DE19849036A1 - Regulation of electro-mechanical actuator - Google Patents

Regulation of electro-mechanical actuator

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Abstract

The armature is mechanically coupled with a spring release and is movable between two surfaces on the electromagnet. The regulator controlled condition and reference input is the speed of the armature and the regulator provides a position signal for the actuator. A target value (Vsoll) for the armature speed is determined dependent on its position and the sum of the kinetic and potential energy of the armature and the spring release. The sum is determined dependent on the distance of both surfaces from a rest position (So) of the armature. The target value depends on the characteristic frequency of an oscillator formed by the armature and the spring release. The characteristic frequency depends on a characteristic frequency determined during an extinction of the armature. The characteristic frequency is determined dependent on the damping of the oscillator. The damping is determined from the change of amplitude of the oscillations of the armature and an ideal characteristic frequency is determined according to the damping and the characteristic frequency depending on the damping.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern eines elektromechanischen Stellantriebs, der insbe­ sondere zum Steuern eines Gaswechselventils einer Brennkraft­ maschine vorgesehen ist.The invention relates to a method and an apparatus for Control of an electromechanical actuator, in particular especially for controlling a gas exchange valve of an internal combustion engine machine is provided.

Ein bekanntes Stellgerät (DE 195 26 683 A1) hat ein Stell­ glied, das als Gaswechselventil ausgebildet ist, und einen Stellantrieb. Der Stellantrieb weist zwei Elektromagnete auf, zwischen denen jeweils gegen die Kraft eines Rückstellmittels eine Ankerplatte durch Abschalten des Spulenstroms am halten­ den Elektromagneten und Einschalten des Spulenstroms am fan­ genden Elektromagneten bewegt werden kann. Der Spulenstrom des jeweils fangenden Elektromagneten wird auf einen vorgege­ benen Fangwert geregelt und zwar während einer vorgegebenen Zeitdauer, die so bemessen ist, daß die Ankerplatte innerhalb der Zeitdauer auf eine Anlagefläche am fangenden Elektroma­ gneten trifft. Anschließend wird der Spulenstrom des fangen­ den Elektromagneten auf einen Haltewert geregelt.A known actuator (DE 195 26 683 A1) has an actuator member, which is designed as a gas exchange valve, and one Actuator. The actuator has two electromagnets, between which each against the force of a restoring means hold an armature plate by switching off the coil current the electromagnet and switching on the coil current on the fan ing electromagnet can be moved. The coil current each of the catching electromagnets is placed on one regulated catch value and that during a predetermined Time that is dimensioned so that the anchor plate within the length of time on a contact surface on the catching electroma good meets. Then the coil current of the catch regulates the electromagnet to a holding value.

Immer strengere gesetzliche Grenzwerte zur Schallabstrahlung von Kraftfahrzeugen und Anforderungen nach leise laufenden Brennkraftmaschinen setzen für eine Serientauglichkeit des Stellantriebs zwingend voraus, daß die Schallerzeugung durch den Stellantrieb gering ist. Außerdem ist eine lange Lebens­ dauer des Stellantriebs sicherzustellen.Ever stricter legal limits for sound radiation of motor vehicles and requirements for quiet running Internal combustion engines rely on the series suitability of the Actuator requires that the sound generation by the actuator is low. It is also a long life ensure the duration of the actuator.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Ein­ richtung zum Steuern eines elektromechanischen Stellantriebs zu schaffen, das/die die Schallerzeugung beim Auftreffen ei­ ner Ankerplatte eines Ankers auf einen Elektromagneten mini­ miert und gleichzeitig eine lange Lebensdauer des Stellan­ triebs gewährleistet. The object of the invention is a method and a Direction for controlling an electromechanical actuator to create the sound generation when it hits ner armature plate of an armature on an electromagnet mini lubricated and at the same time a long life of the Stellan drive guaranteed.  

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unab­ hängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.The object is achieved by the features of the independent pending claims solved. Advantageous configurations are marked in the subclaims.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand der schemati­ schen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are based on the schematic rule drawings explained in more detail. Show it:

Fig. 1 eine Anordnung eines Stellantriebs und einer Steuer­ einrichtung in einer Brennkraftmaschine, Fig. 1 shows an arrangement of an actuator and a control device in an internal combustion engine,

Fig. 2 die Position S der Ankerplatte 116 aufgetragen über die Zeit t während des Betriebszustands des Aus­ schwingens Fig. 2 shows the position S of the anchor plate 116 plotted over time t during the operating state of the swing

Fig. 3 ein Ablaufdiagramm zum Regeln des elektromechanischen Stellantriebs 11. Fig. 3 is a flowchart for controlling the electro-mechanical actuator. 11

Ein Stellgerät 1 (Fig. 1) umfaßt einen Stellantrieb 11 und ein Stellglied 12, das bevorzugt als Gaswechselventil ausge­ bildet ist und einen Schaft 121 und einen Teller 122 hat. Der Stellantrieb 11 hat ein Gehäuse 111, in dem ein erster und ein zweiter Elektromagnet angeordnet sind. Der erste Elektro­ magnet hat einen ersten Kern 112, in den in einer ringförmi­ gen Nut eine erste Spule 113 eingebettet ist. Der zweite Elektromagnet hat einen zweiten Kern 114, in den in einer weiteren ringförmigen Nut eine zweite Spule 115 eingebettet ist. Ein Anker ist vorgesehen, dessen Ankerplatte 116 in dem Gehäuse 111 beweglich zwischen einer ersten Anlagefläche 115a des ersten Elektromagneten und einer zweiten Anlagefläche 115b des zweiten Elektromagneten angeordnet ist. Die Anker­ platte 116 ist somit beweglich zwischen einer Schließposition smaxS und einer Offenposition smaxO. Der Anker umfaßt desweite­ ren einen Ankerschaft 117, der durch Ausnehmungen des ersten und zweiten Kerns 114 geführt ist und der mit dem Schaft 121 des Stellglieds 12 mechanisch koppelbar ist.An actuator 1 ( Fig. 1) comprises an actuator 11 and an actuator 12 , which is preferably formed as a gas exchange valve and has a shaft 121 and a plate 122 . The actuator 11 has a housing 111 in which a first and a second electromagnet are arranged. The first electro magnet has a first core 112 , in which a first coil 113 is embedded in an annular groove. The second electromagnet has a second core 114 , in which a second coil 115 is embedded in a further annular groove. An armature is provided, the armature plate 116 of which is movably arranged in the housing 111 between a first contact surface 115 a of the first electromagnet and a second contact surface 115 b of the second electromagnet. The anchor plate 116 is thus movable between a closed position s maxS and an open position s maxO . The anchor further comprises an anchor shaft 117 which is guided through recesses in the first and second core 114 and which can be mechanically coupled to the shaft 121 of the actuator 12 .

Ein erstes Rückstellmittel 118a und zweites Rückstellmittel 118b, die vorzugsweise als Federn ausgebildet sind, spannen die Ankerplatte 116 in eine vorgegebene Ruheposition so vor. Ein Positionssensor 119 ist derart an oder in dem Stellan­ trieb angeordnet, daß er mittelbar oder unmittelbar die Posi­ tion der Ankerplatte und des Ankerschafts 117 erfaßt. Das Stellgerät 1 ist mit einem Zylinderkopf 21 starr verbunden. Dem Zylinderkopf 21 ist ein Ansaugkanal 22 und ein Zylinder 23 dem einem Kolben 24 zugeordnet. Der Kolben 24 ist über ei­ ne Pleuelstange 25 mit einer Kurbelwelle 26 gekoppelt.A first resetting means 118 a and second resetting means 118 b, which are preferably designed as springs, thus bias the anchor plate 116 into a predetermined rest position. A position sensor 119 is arranged on or in the actuator that it directly or indirectly detects the position of the anchor plate and the anchor shaft 117 . Actuator 1 is rigidly connected to a cylinder head 21 . An intake port 22 and a cylinder 23 are assigned to the cylinder head 21 and to a piston 24 . The piston 24 is coupled to a crankshaft 26 via a connecting rod 25 .

Eine Steuereinrichtung 3 ist vorgesehen, die das Signal des Positionssensors 119 und gegebenenfalls weiterer Sensoren er­ faßt und die gegebenenfalls mit einer übergeordneten Steuer­ einrichtung für Motorbetriebsfunktionen kommuniziert und von dieser Steuersignale empfängt und die in Abhängigkeit von diesen Signalen die erste und zweite Spule 113, 115 des Stell­ antriebs 11 steuert. Die Steuereinrichtung 3 umfaßt ferner eine Steuereinheit 31, in der die Stellsignale für die Spulen 113, 115 berechnet werden, und eine erste Leistungsendstufe 32 und eine zweite Leistungsendstufe 33, die die Stellsignale verstärken.A control device 3 is provided, which it detects the signal of the position sensor 119 and possibly further sensors and which optionally communicates with a higher-level control device for engine operating functions and receives control signals from this and which, depending on these signals, the first and second coils 113 , 115 of the Actuator 11 controls. The control device 3 further comprises a control unit 31 , in which the control signals for the coils 113 , 115 are calculated, and a first power output stage 32 and a second power output stage 33 , which amplify the control signals.

Die Rückstellmittel 118a und 118b, der Anker mit der Anker­ platte 116 und dem Ankerschaft 117 und das als Gaswechselven­ til ausgebildete Stellglied 12, falls das Stellglied 12 mit dem Ankerschaft 117 gekoppelt ist, bilden einen Schwinger (Feder-Masseschwinger). Unter der Annahme eines idealen also verlustlosen Feder-Masseschwingers gilt für die Gesamtener­ gie:
The restoring means 118 a and 118 b, the armature with the armature plate 116 and the armature shaft 117 and the valve 12 designed as a gas exchange valve, if the actuator 12 is coupled to the armature shaft 117 , form an oscillator (spring mass oscillator). Assuming an ideal, lossless spring mass oscillator, the following applies to the overall energy:

wobei
Eges die Gesamtenergie,
Ekin die kinetische Energie,
Epot die potentielle Energie,
m die Masse der bewegten Teile, also des Ankers und gege­ benenfalls des Stellglieds,
c die Federkonstante der Rückstellmittel 118a, 118b und
v die Geschwindigkeit des Ankers
bezeichnen.in which
E tot the total energy,
E kin the kinetic energy,
E pot the potential energy
m the mass of the moving parts, i.e. the armature and possibly the actuator,
c the spring constant of the restoring means 118 a, 118 b and
v the speed of the anchor
describe.

Aufgelöst nach der Geschwindigkeit v erhält man aus (F1):
Dissolved according to the velocity v one obtains from (F1):

Befindet sich die Ankerplatte 116 an einer der Anlageflächen 115a, 115b, so ist die Geschwindigkeit und damit die kineti­ sche Energie des Ankers gleich null. Für Gesamtenergie gilt somit der einfache Ansatz:
If the anchor plate 116 is on one of the contact surfaces 115 a, 115 b, the speed and thus the kinetic energy of the anchor is zero. The simple approach therefore applies to total energy:

wobei
smax der Abstand der Schließposition smaxS und der Offenpositi­ on smaxO von der Ruheposition s0 ist.in which
s max is the distance between the closed position s maxS and the open position s maxO from the rest position s 0 .

Die Beziehung (F3) eingesetzt in (F2) ergibt
The relationship (F3) inserted in (F2) gives

mit
With

wobei
ω0 die ideale Eigenfrequenz des verlustlosen Feder-Masse­ schwingers ist. Tatsächlich hat der Feder-Masseschwinger je­ doch auch eine Dämpfung D, die sehr stark abhängt von Ein­ flußgrößen wie der Temperatur, des Gasdrucks in dem Zylinder 23 und dem Ansaugtrakt 22 oder einem nicht dargestellten Ab­ gastrakt. Demnach gilt für die Geschwindigkeit entsprechend der Beziehung F4
in which
ω 0 is the ideal natural frequency of the lossless spring mass. In fact, the spring mass oscillator also has a damping D, which depends very much on a flow variable such as the temperature, the gas pressure in the cylinder 23 and the intake tract 22 or a gas tract (not shown). Accordingly, the speed applies according to the relationship F4

wobei
ωdie Eigenfrequenz ist, die abhängt von der idealen Eigen­ frequenz ω0 und der jeweils für die aktuellen Betriebsbedin­ gungen gültigen Dämpfung D.in which
ω is the natural frequency that depends on the ideal natural frequency ω 0 and the damping D valid for the current operating conditions.

Die ideale Eigenfrequenz ω0 läßt sich besonders einfach und präzise während eines Betriebszustands des Ausschwingens be­ stimmen. Der Stellantrieb ist in dem Betriebszustand des Aus­ schwingens, also wenn keine der Spulen 113 und 115 mehr be­ stromt werden, nachdem sich die Ankerplatte 116 in Anlage mit der ersten Anlagefläche 115a oder der zweiten Anlagefläche 115b befunden hat, und zwar bis die Ankerplatte 116 stationär in der Ruheposition S0 ist. Dieser Betriebszustand wird bei einer Brennkraftmaschine beispielsweise eingenommen, wenn die Zündung von dem Fahrer abgeschaltet worden ist. Ein derarti­ ges Ausschwingen ist in der Fig. 2 dargestellt. In dem Be­ triebszustand des Ausschwingens läßt sich für den zeitlichen Verlauf der Position s der Ankerplatte folgende Beziehung an­ setzen:
The ideal natural frequency ω 0 can be determined particularly easily and precisely during a swing-out operating state. The actuator is in the operating state of swinging, that is, when none of the coils 113 and 115 are energized after the armature plate 116 has been in contact with the first contact surface 115 a or the second contact surface 115 b, until the anchor plate 116 is stationary in the rest position S 0 . This operating state is assumed in an internal combustion engine, for example, when the ignition has been switched off by the driver. Such a swinging out is shown in FIG. 2. In the operating state of swinging out, the following relationship can be used for the temporal course of the position s of the anchor plate:

DA bezeichnet die Dämpfung während des Ausschwingens. Falls das Ausschwingen ausgeht von einer Anlage der Anker­ platte an der ersten Anlagefläche 115a, so wird jeweils die Position s1 des ersten Minimums während des Ausschwingens und der zugehörige Zeitpunkt t1 und die Position s2 des zweiten Minimums während des Ausschwingens und der zugehörige Zeit­ punkt t2 erfaßt und es gilt für s1 und s2:
D A denotes the damping during swinging out. If the swing-out assumes that the anchor plate is in contact with the first contact surface 115 a, the position s 1 of the first minimum during the swing-out and the associated point in time t 1 and the position s 2 of the second minimum during the swing-out and the associated one Time t 2 is recorded and the following applies to s 1 and s 2 :

Falls das Ausschwingen ausgeht von einer Anlage der Anker­ platte an der zweiten Anlagefläche 115b, so wird entsprechend jeweils die Position des ersten Maximums während des Aus­ schwingens und der zugehörige Zeitpunkt und die Position des zweiten Maximums während des Ausschwingens und der zugehörige Zeitpunkt erfaßt.If the swinging out starts from a system of the anchor plate on the second contact surface 115 b, the position of the first maximum during the swinging out and the associated time and the position of the second maximum during the swinging out and the corresponding time is recorded accordingly.

Aus den Beziehungen (F8) und (F9) ergibt sich:
From the relationships (F8) and (F9) we get:

Aus der Beziehung (F10) ergibt sich für die Dämpfung DA wäh­ rend des Ausschwingens:
The relationship (F10) for the damping D A during the swing-out results in:

Für die Eigenfrequenz unter Berücksichtigung der Dämpfung während des Ausschwingens gilt der Ansatz:
The following applies to the natural frequency, taking into account the damping during decay:

Für die ideale Eigenfrequenz läßt sich der folgende Ansatz machen:
The following approach can be taken for the ideal natural frequency:

Soll die Ankerplatte 116 von der Anlage an einer der Anlage­ flächen 115a, 115b zur Anlage mit der jeweils anderen Anlage­ fläche 115a, 115b gebracht werden, so wird der Strom der Spu­ le, die dem Elektromagneten zugeordnet ist und dessen Anlage­ fläche die Ankerplatte 116 anliegt abgeschaltet und die An­ kerplatte beginnt sich nach einer vorgegebenen Klebezeit von der Anlagefläche zu lösen und schwingt in Richtung auf die andere Anlagefläche, wobei dann die Spule dieser anderen An­ lagefläche entsprechend bestromt wird, um die Ankerplatte 116 in Anlage mit der Anlagefläche zu bringen. Innerhalb eines vorgegebenen Bereichs der Bewegung der Ankerplatte von der Position smaxS hin zu der Position smaxO oder umgekehrt wirkt jedoch keine Kraft auf die Ankerplatte ein, die hervorgerufen ist durch den ersten oder zweiten Elektromagneten. Dieser Be­ reich des Fluges der Ankerplatte wird als Freiflug FF be­ zeichnet. Es gelten dann folgende Beziehungen:
If the anchor plate 116 is brought from the system to one of the system surfaces 115 a, 115 b to the system with the other system surface 115 a, 115 b, the current of the coil is assigned to the electromagnet and its system surface the anchor plate 116 is turned off and the kerplatte begins to detach from the contact surface after a predetermined adhesive time and swings in the direction of the other contact surface, the coil of this other contact surface then being energized accordingly to the anchor plate 116 in contact with the contact surface bring to. However, within a predetermined range of movement of the armature plate from the position s maxS to the position s maxO or vice versa, no force acts on the armature plate which is caused by the first or second electromagnet. This range of the flight of the anchor plate is referred to as free flight FF. The following relationships then apply:

wobei
sREF eine vorgegebene Referenzposition des Freiflugs ist,
vIST,REF der Istwert der Geschwindigkeit bei der Referenzposi­ tion sREF ist, der durch Differenzieren des Meßsignals des Po­ sitionssensors 119 ermittelt wird und vREF ein vorgegebener Referenzwert der Geschwindigkeit bei der Referenzposition ist und zwar unter der Annahme, daß keine Dämpfung vorhanden ist. Daraus ergibt sich für die Eigenfrequenz ω im aktuellen Be­ triebszustand
in which
s REF is a predefined reference position for free flight,
v ACTUAL, REF is the actual value of the speed at the reference position s REF , which is determined by differentiating the measurement signal from the position sensor 119 and v REF is a predetermined reference value of the speed at the reference position, assuming that there is no damping . This results in the natural frequency ω in the current operating state

Mit
With

ergibt sich aus (F18):
results from (F18):

In Fig. 3 ist ein Ablaufdiagramm zum Ermitteln der Stellsi­ gnale für den Stellantrieb 11 dargestellt. Das Ablaufdiagramm ist in Form eines Programms in der Steuereinheit 31 der Steu­ ereinrichtung 3 gespeichert und wird dort abgearbeitet. Das Programm wird in einem Schritt S1 gestartet. In einem Schritt S2 werden die Eigenfrequenz ω und die ideale Eigenfrequenz ω0 aus einem Speicher eingelesen. Die Eigenfrequenz ω und die ideale Eigenfrequenz ω0 sind entweder in einem vorausgegange­ nen Durchlauf des Programms berechnet worden oder liegen als vorgegebene Werte vor, falls der Stellantrieb erstmalig in Betrieb genommen wird oder repariert worden ist.In Fig. 3, a flow chart for determining the Stellsi signals for the actuator 11 is shown. The flow chart is stored in the form of a program in the control unit 31 of the control device 3 and is processed there. The program is started in a step S1. In a step S2, the natural frequency ω and the ideal natural frequency ω 0 are read from a memory. The natural frequency ω and the ideal natural frequency ω 0 have either been calculated in a previous run of the program or are available as predetermined values if the actuator is started up for the first time or has been repaired.

In einem Schritt S3 wird geprüft, ob der Stellantrieb in ei­ nem Betriebszustand BZ des Ausschwingens A ist. In dem Be­ triebszustand des Ausschwingens A schwingt die Ankerplatte 116 ausgehend von einer Anlage an der ersten oder zweiten An­ lagefläche zwischen der Schließposition smaxS und der Offenpo­ sition smaxO hin und her, bis sie stationär die Ruheposition S0 einnimmt. In dem Betriebszustand des Ausschwingens werden weder die erste Spule noch die zweite Spule bestromt. Somit wirken keine Kräfte auf den Anker ein, die durch die Elektro­ magnete hervorgerufen sind.In a step S3 it is checked whether the actuator is in an operating state BZ of swinging out A. In the operating state of swinging out A, the anchor plate 116 swings back and forth starting from a system on the first or second contact surface between the closed position s maxS and the open position s maxO until it assumes the rest position S 0 in a stationary manner . In the swing-out operating state, neither the first coil nor the second coil is energized. Thus, no forces act on the armature, which are caused by the electro magnets.

In einem Schritt S4 wird geprüft, ob die Ankerplatte minde­ stens eine Halbschwingung durchgeführt hat. Die Bedingung des Schritts S4 ist beispielsweise dann erfüllt, wenn die Anker­ platte 116 von ihrer ursprünglichen Anlage an der Schließpo­ sition Smax annähernd hin zu der Offenposition SmaxO geschwun­ gen ist. Ist dies der Fall, so gibt das Gaswechselventil und die Ausnehmung in dem Zylinderkopf von dem Inneren des Zylin­ ders 23 hin zu dem Ansaugtrakt 22 oder einem Abgaskanal frei und eine Druckdifferenz zwischen dem Druck in dem Zylinder und einem Druck in dem Abgaskanal oder dem Ansaugtrakt 22 wird stark verringert. Damit nimmt die Summe der Gaskräfte ab, die auf den Teller 112 des Gaswechselventiles wirken. Die Summe der Gaskräfte ist nach der ersten Halbwelle dann ver­ nachlässigbar. Diese Kräfte stellen eine Störgröße bei der Berechnung der idealen Eigenfrequenz ω0 dar. Ist die Bedin­ gung des Schritts S4 erfüllt, so ist der Einfluß der letztge­ nannten Störgröße gering. In a step S4 it is checked whether the anchor plate has carried out at least one half oscillation. The condition of step S4 is fulfilled, for example, when the anchor plate 116 has swung approximately from its original contact at the closing position S max to the open position S maxO . If this is the case, the gas exchange valve and the recess in the cylinder head from the interior of the cylinder 23 towards the intake tract 22 or an exhaust duct releases and a pressure difference between the pressure in the cylinder and a pressure in the exhaust duct or the intake tract 22 is greatly reduced. The sum of the gas forces that act on the plate 112 of the gas exchange valve thus decreases. The sum of the gas forces is then negligible after the first half-wave. These forces represent a disturbance in the calculation of the ideal natural frequency ω 0. If the condition of step S4 is met, the influence of the last-mentioned disturbance is small.

In einem Schritt S5 wird durch Auswerten der gemessenen Posi­ tionen und erfaßten Zeitpunkten mit den Beziehungen (F11) und (F12) die Dämpfung DA und Eigenfrequenz ωA während des Aus­ schwingens berechnet. In einem Schritt S6 wird anschließend die ideale Eigenfrequenz ω0 mit der Beziehung (F13) berech­ net.In a step S5, the damping D A and natural frequency ω A during the swinging out are calculated by evaluating the measured positions and recorded times with the relationships (F11) and (F12). In a step S6, the ideal natural frequency ω 0 is then calculated using the relationship (F13).

In einem Schritt S7 wird das Programm dann beendet. Das Pro­ gramm wird dann nach einer vorgegebenen Wartezeitdauer oder wenn ein vorgegebenes Ereignis eintritt erneut in dem Schritt 51 gestartet.The program is then ended in a step S7. The program is then started again in step 51 after a predetermined waiting period or when a predetermined event occurs.

Ist in dem Schritt S3 der Betriebszustand des Stellantriebs nicht der des Ausschwingens A, so wird in einem Schritt S9 geprüft, ob die Ankerplatte 116 im Freiflug FF ist. Die An­ kerplatte ist bei jedem Wechsel von der Schließposition smaxS hin zu der Offenposition smaxO innerhalb eines vorgegebenen Bereichs im Freiflug. Der vorgegebene Bereich ist der Be­ reich, in dem die Kräfte vernachlässigbar sind, die durch die Elektromagnete auf den Anker ausgeübt werden. Innerhalb die­ ses Bereichs kann einfach die unter den aktuell herrschenden Betriebsbedingungen vorliegende Dämpfung die bestimmt werden. Dazu wird in einem Schritt S10 geprüft, ob die Position s der Ankerplatte 116 gleich ist einer vorgegebenen Referenzpositi­ on sREF. Ist dies nicht der Fall, so wird nach einer vorgege­ benen Wartezeit die Bedingung des Schritts S10 erneut ge­ prüft. Ist dies hingegen der Fall, so wird in einem Schritt S11 die aktuelle Dämpfung D abhängig von den Beziehungen (F16), (F17) und (F19) ermittelt. sREF ist die vorgegebene Re­ ferenzposition, vREF ist die zu der Referenzposition sREF durch Versuche oder Simulation oder Berechnung ermittelte Geschwin­ digkeit des Ankers, falls keine Dämpfung vorhanden ist. vIST,REF ist der Istwert der Geschwindigkeit bei der Referenz­ position sREF, der durch Ableitung der durch den Positionssen­ sor 119 erfaßten Position ermittelt wird. If the operating state of the actuator is not that of the swing-out A in step S3, it is checked in step S9 whether the anchor plate 116 is in free flight FF. Each time the anchor plate changes from the closed position s maxS to the open position s maxO, it is in free flight within a specified range. The predetermined range is the range in which the forces exerted by the electromagnets on the armature are negligible. The damping present under the prevailing operating conditions can easily be determined within this range. For this purpose, it is checked in a step S10 whether the position s of the anchor plate 116 is equal to a predetermined reference position s REF . If this is not the case, the condition of step S10 is checked again after a predetermined waiting time. If this is the case, however, the current damping D is determined in a step S11 depending on the relationships (F16), (F17) and (F19). s REF is the predefined reference position, v REF is the armature speed determined for the reference position s REF by experiments or simulation or calculation, if there is no damping. v ACTUAL, REF is the actual value of the speed at the reference position s REF , which is determined by deriving the position detected by the position sensor 119 .

In einem Schritt S12 wird eine Eigenfrequenz ω mit der Be­ ziehung (F20) ermittelt.In a step S12, a natural frequency ω with the Be drawing (F20) determined.

In einem Schritt S13 wird geprüft, ob der Anker weiterhin im Freiflug ist oder auch ob die Position des Ankers einen vor­ gegebenen Schwellenwert erreicht hat. Ist die Bedingung des Schritts S13 erfüllt, so wird die Bearbeitung in einem Schritt 14 fortgesetzt. Ist dies jedoch nicht der Fall, so wird nach einer vorgegebenen Wartezeit die Bedingung des Schritts S13 erneut geprüft. In dem Schritt S14 wird ein Sollwert VSOLL mit der Beziehung
In a step S13 it is checked whether the anchor is still in free flight or whether the position of the anchor has reached a predetermined threshold. If the condition of step S13 is fulfilled, the processing is continued in a step 14 . However, if this is not the case, the condition of step S13 is checked again after a predetermined waiting time. In step S14, a target value V TARGET with the relationship

ermittelt.determined.

In einem Schritt S15 erzeugt ein Regler ein Stellsignal für den Stellantrieb abhängig von der Differenz des Sollwertes und des Istwertes VSOLL, VIST der Geschwindigkeit. Der Regler ist vorzugsweise als PI-Regler ausgebildet und das Stellsi­ gnal ist vorzugsweise ein Spannungssignal oder Stromsignal, mit dem die Spule des jeweils fangenden Elektromagneten be­ aufschlagt wird.In a step S15, a controller generates an actuating signal for the actuator depending on the difference between the target value and the actual value V SET , V ACTUAL speed. The controller is preferably designed as a PI controller and the Stellsi signal is preferably a voltage signal or current signal with which the coil of the catching electromagnet is opened.

Durch das bei jeden Programmdurchlauf erfolgende Berechnen des Sollwertes VSOLL der Geschwindigkeit im Schritt S14 ist gewährleistet, daß die Ankerplatte nahezu mit der Geschwin­ digkeit null auf die jeweilige Anlagefläche trifft. Somit er­ zeugt das Auftreffen der Ankerplatte 116 auf eine der Anlage­ flächen 115a, 115b nur einen sehr geringen Schall.The calculation of the setpoint V DESIR of the speed in step S14, which takes place with each program run, ensures that the anchor plate meets the respective contact surface almost at zero speed. Thus he testifies the impact of the anchor plate 116 on one of the system surfaces 115 a, 115 b only a very low sound.

Vorzugsweise wird die von dem Positionssensor 119 erfaßte Po­ sition s mit einer vorgegebenen Abtastzeit (z. B. 50 µsec) erfaßt und anschließend in einem Filter gefiltert, das vor­ zugsweise als FIR-Filter ausgebildet ist. Zum Berechnen des Istwertes VIST der Geschwindigkeit ist vorzugsweise ein Diffe­ renzierer vorgesehen, der die gefilterte Position differen­ ziert.The position s detected by the position sensor 119 is preferably detected with a predetermined sampling time (for example 50 μsec) and then filtered in a filter which is preferably designed as an FIR filter. To calculate the actual value VIST of the speed, a differentiator is preferably provided, which differentiates the filtered position.

Das Programm gemäß Fig. 3 zeichnet sich aus durch eine kurze Rechenzeit und seine Einfachheit. Nur wenige Parameter müssen vor dem Betrieb des Stellantriebs eingestellt werden und es sind keine Kennfelder vorhanden. Dies hat den Vorteil, daß ein kostengünstiger Mikroprozessor und kleiner Datenspeicher vorgesehen sein kann. In einer alternativen Ausführungsform kann das Programm auch in einem sogenannten Field Programma­ ble Gate Array (FPGA) realisiert sein. Bei einem Einsatz des Stellantriebs in einer Brennkraftmaschine sind gewöhnlicher­ weise mehrere derartige Stellantriebe der Brennkraftmaschine angeordnet. Dabei werden die Schritte des Programms gemäß Fig. 3 für jeden Stellantrieb einzeln durchgeführt. Dies hat den Vorteil, daß fertigungsbedingte und durch Alterung her­ rührende Toleranzen und Ungenauigkeiten des Stellantriebs für jeden Stellantrieb einzeln korrigiert werden können.The program according to FIG. 3 is characterized by a short computing time and its simplicity. Only a few parameters need to be set before operating the actuator and there are no maps. This has the advantage that an inexpensive microprocessor and small data memory can be provided. In an alternative embodiment, the program can also be implemented in a so-called field programmable gate array (FPGA). When using the actuator in an internal combustion engine, several such actuators of the internal combustion engine are usually arranged. The steps of the program according to FIG. 3 are carried out individually for each actuator. This has the advantage that manufacturing-related tolerances and inaccuracies of the actuator resulting from aging can be corrected individually for each actuator.

Claims (8)

1. Verfahren zum Regeln eines elektromechanischen Stellan­ triebs (11) mit mindestens einem Elektromagneten und einem Anker, der mit mindestens einem Rückstellmittel (118a, 118b) mechanisch gekoppelt ist und der zwischen einer ersten Anla­ gefläche (115a) an dem Elektromagneten und einer weiteren An­ lagefläche (115b) beweglich ist, wobei ein Regler (R) vorge­ sehen ist, dessen Regel- und Führungsgröße die Geschwindig­ keit des Ankers ist und der ein Stellsignal für den Stellan­ trieb (11) erzeugt, bei dem
  • 1. ein Sollwert (vSOLL) der Geschwindigkeit des Ankers abhängig von seiner Position (s) und der Summe der kinetischen und potentiellen Energie des Ankers und des mindestens einen Rückstellmittels (118a, 118b) ermittelt wird.
1. A method for controlling an electromechanical actuator ( 11 ) with at least one electromagnet and an armature which is mechanically coupled to at least one resetting means ( 118 a, 118 b) and which is between a first contact surface ( 115 a) on the electromagnet and a further contact surface ( 115 b) is movable, a controller (R) being provided, the control and command variable of which is the speed of the armature and which generates an actuating signal for the actuator ( 11 ) in which
  • 1. a target value (v SET ) of the speed of the armature is determined depending on its position (s) and the sum of the kinetic and potential energy of the armature and the at least one resetting means ( 118 a, 118 b).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der kinetischen und potentiellen Energie geschätzt wird abhängig von dem Abstand der beiden Anlageflächen von einer Ruheposition (s0) des Ankers.2. The method according to claim 1, characterized in that the sum of the kinetic and potential energy is estimated depending on the distance between the two contact surfaces from a rest position (s 0 ) of the armature. 3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert (vSOLL) abhängt von der Ei­ genfrequenz (ω) eines Schwingers, der durch den Anker und das mindestens eine Rückstellmittel (118a, 118b) gebildet wird.3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the target value (V TARGET ) depends on the egg gene frequency (ω) of an oscillator, which is formed by the armature and the at least one resetting means ( 118 a, 118 b). 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eigenfrequenz abhängt von einer idealen Eigenfrequenz (ω0), die während eines Betriebszustands (BZ) des Ausschwingens (A) des Ankers ermittelt wird.4. The method according to claim 3, characterized in that the natural frequency depends on an ideal natural frequency (ω 0 ), which is determined during an operating state (BZ) of the swing-out (A) of the armature. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß während des Betriebszustands (BZ) des Ausschwingens (A)
  • 1. eine Eigenfrequenz (ωA) unter Berücksichtigung der Dämpfung des Schwingers ermittelt wird,
  • 2. die Dämpfung (DA) des Schwingers aus der Veränderung der Amplituden der Schwingungen des Ankers ermittelt wird und
  • 3. die ideale Eigenfrequenz (ω0) ermittelt wird abhängig von der Dämpfung (DA) und der Eigenfrequenz (ωA) unter Berück­ sichtigung der Dämpfung.
5. The method according to claim 4, characterized in that during the operating state (BZ) of swinging out (A)
  • 1. a natural frequency (ω A ) is determined taking into account the damping of the vibrator,
  • 2. the damping (D A ) of the vibrator is determined from the change in the amplitudes of the vibrations of the armature and
  • 3. The ideal natural frequency (ω 0 ) is determined depending on the damping (D A ) and the natural frequency (ω A ) taking into account the damping.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schritte des Anspruchs 5 frühestens nach der ersten Halbperi­ ode der Schwingung des Ankers während des Betriebszustands (BZ) des Ausschwingens (A) durchgeführt werden.6. The method according to claim 5, characterized in that the Steps of claim 5 at the earliest after the first half period or the vibration of the armature during the operating state (BZ) of swinging out (A). 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Eigenfrequenz (ω) abhängt von einem Schätzwert (D) der Dämpfung außerhalb des Betriebszustands des Ausschwingens (A) und daß der Schätzwert (D) der Dämpfung des Schwingers während des Freiflugs (FF) des Ankers bestimmt wird, wobei der Freiflug (FF) dadurch charakterisiert ist, daß die Kraft vernachlässigbar ist, die durch den Elektroma­ gneten auf den Anker ausgeübt wird.7. The method according to any one of claims 3 to 6, characterized ge indicates that the natural frequency (ω) depends on one Estimated value (D) of the damping outside the operating state of decay (A) and that the estimate (D) of damping of the transducer during the free flight (FF) of the anchor the free flight (FF) is characterized by that the force that can be neglected by the electroma was exercised on the anchor. 8. Einrichtung zum Regeln eines elektromechanischen Stellan­ triebs (11) mit mindestens einem Elektromagneten und einem Anker, der mit mindestens einem Rückstellmittel (118a, 118b) mechanisch gekoppelt ist und der zwischen einer ersten Anla­ gefläche (115a) an dem Elektromagneten und einer weiteren An­ lagefläche (115b) beweglich ist, wobei ein Regler (R) vorge­ sehen ist, dessen Regel- und Führungsgröße die Geschwindig­ keit des Ankers ist und der ein Stellsignal für den Stellan­ trieb (11) erzeugt, und ein Sollwert (vSOLL) der Geschwindig­ keit des Ankers abhängt von seiner Position (s) und der Summe der kinetischen und potentiellen Energie des Ankers und des mindestens einen Rückstellmittels (118a, 118b).8. Device for controlling an electromechanical actuator ( 11 ) with at least one electromagnet and an armature, which is mechanically coupled to at least one resetting means ( 118 a, 118 b) and which is between a first contact surface ( 115 a) on the electromagnet and a further contact surface ( 115 b) is movable, a controller (R) being provided, the control and command variable of which is the speed of the armature and which generates an actuating signal for the actuator ( 11 ), and a setpoint (v SHOULD ) the speed of the armature depends on its position (s) and the sum of the kinetic and potential energy of the armature and the at least one restoring means ( 118 a, 118 b).
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