EP1019624A1 - Method for controlling an electro mechanical regulating device - Google Patents

Method for controlling an electro mechanical regulating device

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EP1019624A1
EP1019624A1 EP98951261A EP98951261A EP1019624A1 EP 1019624 A1 EP1019624 A1 EP 1019624A1 EP 98951261 A EP98951261 A EP 98951261A EP 98951261 A EP98951261 A EP 98951261A EP 1019624 A1 EP1019624 A1 EP 1019624A1
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EP
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value
catch
anchor plate
coil
actuator
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EP98951261A
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Nikolaus Müller
Achim Koch
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/18—Circuit arrangements for obtaining desired operating characteristics, e.g. for slow operation, for sequential energisation of windings, for high-speed energisation of windings
    • H01F7/1844—Monitoring or fail-safe circuits
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    • F02D13/02—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
    • F02D13/0253—Fully variable control of valve lift and timing using camless actuation systems such as hydraulic, pneumatic or electromagnetic actuators, e.g. solenoid valves
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    • F02D2041/2024—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the control of the circuit the control switching a load after time-on and time-off pulses
    • F02D2041/2027—Control of the current by pulse width modulation or duty cycle control
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    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F02D2041/2068—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the circuit design or special circuit elements
    • F02D2041/2079—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the circuit design or special circuit elements the circuit having several coils acting on the same anchor

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling an electromechanical actuator. It relates in particular to an actuator for controlling an internal combustion engine.
  • a known actuator (DE 195 26 683 AI) has an actuator, which is designed as a gas exchange valve, and one
  • the actuator has two electromagnets, between each of which an armature plate can be moved against the force of a restoring means by switching off the coil current on the holding electromagnet and switching on the coil current on the catching electromagnet.
  • the coil current of the respective capturing electromagnet is kept constant at a predefined catch value I_MAX for a predefined period of time, then switched off for a predefined switch-off time, and then regulated to a hold value by a two-point controller with hysteresis. From the time course of the coil current during the switch-off time, a bounce of the armature plate on the respective electromagnet is recognized and a corresponding correction of the catch value is carried out.
  • the coil current cannot be set to the corrected catch value until the next capture operation.
  • the armature plate can possibly move so far away from the capturing electromagnet that sufficient holding force can no longer be applied by the holding current to bring the anchor plate into contact with the capturing electromagnet.
  • the object of the invention is to provide a method for controlling an actuator which is simple and which ensures that the anchor plate is captured.
  • the invention is solved by the features of claim 1.
  • the solution has the advantage that the first catch value can be predefined in such a way that a desired speed profile of the anchor plate is set and that the second catch value can be set in such a way that the anchor is securely caught and the anchor is prevented from falling into a rest position.
  • the second catch value depends on the speed of the anchor plate before the threshold value is exceeded. This has the advantage that the second catch value can be specified in such a way that on the one hand a low heat loss is generated, but on the other hand the anchor plate is captured safely.
  • the second catch value is specified as the target value if the
  • Position of the anchor plate a further threshold value, the amount of which is smaller than the threshold value K0, K5, longer than a predetermined additional time period. This ensures that the anchor plate is securely caught if the force caused by the first catch value is not sufficient for the position of the anchor plate to exceed the threshold value K0, K5.
  • FIG. 1 shows an arrangement of an actuator in an internal combustion engine
  • FIG. 2 shows the position of the armature plate and output signals of a comparator device plotted over time t
  • FIG. 3 shows a block diagram of a control device for controlling the actuator
  • Figure 4 shows the time course of the voltages
  • An actuator 1 ( Figure 1) comprises an actuator 11 and an actuator, which is designed for example 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 electromagnet 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.
  • the first core 112 has a recess 116a, which forms a guide for the shaft 121.
  • the second core 114 has a further recess 116b, which also serves as a guide for the shaft 121.
  • An anchor plate 117 is movably arranged in the housing 111 between the first core 112 and the second core 114.
  • a first spring 118a and a second spring 118b bias the anchor plate into a predetermined rest position R.
  • Actuator 1 is rigidly connected to a cylinder head 21.
  • An intake port 22 and a cylinder 23 with a piston 24 are assigned to the cylinder head 21.
  • the piston 24 is coupled to a crankshaft 26 via a connecting rod 25.
  • a control device 3 which detects signals from the sensors and generates control signals for the control device.
  • the sensors are, as a position transmitter 4, which detects a position X of the armature plate 117, as a first ammeter 5a, which detects the actual value I_AV1 of the current through the first coil 113, a second ammeter 5b, which detects an actual value I AV2 of the current through the second coil 115, as a speed sensor 27, which detects the speed N of the crankshaft, or as a load detection sensor 28, which is preferably an air mass meter or a pressure sensor.
  • other sensors may also be present.
  • a comparator device 7 which generates a pulse signal depending on the detected position X and predetermined threshold values.
  • the function of the comparator device 7 is explained in more detail below with reference to FIG. 2.
  • Drivers 6a, 6b are provided which amplify the control signals of the control device 3.
  • the time course of position X of the anchor plate is plotted in FIG. 2a.
  • the comparator device 7 has six analog threshold value comparators, each of which changes its output signal at one of the threshold values K0, Kl, K2, K3, K4, K5.
  • the pulse signals of the comparator device which are plotted in FIGS. 2b and 2c, then arise through a logical combination of the threshold value comparators.
  • the threshold values K0, K1, K2 are predetermined at the same distance from the rest position R of the anchor plate as the threshold values K3, K4 and K5.
  • the threshold values are, for example, the following relative distance values, which are based on the distance between the contact surface of the armature plate in the first electromagnet and the contact surface in the armature plate for the second electromagnet: K0 at 2%, Kl at 5%, K2 at 20%, K3 at 80%, K4 at 95% and K5 at 98%.
  • the timer 8 determines the pulse durations of the pulses of the pulse signals.
  • the pulse duration of the pulse which is predetermined by the threshold values K3 and K4, is assigned the time duration T_C2.
  • the time period T_C2 is a measure of the average speed of the armature between the threshold values K3 and K4.
  • the timer also determines the time period T_C3, which is predetermined by the time interval when the position X is exceeded from the threshold values K4 and K5.
  • the determination of the time period T_02, T_03 is carried out analogously to the determination of the time period T_C2 and T_C3.
  • FIG. 3 shows a block diagram of the control device 3 for controlling the electromechanical actuator 1.
  • a first catch value I_F1 is determined from a map, specifically as a function of the speed N and the air mass flow MAF.
  • the values of the map are determined on an engine test bench or by simulations so that heat losses in the respective coil are low.
  • the difference between an actual time period T_C3 and the target value T_C3 * of the time period is determined in a summing point SI.
  • a predefined setpoint T_C2 * is then adapted depending on the difference that was determined in the summing point SI.
  • the difference between the setpoint T_C2 * and the actual time period T_C2 is calculated in a summing point S2.
  • a block B3 comprises an integrator which, depending on the difference between the target value T_C2 * and the actual time T_C2, calculates a correction value with which the first catch value I_F1 is corrected in the third summing point.
  • a second catch value I_F2 is determined in a block B4.
  • the second catch value I_F2 is either fixed or stored in a characteristic curve depending on the difference between the actual time period T_C3 and the target value T_C3 * of the time period. If the second catch value I F2 is fixed, it has this has the advantage that the determination of the second catch value I_F2 is less computation-intensive. If the second catch value I_F2 is determined via the characteristic curve as a function of the difference between the actual time period T_C3 and the target value T_C3 * of the time period, the heat losses from the coil which is energized in each case are significantly reduced.
  • the characteristic curve preferably has the shape shown in FIG. 5. If the difference between the actual time period T_C3 and the target value T_C3 * of the time period is zero, then the second catch value I_F2 has a minimum value. If the difference is less than zero, the second catch value I_F2 increases in order to generate a sufficient force that dampens a bouncing process and prevents the armature from bouncing into the rest position. If the difference is greater than zero, the second catch value is also increased in order to prevent the anchor plate from falling into the rest position R.
  • a holding value I_H is determined as a function of the speed N and an air mass flow MAF from a map.
  • a time period T_F_OFF is determined in a block B6, depending on the difference between the target value T_C2 * and the actual time period T_C2.
  • the time period T_MAX, the time period T_F_OFF and other operating variables of the internal combustion engine it is determined whether the first catch value I_F1, the second catch value I_F2, the hold value I_H or a zero value is the target value for a controller B8 .
  • the position X of the anchor plate is determined indirectly via the actual time periods T_C2, T_C3, T_02, T_03.
  • the setpoint value for the controller B8 changes from the first catch value I_F1 to the second catch value I_F2.
  • the first condition is preferably met if the amount of the position X of the anchor plate exceeds the threshold value K5, K0, this becomes indirect recognized that the timer 8 has forwarded a new actual time period T_C3 to the control device 3,
  • the controlled variable of the controller B8 is the current through the coil 113, 115 to be energized.
  • the difference between the desired value determined in block B7 and the actual current I_AV1, I_AV2 through the coil 113, 115 is the control difference of the controller B8.
  • the controller is preferably designed as a two-point controller with hysteresis.
  • the manipulated variable of the controller is a voltage signal U1, U2, which is fed to the driver 6a or 6b, which amplifies it and supplies it to the first or second coil 113, 115.
  • FIG. 3 shows the block diagram as an example for the calculation of the control signal for the first coil 113.
  • the control signal for the second coil 115 is calculated analogously, only the time periods T_C2 and T_C3 are to be replaced by the time periods T 02 and T 03.
  • FIG. 4a shows the manipulated variable of controller B8, which is a first voltage signal U1 with which the first coil 113 is excited, or a second voltage signal U2 with which the second coil 115 is excited.
  • FIG. 4b shows the assigned time course of the actual value I_AV1 of the current through the first coil 113, and punctures the time course of the actual value I_AV2 of the current through the second coil 115.
  • FIG. 4c shows the position X of the anchor plate plotted over the time t.
  • the desired value for the current through the first coil 113 is the first catch value I_F1.
  • the second catch value I F2 is then specified as the setpoint for the controller B8.
  • T_F2 is the target value of controller B8, the second catch value.
  • a second condition is met if the time period from the specification of the second catch value I_F2 is greater than the time period T_F2.
  • time period T_F2 depends on the speed of the armature plate 117 before the threshold value K5 is exceeded.
  • the time period T_C3 is a measure of the speed of the anchor plate before the threshold value K5 is exceeded.
  • the second catch value I_F2 is advantageously chosen to be larger than the first catch value I_F1. This ensures that the armature plate is securely caught by the first electromagnet.
  • the hold value I_H is specified as a setpoint for the controller B8 up to a time t 4 .
  • the hold value can be selected to be very low, namely lower than the second catch value I_F2, since the armature is statically applied to the first electromagnet, while the hold value I_H is the setpoint for the controller B8.
  • the zero value (for example zero amperes) is specified as the target value for the current through the first coil 113.
  • the armature plate then swings in the direction of the second electromagnet.
  • current is then supplied to the second coil from time t 5 , namely that the first catch value I_F1 is specified as the target value for the controller B8, and the controller B8 then generates the second voltage signal U2.
  • the actuator can also be designed as an injection valve.
  • the method can be executed as a program by a microprocessor. However, it can also be implemented by a logic circuit or an analog circuit arrangement.
  • the controller can also be designed, for example, as a single-point controller with a timing element or as a pulse width modulation controller.
  • a controller can also be provided for each coil 113, 115.
  • a rectifier can also be provided, which rectifies the signal of the position transmitter 4, the rest position R then having the value zero.
  • the comparator device then accordingly has only three threshold value comparators, each of which changes its output signal at the threshold value K0 or K1 or K3.
  • the stopping value can also be specified as the setpoint for the current through the first coil after a predetermined period of time after the zero value has been specified as the setpoint for the current through the second coil.
  • a particularly low impact speed of the anchor plate on the respective core 112, 114 can be achieved if the first catch value I_F1 is set to the zero value for a period T_F_OFF after a time t la .
  • the time period T_F_OFF is calculated in block B6 depending on the difference between the target value T_C2 * and the actual time period T_C2. Since the deviation of the actual time period T_C2 from the target value T_C2 * is a measure of the deviation of the expected impact speed, the impact speed of the armature on the core can be set to the desired value by switching off the current through the coil for the time period T_F_OFF.

Abstract

The regulating device comprises a regulating member and an actuator. The actuator has at least one electromagnet with a coil and a movable retaining plate. A first capture value (I_F1) is preset as a set value of the current by means of a first or a second coil (113, 115). A second capture value (I_F2) is preset as a set value when a first condition is met. A holding value (I_H) is preset as a set value when a second condition is met.

Description

Beschreibungdescription
Verfahren zum Steuern eines elektromechanischen StellgerätsMethod for controlling an electromechanical actuator
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines elektromechanischen Stellgeräts. Sie betrifft insbesondere ein Stellgerät zum Steuern einer Brennkraftmaschine.The invention relates to a method for controlling an electromechanical actuator. It relates in particular to an actuator for controlling an internal combustion engine.
Ein bekanntes Stellgerät (DE 195 26 683 AI) hat ein Stell- glied, das als Gaswechselventil ausgebildet ist, und einenA known actuator (DE 195 26 683 AI) has an actuator, which is designed as a gas exchange valve, and one
Stellantrieb. Der Stellantrieb weist zwei Elektromagnete auf, zwischen denen jeweils gegen die Kraft eines Rückstellmittels eine Ankerplatte durch Abschalten des Spulenstroms am haltenden Elektromagneten und Einschalten des Spulenstroms am fan- genden Elektromagneten bewegt werden kann. Der Spulenstrom des jeweils fangenden Elektromagneten wird auf einen vorgegebenen Fangwert I_MAX während einer vorgegebenen Zeitdauer konstant gehalten, dann für eine vorgegebene Abschaltzeit abgeschaltet und anschließend von einem Zweipunktregler mit Hy- sterese auf einen Haltewert geregelt. Aus dem zeitlichen Verlauf des Spulenstroms während der Abschaltzeit wird ein Prellen der Ankerplatte an dem jeweiligen Elektromagneten erkannt und eine entsprechende Korrektur des Fangwertes vorgenommen. Der Spulenstrom kann jedoch erst bei dem nächsten Fangvorgang auf den korrigierten Fangwert eingestellt werden. So kann sich die Ankerplatte während der Abschaltzeit gegebenenfalls so weit von dem einfangenden Elektromagneten wegbewegen, daß durch den Haltestrom nicht mehr eine ausreichende Kraft aufgebracht werden kann, um die Ankerplatte in Anlage mit dem einfangenden Elektromagneten zu bringen.Actuator. The actuator has two electromagnets, between each of which an armature plate can be moved against the force of a restoring means by switching off the coil current on the holding electromagnet and switching on the coil current on the catching electromagnet. The coil current of the respective capturing electromagnet is kept constant at a predefined catch value I_MAX for a predefined period of time, then switched off for a predefined switch-off time, and then regulated to a hold value by a two-point controller with hysteresis. From the time course of the coil current during the switch-off time, a bounce of the armature plate on the respective electromagnet is recognized and a corresponding correction of the catch value is carried out. However, the coil current cannot be set to the corrected catch value until the next capture operation. Thus, during the switch-off time, the armature plate can possibly move so far away from the capturing electromagnet that sufficient holding force can no longer be applied by the holding current to bring the anchor plate into contact with the capturing electromagnet.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Steuern eines Stellgeräts zu schaffen, das einfach ist und das ein Einfangen der Ankerplatte gewährleistet.The object of the invention is to provide a method for controlling an actuator which is simple and which ensures that the anchor plate is captured.
Die Erfindung wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Lösung hat den Vorteil, daß der erste Fangwert derart vorgegeben werden kann, daß sich ein gewünschter Geschwindigkeitsverlauf der Ankerplatte einstellt, und daß der zweite Fangwert derart einstellbar ist, daß der Anker sicher eingefangen wird und ein Abfallen des Ankers in eine Ruhepo- sition verhindert wird.The invention is solved by the features of claim 1. The solution has the advantage that the first catch value can be predefined in such a way that a desired speed profile of the anchor plate is set and that the second catch value can be set in such a way that the anchor is securely caught and the anchor is prevented from falling into a rest position.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung hängt der zweite Fangwert von der Geschwindigkeit der Ankerplatte vor dem Überschreiten des Schwellenwertes ab. Dies hat den Vor- teil, daß der zweite Fangwert derart vorgegeben werden kann, daß einerseits eine geringe Verlustwärme erzeugt wird, andererseits die Ankerplatte aber sicher eingefangen wird.In an advantageous embodiment of the invention, the second catch value depends on the speed of the anchor plate before the threshold value is exceeded. This has the advantage that the second catch value can be specified in such a way that on the one hand a low heat loss is generated, but on the other hand the anchor plate is captured safely.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der zweite Fangwert als Sollwert vorgegeben, wenn dieIn a further advantageous embodiment of the invention, the second catch value is specified as the target value if the
Position der Ankerplatte einen weiteren Schwellenwert, dessen Betrag kleiner ist als der Schwellenwert K0, K5, länger als eine vorgegebene weitere Zeitdauer überschreitet. Dadurch ist gewährleistet, daß die Ankerplatte sicher eingefangen wird, wenn die durch den ersten Fangwert hervorgerufene Kraft nicht ausreicht, daß die Position der Ankerplatte den Schwellenwert K0, K5 überschreitet.Position of the anchor plate a further threshold value, the amount of which is smaller than the threshold value K0, K5, longer than a predetermined additional time period. This ensures that the anchor plate is securely caught if the force caused by the first catch value is not sufficient for the position of the anchor plate to exceed the threshold value K0, K5.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Further advantageous embodiments of the invention are characterized in the subclaims.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the schematic drawings. Show it:
Figur 1 eine Anordnung eines Stellgeräts in einer Brennkraftmaschine, Figur 2 die Position der Ankerplatte und Ausgangssignale einer Komperatoreinrichtung aufgetragen über die Zeit t, Figur 3 ein Blockschaltbild einer Steuereinrichtung zum Steuern des Stellgeräts, Figur 4 den zeitlichen Verlauf der Spannungen und des1 shows an arrangement of an actuator in an internal combustion engine, FIG. 2 shows the position of the armature plate and output signals of a comparator device plotted over time t, FIG. 3 shows a block diagram of a control device for controlling the actuator, Figure 4 shows the time course of the voltages and
Stroms durch die erste und die zweite Spule und die Position der Ankerplatte undCurrent through the first and second coils and the position of the armature plate and
Figur 5 eine Kennlinie eines zweiten Fangwertes.5 shows a characteristic curve of a second catch value.
Elemente gleicher Konstruktion und Funktion werden figurenübergreifend mit gleichen Bezugszeichen versehen.Elements of the same construction and function are provided with the same reference symbols across the figures.
Ein Stellgerät 1 (Figur 1) umfaßt einen Stellantrieb 11 und ein Stellglied, das beispielsweise als Gaswechselventil ausgebildet 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 Elektromagnet hat einen ersten Kern 112, in dem in einer ringförmigen Nut eine erste Spule 113 eingebettet ist. Der zweite Elektromagnet hat einen zweiten Kern 114, in dem in einer weiteren ringförmigen Nut eine zweite Spule 115 eingebettet ist. Der erste Kern 112 hat eine Ausnehmung 116a, die eine Führung für den Schaft 121 bildet. Der zweite Kern 114 hat eine weitere Ausnehmung 116b, die auch als Führung des Schafts 121 dient. Eine Ankerplatte 117 ist in dem Gehäuse 111 beweglich zwischen dem ersten Kern 112 und dem zweiten Kern 114 angeordnet. Eine erste Feder 118a und eine zweite Feder 118b spannen die Ankerplatte in eine vorgegebene Ruhe- position R vor.An actuator 1 (Figure 1) comprises an actuator 11 and an actuator, which is designed for example 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 electromagnet 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. The first core 112 has a recess 116a, which forms a guide for the shaft 121. The second core 114 has a further recess 116b, which also serves as a guide for the shaft 121. An anchor plate 117 is movably arranged in the housing 111 between the first core 112 and the second core 114. A first spring 118a and a second spring 118b bias the anchor plate into a predetermined rest position R.
Das Stellgerät 1 ist mit einem Zylinderkopf 21 starr verbunden. Dem Zylinderkopf 21 ist ein Ansaugkanal 22 und ein Zylinder 23 mit einem Kolben 24 zugeordnet. Der Kolben 24 ist über eine Pleuelstange 25 mit einer Kurbelwelle 26 gekoppelt.Actuator 1 is rigidly connected to a cylinder head 21. An intake port 22 and a cylinder 23 with a piston 24 are assigned to the cylinder head 21. The piston 24 is coupled to a crankshaft 26 via a connecting rod 25.
Eine Steuereinrichtung 3 ist vorgesehen, die Signale von den Sensoren erfaßt und Stellsignale für das Stellgerät erzeugt. Die Sensoren sind als ein Positionsgeber 4, der eine Position X der Ankerplatte 117 erfaßt, als ein erster Strommesser 5a, der den Ist-Wert I_AV1 des Stroms durch die erste Spule 113 erfaßt, ein zweiter Strommesser 5b, der einen Ist-Wert I AV2 des Stroms durch die zweite Spule 115 erfaßt, als ein Drehzahlgeber 27, der die Drehzahl N der Kurbelwelle erfaßt, oder als ein Lasterfassungssensor 28 ausgebildet, der vorzugsweise ein Luftmassenmesser oder ein Drucksensor ist. Neben den er- wähnten Sensoren können auch weitere Sensoren vorhanden sein.A control device 3 is provided, which detects signals from the sensors and generates control signals for the control device. The sensors are, as a position transmitter 4, which detects a position X of the armature plate 117, as a first ammeter 5a, which detects the actual value I_AV1 of the current through the first coil 113, a second ammeter 5b, which detects an actual value I AV2 of the current through the second coil 115, as a speed sensor 27, which detects the speed N of the crankshaft, or as a load detection sensor 28, which is preferably an air mass meter or a pressure sensor. In addition to the sensors mentioned, other sensors may also be present.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 ist eine Kompara- toreinrichtung 7 vorgesehen, die abhängig von der erfaßten Position X und vorgegebenen Schwellenwerten ein Pulssignal erzeugt. Die Funktion der Komperatoreinrichtung 7 wird weiter unten anhand von Figur 2 näher erläutert. Ein Zeitglied 8, das vorzugsweise als "CAPCOM"-Einheit ausgebildet ist, erfaßt die Pulsdauern des von der Komperatoreinrichtung 7 erzeugten Pulssignals und leitet die den Pulsdauern zugeordneten Zeit- dauern T_C2, T_02, T_C3, T_03 als digitale Daten an die Steuereinrichtung 3 weiter.In the exemplary embodiment according to FIG. 1, a comparator device 7 is provided which generates a pulse signal depending on the detected position X and predetermined threshold values. The function of the comparator device 7 is explained in more detail below with reference to FIG. 2. A timing element 8, which is preferably designed as a "CAPCOM" unit, detects the pulse durations of the pulse signal generated by the comparator device 7 and forwards the time durations T_C2, T_02, T_C3, T_03 assigned to the pulse duration as digital data to the control means 3.
Treiber 6a, 6b sind vorgesehen, die die Stellsignale der Steuereinrichtung 3 verstärken.Drivers 6a, 6b are provided which amplify the control signals of the control device 3.
In Figur 2a ist der zeitliche Verlauf der Position X der Ankerplatte aufgetragen. Die Komperatoreinrichtung 7 hat sechs analoge Schwellenwertvergleicher, die jeweils bei einem der Schwellenwerte K0, Kl, K2, K3, K4 , K5 ihr Ausgangssignal än- dern. Durch eine logische Verknüpfung der Schwellenwertvergleicher entstehen dann die in den Figuren 2b und 2c aufgetragenen Pulssignale der Komparatoreinrichtung. Die Schwellenwerte K0, Kl, K2 sind im gleichen Abstand zu der Ruheposition R der Ankerplatte wie die Schwellenwerte K3, K4 bzw. K5 vorgegeben. Die Schwellenwerte liegen beispielsweise bei folgenden relativen Abstandswerten, die bezogen sind auf den Abstand der Anlagefläche der Ankerplatte bei dem ersten Elektromagneten und der Anlagefläche der Ankerplatte bei dem zweiten Elektromagneten: K0 bei 2%, Kl bei 5%, K2 bei 20%, K3 bei 80%, K4 bei 95% und K5 bei 98%. Das Zeitglied 8 ermittelt die Pulsdauern der Pulse der Pulssignale. Der Pulsdauer des Pulses, der durch die Schwellenwerte K3 und K4 vorgegeben ist, wird die Zeitdauer T_C2 zugeordnet. In erster Näherung ist die Zeitdauer T_C2 ein Maß für die mittlere Geschwindigkeit des Ankers zwischen den Schwellenwerten K3 und K4. Ebenso ermittelt das Zeitglied die Zeitdauer T_C3, die durch den zeitlichen Abstand des Überschreitens der Position X von den Schwellenwerten K4 und K5 vorgegeben ist. Das Ermitteln der Zeitdauer T_02, T_03 erfolgt analog zur Ermittlung der Zeitdauer T_C2 und T_C3.The time course of position X of the anchor plate is plotted in FIG. 2a. The comparator device 7 has six analog threshold value comparators, each of which changes its output signal at one of the threshold values K0, Kl, K2, K3, K4, K5. The pulse signals of the comparator device, which are plotted in FIGS. 2b and 2c, then arise through a logical combination of the threshold value comparators. The threshold values K0, K1, K2 are predetermined at the same distance from the rest position R of the anchor plate as the threshold values K3, K4 and K5. The threshold values are, for example, the following relative distance values, which are based on the distance between the contact surface of the armature plate in the first electromagnet and the contact surface in the armature plate for the second electromagnet: K0 at 2%, Kl at 5%, K2 at 20%, K3 at 80%, K4 at 95% and K5 at 98%. The timer 8 determines the pulse durations of the pulses of the pulse signals. The pulse duration of the pulse, which is predetermined by the threshold values K3 and K4, is assigned the time duration T_C2. In a first approximation, the time period T_C2 is a measure of the average speed of the armature between the threshold values K3 and K4. The timer also determines the time period T_C3, which is predetermined by the time interval when the position X is exceeded from the threshold values K4 and K5. The determination of the time period T_02, T_03 is carried out analogously to the determination of the time period T_C2 and T_C3.
Figur 3 zeigt ein Blockschaltbild der Steuereinrichtung 3 zum Steuern des elektromechanischen Stellgeräts 1. In einem Block Bl wird ein erster Fangwert I_F1 aus einem Kennfeld ermittelt und zwar abhängig von der Drehzahl N und dem Luftmassenstrom MAF. Die Werte des Kennfelds sind an einem Motorprüfstand oder durch Simulationen so ermittelt, daß Wärmeverluste in der jeweiligen Spule gering sind.FIG. 3 shows a block diagram of the control device 3 for controlling the electromechanical actuator 1. In a block B1, a first catch value I_F1 is determined from a map, specifically as a function of the speed N and the air mass flow MAF. The values of the map are determined on an engine test bench or by simulations so that heat losses in the respective coil are low.
In einer Summierstelle SI wird die Differenz einer tatsächlichen Zeitdauer T_C3 und des Sollwertes T_C3* der Zeitdauer ermittelt. In einem Block B2 wird dann ein vorgegebener Sollwert T_C2* abhängig von der Differenz adaptiert, die in der Summierstelle SI ermittelt wurde. In einer Summierstelle S2 wird die Differenz des Sollwertes T_C2* und der tatsächlichen Zeitdauer T_C2 berechnet.The difference between an actual time period T_C3 and the target value T_C3 * of the time period is determined in a summing point SI. In a block B2, a predefined setpoint T_C2 * is then adapted depending on the difference that was determined in the summing point SI. The difference between the setpoint T_C2 * and the actual time period T_C2 is calculated in a summing point S2.
Ein Block B3 umfaßt einen Integrator, der abhängig von der Differenz des Sollwertes T_C2* und der tatsächlichen Zeitdau- er T_C2 einen Korrekturwert berechnet, mit dem in der dritten Summierstelle der erste Fangwert I_F1 korrigiert wird.A block B3 comprises an integrator which, depending on the difference between the target value T_C2 * and the actual time T_C2, calculates a correction value with which the first catch value I_F1 is corrected in the third summing point.
In einem Block B4 wird ein zweiter Fangwert I_F2 ermittelt. Der zweite Fangwert I_F2 ist entweder fest vorgegeben oder in einer Kennlinie abhängig von der Differenz der tatsächlichen Zeitdauer T_C3 und des Sollwertes T_C3* der Zeitdauer abgelegt. Ist der zweite Fangwert I F2 fest vorgegeben, so hat dies den Vorteil, daß die Ermittlung des zweiten Fangwertes I_F2 weniger rechenintensiv ist. Wird der zweite Fangwert I_F2 über die Kennlinie abhängig von der Differenz der tatsächlichen Zeitdauer T_C3 und des Sollwertes T_C3* der Zeit- dauer ermittelt, so sind die Wärmeverluste von der jeweils bestromten Spule deutlich verringert.A second catch value I_F2 is determined in a block B4. The second catch value I_F2 is either fixed or stored in a characteristic curve depending on the difference between the actual time period T_C3 and the target value T_C3 * of the time period. If the second catch value I F2 is fixed, it has this has the advantage that the determination of the second catch value I_F2 is less computation-intensive. If the second catch value I_F2 is determined via the characteristic curve as a function of the difference between the actual time period T_C3 and the target value T_C3 * of the time period, the heat losses from the coil which is energized in each case are significantly reduced.
Die Kennlinie hat vorzugsweise die in der Figur 5 dargestellten Form. Ist die Differenz der tatsächlichen Zeitdauer T_C3 und des Sollwertes T_C3* der Zeitdauer gleich Null, so hat der zweite Fangwert I_F2 einen minimalen Wert. Wird die Differenz kleiner als Null, so steigt der zweite Fangwert I_F2 an um eine ausreichende Kraft zu erzeugen, die einen Prellvorgang dämpft und ein Abfallen durch das Prellen des Ankers in die Ruhelage verhindert. Wird die Differenz größer Null, so wird der zweite Fangwert auch erhöht, um ein Abfallen der Ankerplatte in die Ruheposition R zu vermeiden.The characteristic curve preferably has the shape shown in FIG. 5. If the difference between the actual time period T_C3 and the target value T_C3 * of the time period is zero, then the second catch value I_F2 has a minimum value. If the difference is less than zero, the second catch value I_F2 increases in order to generate a sufficient force that dampens a bouncing process and prevents the armature from bouncing into the rest position. If the difference is greater than zero, the second catch value is also increased in order to prevent the anchor plate from falling into the rest position R.
In einem Block B5 wird ein Haltewert I_H abhängig von der Drehzahl N und einem Luftmassenstrom MAF aus einem Kennfeld ermittelt. In einem Block B6 wird eine Zeitdauer T_F_OFF ermittelt und zwar abhängig von der Differenz des Sollwertes T_C2* und der tatsächlichen Zeitdauer T_C2.In a block B5, a holding value I_H is determined as a function of the speed N and an air mass flow MAF from a map. A time period T_F_OFF is determined in a block B6, depending on the difference between the target value T_C2 * and the actual time period T_C2.
In einem Block B7 wird abhängig von der Position der Ankerplatte, der Zeitdauer T_MAX, der Zeitdauer T_F_OFF und weiteren Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine ermittelt, ob der erste Fangwert I_F1, der zweite Fangwert I_F2, der Haltewert I_H oder ein Nullwert der Sollwert für einen Regler B8 ist. Die Position X der Ankerplatte wird dabei indirekt über die tatsächlichen Zeitdauern T_C2, T_C3, T_02, T_03 ermittelt.In block B7, depending on the position of the anchor plate, the time period T_MAX, the time period T_F_OFF and other operating variables of the internal combustion engine, it is determined whether the first catch value I_F1, the second catch value I_F2, the hold value I_H or a zero value is the target value for a controller B8 . The position X of the anchor plate is determined indirectly via the actual time periods T_C2, T_C3, T_02, T_03.
Sobald eine vorgegebene erste Bedingung erfüllt ist, wechselt der Sollwert für den Regler B8 von dem ersten Fangwert I_F1 auf den zweiten Fangwert I_F2. Die erste Bedingung ist vorzugsweise erfüllt, wenn der Betrag der Position X der Ankerplatte Schwellenwert K5, K0 überschreitet, dies wird indirekt daran erkannt, daß das Zeitglied 8 eine neue tatsächliche Zeitdauer T_C3 an die Steuereinrichtung 3 weitergeleitet hat,As soon as a predefined first condition is fulfilled, the setpoint value for the controller B8 changes from the first catch value I_F1 to the second catch value I_F2. The first condition is preferably met if the amount of the position X of the anchor plate exceeds the threshold value K5, K0, this becomes indirect recognized that the timer 8 has forwarded a new actual time period T_C3 to the control device 3,
Die Regelgröße des Reglers B8 ist der Strom durch die jeweils zu bestromende Spule 113, 115. Die Differenz des in Block B7 ermittelten Sollwertes und des tatsächlichen Stroms I_AV1, I_AV2 durch die Spule 113, 115 ist die Regeldifferenz des Reglers B8. Der Regler ist vorzugsweise als Zweipunktreg- 1er mit Hysterese ausgebildet. Die Stellgröße des Reglers ist ein Spannungssignal Ul, U2, das dem Treiber 6a bzw. 6b zugeführt wird, der es verstärkt und der ersten bzw. zweiten Spule 113, 115 zuführt.The controlled variable of the controller B8 is the current through the coil 113, 115 to be energized. The difference between the desired value determined in block B7 and the actual current I_AV1, I_AV2 through the coil 113, 115 is the control difference of the controller B8. The controller is preferably designed as a two-point controller with hysteresis. The manipulated variable of the controller is a voltage signal U1, U2, which is fed to the driver 6a or 6b, which amplifies it and supplies it to the first or second coil 113, 115.
In Figur 3 ist das Blockschaltbild beispielhaft für die Berechnung des Stellsignals für die erste Spule 113 dargestellt. Die Berechnung des Stellsignals für die zweite Spule 115 erfolgt analog, lediglich die Zeitdauern T_C2 und T_C3 sind durch die Zeitdauern T 02 und T 03 zu ersetzen.FIG. 3 shows the block diagram as an example for the calculation of the control signal for the first coil 113. The control signal for the second coil 115 is calculated analogously, only the time periods T_C2 and T_C3 are to be replaced by the time periods T 02 and T 03.
Figur 4a zeigt die Stellgröße des Reglers B8, die ein erstes Spannungssignal Ul ist, mit dem die erste Spule 113 erregt wird, bzw. ein zweites Spannungssignal U2 ist, mit dem die zweite Spule 115 erregt wird.FIG. 4a shows the manipulated variable of controller B8, which is a first voltage signal U1 with which the first coil 113 is excited, or a second voltage signal U2 with which the second coil 115 is excited.
Figur 4b zeigt den zugeordneten zeitlichen Verlauf des Istwertes I_AV1 des Stroms durch die erste Spule 113, und punktiert den zeitlichen Verlauf des Istwertes I_AV2 des Stroms durch die zweite Spule 115. Figur 4c zeigt die Position X der Ankerplatte aufgetragen über die Zeit t.FIG. 4b shows the assigned time course of the actual value I_AV1 of the current through the first coil 113, and punctures the time course of the actual value I_AV2 of the current through the second coil 115. FIG. 4c shows the position X of the anchor plate plotted over the time t.
Von einem Zeitpunkt ti ist zu einem Zeitpunkt t2 ist der Sollwert für den Strom durch die erste Spule 113 der erste Fangwert I_F1. Zu dem Zeitpunkt t2, der vorzugsweise kurz vor dem erwarteten Auftreffen der Ankerplatte 117 auf den ersten Kern 112 liegt, wird dann als Sollwert für den Regler B8 der zweite Fangwert I F2 als Sollwert vorgegeben. Während der Zeitdauer T_F2 ist der Sollwert des Reglers B8 der zweite Fangwert. Eine zweite Bedingung ist erfüllt, wenn die Zeitdauer ab der Vorgabe des zweiten Fangwertes I_F2 größer ist als die Zeitdauer T_F2. Eine besonders hohe Zuverlässigkeit und gleichzeitig geringe Wärmeverluste bei der Steuerung des Stellgliedes sind gewährleistet, wenn die Zeitdauer T_F2 abhängt von der Geschwindigkeit der Ankerplatte 117 vor dem Überschreiten des Schwellenwerts K5. Die Zeitdauer T_C3 ist ein Maß für die Geschwindigkeit der Ankerplatte vor dem Über- schreiten des Schwellenwertes K5. Der zweite Fangwert I_F2 wird vorteilhaft größer als der erste Fangwert I_F1 gewählt. So ist gewährleistet, daß die Ankerplatte sicher von dem ersten Elektromagneten gefangen wird.From a point in time ti to a point in time t 2 , the desired value for the current through the first coil 113 is the first catch value I_F1. At the time t 2 , which is preferably shortly before the expected impact of the anchor plate 117 on the first core 112, the second catch value I F2 is then specified as the setpoint for the controller B8. During the Time period T_F2 is the target value of controller B8, the second catch value. A second condition is met if the time period from the specification of the second catch value I_F2 is greater than the time period T_F2. A particularly high level of reliability and at the same time low heat losses in the control of the actuator are ensured if the time period T_F2 depends on the speed of the armature plate 117 before the threshold value K5 is exceeded. The time period T_C3 is a measure of the speed of the anchor plate before the threshold value K5 is exceeded. The second catch value I_F2 is advantageously chosen to be larger than the first catch value I_F1. This ensures that the armature plate is securely caught by the first electromagnet.
Sobald die zweite Bedingung erfüllt ist- dies ist der Fall an einem Zeitpunkt t3 - wird bis zu einem Zeitpunkt t4 als Sollwert für den Regler B8 der Haltewert I_H vorgegeben. Der Haltewert kann sehr niedrig gewählt werden und zwar niedriger als der zweite Fangwert I_F2, da der Anker statisch an dem ersten Elektromagneten anliegt, während der Haltewert I_H der Sollwert für den Regler B8 ist.As soon as the second condition is fulfilled - this is the case at a time t 3 - the hold value I_H is specified as a setpoint for the controller B8 up to a time t 4 . The hold value can be selected to be very low, namely lower than the second catch value I_F2, since the armature is statically applied to the first electromagnet, while the hold value I_H is the setpoint for the controller B8.
Ab dem Zeitpunkt t4 ist als Sollwert für den Strom durch die erste Spule 113 der Nullwert (zum Beispiel Null Ampere) vor- gegeben. Die Ankerplatte schwingt dann in Richtung auf den zweiten Elektromagneten. Zum Einfangen der Spule durch den zweiten Elektromagneten wird dann vom Zeitpunkt t5 an die zweite Spule bestromt und zwar wird dem Regler B8 als Sollwert der erste Fangwert I_F1 vorgegeben, der Regler B8 er- zeugt dann das zweite Spannungssignal U2.From time t 4 , the zero value (for example zero amperes) is specified as the target value for the current through the first coil 113. The armature plate then swings in the direction of the second electromagnet. To catch the coil by the second electromagnet, current is then supplied to the second coil from time t 5 , namely that the first catch value I_F1 is specified as the target value for the controller B8, and the controller B8 then generates the second voltage signal U2.
Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Beispielsweise kann das Stellglied auch als Einspritzventil ausgebildet sein. Das Verfahren kann als Pro- gra m von einem Mikroprozessor abgearbeitet werden. Es kann aber ebenso auch durch eine Logikschaltung oder eine Analog- schaltungsanordnung realisiert werden. Der Regler kann beispielsweise auch als ein Einpunktregler mit einem Zeitglied oder als ein Pulsweitenmodulations-Regler ausgebildet sein. Es kann auch je ein Regler für jede Spule 113,115 vorgesehen sein.The invention is not limited to the exemplary embodiment described. For example, the actuator can also be designed as an injection valve. The method can be executed as a program by a microprocessor. However, it can also be implemented by a logic circuit or an analog circuit arrangement. The controller can also be designed, for example, as a single-point controller with a timing element or as a pulse width modulation controller. A controller can also be provided for each coil 113, 115.
Alternativ kann auch ein Gleichrichter vorgesehen sein, der das Signal des Positionsgebers 4 gleichrichtet, wobei dann die Ruheposition R den Wert Null hat. Die Komparatoreinrich- tung weist dann dementsprechend nur drei Schwellenwertver- gleicher auf, die jeweils bei dem Schwellenwert K0 bzw. Kl bzw. K3 ihr Ausgangssignal ändern.Alternatively, a rectifier can also be provided, which rectifies the signal of the position transmitter 4, the rest position R then having the value zero. The comparator device then accordingly has only three threshold value comparators, each of which changes its output signal at the threshold value K0 or K1 or K3.
Die Vorgabe des Haltewertes als Sollwert für den Strom durch die erste Spule kann auch erfolgen nach einer vorgegebenen Zeitdauer nach dem Vorgeben des Nullwertes als Sollwert des Stroms durch die zweite Spule.The stopping value can also be specified as the setpoint for the current through the first coil after a predetermined period of time after the zero value has been specified as the setpoint for the current through the second coil.
Eine besonders niedrige Auftreffgeschwindigkeit der Ankerplatte auf den jeweiligen Kern 112, 114 läßt sich erreichen, wenn der erste Fangwert I_F1 für die Zeitdauer T_F_OFF nach einem Zeitpunkt tla auf den Nullwert gesetzt wird. Die Zeitdauer T_F_OFF wird in dem Block B6 abhängig von der Differenz des Sollwertes T_C2* und der tatsächlichen Zeitdauer T_C2 berechnet. Da die Abweichung der tatsächlichen Zeitdauer T_C2 von dem Sollwert T_C2* ein Maß für die Abweichung der erwarteten Auftreffgeschwindigkeit ist, läßt sich durch ein Abschalten des Stromes durch die Spule für die Zeitdauer T_F_OFF die Auftreffgeschwindigkeit des Ankers auf den Kern auf den gewünschten Wert einstellen. A particularly low impact speed of the anchor plate on the respective core 112, 114 can be achieved if the first catch value I_F1 is set to the zero value for a period T_F_OFF after a time t la . The time period T_F_OFF is calculated in block B6 depending on the difference between the target value T_C2 * and the actual time period T_C2. Since the deviation of the actual time period T_C2 from the target value T_C2 * is a measure of the deviation of the expected impact speed, the impact speed of the armature on the core can be set to the desired value by switching off the current through the coil for the time period T_F_OFF.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Steuern eines elektromechanischen Stellgeräts, das ein Stellglied (12) und einen Stellantrieb (11) hat, der aufweist: - mindestens einen Elektromagneten mit einer Spule (113, 115)1. Method for controlling an electromechanical actuator, which has an actuator (12) and an actuator (11), which has: - at least one electromagnet with a coil (113, 115)
- eine bewegliche Ankerplatte (117),- a movable anchor plate (117),
- mindestens ein Rückstellmittel, das die Ankerplatte (117) in eine vorgegebene Ruheposition (C) vorspannt, wobei dem Stellantrieb (12) ein Regler (B8) zugeordnet ist, dessen Regelgröße der Strom durch die Spule (113,115) ist, mit folgenden Schritten:- At least one resetting means, which prestresses the anchor plate (117) into a predetermined rest position (C), the actuator (12) being assigned a controller (B8), the controlled variable of which is the current through the coil (113, 115), with the following steps:
- ein erster Fangwert (I_F1) wird als Sollwert des Stroms durch die Spule (113,115) vorgegeben, - ein zweiter Fangwert (I_F2), der größer ist als ein Haltewert (I_H), wird als Sollwert vorgegeben, wenn eine vorgegebene erste Bedingung erfüllt ist, und- a first catch value (I_F1) is specified as the setpoint value of the current through the coil (113, 115), - a second catch value (I_F2), which is greater than a hold value (I_H), is set as setpoint value if a predefined first condition is met , and
- ein Haltewert (I_H) wird als Sollwert vorgegeben, wenn eine vorgegebene zweite Bedingung erfüllt ist.- A hold value (I_H) is specified as the setpoint if a specified second condition is met.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Positionsgeber (6) zum Erfassen der Position (X) der Ankerplatte (117) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Bedingung erfüllt ist, wenn der Betrag der Position (X) der Ankerplatte einen vorgegebenen Schwellenwert (K5,K0) überschreitet.2. The method according to claim 1, wherein a position sensor (6) for detecting the position (X) of the anchor plate (117) is provided, characterized in that the first condition is met when the amount of the position (X) of the anchor plate is a predetermined Threshold value (K5, K0) exceeded.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Fangwert (I_F2) abhängt von der Geschwindigkeit der Ankerplatte (117) vor dem Über- schreiten des Schwellenwertes (K5,K0).3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the second catch value (I_F2) depends on the speed of the anchor plate (117) before the threshold value (K5, K0) is exceeded.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Fangwert (I_F2) größer ist als der erste Fangwert (I Fl) . 4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the second catch value (I_F2) is greater than the first catch value (I Fl).
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Bedingung erfüllt ist, wenn die Position der Ankerplatte einen weiteren Schwellenwert (K1,K4), länger als eine vorgegebene weitere Zeitdauer (T_MAX) überschreitet, wobei der Betrag des weiteren Schwellenwerts kleiner ist als der Betrag des Schwellenwerts (K0, K5) .5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the first condition is met if the position of the anchor plate exceeds a further threshold value (K1, K4) longer than a predetermined further period (T_MAX), the amount of the further threshold value is less than the amount of the threshold (K0, K5).
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Bedingung erfüllt ist, wenn der zweite Fangwert (I_F2) eine Zeitdauer (T_F2) als Sollwert vorgegeben ist.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the second condition is met when the second catch value (I_F2) a time period (T_F2) is predetermined as the target value.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer (T_F2) abhängt von der Geschwindigkeit der Ankerplatte (117) vor dem Überschreiten des Schwellenwertes (K5,K0) .7. The method according to claim 5, characterized in that the time period (T_F2) depends on the speed of the anchor plate (117) before the threshold value (K5, K0) is exceeded.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Fangwert (I_F1) korrigiert wird abhängig von der Geschwindigkeit der Ankerplatte (117) vor dem Überschreiten des Schwellenwertes (K0,K5). 8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the first catch value (I_F1) is corrected depending on the speed of the anchor plate (117) before the threshold value (K0, K5) is exceeded.
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