DE19911863A1 - Schaltungsanordnung zum Steuern eines Aktuators - Google Patents
Schaltungsanordnung zum Steuern eines AktuatorsInfo
- Publication number
- DE19911863A1 DE19911863A1 DE19911863A DE19911863A DE19911863A1 DE 19911863 A1 DE19911863 A1 DE 19911863A1 DE 19911863 A DE19911863 A DE 19911863A DE 19911863 A DE19911863 A DE 19911863A DE 19911863 A1 DE19911863 A1 DE 19911863A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- actuator
- current control
- current
- circuit arrangement
- circuit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D9/00—Controlling engines by throttling air or fuel-and-air induction conduits or exhaust conduits
- F02D9/08—Throttle valves specially adapted therefor; Arrangements of such valves in conduits
- F02D9/10—Throttle valves specially adapted therefor; Arrangements of such valves in conduits having pivotally-mounted flaps
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Control Of Direct Current Motors (AREA)
- Manipulator (AREA)
- Electrically Driven Valve-Operating Means (AREA)
- Reciprocating, Oscillating Or Vibrating Motors (AREA)
Abstract
Beschrieben wird eine Schaltungsanordnung zum Steuern eines Aktuators mit DOLLAR A - einer im wesentlichen eine Gleichspannung abgebenden Quelle zum Zuführen elektrischer Energie zum Aktuator, DOLLAR A - einem ersten Steuerpfad, der eine mit ihren Endanschlüssen an Pole der Quelle angeschlossene Reihenschaltung aus einem zur Energiezufuhr an den Aktuator steuerbaren ersten Stromsteuerelement und einem ersten Freilaufelement umfaßt, DOLLAR A - wobei der Aktuator mit einem ersten seiner Anschlüsse an einen ersten Verbindungspunkt zwischen dem ersten Stromsteuerelement und dem ersten Freilaufelement angeschlossen und mit einem zweiten seiner Anschlüsse mit dem an das erste Freilaufelement angeschlossenen ersten Pol der Quelle gekoppelt ist. DOLLAR A Eine solche Schaltungsanordnung ist sehr einfach aufgebaut und damit kostengünstig und betriebssicher.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Steuern eines Aktuators.
Aktuatoren, insbesondere solche in einsträngiger Ausbildung mit Permanentmagneten,
eignen sich bevorzugt zum Betätigen mechanischer Stellvorrichtungen durch elektrische
Ströme. Ihr Vorteil liegt unter anderem darin, eine eindeutige, vorzugsweise auch im
wesentlichen lineare Kennlinie zwischen dem ihnen zugeführten Strom und dem von
ihnen erzeugten Drehmoment bzw. der von ihnen erzeugten Kraft aufzuweisen.
Insbesondere weist diese Kennlinie keine Hysterese auf.
Aus der US-PS 5,347,419 ist eine Treiberschaltung für eine Zylinderspule bekannt, wie sie
vorzugsweise in elektrischen Relais zur Anwendung gelangt. Die in dieser Patentschrift
beschriebene Schaltung speist die Zylinderspule mit einem anfänglichen Aktivierungsstrom
während einer vorgegebenen Zeitdauer und anschließend mit einem niedrigeren
Haltestrom. Eine Schaltvorrichtung pulst den der Zylinderspule zugeführten Strom
zwischen einer oberen und einer unteren Grenze, um die Amplituden des
Aktivierungsstromes und des Haltestromes aufrecht zu erhalten. Die Impulse werden
durch die Induktivität der Zylinderspule zu einem im wesentlichen stabilen Strom
integriert. Eine Prozessoreinheit ermittelt die Amplituden des Stromes in der
Zylinderspule. Ein Signal, welches erwünschte Stromamplituden repräsentiert, wird mit
einem Signal verglichen, welches den Strom in der Zylinderspule repräsentiert, und ein die
Differenz dieser Ströme repräsentierendes Signal wird zur Steuerung der Schaltvorrichtung
benutzt. Eine Spannung, die über einem Widerstand abfällt, der in Reihe mit der
Zylinderspule angeordnet ist, wird einem Differenzverstärker zugeführt, dessen Ausgang
mit einem Spitzenwertdetektor verbunden ist, der die Abklingrate des Stromes in der
Zylinderspule nachbildet, wobei das Signal, welches den gemessenen Strom in der
Zylinderspule repräsentiert, aus dem Spitzenwertdetektor erhalten wird. Der
Leistungsverlust durch die Zylinderspulen-Treiberschaltung ist gering, und die
Treiberschaltung ist außerdem kurzschlußfest. Das Ausgangssignal des
Spitzenwertdetektors wird von der Prozessoreinheit zur Detektion und Protokollierung
von Fehlern überwacht.
Der Betrieb eines Aktuators, bei dem sich die Frage der Handhabung unterschiedlicher
Ströme zum Anziehen (Aktivieren) und Halten nicht stellt, wird in dieser Druckschrift
nicht behandelt.
Aus der US-PS 5,414,792 ist eine Halbleiterschaltung zum Steuern eines Elektromotors in
Verbindung mit einem Halbleiter-Pfadregler und einer Fahrzeug-Sensorschaltung bekannt,
die gemeinsam folgende Elemente umfassen: Einen nach dem Halleffekt arbeitenden
Stellungssensor für einen Pfadregler, eine Verstärkerschaltung für das Pfadregler-
Positionssignal, eine Rückwärtsfahrtschaltung, eine Fahrzeugsperrschaltung, eine
Pulsweitenmodulatorschaltung, eine invertierende MOSFET-Treiberschaltung, eine
Mehrzahl von Leistungs-MOSFET-Schaltungen, eine Spannungsregelschaltung und eine
Stromlieferungsschaltung, die mit einem externen Gleichstrommotor verbunden ist. Die
aufgezählten Schaltungselemente wirken in der Weise zusammen, daß eine mechanische
Pfadreglerstellung in ein Spannungspegelsignal umgewandelt wird, welches durch eine
Pulsweitenmodulationsschaltung in ein Impulssignal umgewandelt werden kann. Dieses
Impulssignal treibt eine Schalterbank aus MOSFET-Halbleiterschaltern, um den
Stromfluß durch einen Gleichstrommotor zu steuern. Die Schaltungsanordnung trennt die
Gleichspannungsquelle von den Leistung aufnehmenden Elementen des Schaltkreises und
überträgt die Betriebsparameter des Fahrzeugs, wie beispielsweise Vorwärts- oder
Rückwärtsfahrt und "Betrieb Ein/Aus" vom Fahrzeug an die Leistungssteuerschaltung.
Bei der aus der US-PS 5,414,792 beschriebenen Anordnung wird somit die
Leistungsabgabe eines Gleichstrommotors eines Fahrzeugs mit Elektroantrieb von einer
Steuer- und Leistungselektronik abhängig vom Fahrerwunsch gesteuert. Der Fahrerwunsch
wird dabei aus der Stellung des Fahrtreglers mit Hilfe eines Hallsensors bestimmt. Der
Betrieb eines Aktuators findet in dieser technischen Lehre keine Berücksichtigung.
Die Erfindung hat die Aufgabe, eine einfache Schaltungsanordnung zum Steuern eines
Aktuators zu schaffen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Schaltungsanordnung zum Steuern
eines Aktuators mit
- - einer im wesentlichen eine Gleichspannung abgebenden Quelle zum Zuführen elektrischer Energie zum Aktuator,
- - einem ersten Steuerpfad, der eine mit ihren Endanschlüssen an Pole der Quelle angeschlossene Reihenschaltung aus einem zur Energiezufuhr an den Aktuator steuerbaren ersten Stromsteuerelement und einem ersten Freilaufelement umfaßt,
- - wobei der Aktuator mit einem ersten seiner Anschlüsse an einen ersten Verbindungspunkt zwischen dem ersten Stromsteuerelement und dem ersten Freilaufelement angeschlossen und mit einem zweiten seiner Anschlüsse mit dem an das erste Freilaufelement angeschlossenen ersten Pol der Quelle gekoppelt ist.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist sehr einfach aufgebaut, da sie lediglich ein
einziges Stromsteuerelement umfaßt, welches bevorzugt mit einem Halbleiterschalter,
beispielsweise einem Feldeffekttransistor, aufgebaut sein kann. Das Freilaufelement,
vorzugsweise als Diode ausgebildet, welche bezüglich der Quelle in Sperrichtung gepolt ist,
muß nicht gesondert gesteuert werden. Für eine derartig einfache Schaltungsanordnung
kann auch eine besonders einfache Steuerschaltung eingesetzt werden, um das
Stromsteuerelement entsprechend dem gewünschten Strom im Steuerpfad zu steuern.
Insbesondere muß bei einer solchen Schaltungsanordnung dem Aktuator nur eine
Spannung einer vorgegebenen Polarität zugeführt werden. Diese einfache Konstruktion
bedingt auch eine hohe Zuverlässigkeit im Betrieb. Außerdem treten nur minimale
Leistungsverluste auf. Dadurch wird Energie gespart und die thermische Belastung der
Schaltungsanordnung niedrig gehalten.
In einer Weiterbildung der Erfindung enthält die Schaltungsanordnung einen zweiten
Steuerpfad, der eine mit ihren Endanschlüssen an die Pole der Quelle angeschlossen
Reihenschaltung aus einem zur Energiezufuhr an den Aktuator steuerbaren zweiten
Stromsteuerelement und einem zweiten Freilaufelement umfaßt, wobei der zweite
Anschluß des Aktuators mit einem zweiten Verbindungspunkt zwischen dem zweiten
Stromsteuerelement und dem zweiten Freilaufelement angeschlossen und über das zweite
Stromsteuerelement mit dem ersten Pol der Quelle gekoppelt und ferner der zweite
Verbindungspunkt über das zweite Freilaufelement mit dem zweiten Pol der Quelle
verbunden ist.
Durch diese Ausbildung wird die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zum Steuern
eines Aktuators zu einer asymmetrischen Brückenschaltung erweitert, in der je einer der an
die Quelle parallel angeschlossenen Steuerpfade mit seinem Stromsteuerelement einen
Brückenzweig und mit seinem Freilaufelement einen weiteren Brückenzweig bildet. Es
entsteht somit eine vollständige Brücke, die jedoch nur zwei zu steuernde
Stromsteuerelemente umfaßt und damit ebenfalls - im Vergleich zu einer symmetrischen
Vollbrücke mit vier Stromsteuerelementen - einen vereinfachten Aufbau zeigt. Auch bei
dieser asymmetrischen Brücke kann somit eine vereinfachte Steuerschaltung zum Steuern
der Stromsteuerelemente zum Einsatz gelangen. Es wird somit ebenfalls eine verringerte
Anzahl von Bauteilen und damit auch eine erhöhte Zuverlässigkeit erreicht. Gegenüber der
erwähnten Vollbrücke sind auch die Verlustleistungen verringert, so daß auch hier noch
eine Energieeinsparung und geringere Temperaturbelastung auftritt. Die verringerte
Temperaturbelastung äußert sich einerseits ebenfalls in einer erhöhten Zuverlässigkeit der
Schaltungsanordnung, ermöglicht andererseits jedoch auch weitere Einsparungen bei der
Wärmeabfuhr dienenden Konstruktionselementen. Wie im nachfolgenden noch näher
erläutert werden wird, ist jedoch gegenüber der einfachen Ausführung mit nur einem
Steuerpfad - der sogenannten unipolaren Schaltungsanordnung - bei der asymmetrischen
Brücke eine verbesserte Dynamik und damit eine erhöhte Umsteuergeschwindigkeit
erzielbar, die mit derjenigen einer vollständigen, symmetrischen Brücke mit vier
Stromsteuerelementen vergleichbar ist.
Vorzugsweise werden bei der Ausgestaltung der Erfindung mit zwei Steuerpfaden beide
Stromsteuerelemente in diesen beiden Steuerpfaden zum Betreiben des Aktuators simultan
gesteuert. In ihrem leitenden Zustand fließt dann der Strom von der Quelle über den
Aktuator durch beide Stromsteuerelemente gleichzeitig. Werden die Stromsteuerelemente
gesperrt, wird der noch im Aktuator fließende Strom ausschließlich über die
Freilaufelemente geleitet.
In einer weiteren Fortbildung umfaßt die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung eine
Steuerschaltung zum Steuern des Stromsteuerelements bzw. der Stromsteuerelemente nach
Maßgabe eines Befehlssignals. Durch dieses Befehlssignal wird bevorzugt ein Wert einer
vom Aktuator aufzubringenden Kraft bzw. eines aufzubringenden Drehmoments an die
Steuerschaltung geleitet. In der Steuerschaltung werden aus diesem Befehlssignal ein oder
zwei Signale zum Steuern der Stromsteuerelemente abgeleitet. Dies kann nach einer
besonderen Ausgestaltung der Erfindung durch Pulsweitenmodulation geschehen, deren
Modulationsgrad durch die Befehlssignal vorgebbar ist.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist vorteilhaft einsetzbar in Stellsystemen
zum Betätigen einer Stellvorrichtung in einem Verbrennungsmotor. Als solche
Stellvorrichtungen in Verbrennungsmotoren sind insbesondere Drosselklappen oder
Treibstoffdosierungsventile zu nennen, auch als "Choke" oder "Gas" bezeichnet. Derartige
Stellsysteme können bevorzugt eine Kombination aus einem Aktuator und einer diesem
entgegenwirkenden Rückstelleinrichtung umfassen. Eine solche Rückstelleinrichtung ist
bevorzugt fehlersicher und passiv auszulegen. Dazu können Rückstellkräfte durch
mechanische oder insbesondere magnetische Mittel erzeugt werden. Der Aktuator wird
durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung gesteuert.
Darüber hinaus ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung auch zur Ausgestaltung
anderer Steuermittel innerhalb und außerhalb des technischen Feldes der
Kraftfahrzeugtechnik geeignet.
In einem Stellsystem der vorstehend beschriebenen Art wird der Aktuator lediglich zur
Erzeugung einer Kraft bzw. eines Drehmoments in einer Richtung eingesetzt, die in der
Regel mit dem Begriff "Öffnen" umschrieben werden kann. Dagegen wird die
Rückstelleinrichtung eine entgegengesetzt gerichtete Kraft bzw. ein entgegengesetzt
gerichtetes Drehmoment in einer Richtung aufbringen, die in der Regel als "Schließen"
benannt werden kann. Der Aktuator muß dabei in der Lage sein, die zu betätigende
Stellvorrichtung in eine vorgegebene Position mit hoher Präzision entgegen der Kraft bzw.
dem Drehmoment der Rückstelleinrichtung zu bringen. Diese Position muß auch bei
Auftreten von Störkräften der unterschiedlichsten Art präzise eingehalten werden können.
Dies wird durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zum Steuern eines derartigen
Aktuators erreicht.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im
nachfolgenden näher erläutert. Dabei sind in den einzelnen Figuren übereinstimmende
Elemente mit identischen Bezugszeichen bezeichnet. Es zeigen:
Fig. 1 ein erstes, unipolares Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 2 ein zweites, als asymmetrische Brücke ausgebildetes Ausführungsbeispiel der
Erfindung,
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Ströme bzw. erzeugten Kräfte oder Drehmomente
im Aktuator gemäß den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 und 2 sowie
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Stellsystems mit einer erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung.
In dem vereinfachten Schaltbild gemäß Fig. 1a) ist mit dem Bezugszeichen 1 eine Quelle
bezeichnet, die im wesentlichen eine Gleichspannung U0 abgibt. An Pole 2, 3 der
Quelle 1 ist ein erster Steuerpfad angeschlossen, der eine Reihenschaltung aus einem ersten
Stromsteuerelement und einem ersten Freilaufelement 6 umfaßt. Das erste
Stromsteuerelement enthält dabei eine Parallelschaltung aus einem ersten
Schalterelement 4 und einer in Sperrichtung bezüglich der Gleichspannung U0 gepolten
ersten Schutzdiode 5. Ein Aktuator 7 ist mit einem ersten Anschluß 8 an einen ersten
Verbindungspunkt 9 angeschlossen, in dem im ersten Steuerpfad 4, 5, 6 das erste
Stromsteuerelement 4, 5 einerseits und das erste Freilaufelement 6 andererseits
miteinander verbunden sind. Ein zweiter Anschluß 10 des Aktuators 7 ist mit dem zweiten
Pol 3 der Quelle 1 gekoppelt, wobei in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 diese
Kopplung in einer unmittelbaren, galvanischen Verbindung besteht.
Der Aktuator 7 ist in Fig. 1a) durch sein Ersatzschaltbild dargestellt, welches einen
ohmschen Widerstand Ra, eine Induktivität La und eine Spannungsquelle in
Reihenschaltung umfaßt. Die Induktivität La und der ohmsche Widerstand Ra bilden die
Innenimpedanz des Aktuators 7. Die Spannungsquelle stellt die vom Aktuator 7 induzierte
Spannung Ui dar. Zwischen den Anschlüssen 8, 10 des Aktuators 7 liegt im Betrieb die
Aktuatorspannung Ua an, und es fließt ein Aktuatorstrom Ia.
Fig. 1b) zeigt den Strompfad für den Aktuatorstrom bei leitendem erstem
Schalterelement 4, d. h. eingeschaltetem erstem Stromsteuerelement 4, 5. Aus der Quelle 1
wird durch die Gleichspannung U0 der Strom Ia über das erste Schalterelement 4 dem
Aktuator 7 an seinen Anschlüssen 8, 10 zugeführt. Unter Voraussetzung eines idealen
Schalterelements 4 liegt dann am Aktuator 7, d. h. an den Anschlüssen 8, 10, die
Gleichspannung U0 der Quelle 1 an, d. h. die Aktuatorspannung Ua stimmt mit der
Gleichspannung U0 überein.
Wird aus dem in Fig. 1b) dargestellten Zustand heraus das erste Schalterelement 4
gesperrt, klingt der Aktuatorstrom Ia gemäß der Induktivität La nur allmählich ab. Da das
erste Schalterelement 4 geöffnet, d. h. nicht leitend ist, fließt der Strom Ia zwischen den
Anschlüssen 8 und 10 jetzt über das erste Freilaufelement 6, d. h. über die dieses bildende
Diode. Wird auch hier ein ideales Element vorausgesetzt, ist in diesem Zustand, so lange
das erste Freilaufelement G leitend ist, die Aktuatorspannung Ua gleich Null. Damit wird
die Abklingzeitkonstante für den Aktuatorstrom Ia lediglich durch die Elemente des
Aktuators 7 bestimmt, d. h. außer durch die Induktivität La noch durch den ohmschen
Widerstand Ra und die Spannung Ui.
Im Vergleich dazu liegen beim Wiedereinschalten des Aktuatorstromes Ia aus dem
stromlosen Zustand heraus die Verhältnisse vor, wie sie in Fig. 1b) dargestellt sind. Die
Anstiegszeit des Aktuatorstromes Ia wird dabei außer durch die Induktivität La, den
ohmschen Widerstand Ra und die Spannung Ui noch durch die Gleichspannung U0 der
Quelle 1 mit bestimmt. Dadurch ergibt sich bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 1, daß
im Betrieb der Aktuatorstrom Ia und damit die vom Aktuator 7 erzeugte Kraft bzw. das
Drehmoment mit einer sehr kleinen Zeitkonstanten erhöht, jedoch mit einer relativ dazu
wesentlich größeren Zeitkonstanten vermindert wird. Dies ist in Fig. 3 als ausgezogene
Kurve mit der Bezeichnung Ia1 schematisch im Aktuatorstrom-Zeit-Diagramm
wiedergegeben, in dem der Aktuatorstrom Ia auf der Ordinate über der auf der Abszisse
dargestellten Zeit t aufgetragen ist.
Bei dieser besonders einfachen Schaltungsanordnung mit nur einem Schalterelement 4 ist
somit die Aktuatorspannung Ua stets positiv (bzw. Null). Damit ist auch der
Aktuatorstrom Ia stets größer oder gleich Null. Wie in Fig. 3 anhand der Kurve Ia1
dargestellt, begrenzt diese festgelegte Polarität der Aktuatorspannung Ua und des
Aktuatorstroms Ia die Stellgeschwindigkeit des Aktuators 7. Eine vergrößerte
Änderungsgeschwindigkeit des Aktuatorstromes Ia insbesondere bei dessen Abschalten
durch Anlegen einer negativen Aktuatorspannung Ua erreicht werden. Eine derartige
negative Aktuatorspannung Ua könnte durch eine Brückenschaltung mit vier
Schalterelementen bereit gestellt werden, von denen jeweils zwei in der Brückenanordnung
diagonal aneinander gegenüberliegende Schalterelemente gleichzeitig leitend bzw. gesperrt
geschaltet werden. Dies entspräche einer Umrichteranordnung zur Speisung eines
Wechselstrommotors aus einer Gleichspannungsquelle. Allerdings ist eine solche
Schaltungsanordnung mit vier Schalterelementen sehr aufwendig und erfordert auch eine
entsprechend aufwendig gestaltete Steuerschaltung.
Fig. 2a) zeigt eine Schaltungsanordnung, die gegenüber einer solchen vollständigen Brücke
wesentlich vereinfacht ist, ohne jedoch deren günstige Eigenschaften einzubüßen. Dazu ist
die Schaltungsanordnung nach Fig. 1a) durch einen zweiten Steuerpfad ergänzt, der eine
Reihenschaltung aus einem zweiten Stromsteuerelement und einem zweiten
Freilaufelement 13 umfaßt. Das zweite Stromsteuerelement ist entsprechend dem ersten
Stromsteuerelement mit einer Parallelschaltung aus einem zweiten Schalterelement 11 und
einer zweiten Schutzdiode 12 ausgebildet. Das zweite Schalterelement 11 ist wiederum zur
Energiezufuhr an den Aktuator steuerbar. Vorzugsweise werden die beiden
Schalterelemente 4, 11 der beiden Stromsteuerelemente 4, 5 bzw. 11, 12 simultan
gesteuert, befinden sich also gleichzeitig entweder im leitenden oder im gesperrten
Zustand. Der erste Anschluß 8 des Aktuators 7 ist wieder mit dem ersten
Verbindungspunkt 9 zwischen dem ersten Stromsteuerelement 4, 5 und dem ersten
Freilaufelement 6 verbunden. Dahingegen ist im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2a) der
zweite Anschluß 10 des Aktuators 7 mit dem zweiten Pol der Quelle 1 nun in der Weise
über den zweiten Steuerpfad 11, 12, 13 gekoppelt, daß dieser zweite Anschluß 10 mit
einem zweiten Verbindungspunkt 14 verbunden ist, in dem im zweiten Steuerpfad das
zweite Stromsteuerelement 11, 12 und das zweite Freilaufelement 13 miteinander
verbunden sind. Auch der zweite Steuerpfad 11, 12, 13 ist - parallel zum ersten
Steuerpfad 4, 5, 6 - an die Pole 2, 3 der Quelle 1 angeschlossen.
Die Betriebsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. 2a) ist in den Fig. 2b) und 2c)
dargestellt. Fig. 26) zeigt den Betriebszustand mit leitend geschalteten Schalterelementen 4
und 11. Aus der Quelle 1 wird dann - getrieben durch die Gleichspannung U0 - ein
Aktuatorstrom Ia vom ersten Pol 2 über das erste Schalterelement 4 zum ersten Anschluß 8
des Aktuators 7 und zurück vom zweiten Anschluß 10 des Aktuators 7 über das zweite
Schalterelement 11 an den zweiten Pol 3 der Quelle 1 geleitet. Werden wieder ideale
Schalterelemente 4, 11 vorausgesetzt, entspricht auch hier die Aktuatorspannung Ua der
Gleichspannung U0 der Quelle 1.
Zum Abschalten des Aktuatorstroms Ia werden beide Schalterelemente 4, 11 simultan
gesperrt. Wiederum wird durch die Induktivität La der Aktuatorstrom Ia nicht abrupt
enden, sondern über die Freilaufelemente 6, 13 weiter fließen. Im Gegensatz zu der
unipolaren Anordnung gemäß Fig. 1 wird jetzt bei der asymmetrischen Brücke gemäß
Fig. 2 der Aktuatorstrom Ia nicht an den Anschlüssen 8, 10 des Aktuators 7 über das erste
Freilaufelement 6 kurzgeschlossen, sondern über beide Freilaufelemente 6, 13 weiterhin
über die Quelle 1 geführt, jedoch in umgekehrter Richtung. Dadurch ergibt sich in diesem
Betriebszustand eine Aktuatorspannung Ua, die dem negativen Wert der
Gleichspannung U0 der Quelle 1 entspricht. Durch diese als Gegenspannung wirkende
Aktuatorspannung Ua wird ein gegenüber der Schaltungsanordnung nach Fig. 1
wesentlich beschleunigtes Abklingen des Aktuatorstroms Ia erreicht. Ein Vergleich mit
dem Betriebszustand gemäß Fig. 2b) ergibt, daß der Anstieg des Aktuatorstromes Ia beim
Übergang der Schalterelemente 4, 11 aus ihrem gesperrten in ihren leitenden Zustand
wenigstens weitgehend mit dem Abklingen des Aktuatorstromes Ia beim Sperren der
Schalterelemente 4, 11 übereinstimmt. Somit wird das Abklingen des Aktuatorstroms Ia
bei der asymmetrischen Brücke gemäß Fig. 2 gegenüber der unipolaren Anordnung gemäß
Fig. 1 wesentlich beschleunigt.
Eine schematische grafische Darstellung findet sich in Fig. 3 in Form der gestrichelt
gezeichneten Kurve Ia2. Mit einem derartigen Stromverlauf über der Zeit t sind wesentlich
schnellere Steuervorgänge möglich. Dabei ist wie in der Schaltungsanordnung nach Fig. 1
weiterhin nur ein positiver Aktuatorstrom Ia möglich, denn nach Abklingen des
Aktuatorstromes Ia in Fig. 2c) auf den Wert Null sperren die als Dioden ausgebildeten
Freilaufelemente 6, 13, und der Aktuator 7 bleibt bis zum Wiedereinschalten der
Schalterelemente 4, 11 stromlos.
Die in Fig. 3 anhand der Kurve Ia2 schematisch dargestellte, wenigstens weitgehende
Übereinstimmung zwischen der Anstiegsgeschwindigkeit der Abklinggeschwindigkeit des
Aktuatorstromes Ia beseitigt auch Nichtlinearitäten in der Steuerung des Aktuators 7, die
durch unterschiedliche Anstiegszeiten bzw. -geschwindigkeiten und Abklingzeiten bzw. -
geschwindigkeiten des Aktuatorstromes Ia und damit der Kraft bzw. des Drehmoments des
Aktuators 7 entstehen würden.
Fig. 4 zeigt blockschematisch ein Steilsystem zum Betätigen einer Stellvorrichtung in
einem Verbrennungsmotor, vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug. Durch ein
Befehlsorgan 15 wird über eine Verbindung 16 ein Befehlssignal an eine
Steuerschaltung 17 geleitet. Die Steuerschaltung 17 dient zum Steuern des
Aktuatorstroms Ia und damit des vom Aktuator 7 erzeugten Drehmoments bzw. der
erzeugten Kraft nach Maßgabe des Befehlssignals. Dazu werden von der Steuerschaltung
die Stromsteuerelemente gesteuert, die im Schaltungsblock 18 in Fig. 4 angeordnet sind
und wahlweise gemäß den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 oder 2 ausgestaltet sein
können. Vom Aktuator 7 wird ein Stellorgan 19 betätigt. In Fig. 4 ist als Stellorgan 19
schematisch die Drosselklappe eines Kfz-Verbrennungsmotors wiedergegeben.
Das Steuern des Stromsteuerelements - beispielsweise gemäß Fig. 1 - bzw. der
Stromsteuerelemente - beispielsweise gemäß Fig. 2 - im Schaltungsblock 18 durch die
Steuerschaltung 17 erfolgt vorteilhaft durch pulsweitenmodulierte Steuersignale, durch die
die enthaltenen Schalterelemente je nach gewünschtem Mittelwert für den
Aktuatorstrom Ia mit entsprechend veränderter Pulsweite angesteuert werden. Die
Pulsweite bzw. der Modulationsgrad der pulsweitenmodulierten Steuersignale für die
Schalterelemente wird durch das Befehlssignal vorgegeben. Damit stellt sich bevorzugt ein
proportional zum Wert des Befehlssignals bemessener Aktuatorstrom Ia ein.
Fig. 4 zeigt weiterhin in Verbindung mit dem Stellorgan 19 eine Rückstelleinrichtung 20,
symbolisch angedeutet durch einen Hebel mit Feder. In einer praktischen Ausführung
können andere gleichwirkende Rückstelleinrichtungen treten. Insbesondere sind
verschleißfreie Rückstelleinrichtungen zu bevorzugen, in denen eine Rückstellkraft auf das
Stellorgan 19 durch einen Permanentmagneten hervorgerufen wird, der baulich mit dem
Aktuator 7 zusammengefaßt werden kann und dadurch eine sehr einfache, robuste,
zuverlässige und kompakte Bauform ergibt. Die Rückstelleinrichtung 20 hat die Aufgabe,
das Stellorgan 19 in eine nicht kritische Position zu bringen, wenn der Aktuator 7 oder
eines ihn steuernden Elemente schadhaft werden sollte, um ein fehlersicheres Stellsystem
zu erhalten. Dazu würde beispielsweise eine Drosselklappe stets in die geschlossene
Position oder in deren Nähe gebracht werden. Die Rückstelleinrichtung 20 wirkt zu jedem
Zeitpunkt entgegen dem Drehmoment bzw. der Kraft, das bzw. die vom Aktuator 7 auf
das Stellorgan 19 aufgebracht werden. In einem derartigen Steilsystem muß somit der
Aktuator 7 eine Kraft bzw. ein Drehmoment nur in einer Richtung - beispielsweise der
Richtung "Öffnen" des Stellorgans 19 - aufbringen, da die Stellrichtung "Schließen" stets
durch die Rückstelleinrichtung 20 bewirkt wird. Dies schafft die Gelegenheit, den
Aktuator 7 und die ihn steuernde Schaltungsanordnung entsprechend der vorliegenden
Erfindung zu vereinfachen. Außerdem wird durch die gesonderte Rückstelleinrichtung 20
gerade im Anwendungsbereich eines Kraftfahrzeugs die dort erforderliche Fehlersicherheit
erzielt.
Claims (6)
1. Schaltungsanordnung zum Steuern eines Aktuators mit
- - einer im wesentlichen eine Gleichspannung abgebenden Quelle zum Zuführen elektrischer Energie zum Aktuator,
- - einem ersten Steuerpfad, der eine mit ihren Endanschlüssen an Pole der Quelle angeschlossene Reihenschaltung aus einem zur Energiezufuhr an den Aktuator steuerbaren ersten Stromsteuerelement und einem ersten Freilaufelement umfaßt,
- - wobei der Aktuator mit einem ersten seiner Anschlüsse an einen ersten Verbindungspunkt zwischen dem ersten Stromsteuerelement und dem ersten Freilaufelement angeschlossen und mit einem zweiten seiner Anschlüsse mit dem an das erste Freilaufelement angeschlossenen ersten Pol der Quelle gekoppelt ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
einen zweiten Steuerpfad, der eine mit ihren Endanschlüssen an die Pole der Quelle
angeschlossene Reihenschaltung aus einem zur Energiezufuhr an den Aktuator steuerbaren
zweiten Stromsteuerelement und einem zweiten Freilaufelement umfaßt, wobei der zweite
Anschluß des Aktuators mit einem zweiten Verbindungspunkt zwischen dem zweiten
Stromsteuerelement und dem zweiten Freilaufelement angeschlossen und über das zweite
Stromsteuerelement mit dem ersten Pol der Quelle gekoppelt und ferner der zweite
Verbindungspunkt über das zweite Freilaufelement mit dem zweiten Pol der Quelle
verbunden ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß beide Stromsteuerelemente zum Betreiben des Aktuators simultan gesteuert werden.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch
eine Steuerschaltung zum Steuern des Stromsteuerelements bzw. der Stromsteuerelemente
nach Maßgabe eines Befehlssignals.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß das Stromsteuerelement bzw. die Stromsteuerelemente durch Pulsweitenmodulation
gesteuert werden, deren Modulationsgrad durch das Befehlssignal vorgebbar ist.
6. Stellsystem zum Betätigen einer Stellvorrichtung in einem Verbrennungsmotor,
gekennzeichnet durch
eine Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19911863A DE19911863A1 (de) | 1999-03-17 | 1999-03-17 | Schaltungsanordnung zum Steuern eines Aktuators |
DE50008468T DE50008468D1 (de) | 1999-03-17 | 2000-03-09 | Schaltungsanordnung zum Steuern eines Aktuators |
EP00200849A EP1050966B1 (de) | 1999-03-17 | 2000-03-09 | Schaltungsanordnung zum Steuern eines Aktuators |
JP2000076732A JP2000323325A (ja) | 1999-03-17 | 2000-03-17 | アクチュエータ制御用回路 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19911863A DE19911863A1 (de) | 1999-03-17 | 1999-03-17 | Schaltungsanordnung zum Steuern eines Aktuators |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19911863A1 true DE19911863A1 (de) | 2000-09-21 |
Family
ID=7901283
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19911863A Withdrawn DE19911863A1 (de) | 1999-03-17 | 1999-03-17 | Schaltungsanordnung zum Steuern eines Aktuators |
DE50008468T Expired - Lifetime DE50008468D1 (de) | 1999-03-17 | 2000-03-09 | Schaltungsanordnung zum Steuern eines Aktuators |
Family Applications After (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE50008468T Expired - Lifetime DE50008468D1 (de) | 1999-03-17 | 2000-03-09 | Schaltungsanordnung zum Steuern eines Aktuators |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP1050966B1 (de) |
JP (1) | JP2000323325A (de) |
DE (2) | DE19911863A1 (de) |
Family Cites Families (24)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3736473A (en) * | 1971-07-01 | 1973-05-29 | Burlington Industries Inc | Driver circuitry |
JPS57145307A (en) * | 1981-03-05 | 1982-09-08 | Nippon Denso Co Ltd | Driving apparatus for electromagnetic actuator |
JPS61140113A (ja) * | 1984-12-12 | 1986-06-27 | Koushinraido Hakuyo Suishin Plant Gijutsu Kenkyu Kumiai | 電磁石駆動方法 |
DE3515039A1 (de) * | 1985-04-25 | 1986-10-30 | Klöckner, Wolfgang, Dr., 8033 Krailling | Verfahren und schaltung zum betreiben eines gaswechselventils |
DE3741619A1 (de) * | 1987-12-09 | 1989-06-22 | Festo Kg | Steuerschaltungsanordnung fuer magnetventile |
FR2630276B1 (fr) * | 1988-04-14 | 1992-07-03 | Bendix Electronics Sa | Circuit de commande d'une charge inductive |
JPH0812822B2 (ja) * | 1988-05-10 | 1996-02-07 | 株式会社テック | 電磁アクチュエータ |
FR2632070B1 (fr) * | 1988-05-26 | 1990-11-23 | Bendix Electronics Sa | Circuit de commande de l'alimentation d'une charge electrique, a dispositif de detection d'un court-circuit de la charge |
DE3826087A1 (de) * | 1988-08-01 | 1990-02-08 | Hydac Technology Gmbh | Schaltungsanordnung bei endstufen fuer die steuerung von stellmagneten |
DE3911431A1 (de) * | 1989-04-07 | 1990-10-11 | Siemens Ag | Integrierbare freilaufschaltung |
FR2654880B1 (fr) * | 1989-11-22 | 1994-09-09 | Siemens Automotive Sa | Circuit integre de puissance "intelligent" du type mos, pour la commande de l'alimentation d'une charge electrique. |
JP3029478B2 (ja) * | 1991-06-05 | 2000-04-04 | アスモ株式会社 | シフトロックアクチュエータの駆動制御回路 |
EP0537916A2 (de) * | 1991-10-18 | 1993-04-21 | Seagate Technology International | Armbetätigungs-Steuerschaltung für Plattenantriebssystem |
DE4140586C2 (de) * | 1991-12-10 | 1995-12-21 | Clark Equipment Co N D Ges D S | Verfahren und Steuereinrichtung zur Steuerung des Stroms durch eine Magnetspule |
DE4142666C2 (de) * | 1991-12-21 | 1996-02-08 | Vdo Schindling | Schaltungsanordnung mit einem Halbleiterschalter zum Schalten einer Last |
US5287046A (en) * | 1992-05-13 | 1994-02-15 | International Business Machines Corporation | Method and system for actuator control for direct access storage devices |
GB9326275D0 (en) * | 1993-12-23 | 1994-02-23 | Lucas Ind Plc | Tamper-resistant circuit |
FR2714547B1 (fr) * | 1993-12-23 | 1996-01-12 | Commissariat Energie Atomique | Système de commande d'actionneurs à courant continu en électronique de puissance. |
WO1995029498A1 (en) * | 1994-04-26 | 1995-11-02 | Kilovac Corporation | Dc actuator control circuit with voltage source sag compensation and fast dropout period |
FR2734394A1 (fr) * | 1995-05-17 | 1996-11-22 | Caterpillar Inc | Commande d'amplitude de tremblement |
GB9512883D0 (en) * | 1995-06-23 | 1995-08-23 | Lucas Ind Plc | Tamper-resistant circuit |
DE19725317B4 (de) * | 1997-06-09 | 2005-06-23 | Vickers Systems Zweigniederlassung Der Trinova Gmbh | Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines mit Gleichspannung betätigbaren Magnetventiles |
DE19725918A1 (de) * | 1997-06-19 | 1998-12-24 | Mannesmann Rexroth Ag | Elektromagnetischer Stellantrieb |
FR2766005B1 (fr) * | 1997-07-09 | 1999-09-17 | Magneti Marelli France | Circuit de commande de puissance, pour actionneur electro-magnetique tel qu'injecteur ou electro-vanne |
-
1999
- 1999-03-17 DE DE19911863A patent/DE19911863A1/de not_active Withdrawn
-
2000
- 2000-03-09 DE DE50008468T patent/DE50008468D1/de not_active Expired - Lifetime
- 2000-03-09 EP EP00200849A patent/EP1050966B1/de not_active Expired - Lifetime
- 2000-03-17 JP JP2000076732A patent/JP2000323325A/ja not_active Withdrawn
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE50008468D1 (de) | 2004-12-09 |
EP1050966B1 (de) | 2004-11-03 |
JP2000323325A (ja) | 2000-11-24 |
EP1050966A2 (de) | 2000-11-08 |
EP1050966A3 (de) | 2002-01-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE3817770C2 (de) | ||
DE60024232T2 (de) | Elektronisches steuersystem für ein elektromagnetisches stellmittel | |
DE69912877T2 (de) | Verfahren zur Regelung der Geschwindigkeit eines Ankers in einem elektromagnetischem Aktuator | |
EP0203354B1 (de) | Verfahren und Schaltung zum Betreiben eines Gaswechselventils | |
DE60013705T2 (de) | Selbstverriegelndes Elektromagnetventil und Steuerschaltung | |
DE60111643T2 (de) | Schneller stromregler für induktive lasten | |
EP0291803A2 (de) | Schaltungsanordnung zur getakteten Ansteuerung von Halbleiterschaltern | |
DE2805876C2 (de) | ||
DE4327483A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Ansteuerung eines Leistungsstellelements einer Antriebseinheit eines Fahrzeugs | |
DE10020896A1 (de) | Verfahren zur Bestimmung der Position eines Ankers/ eines Ventils | |
EP1234316B1 (de) | Elektromagnetisches schaltgerät mit gesteuertem antrieb sowie zugehörig ein verfahren und eine schaltung | |
EP1165944A1 (de) | Verfahren zum bestimmen der position eines ankers | |
DE10315282B4 (de) | Schaltungsanordnung und Verfahren zur Ansteuerung eines bistabilen Magnetventils | |
DE4209474B4 (de) | Einrichtung zur Steuerung wenigstens eines elektrischen Verbrauchers in einem Fahrzeug | |
DE19522582C2 (de) | Schaltungsanordnung zum Betrieb eines Elektromagneten | |
DE4332995C1 (de) | Verfahren zur Ansteuerung von parallel angeordneten Relais | |
EP0965140A1 (de) | Stromgeregelte endstufe für elektromagnetische stellantriebe | |
EP0098460B1 (de) | Regelvorrichtung für ein elektrisches Stellglied | |
DE19911863A1 (de) | Schaltungsanordnung zum Steuern eines Aktuators | |
DE3438215C2 (de) | Anordnungen zur Ansteuerung von mehreren Magnetventilen | |
DE3506849C1 (de) | Elektrische Steuerschaltung | |
DE1214103C2 (de) | Einrichtung zum regeln der fahrgeschwindigkeit eines kraftfahrzeugs | |
DE19725317B4 (de) | Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines mit Gleichspannung betätigbaren Magnetventiles | |
DE19515640A1 (de) | Schaltungsanordnung für die elektrische Ansteuerung eines Fluidik-Ventils | |
DE102008007211B4 (de) | Schaltungsanordnung zum Ansteuern einer induktiven Last und Verwendung einer solchen Schaltungsanordnung |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |