DE102021208593A1

DE102021208593A1 - Microcontroller for controlling an electrical coil device, system, method for operating a system

Info

Publication number: DE102021208593A1
Application number: DE102021208593.8A
Authority: DE
Inventors: Julia Christine Rothengatter; Bertram Schillinger; Gildas Nkamga Djomen
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-08-06
Filing date: 2021-08-06
Publication date: 2023-02-09

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Mikrocontroller (10) zur Ansteuerung einer elektrischen Spuleneinrichtung (2), wobei die Spuleneinrichtung (2) zumindest eine elektrisch leitfähige Spule (3A) und ein der Spule (3A) zugeordnetes Schaltelement (6A) aufweist, und wobei der Mikrocontroller (10) zumindest einen Regler (17A) aufweist und dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einem ermittelten Ist-Stromwert (I_Ist) eines elektrischen Spulenstroms der Spule (3A) einerseits und einem vorgegebenen Soll-Stromwert (I_Soll) für den Spulenstrom andererseits mittels des Reglers (17A) das Schaltelement (6A) anzusteuern. Es ist vorgesehen, dass der Regler (17A) als Hysterese-Regler (17A) ausgelegt und auf einem Timermodul (11) des Mikrocontrollers (10) implementiert ist, das mehrere Kanäle (13) aufweist und dazu ausgebildet ist, auf die Kanäle (13) implementierte Softwarealgorithmen parallel zu verarbeiten.

The invention relates to a microcontroller (10) for controlling an electrical coil device (2), the coil device (2) having at least one electrically conductive coil (3A) and a switching element (6A) assigned to the coil (3A), and the microcontroller ( 10) has at least one controller (17A) and is designed to, as a function of a determined actual current value (I _Ist ) of an electrical coil current of the coil (3A) on the one hand and a specified setpoint current value (I _Soll ) for the coil current on the other by means of of the controller (17A) to control the switching element (6A). It is provided that the controller (17A) is designed as a hysteresis controller (17A) and is implemented on a timer module (11) of the microcontroller (10), which has a plurality of channels (13) and is designed to access the channels (13 ) to process implemented software algorithms in parallel.

Description

Die Erfindung betrifft einen Mikrocontroller zur Ansteuerung einer elektrischen Spuleneinrichtung, wobei die Spuleneinrichtung zumindest eine elektrisch leitfähige Spule und ein der Spule zugeordnetes Schaltelement aufweist, und wobei der Mikrocontroller zumindest einen Regler aufweist und dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einem ermittelten Ist-Stromwert eines elektrischen Spulenstroms der Spule einerseits und einem vorgegebenen Soll-Stromwert für den Spulenstrom andererseits mittels des Reglers das Schaltelement anzusteuern.The invention relates to a microcontroller for controlling an electrical coil device, the coil device having at least one electrically conductive coil and a switching element assigned to the coil, and the microcontroller having at least one regulator and being designed to, depending on a determined actual current value of an electrical Coil current of the coil on the one hand and a predetermined target current value for the coil current on the other hand to control the switching element by means of the controller.

Außerdem betrifft die Erfindung ein System, das eine elektrische Spuleneinrichtung und einen Mikrocontroller aufweist.The invention also relates to a system that has an electrical coil device and a microcontroller.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Systems.Furthermore, the invention relates to a method for operating such a system.

Stand der TechnikState of the art

Elektrische Spuleneinrichtungen, die zumindest eine elektrisch leitfähige Spule und ein der Spule zugeordnetes Schaltelement aufweisen, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Wird die Spule mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt, so fließt durch die Spule ein elektrischer Spulenstrom, wobei durch den Spulenstrom ein Magnetfeld erzeugt wird. Durch das der Spule zugeordnete Schaltelement kann ein gewünschter Spulenstrom und somit ein gewünschtes Magnetfeld eingestellt werden. Typischerweise ist das Schaltelement hierzu zwischen die Spule einerseits und eine positive Versorgungsspannung andererseits oder zwischen die Spule einerseits und eine negative Versorgungsspannung andererseits geschaltet. Elektrische Spuleneinrichtungen der eingangs genannten Art werden beispielsweise in Magnetventilen eingesetzt. Im Betrieb eines derartigen Magnetventils kann durch das Magnetfeld, das durch den Spulenstrom erzeugt wird, ein Ventilkörper des Magnetventils verlagert werden.Electrical coil devices, which have at least one electrically conductive coil and a switching element assigned to the coil, are known from the prior art. If the coil is subjected to an electrical voltage, an electrical coil current flows through the coil, with a magnetic field being generated by the coil current. A desired coil current and thus a desired magnetic field can be set by the switching element assigned to the coil. For this purpose, the switching element is typically connected between the coil on the one hand and a positive supply voltage on the other hand or between the coil on the one hand and a negative supply voltage on the other hand. Electrical coil devices of the type mentioned are used, for example, in solenoid valves. During the operation of such a solenoid valve, a valve body of the solenoid valve can be displaced by the magnetic field that is generated by the coil current.

Zur Ansteuerung eines Schaltelementes einer Spuleneinrichtung der eingangs genannten Art ist oftmals ein Mikrocontroller vorgesehen. Typischerweise weist der Mikrocontroller einen Regler auf und ist dazu ausgebildet, in Abhängigkeit von einem ermittelten Ist-Stromwert des elektrischen Spulenstroms der Spule einerseits und einem vorgegebenen Soll-Stromwert für den Spulenstrom andererseits mittels des Reglers das Schaltelement anzusteuern. Dabei ist der Regler oftmals als PI-Regler ausgelegt und auf einer Hauptrecheneinheit des Mikrocontrollers implementiert.A microcontroller is often provided for driving a switching element of a coil device of the type mentioned at the outset. The microcontroller typically has a controller and is designed to control the switching element by means of the controller depending on a determined actual current value of the electrical coil current of the coil on the one hand and a predetermined desired current value for the coil current on the other. The controller is often designed as a PI controller and implemented on a main processing unit of the microcontroller.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Der erfindungsgemäße Mikrocontroller mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass eine Regelung des Spulenstroms ohne Berücksichtigung von Spulenparametern der Spule durchgeführt werden kann. Beispielsweise handelt es sich bei dem elektrischen Widerstand der Spule und der Induktivität der Spule um derartige Spulenparameter. Wird die Regelung ohne Berücksichtigung der Spulenparameter durchgeführt, so kann die zur Reglereinstellung benötigte Zeit verringert werden. Erfindungsgemäß ist hierzu vorgesehen, dass der Regler als Hysterese-Regler ausgelegt und auf einem Timermodul des Mikrocontrollers implementiert ist, das mehrere Kanäle aufweist und dazu ausgebildet ist, auf die Kanäle implementierte Softwarealgorithmen parallel zu verarbeiten. Das Timermodul kann also einen auf einem ersten Kanal implementierten ersten Softwarealgorithmus und einen auf einem zweiten Kanal implementierten Softwarealgorithmus parallel verarbeiten. Derartige Timermodule sind bekannt und werden auch als „Generic Timer Mocule“ (GTM) bezeichnet. Grundsätzlich sind auch Hysterese-Regler aus dem Stand der Technik bekannt. Ein Hysterese-Regler beziehungsweise Schaltfrequenzvariable-Regler ist äußerst stabil und unempfindlich gegenüber Nichtlinearitäten, Störgrößen sowie Alterungseffekten. The microcontroller according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that the coil current can be regulated without taking coil parameters of the coil into account. For example, the electrical resistance of the coil and the inductance of the coil are such coil parameters. If the control is carried out without taking the coil parameters into account, the time required for the controller setting can be reduced. According to the invention, the controller is designed as a hysteresis controller and is implemented on a timer module of the microcontroller, which has a number of channels and is designed to process software algorithms implemented on the channels in parallel. The timer module can therefore process a first software algorithm implemented on a first channel and a software algorithm implemented on a second channel in parallel. Such timer modules are known and are also referred to as “Generic Timer Mocule” (GTM). In principle, hysteresis controllers are also known from the prior art. A hysteresis controller or switching frequency variable controller is extremely stable and insensitive to non-linearities, disturbance variables and aging effects.

Der Hysterese-Regler ist erfindungsgemäß auf dem Timermodul des Mikrocontrollers implementiert. Vorzugsweise ist der Hysterese-Regler teilweise auf dem Timermodul implementiert. Insofern wird zumindest ein Schritt eines Regelalgorithmus des Hysterese-Reglers auf dem Timermodul beziehungsweise durch das Timermodul durchgeführt. Vorzugsweise ist der Hysterese-Regler vollständig auf dem Timermodul implementiert. Insofern werden die Schritte des Regelalgorithmus durch das Timermodul beziehungsweise auf dem Timermodul durchgeführt. Weil der Hysterese-Regler auf dem Timermodul des Mikrocontrollers implementiert ist, kann eine schnelle Verarbeitung von ermittelten Ist-Stromwerten erreicht werden, was ist für die Auslegung des Reglers als Hysterese-Regler maßgeblich ist. Die schnelle Verarbeitung der ermittelten Ist-Stromwerte durch das Timermodul wird insbesondere durch kurze Interruptzeiten des Timermoduls ermöglicht. Interruptzeiten sind die Zeiten, welche eine Recheneinheit benötigt, um auf externe Signale zu reagieren und beispielsweise den Start eines Softwarealgorithmus auszulösen. In der Hauptrecheneinheit des Mikrocontrollers wäre die Umsetzung eines Hysterese-Reglers zumindest erschwert, was beispielsweise daraus folgt, dass Rechenprozesse in der Hauptrecheneinheit eines Mikrocontrollers typischerweise sequenziell abgearbeitet werden und dass die Hauptrecheneinheit verglichen mit dem Timermodul längere Interruptzeiten aufweist.According to the invention, the hysteresis controller is implemented on the timer module of the microcontroller. The hysteresis controller is preferably partially implemented on the timer module. In this respect, at least one step of a control algorithm of the hysteresis controller is carried out on the timer module or by the timer module. The hysteresis controller is preferably implemented entirely on the timer module. In this respect, the steps of the control algorithm are carried out by the timer module or on the timer module. Because the hysteresis controller is implemented on the microcontroller's timer module, the actual current values determined can be processed quickly, which is decisive for the design of the controller as a hysteresis controller. Fast processing of the determined actual current values by the timer module is made possible in particular by the short interrupt times of the timer module. Interrupt times are the times that a computing unit needs to react to external signals and, for example, to trigger the start of a software algorithm. In the main processing unit of the microcontroller, the implementation of a hysteresis controller would be at least more difficult, which follows, for example, from the fact that computing processes in the main processing unit of a microcontroller are typically processed sequentially and that the main processing unit has longer interrupt times than the timer module.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Mikrocontroller einen Analog-Digital-Umsetzer aufweist, wobei der Analog-Digital-Umsetzer eingangsseitig mit einer Sensoreinheit verbunden oder verbindbar ist, die den elektrischen Spulenstrom überwacht, und wobei der Analog-Digital-Umsetzer ausgangsseitig mit dem Timermodul direkt verbunden ist. Im Betrieb stellt die Sensoreinheit dem Analog-Digital-Umsetzer ihr Sensorsignal bereit. Der Analog-Digital-Umsetzer ermittelt in Abhängigkeit von dem Sensorsignal den Ist-Stromwert des Spulenstroms durch Umsetzen des Sensorsignals in digitale Daten und stellt dem Timermodul die digitalen Daten beziehungsweise den ermittelten Ist-Stromwert direkt bereit, also unter Umgehung der Hauptrecheneinheit. Weil die digitalen Daten direkt dem Timermodul bereitgestellt werden, kann eine besonders schnelle Verarbeitung der ermittelten Ist-Stromwerte erreicht werden. Vorzugsweise wird der Soll-Stromwert für den Spulenstrom dem Timermodul durch die Hauptrecheneinheit vorgegeben.According to a preferred embodiment, it is provided that the microcontroller has an analog-to-digital converter, the analog-to-digital converter being connected or connectable on the input side to a sensor unit that monitors the electrical coil current, and the analog-to-digital converter on the output side having connected directly to the timer module. During operation, the sensor unit provides its sensor signal to the analog/digital converter. Depending on the sensor signal, the analog/digital converter determines the actual current value of the coil current by converting the sensor signal into digital data and provides the timer module with the digital data or the determined actual current value directly, i.e. bypassing the main processing unit. Because the digital data is provided directly to the timer module, the actual current values determined can be processed particularly quickly. The setpoint current value for the coil current is preferably specified for the timer module by the main processing unit.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Hysterese-Regler als Slidingmode-Regler ausgelegt ist.According to a preferred embodiment, it is provided that the hysteresis controller is designed as a sliding mode controller.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Spuleneinrichtung zumindest eine weitere elektrisch leitfähige Spule und ein der weiteren Spule zugeordnetes weiteres Schaltelement aufweist, und dass der Mikrocontroller zur Ansteuerung des weiteren Schaltelementes einen weiteren Hysterese-Regler aufweist, der auf dem Timermodul implementiert ist. Hinsichtlich der Ansteuerung des weiteren Schaltelementes ergeben sich die Vorteile, die vorstehend mit Bezug auf die Ansteuerung des Schaltelementes bereits erörtert wurden. Weil auch der weitere Hysterese-Regler auf dem Timermodul implementiert ist, wird die Rechenkapazität des Timermoduls möglichst effizient ausgenutzt.According to a preferred embodiment, it is provided that the coil device has at least one further electrically conductive coil and a further switching element assigned to the further coil, and that the microcontroller has a further hysteresis controller for controlling the further switching element, which is implemented on the timer module. With regard to the activation of the further switching element, the advantages that have already been discussed above with regard to the activation of the switching element result. Because the additional hysteresis controller is also implemented on the timer module, the computing capacity of the timer module is used as efficiently as possible.

Vorzugsweise sind der Hysterese-Regler und der weitere Hysterese-Regler auf einem jeweils anderen Kanal des Timermoduls implementiert. Der Hysterese-Regler und der weitere Hysterese-Regler sind dadurch voneinander zumindest im Wesentlichen unabhängig, sodass der Hysterese-Regler und der weitere Hysterese-Regler parallel zueinander durch das Timermodul ausgeführt werden können.The hysteresis controller and the further hysteresis controller are preferably implemented on a respective different channel of the timer module. The hysteresis controller and the additional hysteresis controller are thus at least essentially independent of one another, so that the hysteresis controller and the additional hysteresis controller can be executed in parallel by the timer module.

Vorzugsweise ist der Hysterese-Regler nur softwaremäßig implementiert. Die einzelnen Schritte des Regelalgorithmus des Hysterese-Reglers werden also anhand von digitalen Daten durchgeführt. Eine derartige Ausgestaltung des Hysterese-Reglers ist besonders kostengünstig.The hysteresis controller is preferably only implemented in software. The individual steps of the control algorithm of the hysteresis controller are therefore carried out using digital data. Such a configuration of the hysteresis controller is particularly cost-effective.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Hysterese-Regler teilweise softwaremäßig und teilweise hardwaremäßig implementiert ist. Ist der Hysterese-Regler teilweise hardwaremäßig implementiert, so wird zumindest ein Schritt des Regelalgorithmus des Hysterese-Reglers durch ein analoges Bauteil durchgeführt. Beispielsweise handelt es sich bei dem analogen Bauteil um einen Komparator, sodass zumindest ein Schritt des Regelalgorithmus des Hysterese-Reglers durch einen Komparator durchgeführt wird.According to an alternative embodiment, it is preferably provided that the hysteresis controller is implemented partly in software and partly in hardware. If the hysteresis controller is partially implemented in hardware, at least one step of the control algorithm of the hysteresis controller is performed by an analog component. For example, the analog component is a comparator, so that at least one step of the control algorithm of the hysteresis controller is carried out by a comparator.

Das erfindungsgemäße System weist eine elektrische Spuleneinrichtung, die zumindest eine elektrisch leitfähige Spule und ein der Spule zugeordnetes Schaltelement aufweist, und einen Mikrocontroller zur Ansteuerung des Schaltelementes auf. Das System zeichnet sich mit den Merkmalen des Anspruchs 8 durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Mikrocontrollers aus. Auch daraus ergeben sich die bereits genannten Vorteile. Weitere bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung sowie aus den Ansprüchen.The system according to the invention has an electrical coil device, which has at least one electrically conductive coil and a switching element assigned to the coil, and a microcontroller for controlling the switching element. The system is characterized with the features of claim 8 by the inventive design of the microcontroller. This also results in the advantages already mentioned. Further preferred features and combinations of features emerge from the description and from the claims.

Vorzugsweise ist die Spule Teil eines Magnetventils. Das durch den Spulenstrom erzeugte Magnetfeld dient dann dazu, einen Ventilkörper des Magnetventils zu verlagern und dadurch das Magnetventil zu schalten. Die Auslegung des Reglers als Slidingmode-Regler ist für diesen Anwendungsfall besonders geeignet.The coil is preferably part of a solenoid valve. The magnetic field generated by the coil current is then used to move a valve body of the solenoid valve and thereby switch the solenoid valve. The design of the controller as a sliding mode controller is particularly suitable for this application.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist die Spule vorzugsweise Teil einer Motorwicklung einer elektrischen Maschine.According to an alternative embodiment, the coil is preferably part of a motor winding of an electrical machine.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Systems, das eine elektrische Spuleneinrichtung und einen Mikrocontroller aufweist, wobei die Spuleneinrichtung zumindest eine elektrisch leitfähige Spule und ein der Spule zugeordnetes Schaltelement aufweist, zeichnet sich mit den Merkmalen des Anspruchs 11 dadurch aus, dass ein Ist-Stromwert eines elektrischen Spulenstroms der Spule ermittelt wird, dass ein Soll-Stromwert für den Spulenstrom vorgegeben wird, und dass das Schaltelement in Abhängigkeit von dem Ist-Stromwert einerseits und dem Soll-Stromwert andererseits mittels eines Hysterese-Reglers angesteuert wird, der auf einem Timermodul des Mikrocontrollers implementiert ist, das mehrere Kanäle aufweist und dazu ausgebildet ist, auf die Kanäle implementierte Softwarealgorithmen parallel zu verarbeiten. Auch daraus ergeben sich die bereits genannten Vorteile. Weitere bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung sowie aus den Ansprüchen.The method according to the invention for operating a system that has an electrical coil device and a microcontroller, the coil device having at least one electrically conductive coil and a switching element assigned to the coil, is characterized by the features of claim 11 in that an actual current value of a electrical coil current of the coil is determined, that a target current value for the coil current is specified, and that the switching element is controlled as a function of the actual current value on the one hand and the target current value on the other hand by means of a hysteresis controller, which is on a timer module of the microcontroller is implemented, which has a plurality of channels and is designed to process software algorithms implemented on the channels in parallel. This also results in the advantages already mentioned. Further preferred features and combinations of features emerge from the description and from the claims.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dazu zeigen

1 ein System mit einer elektrischen Spuleneinrichtung und einem Mikrocontroller,
2 ein Verfahren zum Betreiben des Systems und
3 einen Verlauf eines elektrischen Spulenstroms.

The invention is explained in more detail below with reference to the drawings. to show

1 a system with an electric coil device and a microcontroller,
2 a method of operating the system and
3 a course of an electrical coil current.

1 zeigt ein System 1 in einer schematischen Darstellung. Das System 1 weist eine elektrische Spuleneinrichtung 2 auf. 1 shows a system 1 in a schematic representation. The system 1 has an electrical coil device 2 .

Die elektrische Spuleneinrichtung 2 weist eine elektrisch leitfähige Spule 3A auf. Die Spule 3A ist mit einer positiven Versorgungsspannung 4 einerseits und einer negativen Versorgungspannung 5 andererseits elektrisch verbunden. Ein elektrischer Strom, der von der positiven Versorgungspannung 4 durch einen Spulendraht der Spule 3A zu der negativen Versorgungspannung 5 fließt, wird im Folgenden auch als elektrischer Spulenstrom bezeichnet.The electrical coil device 2 has an electrically conductive coil 3A. The coil 3A is electrically connected to a positive supply voltage 4 on the one hand and a negative supply voltage 5 on the other hand. An electrical current that flows from the positive supply voltage 4 through a coil wire of the coil 3A to the negative supply voltage 5 is also referred to below as electrical coil current.

Die Spuleneinrichtung 2 weist außerdem ein der Spule 3A zugeordnetes Schaltelement 6A auf. Das Schaltelement 6A ist vorliegend lediglich schematisch dargestellt. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Schaltelement 6A um einen Halbleiterschalter. Das Schaltelement 6A ist derart angeordnet, dass durch Schalten des Schaltelementes 6A die elektrische Verbindung der positiven Versorgungsspannung 4 mit der negativen Versorgungsspannung 5 mittels der Spule 3A wahlweise unterbrochen oder hergestellt werden kann. Vorliegend ist das Schaltelement 6A hierzu zwischen der Spule 3A einerseits und der negativen Versorgungspannung 5 andererseits angeordnet. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das Schaltelement 6A zwischen der Spule 3A einerseits und der positiven Versorgungsspannung 4 andererseits angeordnet.The coil device 2 also has a switching element 6A assigned to the coil 3A. The switching element 6A is shown only schematically in the present case. The switching element 6A is preferably a semiconductor switch. The switching element 6A is arranged in such a way that by switching the switching element 6A, the electrical connection of the positive supply voltage 4 to the negative supply voltage 5 can be selectively interrupted or established by means of the coil 3A. In the present case, the switching element 6A is arranged between the coil 3A on the one hand and the negative supply voltage 5 on the other hand. According to a further exemplary embodiment, the switching element 6A is arranged between the coil 3A on the one hand and the positive supply voltage 4 on the other.

Der Spule 3A ist eine Sensoreinheit 7A zugeordnet, die dazu ausgebildet ist, den Spulenstrom zu überwachen. Die Sensoreinheit 7A weist hierzu vorliegend einen Messwiderstand 8A auf, der in Reihe mit der Spule 3A geschaltet ist. Außerdem weist die Sensoreinheit 7A einen Spannungssensor 9A auf, der dazu ausgebildet ist, einen Spannungsabfall über den Messwiderstand 8A zu erfassen. Dieser Spannungsabfall korrespondiert mit dem elektrischen Spulenstrom.A sensor unit 7A, which is designed to monitor the coil current, is assigned to the coil 3A. For this purpose, the sensor unit 7A has a measuring resistor 8A in the present case, which is connected in series with the coil 3A. In addition, the sensor unit 7A has a voltage sensor 9A, which is designed to detect a voltage drop across the measuring resistor 8A. This voltage drop corresponds to the electrical coil current.

Das System 1 weist außerdem einen Mikrocontroller 10 auf. Der Mikrocontroller 10 weist eine Hauptrecheneinheit 20 auf. Außerdem weist der Mikrocontroller 10 ein Timermodul 11 auf. Der Mikrocontroller 10 ist dazu ausgebildet, das Schaltelement 6A anzusteuern.The system 1 also has a microcontroller 10 . The microcontroller 10 has a main processing unit 20 . In addition, the microcontroller 10 has a timer module 11 . The microcontroller 10 is designed to control the switching element 6A.

Das Timermodul 11 weist vorliegend ein erstes Verarbeitungsmodul 12A und ein zweites Verarbeitungsmodul 12B auf. Die Verarbeitungsmodule 12 weisen jeweils mehrere Kanäle 13 auf. Vorliegend weist jedes der Verarbeitungsmodule 12 jeweils sieben Kanäle 13 auf, wobei in 1 nur jeweils drei der Kanäle 13 dargestellt sind. Jedem der Kanäle 13 ist ein jeweils anderes Ausgangsmodul 14 nachgeschaltet. Jedem der Ausgangsmodule 14 ist ein jeweils anderer Ausgangsanschluss 15 nachgeschaltet. Das Timermodul 11 ist dazu ausgebildet, auf die Kanäle 13 implementierte Softwarealgorithmen parallel zu verarbeiten.In the present case, the timer module 11 has a first processing module 12A and a second processing module 12B. The processing modules 12 each have a plurality of channels 13 . In the present case, each of the processing modules 12 has seven channels 13, with in 1 only three of the channels 13 are shown. A different output module 14 is connected downstream of each of the channels 13 . A different output connection 15 is connected downstream of each of the output modules 14 . The timer module 11 is designed to process software algorithms implemented on the channels 13 in parallel.

Der Mikrocontroller 10 weist einen Analog-Digital-Umsetzer 16A auf. Der Analog-Digital-Umsetzer 16A ist eingangsseitig mit dem Spannungssensor 9A verbunden. Ausgangsseitig ist der Analog-Digital-Umsetzer 16A mit dem Timermodul 11 direkt verbunden. Vorliegend ist der Analog-Digital-Umsetzer 16A mit einem ersten Kanal 13A des ersten Verarbeitungsmoduls 12A direkt verbunden.The microcontroller 10 has an analog-to-digital converter 16A. The analog/digital converter 16A is connected to the voltage sensor 9A on the input side. The analog/digital converter 16A is directly connected to the timer module 11 on the output side. In the present case, the analog-to-digital converter 16A is directly connected to a first channel 13A of the first processing module 12A.

Auf dem ersten Kanal 13A ist ein Hysterese-Regler 17A implementiert. Vorliegend ist der Hysterese-Regler 17A als Slidingmode-Regler 17A ausgelegt. Alternativ dazu handelt es sich bei dem Hysterese-Regler 17A nicht um einen Slidingmode-Regler, sondern um eine andere Art Hysterese-Regler. Der Microcontroller 10 ist dazu ausgebildet, das Schaltelement 6A mittels des Slidingmode-Reglers 17A anzusteuern. Hierzu ist ein dem ersten Kanal 13A zugeordneter Ausgangsanschluss 15A mit einem Steueranschluss des ersten Schaltelementes 6A elektrisch verbunden.A hysteresis controller 17A is implemented on the first channel 13A. In the present case, the hysteresis controller 17A is designed as a sliding mode controller 17A. Alternatively, the hysteresis controller 17A is not a sliding mode controller, but a different type of hysteresis controller. The microcontroller 10 is designed to control the switching element 6A by means of the sliding mode controller 17A. For this purpose, an output connection 15A assigned to the first channel 13A is electrically connected to a control connection of the first switching element 6A.

Im Folgenden wird mit Bezug auf 2 ein vorteilhaftes Verfahren zum Betreiben des Systems 1 beschrieben. Im Rahmen des Verfahrens steuert der Mikrocontroller 10 das Schaltelement 6A mittels des Slidingmode-Reglers 17A an. 2 zeigt das Verfahren anhand eines Flussdiagramms.The following is with reference to 2 an advantageous method for operating the system 1 is described. As part of the method, the microcontroller 10 controls the switching element 6A using the sliding mode controller 17A. 2 shows the procedure using a flowchart.

In einem ersten Schritt S1 gibt der Mikrocontroller 10 dem Slidingmode-Regler 17A einen Soll-Stromwert I_Soll für den Spulenstrom vor. Vorliegend wird der Soll-Stromwert I_Soll durch die Hauptrecheneinheit 20 vorgegeben.In a first step S1, the microcontroller 10 specifies a setpoint current value I _setpoint for the coil current to the sliding mode controller 17A. In the present case, the setpoint current value I _setpoint is specified by the main processing unit 20 .

In einem zweiten Schritt S2 überwacht die Sensoreinheit 7A den Spulenstrom und stellt dem Analog-Digital-Umsetzer 16A ihr Sensorsignal bereit.In a second step S2, the sensor unit 7A monitors the coil current and makes its sensor signal available to the analog/digital converter 16A.

In einem dritten Schritt S3 ermittelt der Analog-Digital-Umsetzer 16A einen Ist-Stromwert I_Ist des Spulenstroms durch Umsetzen des analogen Sensorsignals in digitale Daten. Außerdem stellt der Analog-Digital-Umsetzer 16A in dem Schritt S3 den ermittelten Ist-Stromwert I_Ist dem Slidingmode-Regler 17A bereit.In a third step S3, the analog/digital converter 16A determines an actual current value I _actual of the coil current by converting the analog sensor signal into digital data. In addition, the analog/digital converter 16A provides the determined actual current value I _{actual to} the sliding mode controller 17A in step S3.

In einem vierten Schritt S4 ermittelt der Slidingmode-Regler 17A als Regelabweichung e eine Differenz aus dem Ist-Stromwert I_Ist und dem Soll-Stromwert I_Soll.In a fourth step S4, the sliding mode controller 17A determines a difference between the actual current value I _actual and the setpoint current value I _setpoint as the control deviation e.

In einem fünften Schritt S5 beaufschlagt der Slidingmode-Regler 17A die Regelabweichung e mit einem vorgegebenen Proportionalitätsfaktor. Hierdurch wird eine mit dem Proportionalitätsfaktor beaufschlagte Regelabweichung e' erhalten.In a fifth step S5, the sliding mode controller 17A applies a predetermined proportionality factor to the system deviation e. As a result, a system deviation e' to which the proportionality factor is applied is obtained.

In einem sechsten Schritt S6 integriert der Slidingmode-Regler 17A die mit dem Proportionalitätsfaktor beaufschlagte Regelabweichung e' für eine vorgegebene Zeitdauer. Hierdurch wird eine integrierte Regelabweichung e" erhalten.In a sixth step S6, the sliding mode controller 17A integrates the control deviation e' to which the proportionality factor has been applied for a specified period of time. As a result, an integrated control deviation e" is obtained.

In einem siebten Schritt S7 addiert der erste Slidingmode-Regler 17A die Regelabweichung e und die Regelabweichung e". Hierdurch wird eine Summe δ erhalten.In a seventh step S7, the first sliding mode controller 17A adds the control deviation e and the control deviation e". A sum δ is thereby obtained.

In einem achten Schritt S8 wird ein oberer Schwellenwert für die Summe δ vorgegeben. In einem neunten Schritt S9 wird die Summe δ mit dem oberen Schwellenwert verglichen. Ergibt der Vergleich, dass die Summe δ den oberen Schwellenwert übersteigt, so wird in einem zehnten Schritt S10 entschieden, dass das Schaltelement 6A nichtleitend geschaltet werden soll. Es wird dann in einem elften Schritt S11 ein entsprechendes Ansteuersignal für das Schaltelement 6A festgelegt und das Schaltelement 6A wird in einem zwölften Schritt S12 derart angesteuert, dass das Schaltelement 6A nichtleitend schaltet.In an eighth step S8, an upper threshold value for the sum δ is specified. In a ninth step S9, the sum δ is compared with the upper threshold value. If the comparison shows that the sum δ exceeds the upper threshold value, a decision is made in a tenth step S10 that the switching element 6A should be switched non-conductive. In an eleventh step S11, a corresponding control signal for the switching element 6A is then defined, and in a twelfth step S12 the switching element 6A is controlled in such a way that the switching element 6A switches non-conductively.

In einem dreizehnten Schritt S13 wird ein unterer Schwellenwert für die Summe δ vorgegeben, wobei der untere Schwellenwert kleiner als der obere Schwellenwert ist. In einem vierzehnten Schritt S14 wird die Summe δ mit dem unteren Schwellenwert verglichen. Ergibt der Vergleich, dass die Summe δ den unteren Schwellenwert unterschreitet, so wird in dem zehnten Schritt S10 entschieden, dass das Schaltelement 6A leitend geschaltet werden soll. Es wird dann in einem fünfzehnten Schritt S15 ein entsprechendes Ansteuersignal für das Schaltelement 6A festgelegt und das Schaltelement 6A wird in einem sechzehnten Schritt S16 derart angesteuert, dass das Schaltelement 6A leitend schaltet.In a thirteenth step S13, a lower threshold value for the sum δ is specified, the lower threshold value being smaller than the upper threshold value. In a fourteenth step S14, the sum δ is compared with the lower threshold value. If the comparison shows that the sum δ falls below the lower threshold value, then in the tenth step S10 it is decided that the switching element 6A should be switched to the on state. In a fifteenth step S15, a corresponding control signal for the switching element 6A is then defined, and in a sixteenth step S16 the switching element 6A is controlled in such a way that the switching element 6A switches to the on state.

Die Schritte des in 2 dargestellten Verfahrens werden laufend durchgeführt, woraus eine Slidingmode-Regelung des Spulenstroms resultiert. Die Schritte S4 bis S10, S13 und S14 werden dabei durch den Slidingmode-Regler 17A durchgeführt und bilden insofern den Regelalgorithmus des Slidingmode-Reglers 17A.The steps of the in 2 The methods shown are carried out continuously, resulting in a sliding mode control of the coil current. The steps S4 to S10, S13 and S14 are carried out by the sliding mode controller 17A and in this respect form the control algorithm of the sliding mode controller 17A.

Vorliegend ist der Slidingmode-Regler 17A nur softwaremäßig implementiert. Die Schritte des Regelalgorithmus werden also anhand von digitalen Daten durchgeführt. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Slidingmode-Regler 17A teilweise softwaremäßig und teilweise hardwaremäßig implementiert. Es wird dann zumindest ein Schritt des Regelalgorithmus durch ein analoges Bauteil durchgeführt. Beispielsweise weist der Mikrocontroller 10 als analoges Bauteil einen ersten Komparator auf, der den Schritt S9 durchführt, und/oder einen zweiten Komparator, der den Schritt S14 durchführt.In the present case, the sliding mode controller 17A is only implemented in software. The steps of the control algorithm are therefore carried out using digital data. According to a further exemplary embodiment, the sliding mode controller 17A is implemented partly in software and partly in hardware. At least one step of the control algorithm is then carried out by an analog component. For example, the microcontroller 10 has, as an analog component, a first comparator that carries out step S9 and/or a second comparator that carries out step S14.

In 3 ist der Verlauf des Spulenstroms während der Slidingmode-Regelung dargestellt. Wie aus 3 erkenntlich ist, ist der vorgegebene Soll-Stromwert I_Soll während der dargestellten Zeitdauer konstant.In 3 shows the course of the coil current during sliding mode control. How out 3 as can be seen, the specified setpoint current value I _setpoint is constant during the period shown.

Wie aus 3 außerdem erkenntlich ist, wird durch Vorgabe des oberen Schwellenwertes ein Maximal-Stromwert I_Max für den Spulenstrom definiert. Durch Vorgabe des unteren Schwellenwertes wird ein Minimal-Stromwert I_Min für den Spulenstrom definiert. Der Ist-Stromwert I_Ist pendelt zwischen dem Maximal-Stromwert I_Max und dem Minimal-Stromwert I_Min. Sobald der Ist-Stromwert I_Ist den Maximal-Stromwert I_Max übersteigt, wird das Schaltelement 6A nichtleitend geschaltet. Infolgedessen sinkt der Ist-Stromwert I_Ist. Sobald der Ist-Stromwert I_Ist den Minimal-Stromwert I_Min unterschreitet, wird das Schaltelement 6A leitend geschaltet. Infolgedessen steigt der Ist-Stromwert I_Ist.How out 3 It can also be seen that a maximum current value I _Max for the coil current is defined by specifying the upper threshold value. A minimum current value I _Min for the coil current is defined by specifying the lower threshold value. The actual current value I _Ist oscillates between the maximum current value I _Max and the minimum current value I _Min . As soon as the actual current value I _actual exceeds the maximum current value I _max , the switching element 6A is switched to be non-conductive. As a result, the actual current value I _actual falls. As soon as the actual current value I _Ist falls below the minimum current value I _Min , the switching element 6A is turned on. As a result, the actual current value I _actual increases.

Sind der obere Schwellenwert und der untere Schwellenwert konstant, so wird das Schaltelement 6A mit einer konstanten Schaltfrequenz abwechselnd leitend und nichtleitend geschaltet. Diese Schaltfrequenz wird durch die Differenz zwischen dem oberen Schwellenwert und dem unteren Schwellenwert beeinflusst. So ist beispielsweise in einem ersten Zeitraum T1 die Differenz zwischen dem oberen und dem unteren Schwellenwert größer als in einem zweiten Zeitraum T2. Entsprechend ist die Schaltfrequenz in dem zweiten Zeitraum T2 größer als in dem ersten Zeitraum T1, wie aus 3 erkenntlich ist.If the upper threshold value and the lower threshold value are constant, then the switching element 6A is alternately turned on and off at a constant switching frequency. This switching frequency is affected by the difference between the upper threshold and the lower threshold. For example, in a first time period T1 the difference between the upper and the lower threshold value is greater than in a second time period T2. Correspondingly, the switching frequency in the second time period T2 is greater than in the first time period T1, as shown in FIG 3 is recognizable.

Gemäß dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Spuleneinrichtung 2 außerdem mehrere elektrisch leitfähige weitere Spulen 3 auf. Beispielhalber sind in 1 eine zweite Spule 3B und eine dritte Spule 3C dargestellt. Auch die Spulen 3B und 3C sind mit der positiven Versorgungsspannung 4 einerseits und der negativen Versorgungsspannung 5 andererseits elektrisch verbunden. Den Spulen 3B und 3C ist ein jeweils anderes Schaltelement 6B beziehungsweise 6C zugeordnet. Auch den Spulen 3B und 3C ist eine jeweils andere Sensoreinheit 7B beziehungsweise 7C zugeordnet.According to the 1 In the exemplary embodiment illustrated, the coil device 2 also has a plurality of further electrically conductive coils 3 . For example are in 1 a second coil 3B and a third coil 3C are shown. The coils 3B and 3C are also electrically connected to the positive supply voltage 4 on the one hand and to the negative supply voltage 5 on the other hand. A different switching element 6B or 6C is assigned to the coils 3B and 3C. A different sensor unit 7B or 7C is also assigned to the coils 3B and 3C.

Der Mikrocontroller 10 weist einen zweiten Analog-Digital-Umsetzer 16B und einen dritten Analog-Digital-Umsetzer 16C auf. Der zweite Analog-Digital-Umsetzer 16B ist eingangsseitig mit der zweiten Sensoreinheit 7B und ausgangsseitig mit einem zweiten Kanal 13B des Timermoduls 11 verbunden. Auf dem zweiten Kanal 13B ist ein zweiter Hysterese-Regler 17B implementiert, der vorliegend als Slidingmode-Regler 17B ausgelegt ist. Der Mikrocontroller 10 ist dazu ausgebildet, mittels des zweiten Slidingmode-Reglers 17B das zweite Schaltelement 6B anzusteuern, wie vorstehend anhand des Slidingmode-reglers 17A und des Schaltelementes 6A beschrieben. Der dritte Analog-Digital-Umsetzer 16C ist eingangsseitig mit der dritten Sensoreinheit 7C und ausgangsseitig mit einem dritten Kanal 13C des Timermoduls 11 verbunden. Auf dem dritten Kanal 13C ist ein dritter Hysterese-Regler 17C implementiert, der vorliegend als Slidingmode-Regler 17C ausgelegt ist. Der Mikrocontroller 10 ist dazu ausgebildet, mittels des dritten Slidingmode-Reglers 17C das dritte Schaltelement 6C anzusteuern, wie vorstehend anhand des Slidingmode-reglers 17A und des Schaltelementes 6A beschrieben.The microcontroller 10 has a second analog-to-digital converter 16B and a third analog-to-digital converter 16C. The second analog/digital converter 16B is connected to the second sensor unit 7B on the input side and to a second channel 13B of the timer module 11 on the output side. A second hysteresis controller 17B, which is presently designed as a sliding mode controller 17B, is implemented on the second channel 13B. The microcontroller 10 is designed to control the second switching element 6B by means of the second sliding mode controller 17B, as described above with reference to the sliding mode controller 17A and the switching element 6A. The third analog/digital converter 16C is connected to the third sensor unit 7C on the input side and to a third channel 13C of the timer module 11 on the output side. A third hysteresis controller 17C is implemented on the third channel 13C, which in the present case is designed as a sliding mode controller 17C. The microcontroller 10 is designed to control the third switching element 6C by means of the third sliding mode controller 17C, as described above with reference to the sliding mode controller 17A and the switching element 6A.

Vorliegend sind die Spulen 3 Teil eines jeweils anderen Magnetventils. Durch die Regelung der durch die Spulen 3 fließenden elektrischen Spulenströme kann die Verlagerung von Ventilkörpern der Magnetventile geregelt werden. Die Magnetventile sind beispielsweise Teil einer Kupplungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs.In the present case, the coils 3 are part of a different magnetic valve. By controlling the electrical coil currents flowing through the coils 3, the displacement of valve bodies of the solenoid valves can be controlled. The solenoid valves are part of a clutch device of a motor vehicle, for example.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform sind die Spulen 3 Teil einer Motorwicklung einer elektrischen Maschine. Vorzugsweise sind die Spulen Teil einer jeweils anderen Phase der Motorwicklung.According to an alternative embodiment, the coils 3 are part of a motor winding of an electrical machine. Preferably, the coils are part of a different phase of the motor winding.

Claims

Microcontroller for controlling an electrical coil device, the coil device (2) having at least one electrically conductive coil (3A) and a switching element (6A) assigned to the coil (3A), and the microcontroller (10) having at least one controller (17A) and is designed to switch the switching element (6A) by means of the controller (17A) as a function of a determined actual current value (I _Ist ) of an electrical coil current of the coil (3A) on the one hand and a predetermined setpoint current value (I _Soll ) for the coil current on the other to be controlled, characterized in that the controller (17A) is designed as a hysteresis controller (17A) and is implemented on a timer module (11) of the microcontroller (10), which has a plurality of channels (13) and is designed to access the channels ( 13) to process implemented software algorithms in parallel.

microcontroller after claim 1 , characterized in that the microcontroller (10) has an analog/digital converter (16A), the analog/digital converter (16A) being connected or connectable on the input side to a sensor unit (7A) which monitors the electric coil current, and the analog/digital converter (16A) being directly connected to the timer module (11) on the output side.

Microcontroller according to one of the preceding claims, characterized in that the hysteresis controller (17A) is designed as a sliding mode controller (17A).

Microcontroller according to one of the preceding claims, characterized in that the coil device (2) has at least one further electrically conductive coil (3B, 3C) and a further switching element (6B, 6C) assigned to the further coil (3B, 3C), and that the Microcontroller (10) for driving the further switching element (6B, 6C) has a further hysteresis controller (17B, 17C), which is implemented on the timer module (11).

microcontroller after claim 4 , characterized in that the hysteresis controller (17A) and the further hysteresis controller (17B, 17C) are implemented on a respective different channel (13) of the timer module (11).

Microcontroller according to one of the preceding claims, characterized in that the hysteresis controller (17A) is only implemented in software.

Microcontroller according to one of the Claims 1 until 5 , characterized in that the hysteresis controller (17A) is implemented partly in software and partly in hardware.

System, with an electrical coil device (2), which has at least one electrically conductive coil (3A) and a switching element (6A) assigned to the coil (3A), and with a microcontroller (10) for controlling the switching element (6A), characterized by the formation of the microcontroller (10) according to any one of the preceding claims.

system after claim 8 , characterized in that the coil (3A) is part of a solenoid valve.

system after claim 8 , characterized in that the coil (3) is part of a motor winding of an electrical machine.

Method for operating a system which has an electrical coil device (2) and a microcontroller (10), the coil device (2) having at least one electrically conductive coil (3A) and a switching element (6A) assigned to the coil (3A), wherein an actual current value (I _Ist ) of an electrical coil current of the coil (3A) is determined, with a setpoint current value (I _Soll ) being specified for the coil current, and with the switching element (6A) depending on the actual current value (I _Actual ) on the one hand and the target current value (I _target ) on the other by means of a hysteresis controller (17A), which is implemented on a timer module (11) of the microcontroller (10), which has a plurality of channels (13) and is designed for this purpose to process software algorithms implemented on the channels (13) in parallel.