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Die Erfindung betrifft ein System für ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zur Ansteuerung eines Stellelements und Ermittlung der Position des Stellelements.
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Im Automobilbereich ist es bekannt, dass Stellelemente verwendet werden, um ein ihnen zugeordnetes Bauteil zu verstellen. Auch sind Stellelemente unter den Begriffen Steller oder Aktuatoren bekannt. Üblicherweise werden die Stellelemente über eine Steuerung angesteuert, wobei die Stellelemente um einen Weg verstellt werden, der von der Steuerung vorgegeben wird. Das Stellelement und die zugeordnete Steuerung bilden dabei ein System aus.
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Bei dem System kann eine ständige Wegrückmeldung des Stellelements an die Steuerung erfolgen, beispielsweise über einen separaten Rückmeldekanal, sodass die Steuerung ständig eine Rückmeldung erhält, dass das Stellelement um den geforderten Weg tatsächlich verstellt wurde. Der Nachteil hierbei ist, dass ein hoher Hardware-Aufwand besteht, da extra ein Rückmeldekanal bereitgestellt werden muss, über den diese Kommunikation läuft. Das gesamte System ist entsprechend aufwendig und teuer.
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Alternativ ist es aus dem Stand der Technik bekannt, dass eine ständige Wegrückmeldung über eine Massetastung erfolgt, was günstiger gegenüber der ständigen Wegrückmeldung über einen separaten Rückmeldekanal ist. Als nachteilig hat sich hierbei jedoch herausgestellt, dass die Auflösung relativ gering ist, sodass die exakte Position des Stellelements nicht sicher bestimmt werden kann, wodurch es zu Abweichungen kommt, insbesondere über die Dauer. Zudem liegt auch hier ein hoher Ressourcenbedarf vor.
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Ferner sind aus dem Stand der Technik Systeme bekannt, bei denen angenommen wird, dass der Istwert des Stellelements dem Sollwert des Stellelements entspricht. Hierbei wird eine Modellrechnung zugrundegelegt, die jedoch nur bedingt die tatsächlichen Verhältnisse widerspiegelt, wodurch es zu Abweichungen von der tatsächlichen Position kommt, was ein ungenaues System zur Folge hat. Zudem ergibt sich ein erhöhter Aufwand bei der Modellrechnung hinsichtlich der Rechenleistung, was wiederum zu höheren Kosten des gesamten Systems führt.
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Neben den komplexen und aufwendigen Möglichkeiten, die Position des Stellelements zu überprüfen gibt es weitere, einfachere Möglichkeiten, bei denen jedoch ein Langzeitdriften zu einer Erhöhung der Ungenauigkeit führt.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Möglichkeit bereitzustellen, mit der die Position des Stellelements in einfacher und kostengünstiger Weise verstellt und überprüft werden kann, insbesondere ein etwaiges Langzeitdriften keinen Einfluss auf die Genauigkeit hat.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein System für ein Kraftfahrzeug gelöst, mit einem Stellelement, einer Steuerung und einem virtuellen Positionssensor, der einen ersten Trajektoriengenerator im Stellelement und einen zweiten Trajektoriengenerator in der Steuerung umfasst, die jeweils eingerichtet sind, eine Trajektorie zu generieren, wobei das Stellelement eingerichtet ist, ein Bestätigungssignal auszugeben, wenn das Stellelement die Zielposition der vom ersten Trajektoriengenerator berechneten Trajektorie erreicht hat.
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Der Grundgedanke der Erfindung ist es, dass das Stellelement ein Bestätigungssignal ausgibt, aufgrund dessen darauf geschlossen werden kann, dass das Stellelement die gewünschte Zielposition tatsächlich erreicht hat. Das Bestätigungssignal wird demnach dann ausgegeben, wenn das Stellelement die gewünschte Zielposition erreicht hat, also am Ende der durch die Trajektorie vorgegebenen Stellbewegung. Somit wird das Bestätigungssignal nach der Zeit ausgegeben, die das Stellelement benötigt, um die gewünschte Trajektorie auszuführen. Diese Zeit wird auch als Stellzeit bezeichnet. Aufgrund des Bestätigungssignals lässt sich somit die benötigte Stellzeit ermitteln, die zur Kompensation von Langzeitdriften des Stellelements verwendet werden kann. Das Bestätigungssignal wird dabei vorzugsweise über den Ansteuerungskanal ausgegeben, über den das Stellelement sonst seine Ansteuerungssignale von einer mit dem Stellelement gekoppelten Komponente erhält, beispielsweise der Steuerung.
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Generell können sowohl das Stellelement als auch der zweite Trajektoriengenerator der Steuerung die auszuführende Trajektorie generieren, entlang derer das Stellelement verstellt werden soll. Der virtuelle Positionssensor, der den ersten Trajektoriengenerator im Stellelement und den zweiten Trajektoriengenerator in der Steuerung umfasst, ermittelt dabei, ob die vom Trajektoriengenerator vorgegebene Trajektorie tatsächlich eingehalten worden ist, insbesondere die gewünschte Zielposition erreicht wurde und stellt der Steuerung die berechnete Trajektorie zur Verfügung. Dementsprechend regelt das Stellelement seine Position in autonomer Weise. Generell dient der Trajektoriengenerator dazu, eine Trajektorie zu generieren, entlang derer sich das Stellelement sanft von einer Ausgangsposition in eine gewünschte Zielposition bewegt.
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Neben dem Bestätigungssignal kann die aktuelle Position des Stellelements stets ermittelt werden, wobei dies mit geringem Aufwand geschieht. Bei der aktuellen Position des Stellelements kann es sich um eine Zielposition sowie um Zwischenpositionen handeln, die das Stellelement während seiner Bewegung einnimmt. Folglich kann die Steuerung die (aktuelle) Position des Stellelements in einfacher Weise mit geringem Aufwand ermitteln, indem die von den beiden Trajektoriengeneratoren des virtuellen Positionssensors generierten Trajektorien verwendet werden.
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Generell kann der virtuelle Positionssensor eine Steuerungseinheit und/oder einen Positionsregler umfassen, die beide die vom ersten Trajektoriengenerator generierte Trajektorie als Eingangsparameter erhalten. Die Trajektorie, insbesondere die Zielposition der Trajektorie, dient dabei als Soll-Wert für die Steuerungseinheit bzw. den Positionsregler. Als weiterer Eingangsparameter dient die Ist-Position des Stellelements, die von einem entsprechenden Sensor erfasst wird, wobei die tatsächliche Position (Ist-Position) der Steuerungseinheit und dem Positionsregler zur Verfügung gestellt wird. Im Betrieb regelt der Positionsregler die tatsächliche Position des Stellelements ständig so nach, dass die Abweichung der Ist-Position von der durch die Trajektorie vorgegebenen Soll-Position (Zielposition) möglichst gering ist. Die Steuerungseinheit überprüft derweil die Abweichung und generiert ein Rückmeldesignal, sofern die Abweichung über einem vorbestimmten Schwellwert liegt. Über das Rückmeldesignal kann demnach der Steuerung mitgeteilt werden, dass die gewünschte Zielposition nicht erreicht worden ist. Dies wird dann entsprechend bei weiteren Prozessen berücksichtigt bzw. wird versucht, die ungültige Position zu heilen, indem eine neue Zielposition vorgegeben wird. Eine erfolgreiche Heilung der ungültigen Position kann über ein Rückmeldesignal an die Steuerung übermittelt werden oder über das Bestätigungssignal.
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Ein Aspekt sieht vor, dass das Bestätigungssignal ein Masseimpuls mit einer definierten Dauer ist. Das Bestätigungssignal, das über den Ansteuerungskanal übertragen wird, wird aufgrund der definierten Dauer als solches von der Steuerung erkannt. Der Masseimpuls kann über einen Masseanschluss und ein Schaltelement ermöglicht werden, über den ein Stellelementeingang für die definierte Dauer auf Masse gezogen wird. Das Schaltelement kann ein Transistor sein.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist das Stellelement eingerichtet, die Stellzeit zu ermitteln, bis die Zielposition erreicht worden ist, und ein Einstellsignal zu generieren, das die entsprechende Stellzeit umfasst, insbesondere wobei das Stellelement eingerichtet ist, das Einstellsignal auszugeben, um die Stellzeit mittels des Einstellsignals an die Steuerung zu übertragen. Insofern ist das Stellelement eingerichtet, die Dauer zu ermitteln, die es benötigt, um die generierte Trajektorie tatsächlich auszuführen, also die gewünschte Zielposition zu erreichen. Diese Stellzeit wird als Parameter für den Trajektoriengenerator verwendet, um diesen entsprechend an die tatsächlichen Gegebenheiten anzupassen bzw. zu adaptieren, insbesondere laufend, wodurch ein etwaiges Langzeitdriften des Stellelements kompensiert werden kann.
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Der erste Trajektoriengenerator und der zweite Trajektoriengenerator können gleich ausgebildet sein. Die in der Steuerung ermittelte Trajektorie entspricht demnach derjenigen, die der erste Trajektoriengenerator im Stellelement berechnet. Sofern kein Rückmeldesignal vom Stellelement empfangen wird, kann die Steuerung entsprechend davon ausgehen, dass die berechnete Trajektorie tatsächlich ausgeführt wurde, sodass die berechnete Zielposition gültig ist. Zudem wird die ermittelte Stellzeit über das Einstellsignal an die Steuerung übertragen, sodass auch der zweite Trajektoriengenerator der Steuerung entsprechend angepasst bzw. adaptiert wird, insbesondere ebenfalls laufend, sodass ein Langzeitdriften des Stellelements auch in der Steuerung kompensiert wird, insbesondere im zweiten Trajektoriengenerator. Die beiden Trajektoriengeneratoren lassen sich über den gleichen Algorithmus steuern, wobei die vom Stellelement benötigte Stellzeit bei beiden Trajektoriengeneratoren als Parameter verwendet wird.
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Die beiden Trajektoriengeneratoren sind vorzugsweise derart ausgebildet, dass beide aufgrund der ermittelten Stellzeit in analoger Weise angepasst werden. Dies gewährleistet, dass beide Trajektoriengeneratoren auch auf Dauer stets dieselben Trajektorien berechnen und somit ein Langzeitdriften des Stellelements kompensieren können.
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Insbesondere sind das Stellelement und die Steuerung über eine Leitung miteinander verbunden, die gleichzeitig als Ansteuerungsleitung und als Bestätigungsleitung fungiert. Das Bestätigungssignal wird folglich über die Leitung übermittelt, über die das Stellelement von der Steuerung die Sollwertvorgabe erhält. Der Hardware-Aufwand reduziert sich entsprechend, da keine zusätzliche Leitung benötigt wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist die Steuerung eingerichtet, die Stellzeit zu ermitteln, bis die Zielposition erreicht worden ist, und ein Einstellsignal zu generieren, das die entsprechende Stellzeit umfasst, insbesondere wobei die Steuerung eingerichtet ist, das Einstellsignal auszugeben, um die Stellzeit mittels des Einstellsignals zu übertragen. Demnach kann die mit dem Stellelement gekoppelte Steuerung selbst die benötigte Stellzeit ermitteln, da das Bestätigungssignal vom Stellelement an die Steuerung übertragen wird, nachdem die Zielposition erreicht worden ist. Die Zeitdauer zwischen Sollwertvorgabe, also dem Beginn, und dem Erhalt des Bestätigungssignals kann für die Berechnung der Stellzeit herangezogen werden.
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Die benötigte Stellzeit kann demnach genutzt werden, um das Einstellsignal zu generieren, mit dem die Steuerung den ersten Trajektoriengenerator des Stellelements entsprechend anpasst bzw. einstellt. Die von der Steuerung ermittelte Stellzeit wird beim zweiten Trajektoriengenerator ebenfalls berücksichtigt, der den gleichen Algorithmus wie der erste Trajektoriengenerator verwendet. Die Trajektoriengeneratoren der Steuerung und des Stellelements verwenden also beide den gleichen Algorithmus und die ermittelte Stellzeit als Parameter, um zukünftige Trajektorien zu berechnen.
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Das Einstellsignal, das von der Steuerung an das Stellelement übertragen wird, kann eine Stellelementanforderung außerhalb des gültigen Verstellbereichs sein, wodurch das Stellelement erkennt, dass es sich nicht um eine Sollwertvorgabe handelt, sondern um ein entsprechendes Einstellsignal.
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Beispielsweise entspricht die Dauer des Einstellsignals der entsprechenden Stellzeit.
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Generell kann die im Einstellsignal hinterlegte Stellzeit als eine Art Lernwert angesehen werden, der bei der Berechnung zukünftiger Trajektorien durch die jeweiligen Trajektoriengeneratoren berücksichtigt wird.
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Alternativ oder ergänzend ist die Steuerung eingerichtet, ein Einstellsignal vom Stellelement anzufordern, indem die Steuerung ein Anforderungssignal aussendet. Die Steuerung fordert demnach vom Stellelement ein Einstellsignal an, welches das Stellelement aufgrund der ermittelten Stellzeit berechnet bzw. generiert hat. Bei dem Anforderungssignal kann es sich ebenfalls um ein Signal handeln, das außerhalb des Verstellbereichs des Stellelements liegt, sodass das Stellelement erkennt, dass es sich nicht um eine Sollwertanforderung handelt, sondern um ein Anforderungssignal.
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Das vom Stellelement an die Steuerung übermittelte Einstellsignal kann durch eine Massetastung in der Länge des aktuellen Lernwerts gebildet sein, also eine Massetastung mit der Zeitdauer, die der Stellzeit entspricht. Hierdurch wird der zweite Trajektoriengenerator der Steuerung entsprechend eingestellt bzw. wird die vom Stellelement benötigte Stellzeit als Parameter zur Berechnung der Trajektorie berücksichtigt, wie dies beim ersten Trajektoriengenerator im Stellelement der Fall ist.
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Generell ist somit gewährleistet, dass beide Trajektoriengeneratoren die jeweiligen Trajektorien in gleicher Weise berechnen und dabei stets die aktuell benötigten Stellzeiten des Stellelements berücksichtigen, wodurch ein Langzeitdriften des Stellelements kompensiert und eine damit einhergehende Abweichung verhindert werden.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Ansteuerung eines Stellelements und Ermittlung der Position des Stellelements mit einem System der zuvor genannten Art, mit den folgenden Schritten:
- - Erzeugen einer Sollwertvorgabe über die Steuerung,
- - Empfangen der Sollwertvorgabe durch das Stellelement,
- - Generieren einer Trajektorie durch das Stellelement, insbesondere den ersten Trajektoriengenerator,
- - Ausführen der generierten Trajektorie, und
- - Bestätigen der Ist-Position des Stellelements an die Steuerung über ein Bestätigungssignal.
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Wie bereits erläutert, bestätigt das Stellelement der Steuerung, dass die gewünschte Zielposition erreicht worden ist, woraufhin das Stellelement und/oder die Steuerung die benötigte Stellzeit ermitteln kann, die das Stellelement benötigt hat, um die generierte Trajektorie tatsächlich auszuführen bzw. die vorgegebene Zielposition zu erreichen. Die ermittelte Stellzeit kann dann als Einstellwert genutzt werden, um die jeweiligen Trajektoriengeneratoren einzustellen, insbesondere um ein Langzeitdriften des Stellelements zu kompensieren.
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Zudem kann die Steuerung ebenfalls eine Trajektorie generieren, insbesondere der zweite Trajektoriengenerator in der Steuerung.
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Ein Aspekt sieht vor, dass ein Masseimpuls mit einer definierten Dauer als das Bestätigungssignal ausgegeben wird, insbesondere über die Ansteuerungsleitung, über die die Sollwertvorgabe empfangen wird. Dementsprechend reicht ein Kanal aus, um sowohl die Ansteuerungsbefehle, also die Sollwertvorgabe, als auch das Bestätigungssignal zu übermitteln. Dieser Kanal ist entsprechend bidirektional ausgebildet. Es entsteht somit kein zusätzlicher Hardware-Aufwand, der Kosten verursachen würde, da die Ansteuerungsleitung bzw. der Ansteuerungskanal sowieso vorhanden ist. Aufgrund der definierten Dauer des Masseimpulses bzw. der Massetastung ist sichergestellt, dass die Steuerung das entsprechende Signal als Bestätigungssignal interpretiert.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ermitteln bzw. ermittelt das Stellelement und/oder die Steuerung die Stellzeit, bis die Zielposition erreicht worden ist, und generieren bzw. generiert ein Einstellsignal, das die entsprechende Stellzeit umfasst, insbesondere wobei das Stellelement und/oder die Steuerung das Einstellsignal ausgeben bzw. ausgibt, um die Stellzeit mittels des Einstellsignals zu übertragen. Die benötigte Stellzeit wird somit als Einstellparameter verwendet, wobei sich die Stellzeit im entsprechenden Einstellsignal wiederfindet. Das Einstellsignal kann verwendet werden, um das Stellelement bzw. die Steuerung einzustellen, insbesondere den entsprechenden Trajektoriengenerator. Konkret bedeutet dies, dass das Stellelement beispielsweise ein Einstellsignal ausgibt, das die Stellzeit umfasst, wodurch der zweite Trajektoriengenerator der Steuerung entsprechend eingestellt bzw. angepasst wird. Dies stellt sicher, dass beide Trajektoriengeneratoren die aktuelle Stellzeit bei der Berechnung zukünftiger Trajektorien berücksichtigen, also den gleichen Algorithmus sowie die gleichen Parameter verwenden. In umgekehrter Weise kann die Steuerung das Einstellsignal an das Stellelement übertragen, wodurch der erste Trajektoriengenerator des Stellelements eingestellt bzw. adaptiert wird. Sowohl das Stellelement als auch die Steuerung können das Einstellsignal generieren, da das Stellelement am Ende der Stellzeit ein Bestätigungssignal an die Steuerung übermittelt.
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Gemäß einer Ausführungsform sendet die Steuerung ein Anforderungssignal an das Stellelement, aufgrund dessen das Stellelement das Einstellsignal an die Steuerung sendet. Sofern das Stellelement das Einstellsignal generiert, kann die Steuerung das entsprechende Einstellsignal vom Stellelement anfordern, indem es zunächst ein Anforderungssignal an das Stellelement sendet. Bei dem Anforderungssignal handelt es sich beispielsweise um eine Stellelementanforderung, die außerhalb des gültigen Verstellbereichs des Stellelements liegt, sodass das Signal vom Stellelement als Anforderungssignal interpretiert wird.
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Beispielsweise sendet die Steuerung zyklisch ein derartiges Anforderungssignal aus, also nach jeweils jeder fünften Verstellbewegung des Stellelements.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass die Steuerung jedes Mal ein Anforderungssignal an das Stellelement sendet, nachdem eine Stellbewegung ausgeführt wurde. Das Anforderungssignal wird insbesondere nach einer bestimmten Zeitdauer ausgesandt, nachdem das Bestätigungssignal vom Stellelement erhalten worden ist. Hierdurch ist sichergestellt, dass das Stellelement das Einstellsignal in der Zwischenzeit generieren konnte.
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Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
- - 1 eine schematische Übersicht eines erfindungsgemäßen Systems mit einem erfindungsgemäßen Stellelement,
- - 2 eine schematische Darstellung der Schnittstelle zwischen der Steuerung und dem erfindungsgemäßen Stellelement des erfindungsgemäßen Systems,
- - 3 ein Zeitdiagramm, das die Verstellbewegung sowie die entsprechenden Signale wiedergibt, und
- - 4 ein Zeitdiagramm, das die Einstellsignale wiedergibt.
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In 1 ist ein System 10 gezeigt, das ein Stellelement 12 und eine Steuerung 14 umfasst. Mit dem System 10 kann das Stellelement 12 angesteuert werden, sodass das Stellelement 12 seine Position in gewünschter Weise verändert. Zudem kann mit dem System 10 die tatsächliche Position des Stellelements 12 ermittelt werden.
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Das Stellelement 12 und die Steuerung 14 sind über eine Schnittstelle 16 miteinander verbunden, die einen Ansteuerungskanal 18 sowie einen Diagnosekanal 20 umfasst, über den üblicherweise Diagnoserückmeldungen an die Steuerung 14 erfolgen.
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In der gezeigten Ausführungsform weist das System 10 einen virtuellen Positionssensor 22 auf, der unter anderem einen ersten Trajektoriengenerator 24, eine Steuerungseinheit 26 und einen Positionsregler 28 umfasst.
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Die Steuerungseinheit 26 und der Positionsregler 28 erhalten die tatsächliche Position (Istwert) des Stellelements 12, beispielsweise über einen Sensor 30.
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Die Steuerungseinheit 26 ist mit dem ersten Trajektoriengenerator 24 gekoppelt und erhält die tatsächliche Position (Istwert) neben der vom ersten Trajektoriengenerator 24 erzeugten Trajektorie als Eingangsparameter. Der Positionsregler 28 ist ebenfalls mit dem ersten Trajektoriengenerator 24 gekoppelt und erhält auch die tatsächliche Position (Istwert) als Eingangsparameter. Demnach erhalten sowohl die Steuerungseinheit 26 als auch der Positionsregler 28 die tatsächliche Position, die vom Sensor 30 erfasst worden ist, sowie die vom ersten Trajektoriengenerator 24 erzeugte Trajektorie als Eingangsparameter.
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Zudem weist das Stellelement 12 einen Stellelementeingang 32 sowie einen Stellelementausgang 34 auf, die dem Ansteuerungskanal 18 bzw. dem Diagnosekanal 20 zugeordnet sind.
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Die Steuerung 14 umfasst ebenfalls einen Trajektoriengenerator, der als zweiter Trajektoriengenerator 36 bezeichnet wird, sowie eine Fehlerlogik 38, die mit dem zweiten Trajektoriengenerator 36 gekoppelt ist. Der zweite Trajektoriengenerator 36 und die Fehlerlogik 38 sind ebenfalls Teil des virtuellen Positionssensors 22.
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Ferner weist die Steuerung 14 einen Steuerungsausgang 40 sowie einen Steuerungseingang 42 auf, die dem Ansteuerungskanal 18 bzw. dem Diagnosekanal 20 zugeordnet sind.
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Der Steuerungseingang 42 und somit der Diagnosekanal 20 sind zudem der Fehlerlogik 38 zugeordnet, sodass über den Steuerungseingang 42 eingehende Signale die Fehlerlogik 38 durchlaufen.
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Des Weiteren hat die Steuerung 14 eine Berechnungseinheit 44, über die eine Sollwertvorgabe für das Stellelement 12 berechnet wird, die sowohl dem Stellelement 12 über den Ansteuerungskanal 18 als auch dem zweiten Trajektoriengenerator 36 der Steuerung 14 zugeführt wird.
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Das System 10 ist somit durch das Stellelement 12 und die Steuerung 14 gebildet, die über die Schnittstelle 16 miteinander verbunden sind, wobei Ansteuerungsbefehle von der Steuerung 14 über den Steuerungsausgang 40, den Ansteuerungskanal 18 und den Stellelementeingang 32 an das Stellelement 12 übertragen werden.
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Ferner können Rückmelde- und Diagnosesignale vom Stellelement 12 über den Stellelementausgang 34, den Diagnosekanal 20 und den Steuerungseingang 42 an die Steuerung 14 übermittelt werden. Insofern kann eine bidirektionale Kommunikation über die Schnittstelle 16 erfolgen.
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Das Stellelement 12 wird von der Steuerung 14 wie nachfolgend beschrieben angesteuert.
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Die Berechnungseinheit 44 berechnet eine Sollwertvorgabe für eine Zielposition, in die sich das Stellelement 12 bewegen soll. Diese Sollwertvorgabe wird über den Steuerungsausgang 40, den Ansteuerungskanal 18 und den Stellelementeingang 32 an das Stellelement 12 übertragen. Die Sollwertvorgabe wird dabei vom ersten Trajektoriengenerator 24 bearbeitet, der aufgrund der Sollwertvorgabe eine Trajektorie berechnet, entlang derer das Stellelement 12 sanft in die gewünschte, durch die Sollwertvorgabe vorgegebene Position verfahren wird.
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Gleichzeitig wird diese Sollwertvorgabe an den in der Steuerung 14 vorgesehenen zweiten Trajektoriengenerator 36 übertragen, der ebenfalls eine Trajektorie ausgehend von der Sollwertvorgabe berechnet.
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Die beiden Trajektoriengeneratoren 24, 36 sind gleich ausgebildet, sodass die von ihnen berechneten Trajektorien dieselben sind.
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Der im Stellelement 12 vorgesehene Positionsregler 28 erhält die vom ersten Trajektoriengenerator 24 generierte Trajektorie, wobei er das Stellelement 12 entsprechend der Trajektorie verstellt, die als Sollwert fungiert. Die tatsächliche Position des Stellelements 12 wird dabei über den entsprechenden Sensor 30 erfasst, der unter anderem mit dem Positionsregler 28 gekoppelt ist. Der Positionsregler 28 regelt die Position des Stellelements 12 dabei so, dass die Abweichung zwischen dem Sollwert, also der vom ersten Trajektoriengenerator 24 berechneten Trajektorie, und der tatsächlichen Position (Istwert) des Stellelements 12 minimiert wird. Bei der Positionsregelung verändert sich die vom Sensor 30 erfasste tatsächliche Position.
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Gleichzeitig wird die vom ersten Trajektoriengenerator 24 erzeugte Trajektorie der Steuerungseinheit 26 übermittelt, da die Trajektorie als Sollwert der Position des Stellelements 12 von der Steuerungseinheit 26 herangezogen wird. Die Steuerungseinheit 26, die ebenfalls die vom Sensor 30 erfasste tatsächliche Position des Stellelements 12 (Istwert) als Eingangsparameter erhält, vergleicht den über die Trajektorie ermittelten Sollwert und den Istwert ständig, um die Abweichung zu erfassen.
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Sofern die Fehlerlogik 38 der Steuerung 14, die die vom zweiten Trajektoriengenerator 36 erzeugte Trajektorie erhält, kein Rückmeldesignal vom Stellelement 12 erhält, nimmt die Steuerung 14 an, dass die vom zweiten Trajektoriengenerator 36 ermittelte Soll-Position der tatsächlichen Ist-Position entspricht oder zumindest innerhalb der Überwachungsgrenzen (Schwellwerte) liegt. Die von der Steuerung über den zweiten Trajektoriengenerator 36 ermittelte Position ist demnach gültig. Diese Information wird von der Fehlerlogik 38 entsprechend weitergegeben, sodass die als gültig angenommene Position für weitere Berechnungen verwendet werden kann.
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Sofern die Steuerungseinheit 26 des Stellelements 12 jedoch feststellt, dass die tatsächliche Position des Stellelements (Istwert) vom Sollwert (berechnete Trajektorie) abweicht und auch die entsprechende Überwachungsgrenze bzw. Schwellwert über- bzw. unterschritten wurde, erzeugt die Steuerungseinheit 26 ein Rückmeldesignal. Das Rückmeldesignal wird dann über den Diagnosekanal 20, über den sonst nur Diagnosesignale gesendet werden, an die Fehlerlogik 38 der Steuerung 14 übermittelt.
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Die Fehlerlogik 38 generiert daraufhin ein Signal, wonach die vom zweiten Trajektoriengenerator 36 errechnete Position nicht mit der tatsächlichen Position übereinstimmt, sodass die in der Steuerung 14 berechnete Position ungültig ist. Die Steuerung 14 und daran angebundene Komponenten erhalten somit die Information, dass die derzeitige, über den zweiten Trajektoriengenerator 36 errechnete Position nicht für weitere Berechnungen bzw. Prozesse verwendet werden sollte, da sie ungültig ist.
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Generell kann die Überprüfung durch die Steuerungseinheit 26 während der Verstellbewegung des Stellelements 12 simultan zu dessen Positionsregelung erfolgen, also wenn der Positionsregler 28 arbeitet, oder erst am Ende, nachdem der Positionsregler 28 die Abweichung des Istwerts vom Sollwert möglichst minimiert hat.
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Da das Rückmeldesignal nur dann ausgesandt wird, wenn die Abweichung der Ist-Position von der Soll-Position zu groß ist, erfolgt keine ständige bzw. dauerhafte Rückmeldung des Stellelements 12 an die Steuerung 14, wie bei einer Wegrückmeldung. Aufgrund dessen lässt sich der Kanal, über den die Rückmeldung erfolgt, einfacher ausbilden bzw. reicht der ohnehin vorhandene, einfach ausgebildete Diagnosekanal 20 aus, der üblicherweise genutzt wird, um Diagnosesignale an die Steuerung 14 zu übertragen.
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Neben den beschriebenen Eigenschaften umfasst das System 10 ferner einen Bestätigungskanal 46, der mit dem Ansteuerungskanal 18 zusammenfällt.
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Über den Bestätigungskanal 46 überträgt das Stellelement 12 an die Steuerung 14 ein Bestätigungssignal, sofern das Stellelement 12 die gewünschte Zielposition erreicht hat, die vom Trajektoriengenerator 24, 36 berechnet wurde. Dies ist in 3 gezeigt, da das Stellelement 12 nach Erreichen der Zielposition ein Bestätigungssignal übermittelt, das in der gezeigten Ausführungsform eine Massetastung mit definierter Dauer ist. Das Signal wird demnach für die definierte Dauer auf Null gezogen.
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Die Massetastung wird erzeugt, indem das Stellelement 12, insbesondere der Stellelementeingang 32, für die definierte Dauer auf Masse gezogen wird. Dies erfolgt beispielsweise über ein Schaltelement, das beispielsweise als ein Transistor ausgebildet ist, wie aus 2 hervorgeht, in der eine entsprechende Schaltung teilweise dargestellt ist,
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Über das Bestätigungssignal kann die Steuerung 14 somit die benötigte Stellzeit ermitteln, die das Stellelement 12 gebraucht hat, um die generierte Trajektorie auszuführen, also die gewünschte Zielposition zu erreichen. Die benötigte Stellzeit ergibt sich beispielsweise aus der Dauer zwischen Sollwertvorgabe (Stelleranforderung) und Bestätigungssignal, wie aus 3 hervorgeht.
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Aufgrund der Stellzeit kann die Steuerung 14 dann ein Einstellsignal generieren, das die benötigte Stellzeit umfasst. Dieses Einstellsignal kann von der Steuerung 14 an das Stellelement 12 über den Ansteuerungskanal 18 übertragen werden, wobei es sich bei dem Einstellsignal um ein Ansteuerungssignal bzw. eine Stellelementanforderung handelt, die außerhalb des gültigen Verstellbereichs des Stellelements 12 liegt. Hierdurch wird sichergestellt, dass das Stellelement 12 das entsprechende Einstellsignal auch als Einstellsignal interpretiert.
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Aus 4a) geht hervor, wie die Steuerung 14 ein entsprechendes Einstellsignal an das Stellelement 12 überträgt, das eine Stellelementanforderung außerhalb des gültigen Verstellbereichs ist.
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Dies erkennt man daran, dass sich die Ist-Position des Stellelements 12 aufgrund der Stellelementanforderung nicht verändert; siehe 4b). Das Einstellsignal erfolgt dabei über die Dauer der ermittelten Stellzeit, die demnach einen Lernwert für den Trajektoriengenerator 24 im Stellelement 12 darstellt. Folglich entspricht die Dauer des Einstellsignals der benötigten Stellzeit. Andere Relationen können jedoch ebenfalls vorgesehen sein; auch kann die benötigte Stellzeit in anderer Form im übertragenen Einstellsignal als Information enthalten sein.
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Aufgrund des Einstellsignals und der als Lernwert hinterlegten Stellzeit des Stellelements 12 wird der erste Trajektoriengenerator 24 entsprechend eingestellt bzw. angepasst, sodass die benötigte Stellzeit bei der Berechnung der nächsten Trajektorie berücksichtigt wird, wodurch sich ein Langzeitdriften des Stellelements 12 kompensieren lässt.
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Der zweite Trajektoriengenerator 36 der Steuerung 14 erhält die Stellzeit als entsprechende Anpassungs- bzw. Adaptionsparameter in analoger Weise, wodurch sichergestellt ist, dass beide Trajektoriengeneratoren 24, 36 mit demselben Algorithmus und denselben Parametern rechnen, also beide die gleichen Trajektorien generieren. Die Adaption des Lernwerts für beide Trajektoriengeneratoren 24, 36 erfolgt entsprechend mit dem gleichen Algorithmus.
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Das Stellelement 12 kann in dieser Ausführungsform verhältnismäßig einfach aufgebaut sein, da es die für das Einstellsignal benötigte Adaptionsberechnung nicht selbst ausführt. Dies wird von der rechentechnisch stärker ausgebildeten Steuerung 14 übernommen.
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Alternativ oder ergänzend kann das Stellelement 12 ausgebildet sein, das Einstellsignal aufgrund der ermittelten Stellzeit selbst zu generieren, also die Adaptionsberechnung durchzuführen. Dementsprechend berechnet bzw. ermittelt das Stellelement 12 die benötigte Stellzeit und generiert das Einstellsignal, welches an die Steuerung 14 übertragen werden kann, um den zweiten Trajektoriengenerator 36 einzustellen. Dies ist in 4c) dargestellt.
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Das Einstellsignal ist ein Masseimpuls, dessen Zeitdauer der Stellzeit entspricht. Die Steuerung 14 erkennt dies entsprechend und adaptiert daraufhin den zweiten Trajektoriengenerator 36 in gewünschter Weise.
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Die Steuerung 14 kann zudem derart eingerichtet sein, dass sie zunächst ein Anforderungssignal an das Stellelement 12 übermittelt, um ein Einstellsignal zu erhalten.
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Bei dem Anforderungssignal handelt es sich beispielsweise um eine Stellelementanforderung ist, die außerhalb des gültigen Verstellbereichs liegt. Das Anforderungssignal ist in den Figuren nicht gezeigt; es kann jedoch ein kurzer Impuls außerhalb des gültigen Verstellbereichs des Stellelements 12 sein, der vom Stellelement 12 entsprechend als Anforderungssignal interpretiert wird. Das Stellelement 12 übermittelt daraufhin das generierte Einstellsignal an die Steuerung 14, woraufhin sich der zweite Trajektoriengenerator 36 anpassen bzw. adaptieren lässt.
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Es ist somit sichergestellt, dass sowohl der erste Trajektoriengenerator 24 des Stellelements 12 als auch der zweite Trajektoriengenerator 36 der Steuerung 14 stets die (zuletzt) benötigte Stellzeit des Stellelements 12 bei der Berechnung der Trajektorien berücksichtigen, wodurch ein Langzeitdriften des Stellelements 12 kompensiert und eine damit einhergehende Abweichung vermieden werden.
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Die Genauigkeit des Stellelements 12 und des Systems 10 können dementsprechend erhöht werden, insbesondere über die Lebensdauer, da der virtuelle Positionssensor 22 durch die entsprechenden Adaptionen stets angepasst wird. Ein zusätzlicher Hardware-Aufwand ist nicht nötig, da bestehende Kanäle bzw. Leitungen genutzt werden. Ferner können Standard-Hardware und Standard-Software verwendet werden.
