so-called inherent measuring effects within electromagnetic actuators, external sensors can be dispensed with.
Methoden zur inhärenten Zustandserkennung von Elektromotoren sind bekannt. Weniger weitläufig bekannt sind Lösungen für eine Zustandserkennung bei elektromagnetischen Linearaktoren oder vergleichbaren Magnetaktoren. Bei diesen Aktoren werden zur Erfassung der Aktorposition daher meist externe Wegmesssysteme oder Annäherungssensoren eingesetzt.Methods for the inherent state detection of electric motors are known. Less widely known are solutions for state detection in electromagnetic linear actuators or comparable magnetic actuators. In these actuators, external position measuring systems or proximity sensors are therefore usually used to detect the actuator position.
Das in der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern.The object of the present invention is to improve the state of the art.
Diese Aufgabe wird durch die in den Hauptansprüchen angegebenen Merkmale gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen hiervon sind den Unteransprüchen entnehmbar.This object is achieved by the features specified in the main claims. Preferred embodiments thereof are the dependent claims.
Demnach wird eine Vorrichtung zum Betreiben eines elektromagnetischen Aktors und zur Ermittlung eines Betriebszustands des Aktors vorgeschlagen. Die Vorrichtung weist einen Zweipunktregler zum Betreiben des Aktors und ein Ermittlungsmittel auf. Das Ermittlungsmittel ist dazu ausgebildet, einen zeitlichen Verlauf eines von dem Zweipunktregler ausgegebenen Ansteuerungssignals zu ermitteln und hieraus den Betriebszustand zu bestimmen. Insbesondere wird dazu eine Dynamik des Ansteuerungssignals ermittelt.Accordingly, a device for operating an electromagnetic actuator and for determining an operating state of the actuator is proposed. The device has a two-position controller for operating the actuator and a determination means. The determining means is designed to determine a time profile of a control signal output by the two-point controller and to determine therefrom the operating state. In particular, a dynamic of the drive signal is determined.
Die Vorrichtung ist ausgebildet, auf Grundlage des Ansteuerungssignals dem Aktor einen elektrischen Strom, im Folgenden auch kurz „Aktorstrom“ genannt, zuzuführen. Entsprechend des zeitlichen Verlaufs des Ansteuerungssignals bildet sich ein charakteristischer zeitlicher Verlauf des Aktorstroms aus. Darin ist der Betriebszustand des Aktors inhärent enthalten, denn dieser bestimmt wesentlich, die Geschwindigkeit, mit der sich der Aktorstrom aufbaut und wieder abbaut, sowie die maximale und durchschnittliche Höhe des Aktorstroms.The device is designed to supply the actuator with an electrical current, hereinafter also referred to as "actuator current" on the basis of the drive signal. In accordance with the time profile of the drive signal, a characteristic time profile of the actuator current is formed. Therein, the operating state of the actuator is inherently included, because this determines significantly, the speed at which the Aktorstrom builds up and degrades again, and the maximum and average height of the actuator current.
Es wurde nun erkannt, dass sich auf Grund der charakteristischen Regelung eines Zweipunktereglers der Betriebszustand des Aktors auch im Ansteuerungssignal selbst wiederfindet. Der zeitliche Verlauf des Aktorstroms schlägt sich nämlich im Ansteuerungssignal wieder. Diese Erkenntnis macht sich die Erfindung zu Nutze und nimmt dementsprechend das Ansteuerungssignal des Zweipunktreglers heran, um daraus sehr einfach und genau auf den Betriebszustand des Aktors zu schließen.It has now been recognized that due to the characteristic control of a two-level controller, the operating state of the actuator is also found in the control signal itself. The time course of the actuator current is reflected in the drive signal again. This finding makes use of the invention and accordingly adopts the control signal of the two-position controller in order to deduce from it very simply and precisely the operating state of the actuator.
Bei dem elektromagnetischen Aktor handelt es sich insbesondere um einen elektromagnetischen Linearaktor. Der elektromagnetische Aktor kann insbesondere über zumindest oder genau eine Spule verfügen. Durch diese Spule(n) ist ein Anker des Aktors magnetisch bewegbar. Diese Bewegung ist am Aktor abgreifbar und mechanisch als Stellbewegung des Aktors nutzbar. Die Aktorposition entspricht hierbei einer Position des Ankers innerhalb des Aktors oder einer Stellposition, welche der Aktor äußerlich einnimmt. Mittels der Vorrichtung sind insbesondere eine Aktortemperatur und/oder eine Aktorposition des Aktors ermittelbar. Diese bilden dementsprechend dann den gesuchten Betriebszustand des Aktors.The electromagnetic actuator is in particular an electromagnetic linear actuator. The electromagnetic actuator may in particular have at least or exactly one coil. Through this coil (s), an armature of the actuator is magnetically movable. This movement can be tapped on the actuator and used mechanically as an actuating movement of the actuator. In this case, the actuator position corresponds to a position of the armature within the actuator or a positioning position which the actuator occupies externally. By means of the device, in particular, an actuator temperature and / or an actuator position of the actuator can be determined. These form accordingly the sought operating state of the actuator.
Das vorgeschlagene Konzept bietet den Vorteil, dass nur wenige Mittel eingesetzt werden brauchen, um Informationen über den gegenwärtigen Betriebszustand des Aktors zu erhalten. Diese Informationen können sofort weiterverarbeitet werden, beispielsweise zur Steuerung oder Regelung des Aktors. Durch die Verwendung der integrierten Sensoreffekte des Aktors kann die Toleranzkette gegenüber normalerweise verwendeten externen Sensoren verkürzt werden.The proposed concept offers the advantage that only a few means need be used to obtain information about the current operating state of the actuator. This information can be processed immediately, for example, to control or regulate the actuator. By using the integrated sensor effects of the actuator, the tolerance chain can be shortened compared to normally used external sensors.
Bevorzugt ist der Zweipunktregler ein analoger Zweipunktregler. Es kann sich hierbei insbesondere um einen diskret, also in Hardware, aufgebauten Zweipunktregler handeln. Bei entsprechend schneller Hardware kann der analoge Zweipunktregler auch als Softwaremodul, beispielsweise eines Steuergeräts oder eines anderweitigen Mikrocontrollers, ausgebildet sein. The two-position controller is preferably an analog two-position controller. In particular, this may be a discrete, ie hardware, two-position controller. With correspondingly fast hardware, the analog two-point controller can also be designed as a software module, for example a control device or another microcontroller.
Bevorzugt sind dem Zweipunktregler eine obere Stromgrenze und eine untere Stromgrenze vorgegeben, mit der er den Aktorstrom begrenzt. Der Zweipunktregler weist außerdem insbesondere eine Komparatorschaltung sowie ein RS-Flipflop (= Reset-Set-Flipflop) auf. Der Zweipunktregler lässt dann den Aktorstrom mit Hilfe der Komparatorschaltung und des RS-Flipflops zwischen den Stromgrenzen toggeln, d.h. der Aktorstrom schwankt zwischen den Stromgrenzen. Die Stromgrenzen können beispielsweise von einem Mikrocontroller dem Zweipunktregler vorgegeben sein.Preferably, the two-position controller is given an upper current limit and a lower current limit with which it limits the actuator current. The two-position controller also has in particular a comparator circuit and an RS flip-flop (= reset set flip-flop). The two-position controller then toggles the actuator current between the current limits using the comparator circuit and the RS flip-flop, i. the actuator current fluctuates between the current limits. The current limits can be predetermined, for example, by a microcontroller the two-point controller.
Innerhalb des Zweipunktreglers wird der aktuelle Aktorstrom, der beispielsweise gemessen sein kann, mit den vorgegebenen Stromgrenzen verglichen. Bei einer Überschreitung der oberen Grenze wird dann die Bestromung des Aktors beendet (= Strom aus). Und bei einer Unterschreitung der unteren Grenze wird dann die Bestromung des Aktors gestartet (= Strom ein). Das von dem RS-Flipflop ausgegebene Signal für den Start und das Ende der Bestromung des Aktors dient bevorzugt als das Ansteuersignal für einen Brückentreiber einer Brückenschaltung, insbesondere einer so genannten H-Brückenschaltung. Diese Brückenschaltung dient dann wiederum zur Bereitstellung des Aktorstroms. Die Ausgänge der Brückenschaltung sind also dann dementsprechend mit den Eingängen des Aktors, insbesondere der Spule des Aktors, elektrisch kontaktiert. Der Brückentreiber steuert entsprechend des Ansteuerungssignals die Brückenschaltung an. Diese bewirkt wiederum eine entsprechende elektrische Bestromung des Aktor mit dem Aktorstrom. Daraus ergibt sich der zeitliche Verlauf des Aktorstroms.Within the two-point controller, the current actuator current, which can be measured, for example, compared with the predetermined current limits. If the upper limit is exceeded, then the energization of the actuator is terminated (= power off). And if the lower limit is undershot, then the current to the actuator is started (= current on). The output from the RS flip-flop signal for the start and the end of the energization of the actuator is preferably used as the drive signal for a bridge driver of a bridge circuit, in particular a so-called H-bridge circuit. This bridge circuit then serves to provide the actuator current. The outputs of the bridge circuit are thus accordingly electrically connected to the inputs of the actuator, in particular the coil of the actuator. The bridge driver drives the bridge circuit according to the drive signal. This in turn causes a corresponding electrical energization of the actuator with the actuator current. This results in the time course of the actuator current.
Durch die Vorgabe der oberen und unteren Stromgrenze ergibt sich ein Stromband, in welchem der Aktor betrieben wird. Durch das Stromband ergibt sich eine charakteristische Dynamik des Stromauf- und Stromabbaus, in dem die Information über den Betriebszustand des Aktors, insbesondere seiner Position und Temperatur, enthalten ist. Die Erkenntnis ist, dass diese Dynamik über die Frequenz bzw. die Periodendauer und die Einschaltdauer bzw. den Tastgrad (auch duty-cycle oder DC genannt), also das Verhältnis der Einschaltdauer zur Schaltperiode, des vom Zweipunktregler ausgegebenen Ansteuerungssignals extrahiert werden kann. Das Ermittlungsmittel kann also aus der Frequenz bzw. Periodendauer und der Einschaltdauer bzw. dem Tastgrad des Ansteuersignals auf den Betriebszustand des Aktors schließen.The specification of the upper and lower current limit results in a current band in which the actuator is operated. The current band results in a characteristic dynamics of the current and current breakdown, in which the information about the operating state of the actuator, in particular its position and temperature, is included. The finding is that this dynamics over the frequency or the period and the duty cycle or the duty cycle (also called duty-cycle or DC), ie the ratio of the duty cycle to the switching period, the output from the two-level control signal can be extracted. The determining means can therefore close the operating state of the actuator from the frequency or period and the duty cycle or the duty cycle of the drive signal.
Das Ermittlungsmittel verfügt beispielsweise über einen sogenannten Capture-Eingang, mit dem es das Ansteuerungssignal vom Zweipunktregler abgreift. Bei einem derartigen Capture-Eingang handelt es sich um einen Eingang, beispielsweise bei einem Mikroprozessor, mit dem in hoher Genauigkeit die Schaltzeitpunkte von binären Signalen ermittelt werden können. Bei dem Ansteuerungssignal handelt es sich insbesondere um ein PWM-Signal (PWM = pulsweitenmoduliert / Pulsweitenmodulation).The determining means has, for example, a so-called capture input, with which it picks up the drive signal from the two-position controller. In such a capture input is an input, for example in a microprocessor, with which the switching times of binary signals can be determined with high accuracy. The activation signal is, in particular, a PWM signal (PWM = pulse width modulation / pulse width modulation).
Das Ermittlungsmittel kann dazu ausgebildet sein, eine Einschaltdauer des Ansteuerungssignals zu ermitteln sowie aus der Einschaltdauer die Temperatur des Aktors zu bestimmen. Ein extra Temperatursensor ist demnach nicht erforderlich. Die somit ermittelte Aktortemperatur spiegelt eine Temperatur der Spule des Aktors wieder. Diese verändert nämlich temperatur- und werkstoffabhängig ihren elektrischen Widerstand. Bei den gewöhnlich in Spulen verwendeten Leiterwerkstoffen, wie beispielsweise Kuper, nimmt der elektrische Widerstand bei steigender Temperatur zu. Um einen bestimmten, geforderten Aktorstrom unter einer konstanten Versorgungsspannung zur Verfügung stellen zu können, muss die Einschaltdauer daher an die Aktortemperatur angepasst werden. So erfordert eine hohe Aktortemperatur eine vergleichsweise lange Einschaltdauer, während eine geringe Aktortemperatur eine vergleichsweise kurze Einschaltdauer erfordert, um denselben Aktorstrom zur Verfügung zu stellen. Also besteht ein eindeutiger Zusammenhang zwischen der Einschaltdauer und der Aktortemperatur. Somit kann anhand der Einschaltdauer bzw., gleichbedeutend, dem Tastgrad die Aktortemperatur ermittelt werden.The determining means may be designed to determine a duty cycle of the drive signal and to determine the temperature of the actuator from the duty cycle. An extra temperature sensor is therefore not required. The thus determined actuator temperature reflects a temperature of the coil of the actuator again. This changes namely their temperature and material dependent their electrical resistance. With the conductor materials commonly used in coils, such as copper, the electrical resistance increases with increasing temperature. To be able to provide a specific, required actuator current under a constant supply voltage, the duty cycle must therefore be adapted to the actuator temperature. Thus, a high actuator temperature requires a comparatively long duty cycle, while a low actuator temperature requires a comparatively short duty cycle in order to provide the same actuator current. So there is a clear relationship between the duty cycle and the actuator temperature. Thus, the actuator temperature can be determined based on the duty cycle or, equivalently, the duty cycle.
Die vom Ermittlungsmittel (11C) bestimmte Aktortemperatur kann dazu genutzt werden, die dem Aktor zugeführte elektrische Leistung zu verändern. So kann bei einer relativ hohen Aktortemperatur, die dem Aktor zugeführte elektrische Leistung gezielt reduziert werden.The actuator temperature determined by the determination means (11C) can be used to change the electrical power supplied to the actuator. Thus, at a relatively high actuator temperature, the electric power supplied to the actuator can be selectively reduced.
Das Ermittlungsmittel kann auch dazu ausgebildet sein, eine Frequenz des Ansteuerungssignals und den Aktorstrom zu ermitteln, sowie aus der Frequenz und dem Aktorstrom eine Position des Aktors zu bestimmen. Somit ist einfach die Aktorposition ermittelbar.The determining means may also be designed to determine a frequency of the drive signal and the actuator current, as well as to determine a position of the actuator from the frequency and the actuator current. Thus, the actuator position can be determined easily.
Bevorzugt ist das Ermittlungsmittel auch dazu ausgebildet, eine aktuelle Versorgungsspannung des Aktors bei der Bestimmung des Betriebszustands einzubeziehen. Normalerweise ist die Versorgungsspannung im Wesentlichen konstant. Dann brauchen Änderungen der Versorgungsspannung bei der Ermittlung des Betriebszustands nicht extra berücksichtigt werden. In manchen Fällen kann die Versorgungsspannung jedoch schwanken. Dann ist es vorteilhaft diese bei der Bestimmung des Betriebszustands zu berücksichtigen.Preferably, the determining means is also designed to include a current supply voltage of the actuator in the determination of the operating state. Normally the supply voltage is essentially constant. Then, changes in the supply voltage when determining the operating state need not extra be taken into account. In some cases, however, the supply voltage may fluctuate. Then it is advantageous to consider these in the determination of the operating state.
Das Ermittlungsmittel weist bevorzugt zumindest eine Lookup-Tabelle, ein Kennfeld oder eine andere Funktion auf und ist demensprechend dazu ausgebildet, den Betriebszustand aus dem Ansteuerungssignal zu ermitteln. Insbesondere kann die Relation zwischen Einschaltdauer und Aktortemperatur sowie die Relation zwischen Aktorposition, Aktorstrom und Frequenz jeweils in einer Lookup-Tabelle oder einem Kennfeld oder einer anderen Funktion hinterlegt sein. Als weiterer Faktor kann dann in der Lookup-Tabelle oder dem Kennfeld oder der anderen Funktion die Abhängigkeit von der Versorgungsspannung hinterlegt sein. Die Lookup-Tabelle oder das Kennfeld oder die andere Funktion können insbesondere vorab empirisch ermittelt worden sein oder anhand von Modellberechnungen vorab ermittelt worden sein.The determining means preferably has at least one look-up table, a map or another function and is accordingly designed to determine the operating state from the drive signal. In particular, the relation between the switch-on duration and the actuator temperature as well as the relation between actuator position, actuator current and frequency can each be stored in a look-up table or a characteristic field or another function. As a further factor, the dependence on the supply voltage can then be stored in the look-up table or the characteristic field or the other function. The look-up table or the characteristic field or the other function may in particular have been determined empirically beforehand or have been determined in advance on the basis of model calculations.
Durch die Verwendung eines gut elektrisch leitfähigen Materials, wie beispielsweise Aluminium oder Kupfer, in gezielten Bereichen des Aktors, kann die Abhängigkeit der Stromaufbaudynamik des Aktors vom Betriebszustand hinsichtlich der Betriebszustandsüberwachung optimiert werden. Dies ist der Tatsache geschuldet, dass durch die vorgeschlagene Vorgehensweise / Vorrichtung im Grunde positionsabhängige Wirbelstromeffekte innerhalb des Aktors ausgewertet werden. Insbesondere hat es sich daher als vorteilhaft erwiesen, den Anker und/oder das Magnetjoch des Aktors mit einem gut elektrisch leitfähigen Wirbelstromring zu versehen, beispielsweise aus einem Kupfer- oder Aluminiumwerkstoff.By using a good electrically conductive material, such as aluminum or copper, in specific areas of the actuator, the dependence of the current build-up dynamics of the actuator on the operating state with respect to the operating state monitoring can be optimized. This is due to the fact that the proposed procedure / device basically evaluates position-dependent eddy current effects within the actuator. In particular, it has therefore proved to be advantageous to provide the armature and / or the magnetic yoke of the actuator with a highly electrically conductive eddy current ring, for example of a copper or aluminum material.
Es wird außerdem eine Kupplungsvorrichtung mit einem Kupplungsmittel zum wahlweise mechanischen Verbinden und Trennen zweier Bauteile sowie einem elektromagnetischen Aktor zur Bewegung des Kupplungsmittels vorgeschlagen. Die Kupplungsvorrichtung weist dabei die vorgeschlagene Vorrichtung zum Betreiben und zur Ermittlung des Betriebszustands des Aktors auf. Somit werden keine extra Sensoren zur Ermittlung des Betriebszustands des Aktors benötigt.It is also proposed a coupling device with a coupling means for selectively mechanically connecting and disconnecting two components and an electromagnetic actuator for moving the coupling means. The coupling device has the proposed device for operating and for determining the operating state of the actuator. Thus, no extra sensors are needed to determine the operating state of the actuator.
Bei den beiden Bauteilen kann es sich beispielsweise um Wellen handeln. Eines der Bauteile kann fest und das andere relativ dazu beweglich sein, beispielsweise drehbar oder verschiebbar. Außerdem können auch beide Bauteile im nicht-gekoppelten Zustand relativ zueinander drehbar oder verschiebbar sein. Das von dem Aktor bewegbare Kupplungsmittel kann beispielsweise eine Kupplungsmuffe oder eine Kupplungsscheibe oder eine Kupplungsdruckplatte sein.The two components may be, for example, waves. One of the components may be fixed and the other be movable relative thereto, for example rotatable or displaceable. In addition, both components in the non-coupled state relative to each other can be rotatable or displaceable. The coupling means movable by the actuator may be, for example, a coupling sleeve or a clutch disc or a clutch pressure plate.
Bei der Kupplungsvorrichtung kann es sich insbesondere um eine Kupplungsvorrichtung eines Kraftfahrzeugantriebsstranges handeln, beispielsweise für einen Personen- oder Lastkraftwagen. Die Kupplungsvorrichtung kann beispielsweise in einem oder für ein Kraftfahrzeuggetriebe realisiert sein. Ein solcher Kraftfahrzeugantriebsstrang mit einer solchen Kupplungsvorrichtung wird daher ebenfalls vorgeschlagen.The coupling device may in particular be a coupling device of a motor vehicle drive train, for example for a passenger or truck. The coupling device can be realized for example in or for a motor vehicle transmission. Such a motor vehicle drive train with such a coupling device is therefore also proposed.
Die vorgeschlagene Vorrichtung kann neben den bereits Genannten folgende Abwandlungen oder Vorteile aufweisen:
- • Die Hardware-Logik (analoger Zweipunktregler) kann bei schneller Abtastrate in Software realisiert werden (FPGA, DSP, schneller µC).
- • Die Vorgabe der oberen und unteren Stromgrenze kann variiert werden, beispielsweise um die Arbeitsfrequenz in gezielte, vorteilhafte Bereiche zu bringen und/oder konstant dort zu halten.
- • Durch die Vorgabe der Stromgrenzen ist gleichzeitig ein robuster Stromregler implementiert. D. h., der durch die Aktorspule fließende Strom liegt (außer bei sehr schnellen, infolge des praktisch begrenzten Aktorhubs üblicherweise höchstens kurzzeitig auftretenden Bewegungen des Aktors) stets innerhalb des durch den unteren und oberen Grenzwert vorgegeben Toleranzbandes.
- • Durch die Verwendung des analogen Zweipunktreglers ist auch gleichzeitig eine Überstromabschaltung impliziert.
- • Der Aktor kann hinsichtlich seiner Sensitivität optimiert werden, um den Betriebszustand genauer ermitteln zu können. Beispielsweise ist eine hierauf gezielte modellbasierte Entwicklung des Aktors über FEM-Simulation möglich.
- • Die ermittelten Betriebszustände des Aktors können mit erwarteten Betriebszuständen bzw. Intervallen tolerierbarer Betriebszustände verglichen werden. Auf diese Weise ist bspw. eine Überwachung des Aktors auf Fehlfunktionen bzw. auf Verschleiß möglich (Diagnose bzw. Condition Monitoring).
- • Die ermittelte Aktortemperatur kann dazu genutzt werden, den Aktor vor Auftreten einer Überhitzung abzuschalten.
- • Vor Erreichen der Überhitzung kann die in den Aktor eingebrachte elektrische Leistung sukzessive reduziert und so ein Weiterbetrieb mit verringerter Leistung ermöglicht werden, um eine Überhitzung zu verhindern (sogenannte Derating-Funktion).
- • The hardware logic (analogue two-point controller) can be implemented in software at a fast sampling rate (FPGA, DSP, fast μC).
- • The specification of the upper and lower current limit can be varied, for example, to bring the working frequency in targeted, advantageous areas and / or to keep constant there.
- • By specifying the current limits, a robust current controller is implemented at the same time. In other words, the current flowing through the actuator coil is always within the tolerance band specified by the lower and upper limit (except in the case of very fast movements of the actuator, which usually occur at most only briefly due to the practically limited actuator stroke).
- • Using the analog two-point controller also implies an overcurrent shutdown.
- • The actuator can be optimized with regard to its sensitivity in order to be able to determine the operating status more precisely. For example, a targeted model-based development of the actuator via FEM simulation is possible.
- • The determined operating states of the actuator can be compared with expected operating states or intervals of tolerable operating states. In this way, it is possible, for example, to monitor the actuator for malfunctions or wear (diagnosis or condition monitoring).
- • The determined actuator temperature can be used to switch off the actuator before overheating occurs.
- • Before overheating is reached, the electrical power supplied to the actuator can be successively reduced, thus enabling further operation with reduced power in order to prevent overheating (so-called derating function).
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert, aus welchen weitere bevorzugte Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung entnehmbar sind. Dabei zeigen jeweils in schematischer Darstellung:
-
1 ein elektromagnetischer Aktor mit einer Kupplungsvorrichtung, -
2 ein System zum Betreiben eines elektromagnetischen Aktors, -
3 ein Kennfeld zur Bestimmung einer Aktorposition, -
4 ein weiteres Kennfeld.
-
1 an electromagnetic actuator with a coupling device, -
2 a system for operating an electromagnetic actuator, -
3 a map for determining an actuator position, -
4 another map.
Der elektromagnetische Aktor
Ortsfest auf dem Anker
Die Spule
Das Kupplungsmittel
Die in
Die Position des Ankers
Der Mikrocontroller
Der der Sollstrombestimmung, dem Stromregler und der Iststromaufbereitung zu Grunde liegende elektrische Strom bildet der Aktorstrom, also der dem Aktor
Die Sollstrombestimmung mit Stromregler übergibt entsprechende Ansteuerungssignale, in
Der Zweipunktregler
Der Brückentreiber
Im Bereich der Brückenschaltung
Durch die Vorgabe der oberen und unteren Stromgrenze ergibt sich ein vorgegebenes Stromband, in welchem sich der Aktorstrom aufhält, in dem er Aktor also betrieben wird. Bei einem solchen vorgegebenen Stromband ergibt sich eine charakteristische Dynamik des Stromauf- und Stromabbaus. In
Die Information über den Betriebszustand des Aktors
Das Ansteuersignal
Zur Ermittlung des Betriebszustands anhand der eingehenden Informationen / Signale weist das Ermittlungsmittel
Beispiele für solche Kennfelder sind
Bei unterschiedlichen Versorgungsspannungen können sich unterschiedliche Zuordnungen von Strom, Frequenz und Aktorposition ergeben. Sofern die Versorgungsspannung daher im Wesentlichen gleichbleibend ist, braucht diese nicht weiter in die Ermittlung des Betriebszustands einbezogen werden. Sofern diese schwankt, kann es jedoch erforderlich sein, mehrere derartiger Kennfelder für unterschiedliche Versorgungsspannungen oder Versorgungsspannungsbereich vorzusehen. Different supply voltages can result in different assignments of current, frequency and actuator position. Therefore, if the supply voltage is substantially constant, it need not be further included in the determination of the operating state. However, if this varies, it may be necessary to provide a plurality of such maps for different supply voltages or supply voltage range.
Entsprechende Kennfelder können alternativ oder zusätzlich für die Aktortemperatur vorgesehen sein, welche sich insbesondere aus der Einschaltdauer und der Versorgungsspannung ergibt. Ein solches Kennfeld bildet den eindeutigen Zusammenhang zwischen der Aktortemperatur und der Einschaltdauer ab.Corresponding maps may alternatively or additionally be provided for the actuator temperature, which results in particular from the duty cycle and the supply voltage. Such a map represents the clear relationship between the actuator temperature and the duty cycle.
Bei dem System gemäß
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Elektromagnetischer AktorElectromagnetic actuator
- 22
- Kupplungsvorrichtungcoupling device
- 33
- Magnetspulesolenoid
- 44
- Ankeranchor
- 55
- WirbelstromringEddy-current ring
- 66
- Gehäusecasing
- 77
- Kupplungsmittel, KupplungsmuffeCoupling agent, coupling sleeve
- 88th
- Bauteil, WelleComponent, shaft
- 99
- Bauteil, WelleComponent, shaft
- 1010
- Lagermittelbearing means
- 1111
- Mikrocontrollermicrocontroller
- 11A, 11B11A, 11B
- Modulmodule
- 11C11C
- Ermittlungsmitteldetermining means
- 1212
- Analoger ZweipunktereglerAnalog two-point controller
- 12A12A
- Komparatorschaltungcomparator circuit
- 12B12B
- RS-FlipflopRS flip-flop
- 1313
- Brückentreiberbridge drivers
- 1414
- Brückenschaltungbridge circuit
- 1515
- Filterfilter
- 1616
- Signalaufbereitung signal conditioning
- H1, H2H1, H2
- Ansteuerungssignalcontrol signal
- LL
- Rotationsachseaxis of rotation
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 102007034768 B3 [0004]DE 102007034768 B3 [0004]
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