DE102017105140B3 - Method for controlling a controller - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Stellers für eine Verbrennungskraftmaschine, umfassend die Schritte des Zuführens eines pulsweitenmodullerten Steuersignals (14) zu einem Spannungswandlers (22) mittels einer (einleitrigen) Steuerleitung (18) und des Generierens einer Versorgungsspannung (26) aus dem pulsweltenmodulierten Steuersignal (14) mittels des Spannungswandlers (22) für eine Steuer-/Regeleinheit (34, 38) und einen Verbraucher (46). Das pulsweitenmodulierte Steuersignal (14) weist dabei wenigstens einen minimalen festgelegten Tastgrad (30) als Schwellwert zur Stromversorgung der Steuer-/Regelelnheit (34, 38) auf, wobei das über den minimalen Tastgrad (30) hinausgehende Signal zur Versorgung des Verbrauchers (46) genutzt wird.The present invention relates to a method for controlling an actuator for an internal combustion engine, comprising the steps of supplying a pulse width modulated control signal (14) to a voltage converter (22) by means of a (single) control line (18) and generating a supply voltage (26) from the Pulsweltenmodulierten control signal (14) by means of the voltage converter (22) for a control unit (34, 38) and a consumer (46). The pulse-width modulated control signal (14) has at least a minimum fixed duty cycle (30) as a threshold value for the power supply of the control / regulating unit (34, 38), wherein the signal exceeding the minimum duty cycle (30) for supplying the load (46). is being used.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Stellers für eine Verbrennungskraftmaschine mit einer Steuer-/Regeleinheit, die den Steller regelt.The present invention relates to a method for controlling an actuator for an internal combustion engine with a control unit that controls the actuator.
Derartige Verfahren werden genutzt, um Proportionalmagneten zur Verstellung von geregelten Elektromagnetventilen, über deren Stellung definierte Fluidströme geregelt werden sollen, anzusteuern. Solche Ventile sind beispielsweise Sekundärluftventile, Abgasrückführventile oder andere in Kraftfahrzeugen angeordnete Elektromagnetventile, die über ein pulsweitenmoduliertes Signal, welches von einer Motorsteuereinheit zur Verfügung gestellt wird, angesteuert werden.Such methods are used to drive proportional solenoids for the adjustment of regulated electromagnetic valves, whose position defines fluid flows are to be controlled. Such valves are, for example, secondary air valves, exhaust gas recirculation valves or other electromagnetic valves arranged in motor vehicles, which are controlled via a pulse width modulated signal which is provided by a motor control unit.
Aus dem Stand der Technik ist es somit bekannt, dass ein Proportionalmagnet in Kraftfahrzeugen mit einem PWM Signal aus dem Steuergerät angesteuert und geregelt wird. Der Proportionalmagnet wird dabei über eine zweileitrige Verbindung durch das getaktete Signal eines Pulsweitenmodulators mit elektrischer Energie versorgt. Um die aufgrund von Reibverhältnissen, Temperatureinflüssen und anderen Faktoren hervorgerufenen Regelungenauigkeiten des Proportionalmagneten auszugleichen, kann eine Istwerterkennung angeschlossen werden, die über eine oder zwei Leitungen den Istwert des angesteuerten Bauteils, also in der Regel ein Stellungssignal zu dem Steuergerät weiterleitet, so dass der Proportionalmagnet unabhängig von äußeren Faktoren auf den Sollwert nachgeregelt werden kann.It is thus known from the prior art that a proportional magnet in motor vehicles with a PWM signal from the control unit is controlled and regulated. The proportional magnet is supplied via a two-wire connection by the clocked signal of a pulse width modulator with electrical energy. In order to compensate for the control inaccuracies of the proportional magnet caused by frictional conditions, temperature influences and other factors, an actual value detection can be connected which forwards the actual value of the controlled component, that is usually a position signal to the control unit via one or two lines, so that the proportional magnet is independent can be readjusted by external factors to the setpoint.
Aus der
Des Weiteren ist aus der
Diese bereits bekannten Verfahren zur Regelung eines Stellers nach dem Stand der Technik haben die Nachteile, dass im Vergleich zu dem Regelverfahren ohne Istwerterkennung ein bis zwei weitere Leitungen benötigt werden oder eine galvanische Trennung erforderlich ist. Dadurch müssen weitere Kabel und mehrpolige Stecker vorgesehen werden. Insbesondere müssen die Steckverbindungen am Steuergerät angepasst werden.These already known methods for controlling an actuator according to the prior art have the disadvantages that in comparison to the control method without actual value detection, one to two further lines are required or a galvanic isolation is required. As a result, more cables and multi-pin plug must be provided. In particular, the connectors must be adapted to the control unit.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt somit darin, ein Verfahren zur Regelung eines Stellers für eine Verbrennungskraftmaschine zu schaffen, welches eine hohe Regelgenauigkeit bei einem möglichst geringen Umbauaufwand aufweist.The object of the present invention is therefore to provide a method for controlling a controller for an internal combustion engine, which has a high control accuracy with the least possible conversion effort.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Regelung eines Stellers für eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a method for controlling an actuator for an internal combustion engine with the features of claim 1.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Regelung eines Stellers für eine Verbrennungskraftmaschine umfasst die Schritte des Zuführens eines pulsweitenmodulierten Steuersignals zu einem Spannungswandler mittels einer (einleitrigen) Steuerleitung, des Generierens einer Versorgungsspannung aus dem pulsweitenmodulierten Steuersignal mittels des Spannungswandlers für eine Steuer-/Regeleinheit und einen Verbraucher. Das pulsweitenmodulierte Steuersignal des Steuergerätes wird somit zur Versorgung der den Verbraucher regelnden Steuer-/Regeleinheit und in Form des Steuersignals zur Stromversorgung des Verbrauchers verwendet. Über die einleitrige Steuerleitung werden somit ein Steuersignal und die Versorgungsspannung für den Verbraucher und die Steuer-/Regeleinheit übertragen. Dadurch kann eine vom Steuergerät separate Steuer-/Regeleinheit zur Regelung des Verbrauchers vorgesehen werden, bei welcher trotz alledem auf eine separate Leitung für die Versorgung der Steuer-/Regeleinheit verzichtet werden kann.The inventive method for controlling a controller for an internal combustion engine comprises the steps of supplying a pulse width modulated control signal to a voltage converter by means of a (single-line) control line, generating a supply voltage from the pulse width modulated control signal by means of the voltage converter for a control unit and a consumer. The pulse width modulated control signal of the control unit is thus used to supply the consumer controlling the control unit and in the form of the control signal to the power supply of the consumer. Thus, a control signal and the supply voltage for the load and the control / regulating unit are transmitted via the single-line control line. As a result, a control unit separate from the control unit for regulating the load can be provided, in which, however, a separate line for the supply of the control unit can be dispensed with.
Das pulsweitenmodulierte Steuersignal weist erfindungsgemäß dabei wenigstens einen minimalen festgelegten Tastgrad als Schwellwert zur Stromversorgung der Steuer-/Regeleinheit auf, wobei das über den minimalen Tastgrad hinausgehende Signal zur Versorgung des Verbrauchers genutzt wird. Dadurch wird sichergestellt, dass dauerhaft eine Versorgung der Steuer-/Regeleinheit gewährleistet ist, so dass eine zuverlässige Regelung des Verbrauchers möglich ist. Die Regelung des Verbrauchers wird somit über die dem Verbraucher zugeordnete Steuer-/Regeleinheit vorgenommen. Auf eine separate Istwertleitung zum Steuergerät kann dadurch verzichtet werden. Es wird somit eine Regelung für einen Verbraucher geschaffen, welche eine hohe Regelgenauigkeit hat, die trotz alledem einen geringen Umbauaufwand aufweist.According to the invention, the pulse-width-modulated control signal has at least a minimum fixed duty cycle as a threshold value for the power supply of the control unit, the signal exceeding the minimum duty cycle being used to supply the load. This ensures that a permanent supply of the control unit is guaranteed, so that a reliable control of the consumer is possible. The regulation of the consumer is thus made via the control unit assigned to the consumer. On a separate actual value line to the controller can be dispensed with. It is thus created a regulation for a consumer, which has a high control accuracy, which despite all this has a low conversion costs.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung erzeugt die Steuer-/Regeleinheit in Abhängigkeit von einem Vergleich zwischen einem Sollwert und einem Istwert des Verbrauchers ein Regelsignal, welches zur Nachregelung des pulsweitenmodulierten Steuersignals dient. Dadurch kann eine Abweichung registriert und nachgeregelt werden. Die den Istwert beeinflussende Größe wie z.B. die Temperatur müssen dadurch nicht gemessen und kompensiert werden. Dadurch entfallen die entsprechenden Messvorrichtungen und die Vorrichtungen zur Kompensation. Die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens wird dadurch verbessert.In a preferred embodiment of the invention, the control unit generates in Depending on a comparison between a setpoint and an actual value of the consumer, a control signal which is used for readjusting the pulse width modulated control signal. As a result, a deviation can be registered and readjusted. The variables influencing the actual value, such as the temperature, for example, need not be measured and compensated. This eliminates the corresponding measuring devices and the compensation devices. The economy of the process is thereby improved.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung wird als Regelsignal ein Fehlersignal durch einen Massekontakt des pulsweitenmodulierten Steuersignals erzeugt. Die Leitung, über welches das Steuersignal übertragen wird, wird somit im Fehlerfall mit der Masse verbunden. Dadurch wird das Steuersignal auf einen Wert von Null runtergezogen. Dieser Wert wird von dem Steuergerät als Fehlersignal registriert. Dadurch kann auf einfache Weise ein Fehlersignal für das Steuergerät erzeugt werden.In a further preferred embodiment of the invention, an error signal is generated as a control signal by a ground contact of the pulse-width-modulated control signal. The line via which the control signal is transmitted is thus connected to the ground in the event of a fault. As a result, the control signal is pulled down to a value of zero. This value is registered by the control unit as an error signal. As a result, an error signal for the control unit can be generated in a simple manner.
Vorzugsweise wird das Fehlersignal innerhalb eines festgelegten Zeitraumes des pulsweitenmodulierten Steuersignals abgegeben, falls ein Fehler auftritt. Als Fehlersignal kann dabei ein High-Wert oder ein Low-Wert ausgegeben werden. Um das Fehlersignal von dem pulsweitenmodulierten Steuersignal zu unterscheiden, und dadurch eine Detektierbarkeit des Fehlersignals zu gewährleisten, kann dadurch sichergestellt werden, dass in Abhängigkeit des Fehlersignals, dieses entweder während eines High-Wertes oder während eines Low-Wertes des pulsweitenmodulierten Steuersignals abgegeben wird.Preferably, the error signal is delivered within a predetermined period of the pulse width modulated control signal, if an error occurs. In this case, a high value or a low value can be output as an error signal. In order to distinguish the error signal from the pulse width modulated control signal, and thereby to ensure a detectability of the error signal, it can be ensured that depending on the error signal, this is delivered either during a high value or during a low value of the pulse width modulated control signal.
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird das Fehlersignal erzeugt, indem das pulsweitenmodulierte Steuersignal mittels eines Transistors mit dem Massekontakt verbunden wird, wenn eine Differenz zwischen Sollwert und Istwert über einen festgelegten Zeitraum besteht. Im Fehlerfall wird das pulsweitenmodulierte Steuersignal somit über den Transistor mit der Masse verbunden. Über einen Massekontakt kann auf einfache Weise ein eindeutig detektierbares Fehlersignal erzeugt werden.In a preferred embodiment, the error signal is generated by the pulse width modulated control signal is connected by means of a transistor to the ground contact when there is a difference between the setpoint and actual value over a specified period. In the event of an error, the pulse width modulated control signal is thus connected via the transistor to the ground. A ground contact can easily generate a clearly detectable error signal.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird mittels eines Synchronisationszeitschalters das Fehlersignal mit dem pulsweitenmodulierten Steuersignal synchronisiert. Dadurch ist es möglich, das Fehlersignal immer zu festgelegten Zeiten des pulsweitenmodulierten Steuersignals abzugeben.In a preferred development of the invention, the error signal is synchronized with the pulse-width-modulated control signal by means of a synchronization time switch. This makes it possible to emit the error signal always at fixed times of the pulse width modulated control signal.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird das Fehlersignal im Bereich des minimalen festgelegten Tastgrades des pulsweitenmodulierten Steuersignals erzeugt. Da der minimale festgelegte Tastgrad zur Stromversorgung der Steuer-/Regeleinheit dient, wird durch das Fehlersignal die Versorgung des Verbrauchers nicht gestört.In a preferred embodiment of the invention, the error signal is generated in the range of the minimum fixed duty cycle of the pulse width modulated control signal. Since the minimum fixed duty cycle is used to power the control unit, the error signal does not disturb the supply to the load.
Vorzugsweise weist der minimale Tastgrad einen Wert im Bereich von 10-50% auf. Der Tastgrad wird somit fest auf einen einzigen Wert innerhalb dieses Bereiches eingestellt. Es wird somit kein Wert erreicht, der unter dem festgelegten minimalen Tastgrad liegt, so dass in jeder Periode des pulsweitenmodulierten Steuersignals ein Bereich von mindestens des festgelegten minimalen Tastgrades der maximalen Spannung vorhanden ist. Dadurch kann für die Steuer-/Regeleinheit stets ausreichend Strom bereitgestellt werden, um diese zu versorgen.Preferably, the minimum duty cycle has a value in the range of 10-50%. The duty cycle is thus fixed to a single value within this range. Thus, no value is reached which is below the specified minimum duty cycle, so that in each period of the pulse width modulated control signal, a range of at least the specified minimum duty cycle of the maximum voltage is present. As a result, sufficient power can always be supplied to the control unit in order to supply it.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn ein Wert des minimalen Tastgrades im Bereich von 10-50% einem Verbraucherregelsignal von 0% und ein Wert des Tastgrades von 100% einem Verbraucherregelsignal von 100% entspricht. Dadurch wird gewährleistet, dass ein fester Wert des minimalen Tastgrades aus dem Bereich von 10-50% stets zur Stromversorgung der Steuer-/Regeleinheit zur Verfügung gestellt wird.It is particularly advantageous if a value of the minimum duty cycle in the range of 10-50% corresponds to a consumer control signal of 0% and a value of the duty cycle of 100% to a consumer control signal of 100%. This ensures that a fixed value of the minimum duty cycle in the range of 10-50% is always supplied to the power supply of the control unit.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird der Istwert von einem Sensor-Magnet-System erzeugt. Dabei wird die Position des Magneten über den Sensor detektiert. Über ein solches System ist eine Istwerterkennung auf einfache und wirtschaftliche Weise realisierbar.In a further advantageous embodiment of the invention, the actual value is generated by a sensor-magnet system. The position of the magnet is detected via the sensor. About such a system, an actual value detection in a simple and economical way can be realized.
In einer bevorzugten Ausführung wird mittels einer Kaskadierung von Kondensatoren, eine zwischenzuspeichernde Energiemenge zur kurzzeitigen Versorgung des Verbrauchers erhöht. Dadurch ist es möglich, den Verbraucher kurzzeitig und schnell mit einem größeren Strom zu versorgen.In a preferred embodiment, by means of a cascading of capacitors, a quantity of energy to be temporarily stored is increased for a short-term supply to the consumer. This makes it possible to supply the consumer for a short time and quickly with a larger current.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Versorgungsspannung aus einem pulsweitenmodulierten Steuersignal mit einer Frequenz von mindestens 20 Hz generiert wird. Durch höhere Frequenzen wird dabei die Reaktionszeit des Systems verbessert. Zudem ist durch höhere Frequenzen die Dauer des Fehlersignals kürzer, so dass der Stromverbrauch durch den Kurzschluss reduziert und die Bauteilerwärmung verringert wird.It is particularly advantageous if the supply voltage is generated from a pulse width modulated control signal having a frequency of at least 20 Hz. Higher frequencies improve the response time of the system. In addition, the duration of the error signal is shorter due to higher frequencies, so that the power consumption is reduced by the short circuit and the component heating is reduced.
Es wird somit ein Verfahren zur Regelung eines Stellers für eine Verbrennungskraftmaschine geschaffen, mit welchem trotz einer verringerten Anzahl an notwendigen Leitungen eine hohe Genauigkeit der Verstellung erreichbar ist und zwar unabhängig von die Regelung beinflussenden Faktoren, wie z.B. Temperatureinflüssen oder Reibverhältnissen. Dies ist vor allem mit einem geringen Umbauaufwand realisierbar.Thus, there is provided a method of controlling an actuator for an internal combustion engine with which, despite a reduced number of necessary lines, a high accuracy of the adjustment can be achieved, irrespective of factors influencing the control, such as e.g. Temperature influences or friction conditions. This can be achieved above all with a small conversion effort.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen. In diesen zeigen:
- Figur: Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Regelung eines Stellers für eine Verbrennungskraftmaschine
- FIG. 1 shows a block diagram of a device for carrying out the method according to the invention for controlling a regulator for an internal combustion engine
Die Figur zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Regelung eines Stellers für eine Verbrennungskraftmaschine. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein pulsweitenmoduliertes Steuersignal
Das pulsweitenmodulierte Steuersignal
Im Falle einer bleibenden Differenz zwischen Sollwert und Istwert leitet die Regeleinheit
Das beschriebene erfindungsgemäße Verfahren weist somit eine hohe Regelgenauigkeit bei geringem Umbauaufwand auf. Es sollte für den Fachmann deutlich sein, dass die einleitrige Steuerleitung lediglich die zuleitende Leitung darstellt und eine zweite Leitung zur Rückleitung erforderlich ist, so dass ein zweiadriges Kabel benötigt wird. Entsprechend wird für diese Regelung für die Stromversorgung der Regeleinheit und des Verbrauchers lediglich eine zweiadrige Leitung beziehungsweise ein zweipoliger Stecker benötigt. Damit kann eine vorhandene 2-adrige Verkabelung bleiben und dennoch das System geregelt betrieben werden sowie eine gewisse OBD Funktion bereitgestellt werden. Zur Umsetzung der Erfindung ist es lediglich notwendig, dass von der Motorsteuereinheit immer ein ausreichend großes Tastverhältnis zur stetigen Versorgung der Regel- und Steuereinheit zur Verfügung gestellt wird. Alternativ zum Magnet-Sensor können auch andere Sensorsysteme mit elektrischem Ausgang verwendet werden.The inventive method described thus has a high control accuracy with little conversion effort. It should be clear to a person skilled in the art that the single-ended control line represents only the feed line and a second line is required for return, so that a two-core cable is needed. Accordingly, only a two-wire line or a two-pin plug is required for this scheme for the power supply of the control unit and the consumer. This can be an existing 2-wire cabling remain and still operate the system regulated and a certain OBD function can be provided. To implement the invention, it is only necessary that the engine control unit always provides a sufficiently large pulse duty factor for the continuous supply of the control unit. As an alternative to the magnetic sensor, other sensor systems with electrical output can be used.
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