DE19852230A1

DE19852230A1 - Position detection method for oscillating magnetic armature e.g. for engine valve operating device, uses electronic evaluation of voltage signal provided by displacement sensor attached to armature

Info

Publication number: DE19852230A1
Application number: DE19852230A
Authority: DE
Inventors: Konrad Reif
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1998-11-12
Filing date: 1998-11-12
Publication date: 2000-05-18
Anticipated expiration: 2018-11-13
Also published as: DE19852230B4

Abstract

The position detection method uses a displacement sensor attached to the magnetic armature, providing a voltage signal dependent on the armature movement, fed to an electronic evaluation device for determining the armature velocity, with the sign of the calculated velocity used for differentiating between the 2 end positions of the armature.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Position eines zwi schen zwei Magnetspulen oszillierend bewegten Ankers, insbesondere eines solchen, der ein Brennkraftmaschinen-Hubventil betätigt, mittels eines an die Bewegung des Ankers gekoppelten Wegaufnehmers, der wegabhängig ein elektrisches Spannungssignal abgibt, dabei jedoch die beiden möglichen Endlagen des Ankers nicht exakt voneinander unterscheiden kann. Zum technischen Umfeld wird neben der DE 197 06 106 A1 auf die nicht vorver öffentlichte deutsche Patentanmeldung 198 34 548.8 verwiesen.The invention relates to a method for determining the position of a two rule two magnet coils oscillating armature, especially one those that actuates an internal combustion engine lift valve, by means of a to the Movement of the armature coupled displacement transducer, which depends on the path emits electrical voltage signal, but the two possible End positions of the armature can not be differentiated exactly. To the technical environment is in addition to DE 197 06 106 A1 on the not vorver published German patent application 198 34 548.8.

Beispielsweise in Verbindung mit der Betätigung der den Ladungswechsel einer Brennkraftmaschine steuernden Hubventile durch sog. elektromagneti sche Aktuatoren ist es besonders vorteilhaft, die jeweils aktuelle Position des oszillierend bewegten Hubventiles bzw. des dieses betätigenden, zwischen den beiden Magnetspulen des elektromagnetischen Aktuators oszillierend bewegten Ankers zu kennen. Damit ist es nämlich möglich, durch eine ge eignete Bestromung der Aktuator-Magnetspulen den Anker bzw. das Hub ventil in einer gewünschten Weise zu betätigen.For example in connection with the actuation of the charge change a lift valve controlling an internal combustion engine by so-called electromagnetic cal actuators, it is particularly advantageous to the current position of the oscillating stroke valve or this actuating, between the two magnetic coils of the electromagnetic actuator oscillating to know moving anchor. This is because it is possible through a ge suitable energization of the actuator magnet coils the armature or the stroke to operate the valve in a desired manner.

Zur Ermittlung der jeweils aktuellen Ankerposition kann dabei ein an sich bekannter Wegaufnehmer zum Einsatz kommen, der - angekoppelt an die Bewegung bspw. des Ankers - wegabhängig ein elektrisches Spannungs signal abgibt. Ein Beispiel für einen derartigen Wegaufnehmer bzw. Sensor, der auf Basis des magnetoresistiven Effektes arbeitet, ist in der eingangs erstgenannten DE 197 06 106 A1 gezeigt.To determine the current anchor position in each case, one per se known displacement transducers are used, which - coupled to the Movement of the armature - depending on the path, an electrical voltage signal. An example of such a displacement sensor or sensor, which works on the basis of the magnetoresistive effect is in the beginning first mentioned DE 197 06 106 A1 shown.

In Versuchen hat sich jedoch herausgestellt, daß ein solcher magnetoresisti ver Sensor in den Endlagenbereichen des Ankers, wenn dieser sich also nahe einer der beiden Magnetspulen befindet, ein nichtlineares Ausgangs signal erzeugt und somit in diesen Endlagenbereichen die Ankerposition nicht ausreichend genau wiedergeben kann. In anderen Worten ausge drückt, ist die Auflösung dieses Wegaufnehmers in den Endlagenbereichen des Ankers nicht ausreichend hoch. Nun kann diese Problematik dadurch gelöst werden, daß entweder der Gebermagnet des magnetoresistiven Sen sors oder magnetoresistive Sensor selbst gegenüber der üblichen Einbau richtung um 90° verdreht angeordnet wird, da damit die Auflösung des Wegaufnehmers/Sensors in den Endlagenbereichen des Ankers erheblich erhöht wird, während der zwischen diesen Endlagenbereichen mittlere Be reich des Ankerweges dann nicht mehr so genau erfaßt werden kann, was aber für den bevorzugten Anwendungsfall, nämlich in Verbindung mit einem elektromagnetischen Aktuator für ein Brennkraftmaschinen-Hubventil auch nicht erforderlich ist. Jedoch ergibt sich dann ein neues Problem, nämlich daß sich mit dieser neuen Gebermagnet- oder Sensor-Anordnung eine Mehrdeutigkeit des Sensorsignales einstellt, d. h. daß nicht mehr erkennbar ist, auf welcher der beiden Seiten - bezogen auf die Mitte des möglichen An kerweges - sich der Anker befindet. In anderen Worten ausgedrückt bedeu tet dies, daß der Wegaufnehmer insbesondere in den Endlagenbereichen des Ankers ausreichend genau feststellen kann, wie weit der Anker von ei ner der beiden Magnetspulen entfernt ist, es läßt sich jedoch nicht feststel len, nahe welcher der beiden (möglichen) Magnetspulen sich der Anker ak tuell befindet.However, tests have shown that such a magnetoresisti ver sensor in the end positions of the armature, if this is so located near one of the two solenoids, a non-linear output signal generated and thus the anchor position in these end positions cannot reproduce sufficiently accurately. In other words, out presses is the resolution of this displacement sensor in the end position areas the anchor is not high enough. Now this problem can be solved be solved that either the sensor magnet of the magnetoresistive Sen sors or magnetoresistive sensor itself compared to the usual installation direction is rotated by 90 °, since this dissolves the Displacement sensor / sensors in the end positions of the armature considerably is increased, while the average between these end position ranges realm of the anchor path can no longer be grasped as exactly what but for the preferred application, namely in connection with a electromagnetic actuator for an internal combustion engine lift valve too is not required. However, a new problem then arises, namely that with this new sensor magnet or sensor arrangement Sets ambiguity of the sensor signal, d. H. that no longer recognizable is on which of the two sides - in relation to the middle of the possible An kerweges - the anchor is located. In other words, meaning this is that the displacement transducer especially in the end position areas of the anchor can determine with sufficient accuracy how far the anchor is from egg ner of the two solenoids is removed, but it cannot be determined len, near which of the two (possible) magnetic coils the armature ak is located.

Eine Abhilfemaßnahme für diese zuletzt geschilderte Problematik aufzuzei gen, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung. Dabei sei ausdrücklich darauf hingewiesen, daß diese Problematik selbstverständlich nicht auf magnetore sistive Sensoren an elektromagnetischen Aktuatoren für die Betätigung von Brennkraftmaschinen- Hubventilen beschränkt ist; vielmehr kann diese Pro blematik auch bei anderen an die Bewegung eines zwischen zwei Magnet spulen oszillierend bewegten Ankers gekoppelten Wegaufnehmern auftre ten, die zwar wegabhängig ein (ausreichend genaues) elektrisches Span nungssignal abgeben, dabei jedoch die beiden möglichen Endlagen des An kers nicht (exakt) voneinander unterscheiden können. Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß das Signal des Wegaufnehmers zusätzlich in eine die Geschwindigkeit des Ankers vorzei chenbehaftet ermittelnde elektronische Auswerteeinheit eingespeist wird, so daß aus dem Vorzeichen der Anker-Geschwindigkeit feststellbar ist, welcher der beiden Endlagen sich der Anker nähert. Eine vorteilhafte Weiterbildun gen ist im abhängigen Anspruch aufgeführt.A remedial measure for this problem described last gene is the object of the present invention. It is expressly on it pointed out that this problem is of course not on magnetore sistive sensors on electromagnetic actuators for the actuation of Internal combustion engine lift valves is limited; rather, this pro Another problem with the movement of one between two magnets coils oscillating moving armature coupled displacement transducers ten, which, depending on the path, have an (adequately accurate) electrical span output signal, however, the two possible end positions of the An kers can not (exactly) distinguish from each other. The solution to this problem is characterized in that the signal of In addition, the displacement sensor shows the speed of the armature electronic evaluation unit, which is loaded with chemicals, is fed in that it can be determined from the sign of the anchor speed, which one the anchor approaches the two end positions. An advantageous training gene is listed in the dependent claim.

Erfindungsgemäß ist die zeitliche Entwicklung des vom Wegaufnehmer bzw. Sensor abgegebenen (elektrischen Spannungs-)Signals auswertbar, d . h. es wird der Bewegungszustand erkannt, in welchem sich der Anker, ausgehend von einer der beiden Endlage, auf die Mittellage - (diese befindet sich exakt in der Mitte zwischen den beiden Magnetspulen) - zubewegt. Dabei kann das Sensorsignal gleichzeitig für eine Berechnung bzw. ausreichend genaue Schätzung der Geschwindigkeit und Beschleunigung des Ankers herange zogen werden, so wie dies bspw. in der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung 198 34 548.8 beschrieben ist. Aus dieser Analyse des Bewegungszustandes ergibt sich somit, in welche Richtung sich der Anker bewegt d. h. die Ankergeschwindigkeit wird vorzeichenbehaftet ermittelt, so daß bspw. ein positiver Wert für die Ankergeschwindigkeit für eine Annähe rung des Ankers an die untere, im Anwendungsfall nach der eingangs ge nannten DE 197 06 106 A1 das Hubventil öffnenden Magnetspule steht, während ein negativer Wert für die Ankergeschwindigkeit dann für eine An näherung des Ankers an die obere, im Anwendungsfall nach der eingangs genannten DE 197 06 106 A1 das Hubventil schließende Magnetspule steht.According to the invention, the temporal development of the Sensor output (electrical voltage) signal evaluable, d. H. it the state of motion in which the anchor is starting is recognized from one of the two end positions to the middle position - (this is exactly in the middle between the two solenoids) - moved. It can the sensor signal simultaneously for a calculation or sufficiently accurate Estimation of the speed and acceleration of the anchor be drawn, as is the case, for example, in the unpublished German Patent application 198 34 548.8 is described. From this analysis of the Movement state thus results in which direction the anchor is moved d. H. the anchor speed is determined with a sign, so that, for example, a positive value for the anchor speed for a proximity the anchor to the lower one, in the application case after the entry named DE 197 06 106 A1 the solenoid opening the solenoid valve, while a negative value for the anchor speed then for an on Approach of the anchor to the upper one, in the application after the entrance mentioned DE 197 06 106 A1 the solenoid valve closes the lift valve.

Mit dem vom Wegaufnehmer bzw. Sensor abgegebenen elektrischen Span nungs-Signal kann somit direkt festgestellt werden, wie weit der hinsichtlich seiner Wegstrecke zu untersuchende Anker von einer der beiden Magnet spulen entfernt ist, und über die zeitliche Betrachtung des Sensor-Signales ist es somit möglich, festzustellen, von welcher der beiden Magnetspulen sich der Anker aktuell entfernt (bzw. auf welche der beiden Magnetspulen sich der Anker aktuell hinbewegt). Somit kann bei Überschreiten der Anker-Mit tellage jedes Sensorsignal in korrekter Weise einem definierten Ankerhub bzw. exakt einer konkreten Ankerposition zugeordnet werden.With the electrical chip emitted by the displacement transducer or sensor voltage signal can thus be directly determined how far the regarding Anchor to be examined by one of the two magnets coil is removed, and the temporal consideration of the sensor signal it is thus possible to determine which of the two solenoids the armature is currently moving away (or onto which of the two solenoids the anchor is currently moving). Thus, if the anchor Mit is exceeded tellage each sensor signal in the correct way to a defined anchor stroke or exactly assigned to a specific anchor position.

Im Rahmen einer Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, den - wie eingangs genannt - insbesondere im Bereich der Mittellage stark nichtlinea ren Zusammenhang zwischen dem Ankerhub und dem Sensorsignal über geeignet zu wählende Kennfelder oder Tabellen nachzubilden, d. h. daß zu mindest bereichsweise die Ankerposition mittels einer in einer elektronischen Auswerteeinheit abgelegten Kennlinie oder dgl. ermittelt wird, während ins besondere in den hochaufgelösten Endbereichen der Ankerposition, in de nen ein linearer Zusammenhang zwischen dem Sensor-Signal und dem An kerhub (bzw. der vom Anker zurückgelegten Wegstrecke) besteht, eine di rekte Umrechnung des Sensorsignales in den Ankerhub (bspw. mittels eines Multiplikationsfaktors) möglich ist.As part of a further development of the invention, it is proposed how mentioned at the beginning - especially in the area of the middle layer, strongly non-linear Ren relationship between the armature stroke and the sensor signal reproduce maps or tables that are suitable for selection, d. H. that too at least in some areas the anchor position by means of an electronic one Evaluation unit stored characteristic or the like. Is determined while ins especially in the high-resolution end areas of the anchor position, in de a linear relationship between the sensor signal and the on kerhub (or the distance covered by the anchor), a di Right conversion of the sensor signal into the armature stroke (e.g. using a Multiplication factor) is possible.

Weiterhin wurde bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens festgestellt, daß geringfügige Störanteile, die sich in Form von Offsets auf grund von Ungenauigkeiten in der Ansteuerungs- und Auswerteelektronik im Sensorsignal befinden, dadurch eliminiert werden können, daß in den End lagen des Ankers ein elektronischer Abgleich des Sensor- bzw. Wegauf nehmer-Signales mit der physikalischen Anker-Endlage vorgenommen wird. Diese ohne diese zusätzliche Maßnahme eventuell vorhandenen Offsets können sich insbesondere in den Endlagenbereichen in Form von Meßfeh lern bemerkbar machen, da dort das Sensorsignal weiterhin relativ klein ist und dadurch die annähernd konstanten Offsets im Vergleich dazu ein relativ großes Gewicht erhalten. Dieser störende Einfluß kann nun aber durch eine geeignete Kalibrierung minimiert werden: Da nämlich die Endlagen des An kers physikalisch durch dessen Endanschläge festgelegt und daher bekannt sind, können diese zur Kalibrierung bzw. Eichung des Sen sors/Wegaufnehmers benutzt werden.Furthermore, when carrying out the method according to the invention found that minor interference, which is in the form of offsets due to inaccuracies in the control and evaluation electronics in the Sensor signal are located, can be eliminated in that in the end the anchor was electronically balanced by the sensor or displacement is made with the physical anchor end position. Any offsets that may exist without this additional measure can in particular in the end position in the form of measuring errors learn noticeably, since the sensor signal is still relatively small there and thereby the approximately constant offsets a relative in comparison get great weight. This disruptive influence can now be caused by a suitable calibration can be minimized: Because the end positions of the An kers physically determined by its end stops and therefore known they can be used for calibration or calibration of the Sen sors / displacement transducers can be used.

Zusammenfassend ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren somit mög lich, auch einen Wegaufnehmer zu verwenden, der nicht in der Lage ist, die beiden möglichen Endlagen des Ankers voneinander zu unterscheiden, wo bei nun derart genaue Informationen über die Position des Ankers zwischen den beiden Magnetspulen erhalten werden können, daß beim bevorzugten Anwendungsfall, nämlich der Betätigung von Brennkraftmaschinen-Hub ventilen, nahezu jede gewünschte Betätigung derselben umsetzbar ist.In summary, it is thus possible with the method according to the invention Lich also use a displacement sensor that is not able to distinguish between the two possible end positions of the anchor, where with such precise information about the position of the anchor between the two solenoids can be obtained that the preferred Use case, namely the actuation of an internal combustion engine stroke valves, almost any desired operation of the same can be implemented.

Claims

1. A method for determining the position of an armature which moves in an oscillating manner between two solenoids, in particular one which actuates an internal combustion engine lift valve, by means of a displacement transducer which is coupled to the movement of the armature and which emits an electrical voltage signal depending on the path, but in this case the two possible ones End positions of the armature cannot differentiate from one another, characterized in that the signal of the displacement sensor is additionally fed into an electronic evaluation unit which determines the speed of the armature with a sign, so that the sign of the armature speed can be used to determine which of the two end positions is used Anchor approaches.

2. The method according to claim 1, characterized in that based on the electrical voltage signals of the displacement sensor the anchor position at least in the area wise by means of a stored in an electronic evaluation unit Characteristic curve is determined, while in the end positions an electronic Comparison of the displacement sensor signal with the physical An ker end position is made.