EP3867655A1 - Method for determining a switched state of a valve, and solenoid valve assembly - Google Patents

Method for determining a switched state of a valve, and solenoid valve assembly

Info

Publication number
EP3867655A1
EP3867655A1 EP19786939.9A EP19786939A EP3867655A1 EP 3867655 A1 EP3867655 A1 EP 3867655A1 EP 19786939 A EP19786939 A EP 19786939A EP 3867655 A1 EP3867655 A1 EP 3867655A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
coil
inductance
valve
current
time
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Withdrawn
Application number
EP19786939.9A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Alexander Michel
Dirk Morschel
Eduard Wiens
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Continental Automotive Technologies GmbH
Original Assignee
Continental Teves AG and Co OHG
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Continental Teves AG and Co OHG filed Critical Continental Teves AG and Co OHG
Publication of EP3867655A1 publication Critical patent/EP3867655A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K37/00—Special means in or on valves or other cut-off apparatus for indicating or recording operation thereof, or for enabling an alarm to be given
    • F16K37/0075—For recording or indicating the functioning of a valve in combination with test equipment
    • F16K37/0083—For recording or indicating the functioning of a valve in combination with test equipment by measuring valve parameters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
    • F16K31/06—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid
    • F16K31/0675—Electromagnet aspects, e.g. electric supply therefor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
    • G01R31/282—Testing of electronic circuits specially adapted for particular applications not provided for elsewhere
    • G01R31/2829—Testing of circuits in sensor or actuator systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/72—Testing of electric windings
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/0023—Electronic aspects, e.g. circuits for stimulation, evaluation, control; Treating the measured signals; calibration
    • G01R33/0035—Calibration of single magnetic sensors, e.g. integrated calibration
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R35/00—Testing or calibrating of apparatus covered by the other groups of this subclass
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R35/00—Testing or calibrating of apparatus covered by the other groups of this subclass
    • G01R35/005—Calibrating; Standards or reference devices, e.g. voltage or resistance standards, "golden" references
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • 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
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V13/00—Manufacturing, calibrating, cleaning, or repairing instruments or devices covered by groups G01V1/00 – G01V11/00
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
    • G01V3/08—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with magnetic or electric fields produced or modified by objects or geological structures or by detecting devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
    • G01V3/08—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with magnetic or electric fields produced or modified by objects or geological structures or by detecting devices
    • G01V3/081—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with magnetic or electric fields produced or modified by objects or geological structures or by detecting devices the magnetic field is produced by the objects or geological structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • 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
    • H01F2007/185—Monitoring or fail-safe circuits with armature position measurement
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • 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
    • H01F2007/1861—Monitoring or fail-safe circuits using derivative of measured variable
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • 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
    • H01F2007/1888—Circuit arrangements for obtaining desired operating characteristics, e.g. for slow operation, for sequential energisation of windings, for high-speed energisation of windings using pulse width modulation

Definitions

  • the invention relates to a method for determining a switching state of a valve, which is actuated by means of a coil.
  • the invention further relates to an electromagnetic valve arrangement which is designed to carry out such a method.
  • Valves can be actuated in particular by means of electromagnets.
  • corresponding electromagnetic valve arrangements can be constructed, which typically have a valve and a coil for actuating the valve.
  • the invention relates to a method for determining a switching state of a valve, which is actuated by means of a coil.
  • the method has the following steps: at a plurality of times which follow one another at a predetermined time interval, in each case determining a current flowing through the coil and a voltage applied to the coil,
  • the invention is based on the knowledge that an inductance quantity can be determined by measuring the currents and voltages at the times mentioned, a switching state of the valve being able to be determined on the basis thereof. This allows the switching status to be monitored, for example whether the valve is open or closed.
  • Current and / or voltage can be determined, for example, by measuring. Suitable measuring devices can be used for this. However, they can also be determined by specifying values. This can be the case in particular if a value is specified and set by a device suitable for this. For example, a regulated current source can be used to set a defined current. The same applies to the voltage. In this case, it is no longer absolutely necessary to measure an actually set value, although it should be mentioned that such a value can still be measured.
  • An inductance in the physical sense can be used as the inductance variable. However, a size can also be used which is indicative of the inductance, for example proportional to the actual inductance, but which is easier to calculate or easier to handle. There is typically a relationship, for example a linear relationship, between the inductance variable and the actual inductance.
  • the inductance quantity can be calculated in particular using the least squares method. This has proven to be an efficient approach.
  • the least squares method can preferably be used recursively with a forgetting factor. This can optimize the computing time required.
  • the inductance variable can be determined using a linear equation.
  • a first column vector is equated to a matrix multiplied by a second column vector.
  • the times can in particular be numbered with index k.
  • the first column vector can contain a difference between the current at time k + 1 minus the current at time k.
  • the matrix can in particular have two columns.
  • the first column of the matrix can contain a sum of the voltage at time k + 1 and the voltage at time k.
  • the second column of the matrix can contain a sum of the current at time k + 1 and the current at time k.
  • the second column vector can contain a first parameter in its first row and a second parameter in its second row.
  • the inductance variable or also the inductance can be calculated as a quotient from the time interval divided by the number 2 and divided by the first parameter. This enables easy calculation of the inductance quantity or inductance based on the above-mentioned equation.
  • the inductance quantity may be easier to determine than the inductance in the strictly physical sense, and the inductance quantity or another quantity that is easier to calculate than the inductance and is based on the inductance can also be used for determining the switching state.
  • a resistance of the coil can also be calculated based on the currents, the voltages and the time interval. Such a resistor can be used for further evaluations. It should be understood that instead of the resistance, a resistance variable can also be specified here which has a relationship, for example a linear relationship to the actual resistance. This is considered equivalent here.
  • a resistance of the coil can in particular be calculated as a quotient from the second parameter divided by the first parameter become. This enables easy calculation of the resistance.
  • the method can in particular be carried out repeatedly continuously or continuously. This means that the status of a valve can be monitored continuously.
  • the inductance variable is compared with a first end value and a second end value. If the inductance variable has a maximum of a predetermined distance from the first end value, a first switching state can be determined. If the inductance variable has a maximum of a predetermined distance from the second end value, a second switching state can be determined. This has proven to be a practical and reliable way of determining a switching state. It is based in particular on the knowledge that, depending on the switching state, the inductance takes on different values that can be compared.
  • the switching states can in particular be final states of the valve. However, the determination of intermediate states is also possible.
  • the switching status of a valve can also be recognized from a test signal. This can be stamped on the coil so that the switching status can be recognized.
  • calculations can be carried out entirely or partially using fixed point arithmetic.
  • a fixed point arithmetic has proven to be particularly efficient for the present purposes.
  • the coil can be controlled by means of pulse width modulation.
  • Current and voltage can then in particular be averaged over a pulse width modulation period. It has been shown that in this case an application of the method is advantageously possible even with a coil controlled by means of pulse width modulation.
  • a first memory matrix is formed as the product of the transpose of the matrix and the first column vector.
  • a second storage matrix can be formed as an inverse of a product from the transpose of the matrix and the matrix.
  • the first memory matrix and the second memory matrix can then be stored.
  • the first column vector and the matrix, particularly in this case, are preferably not stored as such. It has been shown that this leads to a simplified calculation.
  • the invention further relates to an electromagnetic valve arrangement.
  • This electromagnetic valve arrangement has a valve and a coil for actuating the valve. It also has a control device for applying a current and / or a voltage to the coil. This enables the valve or the coil to be actuated.
  • the electromagnetic valve arrangement furthermore has a state determination device which is configured to carry out a method according to the invention. Doing so can all versions and variants described here can be used.
  • the invention further relates to a non-volatile computer-readable storage medium on which program code is stored, the execution of which carries out a method according to the invention.
  • program code is stored, the execution of which carries out a method according to the invention.
  • all the designs and variants described herein can be used.
  • Fig. 2 shows an equivalent circuit diagram of a coil
  • Fig. 3 an inductance depending on one
  • Fig. 6 shows a course of an inductance
  • FIG. 1 shows an electromagnetic valve arrangement 5 according to an embodiment of the invention. This is configured to carry out a method according to an embodiment of the invention.
  • the electromagnetic valve arrangement 5 is only shown schematically here.
  • the electromagnetic valve arrangement 5 has a valve 10. It also has an armature 20 which is connected to the valve 10 via an armature rod 25. Furthermore, it has a coil 30 which surrounds the armature 20. The coil 30 can be supplied with electrical current, whereby the armature 20 can be moved. This enables a movement or actuation of the valve 10.
  • the valve 10 can be switched between two end positions, namely an open end position and a closed end position.
  • the solenoid valve arrangement 5 also has a control device 40 which is designed to apply a current and / or a voltage to the coil 30. This is for driving as just mentioned.
  • the electromagnetic valve arrangement 5 has a state determination device 50, which is configured to carry out a method according to the invention. The functionality will be discussed in more detail below.
  • valve 10 is to be subjected to a switching state determination.
  • a mathematical model of the electrical subsystem of the coil 30 is first discussed before further details are described.
  • a mathematical model of the coil 30 can be used for the coil voltage u and the coil current i and the inductance L. and the resistance R of the coil 30 are reproduced in a good approximation via the following relationship:
  • the time t is given as a parameter.
  • Fig. 2 shows an electrical equivalent circuit diagram, inductance L, resistance R, voltage u and current i are shown.
  • equation (1) above can be simplified to a good approximation to the following equation:
  • v denotes the tappet speed of a tappet of the valve 10, which is not shown separately.
  • the tappet and the armature 20 already mentioned can be involved.
  • This mathematical model can be used to determine valve condition. This is explained below.
  • FIG. 3 shows a course of the inductance at constant current over the plunger position of a typical solenoid valve, for example valve 10.
  • the switching state is plotted in percent on the horizontal axis in FIG. 3, while the inductance is plotted on the vertical axis in arbitrary units.
  • the current relative to the maximum current is plotted on the horizontal axis of FIG. 4, while the inductance is plotted relative to the maximum inductance on the vertical axis of FIG. 4. It is easy to see that knowledge of the inductance and the current can be used to infer the switching state.
  • the inductance L can be estimated and thus also by pure size comparisons of the estimated inductance L with LQ and Li and preferably also the knowledge of the current can be concluded directly from the switching state.
  • valve state estimation is now to solve the least squares problem recursively with a forgetting factor. This enables the inductance to be estimated when there are changes in current, from which the switching state can be determined by comparing the sizes. It should be noted that a change in current does not only occur due to a change in the coil voltage, but also due to the dependence of the inductance on the position even when the plunger moves, as is represented, for example, by equation (2) above. This also makes it possible to detect unwanted valve switching, for example by externally acting forces or flow forces.
  • a recursive least squares method can also be implemented in fixed point arithmetic by suitable implementation. Furthermore, such a method for two estimation parameters has a very low computing effort, which also enables direct implementation in hardware through simple logic gates.
  • the calculation just described is carried out by the state determination device 50.
  • the corresponding voltages and currents are measured at the respective times.
  • valve switching status has been taken into account depending on the control, i.e. it was assumed that a valve is switched when the controller requests it. It could not be determined whether a valve changes its switching state due to flow forces or other externally acting forces or whether, for example, an SG valve opens at all. There are already approaches for determining the switching state, but the resulting measurement signals are very small and prone to failure.
  • a recursive least squares method can be used here, but other methods can also be used.
  • the use of the coil current averaged over a pulse width modulation period and the averaged coil voltage is advantageous for systems operated with pulse width modulation. If the supply voltage is known, the duty cycle of a pulse width modulation period can be used as an alternative to the averaged coil voltage.
  • steps of the method according to the invention can be carried out in the order given. However, they can also be run in a different order.
  • the method according to the invention can be carried out in one of its embodiments, for example with a specific combination of steps, in such a way that no further steps are carried out. In principle, however, further steps can also be carried out, even those that are not mentioned.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Magnetically Actuated Valves (AREA)

Abstract

The invention relates to a method for determining a switched state of a valve. In said method, an inductance value is ascertained on the basis of current and voltage measurements, and the switched state is determined on the basis of the inductance value. The invention further relates to a solenoid valve assembly for carrying out said kind of method.

Description

Verfahren zum Bestimmen eines Schaltzustands eines Ventils und E1ektromagnetventi1anordnung Method for determining a switching state of a valve and electromagnetic valve arrangement
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines Schaltzustands eines Ventils, welches mittels einer Spule betätigt wird. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Elektromagnetventilanordnung, welche dazu ausgebildet ist, ein solches Verfahren auszuführen. The invention relates to a method for determining a switching state of a valve, which is actuated by means of a coil. The invention further relates to an electromagnetic valve arrangement which is designed to carry out such a method.
Ventile können insbesondere mittels Elektromagneten betätigt werden. Hierzu können entsprechende Elektromagnetventilanordnungen aufgebaut werden, welche typischerweise ein Ventil und eine Spule zur Betätigung des Ventils aufweisen. Valves can be actuated in particular by means of electromagnets. For this purpose, corresponding electromagnetic valve arrangements can be constructed, which typically have a valve and a coil for actuating the valve.
Gemäß dem Stand der Technik ist es bekannt, Ventile dadurch zu schalten, dass die jeweilige Spule mit einem zum Schalten geeigneten Strom beaufschlagt wird. Ein dadurch erzeugtes Magnetfeld sorgt typischerweise für ein Schalten des Ventils oder hält das Ventil in einem bestimmten Zustand. Allerdings wird bei Ausführungen gemäß dem Stand der Technik typischerweise davon ausgegangen, dass ein eingestellter bzw. gewünschter Schaltzustand auch tatsächlich eingenommen wird. Eine Überprüfung ist nicht vorgesehen. According to the prior art, it is known to switch valves in that a current suitable for switching is applied to the respective coil. A magnetic field generated in this way typically ensures the switching of the valve or keeps the valve in a certain state. However, in the case of designs according to the prior art, it is typically assumed that a set or desired switching state is actually assumed. A review is not planned.
Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Bestimmen eines Schaltzustands eines Ventils vorzusehen. Es ist des Weiteren eine Aufgabe der Erfindung, eine zugehörige Elektromagnetventilanordnung vorzusehen . It is therefore an object of the invention to provide a method for determining a switching state of a valve. It is also an object of the invention to provide an associated solenoid valve arrangement.
Dies wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren und eine Elektromagnetventilanordnung gemäß den jeweiligen Hauptansprüchen erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen können beispielsweise den jeweiligen Unteransprüchen entnommen werden. Der Inhalt der Ansprüche wird durch ausdrückliche Inbezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht. This is achieved according to the invention by a method and an electromagnetic valve arrangement in accordance with the respective main claims. Advantageous refinements can be found, for example, in the respective subclaims. The content of the claims is made express reference to the content of the description.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines Schaltzustands eines Ventils, welches mittels einer Spule betätigt wird. Das Verfahren weist folgende Schritte auf: zu einer Mehrzahl von Zeitpunkten, welche mit einem vorgegebenen Zeitabstand aufeinanderfolgen, jeweiliges Ermitteln eines durch die Spule fließenden Stroms und einer an der Spule anliegenden Spannung, The invention relates to a method for determining a switching state of a valve, which is actuated by means of a coil. The method has the following steps: at a plurality of times which follow one another at a predetermined time interval, in each case determining a current flowing through the coil and a voltage applied to the coil,
Berechnen einer Induktivitätsgröße der Spule basierend auf den Strömen, der Spannung und dem Zeitabstand und  Calculate an inductance quantity of the coil based on the currents, the voltage and the time interval and
Bestimmen des Schaltzustands basierend auf der Induktivitätsgröße .  Determining the switching state based on the inductance variable.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass durch das Messen der Ströme und Spannungen zu den erwähnten Zeitpunkten eine Induktivitätsgröße ermittelt werden kann, wobei basierend auf dieser ein Schaltzustand des Ventils ermittelt werden kann. Dies erlaubt eine Überwachung des Schaltzustands , also beispielsweise ob das Ventil offen oder geschlossen ist. The invention is based on the knowledge that an inductance quantity can be determined by measuring the currents and voltages at the times mentioned, a switching state of the valve being able to be determined on the basis thereof. This allows the switching status to be monitored, for example whether the valve is open or closed.
Strom und/oder Spannung können beispielsweise durch Messen ermittelt werden. Hierzu können geeignete Messgeräte verwendet werden. Sie können jedoch jeweils auch durch Wertvorgabe ermittelt werden. Dies kann insbesondere dann der Fall sein, wenn ein Wert vorgegeben und durch ein hierfür geeignetes Gerät eingestellt wird. Beispielsweise kann hierfür eine geregelte Stromquelle verwendet werden, um einen definierten Strom einzustellen. Gleiches gilt für die Spannung. In diesem Fall ist es nicht mehr zwingend notwendig, einen tatsächlich eingestellten Wert zu messen, wobei erwähnt sei, dass trotzdem ein solcher Wert gemessen werden kann. Als Induktivitätsgröße kann eine Induktivität im physikalischen Sinne verwendet werden. Es kann jedoch auch eine Größe verwendet werden, welche anzeigend ist für die Induktivität, beispielsweise zur tatsächlichen Induktivität proportional ist, jedoch einfacher zu berechnen oder einfacher zu handhaben ist. Typischerweise besteht ein Zusammenhang, beispielsweise ein linearer Zusammenhang, zwischen der Induktivitätsgröße und der tatsächlichen Induktivität. Current and / or voltage can be determined, for example, by measuring. Suitable measuring devices can be used for this. However, they can also be determined by specifying values. This can be the case in particular if a value is specified and set by a device suitable for this. For example, a regulated current source can be used to set a defined current. The same applies to the voltage. In this case, it is no longer absolutely necessary to measure an actually set value, although it should be mentioned that such a value can still be measured. An inductance in the physical sense can be used as the inductance variable. However, a size can also be used which is indicative of the inductance, for example proportional to the actual inductance, but which is easier to calculate or easier to handle. There is typically a relationship, for example a linear relationship, between the inductance variable and the actual inductance.
Die Induktivitätsgröße kann insbesondere nach der Methode der kleinsten Quadrate berechnet werden. Dies hat sich als effiziente Vorgehensweise herausgestellt. The inductance quantity can be calculated in particular using the least squares method. This has proven to be an efficient approach.
Die Methode der kleinsten Quadrate kann vorzugsweise rekursiv mit Vergessensfaktor angewendet werden. Dies kann die benötigte Rechenzeit optimieren. The least squares method can preferably be used recursively with a forgetting factor. This can optimize the computing time required.
Die Induktivitätsgröße kann gemäß einer bevorzugten Ausführung mittels einer linearen Gleichung ermittelt werden. In der linearen Gleichung wird ein erster Spaltenvektor gleichgesetzt einer Matrix multipliziert mit einem zweiten Spaltenvektor. According to a preferred embodiment, the inductance variable can be determined using a linear equation. In the linear equation, a first column vector is equated to a matrix multiplied by a second column vector.
Die Zeitpunkte können dabei insbesondere mit Index k nummeriert sein . The times can in particular be numbered with index k.
Der erste Spaltenvektor kann in Zeile k eine Differenz des Stroms zum Zeitpunkt k+1 minus des Stroms zum Zeitpunkt k enthalten. In row k, the first column vector can contain a difference between the current at time k + 1 minus the current at time k.
Die Matrix kann insbesondere zwei Spalten haben. Die erste Spalte der Matrix kann in Zeile k eine Summe der Spannung zum Zeitpunkt k+1 und der Spannung zum Zeitpunkt k enthalten. Die zweite Spalte der Matrix kann in Zeile k eine Summe des Stroms zum Zeitpunkt k+1 und des Stroms zum Zeitpunkt k enthalten. Der zweite Spaltenvektor kann in seiner ersten Zeile einen ersten Parameter und in seiner zweiten Zeile einen zweiten Parameter enthalten . The matrix can in particular have two columns. In row k, the first column of the matrix can contain a sum of the voltage at time k + 1 and the voltage at time k. In row k the second column of the matrix can contain a sum of the current at time k + 1 and the current at time k. The second column vector can contain a first parameter in its first row and a second parameter in its second row.
Das Lösen einer solchen Gleichung hat sich als effiziente und praktikable Art zur Ermittlung der Induktivitätsgröße herausgestellt. Auf die Herleitung wird weiter unten näher eingegangen werden. Solving such an equation has proven to be an efficient and practical way of determining the inductance quantity. The derivation will be discussed in more detail below.
Die Induktivitätsgröße oder auch die Induktivität kann als Quotient aus dem Zeitabstand geteilt durch die Zahl 2 und geteilt durch den ersten Parameter berechnet werden. Dies ermöglicht ein einfaches Berechnen der Induktivitätsgröße oder der Induktivität basierend auf der oben erwähnten Gleichung. The inductance variable or also the inductance can be calculated as a quotient from the time interval divided by the number 2 and divided by the first parameter. This enables easy calculation of the inductance quantity or inductance based on the above-mentioned equation.
Es sei angemerkt, dass die Induktivitätsgröße eventuell einfacher zu bestimmen ist als die Induktivität im streng physikalischen Sinn, wobei auch die Induktivitätsgröße oder eine andere einfacher als die Induktivität zu berechnende Größe, welche auf der Induktivität basiert, zur Schaltzustandsbestimmung herangezogen werden kann. It should be noted that the inductance quantity may be easier to determine than the inductance in the strictly physical sense, and the inductance quantity or another quantity that is easier to calculate than the inductance and is based on the inductance can also be used for determining the switching state.
Gemäß einer Weiterbildung kann ferner ein Widerstand der Spule basierend auf den Strömen, den Spannungen und dem Zeitabstand berechnet werden. Ein solcher Widerstand kann für weitere Auswertungen verwendet werden. Es sei verstanden, dass anstelle des Widerstands auch hier eine Widerstandsgröße angegeben werden kann, welche einen Zusammenhang, beispielsweise einen linearen Zusammenhang zum tatsächlichen Widerstand aufweist. Dies wird hier als äquivalent angesehen. According to a further development, a resistance of the coil can also be calculated based on the currents, the voltages and the time interval. Such a resistor can be used for further evaluations. It should be understood that instead of the resistance, a resistance variable can also be specified here which has a relationship, for example a linear relationship to the actual resistance. This is considered equivalent here.
Ein Widerstand der Spule kann insbesondere als Quotient aus dem zweiten Parameter geteilt durch den ersten Parameter berechnet werden. Dies ermöglicht eine einfache Berechnung des Widerstands . A resistance of the coil can in particular be calculated as a quotient from the second parameter divided by the first parameter become. This enables easy calculation of the resistance.
Das Verfahren kann insbesondere kontinuierlich oder laufend wiederholt ausgeführt werden. Damit kann der Zustand eines Ventils kontinuierlich überwacht werden. The method can in particular be carried out repeatedly continuously or continuously. This means that the status of a valve can be monitored continuously.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung wird die Induktivitätsgröße mit einem ersten Endwert und einem zweiten Endwert verglichen. Wenn die Induktivitätsgröße maximal einen vorbestimmten Abstand vom ersten Endwert hat, kann ein erster Schaltzustand bestimmt werden. Wenn die Induktivitätsgröße maximal einen vorbestimmten Abstand vom zweiten Endwert hat, kann ein zweiter Schaltzustand bestimmt werden. Dies hat sich als praktikable und zuverlässige Möglichkeit zur Bestimmung eines Schaltzustands herausgestellt. Es basiert insbesondere auf der Erkenntnis, dass die Induktivität je nach Schaltzustand unterschiedliche Werte einnimmt, welche verglichen werden können. According to a preferred embodiment, the inductance variable is compared with a first end value and a second end value. If the inductance variable has a maximum of a predetermined distance from the first end value, a first switching state can be determined. If the inductance variable has a maximum of a predetermined distance from the second end value, a second switching state can be determined. This has proven to be a practical and reliable way of determining a switching state. It is based in particular on the knowledge that, depending on the switching state, the inductance takes on different values that can be compared.
Die Schaltzustände können insbesondere Endzustände des Ventils sein. Jedoch ist auch die Ermittlung von Zwischenzuständen möglich . The switching states can in particular be final states of the valve. However, the determination of intermediate states is also possible.
Der Schaltzustand eines Ventils kann auch aus einem Testsignal erkannt werden. Dieses kann der Spule aufgeprägt werden, so dass der Schaltzustand erkannt werden kann. The switching status of a valve can also be recognized from a test signal. This can be stamped on the coil so that the switching status can be recognized.
Berechnungen können insbesondere ganz oder teilweise mittels Fixpunktarithmetik durchgeführt werden. Eine derartige Fixpunktarithmetik hat sich für die vorliegenden Zwecke als besonders effizient erwiesen. In particular, calculations can be carried out entirely or partially using fixed point arithmetic. Such a fixed point arithmetic has proven to be particularly efficient for the present purposes.
Die Spule kann gemäß einer Ausführung mittels Pulsweitenmodulation angesteuert werden. Strom und Spannung können dann insbesondere jeweils über eine Pulsweitenmodulationsperiode gemittelt werden. Es hat sich gezeigt, dass in diesem Fall auch bei einer mittels Pulsweitenmodulation angesteuerten Spule eine Anwendung des Verfahrens in vorteilhafter Weise möglich ist. According to one embodiment, the coil can be controlled by means of pulse width modulation. Current and voltage can then in particular be averaged over a pulse width modulation period. It has been shown that in this case an application of the method is advantageously possible even with a coil controlled by means of pulse width modulation.
Gemäß einer Ausführung wird eine erste Speichermatrix als Produkt aus der Transponierten der Matrix und dem ersten Spaltenvektor gebildet. Eine zweite Speichermatrix kann als Inverse eines Produkts aus der Transponierten der Matrix und der Matrix gebildet werden. Die erste Speichermatrix und die zweite Speichermatrix können dann abgespeichert werden. Der erste Spaltenvektor und die Matrix werden, insbesondere in diesem Fall, bevorzugt nicht als solche abgespeichert. Es hat sich gezeigt, dass dies zu einer vereinfachten Berechnung führt. According to one embodiment, a first memory matrix is formed as the product of the transpose of the matrix and the first column vector. A second storage matrix can be formed as an inverse of a product from the transpose of the matrix and the matrix. The first memory matrix and the second memory matrix can then be stored. The first column vector and the matrix, particularly in this case, are preferably not stored as such. It has been shown that this leads to a simplified calculation.
Das Gleichungssystem kann insbesondere derart gelöst werden, dass der zweite Spaltenvektor dem Produkt aus der zweiten Speichermatrix und der ersten Speichermatrix gleichgesetzt wird. Dies hat sich als effiziente Berechnungsvorschrift herausgestellt . The system of equations can in particular be solved in such a way that the second column vector is equated to the product of the second memory matrix and the first memory matrix. This has proven to be an efficient calculation rule.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Elektromagnetventilanordnung . Diese Elektromagnetventilanordnung weist ein Ventil und eine Spule zur Betätigung des Ventils auf. Sie weist ferner eine Steuerungseinrichtung zum Beaufschlagen der Spule mit einem Strom und/oder einer Spannung auf. Dadurch kann das Ventil bzw. die Spule betätigt werden. The invention further relates to an electromagnetic valve arrangement. This electromagnetic valve arrangement has a valve and a coil for actuating the valve. It also has a control device for applying a current and / or a voltage to the coil. This enables the valve or the coil to be actuated.
Die Elektromagnetventilanordnung weist des Weiteren eine Zustandsbestimmungseinrichtung auf, welche dazu konfiguriert ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen. Dabei kann auf alle hierin beschriebenen Ausführungen und Varianten zurückgegriffen werden. The electromagnetic valve arrangement furthermore has a state determination device which is configured to carry out a method according to the invention. Doing so can all versions and variants described here can be used.
Mittels der erfindungsgemäßen Elektromagnetventilanordnung können die weiter oben erwähnten Vorteile für eine Elektromagnetventilanordnung nutzbar gemacht werden. By means of the electromagnetic valve arrangement according to the invention, the advantages mentioned above can be used for an electromagnetic valve arrangement.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein nichtflüchtiges computerlesbares Speichermedium, auf welchem Programmcode gespeichert ist, bei dessen Ausführung ein erfindungsgemäßes Verfahren ausgeführt wird. Bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auf alle hierin beschriebenen Ausführungen und Varianten zurückgegriffen werden. The invention further relates to a non-volatile computer-readable storage medium on which program code is stored, the execution of which carries out a method according to the invention. With regard to the method according to the invention, all the designs and variants described herein can be used.
Weitere Merkmale und Vorteile wird der Fachmann dem nachfolgend mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiel entnehmen. Dabei zeigen: The person skilled in the art will obtain further features and advantages from the exemplary embodiment described below with reference to the attached drawing. Show:
Fig. 1 eine Elektromagnetventilanordnung,  1 shows an electromagnetic valve arrangement,
Fig . 2 ein Ersatzschaltbild einer Spule, Fig. 2 shows an equivalent circuit diagram of a coil,
Fig . 3 eine Induktivität in Abhängigkeit einer Fig. 3 an inductance depending on one
Ventilstellung,  Valve position,
Fig. 4 eine Induktivität in Abhängigkeit eines Stroms, Fig . 5 einen Verlauf eines Widerstands und  4 shows an inductance as a function of a current, 5 a course of a resistance and
Fig . 6 einen Verlauf einer Induktivität. Fig. 6 shows a course of an inductance.
Fig. 1 zeigt eine Elektromagnetventilanordnung 5 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Diese ist dazu konfiguriert, ein Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung auszuführen . 1 shows an electromagnetic valve arrangement 5 according to an embodiment of the invention. This is configured to carry out a method according to an embodiment of the invention.
Es sei verstanden, dass die Elektromagnetventilanordnung 5 hier lediglich schematisch dargestellt ist. Die Elektromagnetventilanordnung 5 weist ein Ventil 10 auf. Sie weist ferner einen Anker 20 auf, welcher über eine Ankerstange 25 mit dem Ventil 10 verbunden ist. Des Weiteren weist sie eine Spule 30 auf, welche den Anker 20 umgibt. Die Spule 30 kann mit elektrischem Strom beaufschlagt werden, wodurch der Anker 20 bewegt werden kann. Dies ermöglicht eine Bewegung bzw. Betätigung des Ventils 10. Insbesondere kann das Ventil 10 zwischen zwei Endstellungen, nämlich einer offenen Endstellung und einer geschlossenen Endstellung, geschaltet werden. It should be understood that the electromagnetic valve arrangement 5 is only shown schematically here. The electromagnetic valve arrangement 5 has a valve 10. It also has an armature 20 which is connected to the valve 10 via an armature rod 25. Furthermore, it has a coil 30 which surrounds the armature 20. The coil 30 can be supplied with electrical current, whereby the armature 20 can be moved. This enables a movement or actuation of the valve 10. In particular, the valve 10 can be switched between two end positions, namely an open end position and a closed end position.
Die Elektromagnetventilanordnung 5 weist ferner eine Steuerungseinrichtung 40 auf, welche dazu ausgebildet ist, die Spule 30 mit einem Strom und/oder einer Spannung zu beaufschlagen. Dies dient zum Antreiben wie eben erwähnt. Außerdem weist die Elektromagnetventilanordnung 5 eine Zustandsbestimmungseinrichtung 50 auf, welche zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens konfiguriert ist. Auf die Funktionalität wird nachfolgend genauer eingegangen werden. The solenoid valve arrangement 5 also has a control device 40 which is designed to apply a current and / or a voltage to the coil 30. This is for driving as just mentioned. In addition, the electromagnetic valve arrangement 5 has a state determination device 50, which is configured to carry out a method according to the invention. The functionality will be discussed in more detail below.
Das Ventil 10 soll wie bereits erwähnt einer Schaltzustandsbestimmung unterzogen werden. Hierzu wird nun zunächst auf ein mathematisches Modell des elektrischen Teilsystems der Spule 30 eingegangen, bevor weitere Details beschrieben werden. As already mentioned, the valve 10 is to be subjected to a switching state determination. For this purpose, a mathematical model of the electrical subsystem of the coil 30 is first discussed before further details are described.
Es sei verstanden, dass die nachfolgend angegebenen mathematischen Details und Formeln auch wesentliche Aspekte darstellen können, welche auch zur Einschränkung der Ansprüche verwendet werden können. It should be understood that the mathematical details and formulas given below can also represent essential aspects which can also be used to limit the claims.
Ein mathematisches Modell der Spule 30 kann für die Spulenspannung u und den Spulenstrom i sowie die Induktivität L und den Widerstand R der Spule 30 in guter Näherung über folgenden Zusammenhang wiedergegeben werden: A mathematical model of the coil 30 can be used for the coil voltage u and the coil current i and the inductance L. and the resistance R of the coil 30 are reproduced in a good approximation via the following relationship:
Dabei ist die Zeit t als Parameter angeführt. The time t is given as a parameter.
Es sei angemerkt, dass diese Gleichung auch im Falle einer pulsweitenmodulationsbetriebenen Stromregelung gilt. In diesem Fall ist aber mit u die mittlere Spannung einer Pulsweitenmodulationsperiode und mit i der mittlere Strom einer Pulsweitenmodulationsperiode gemeint . It should be noted that this equation also applies in the case of a current regulation operated by pulse width modulation. In this case u is the mean voltage of a pulse width modulation period and i is the mean current of a pulse width modulation period.
Fig. 2 zeigt ein elektrisches Ersatzschaltbild, wobei Induktivität L, Widerstand R, Spannung u und Strom i dargestellt sind . Fig. 2 shows an electrical equivalent circuit diagram, inductance L, resistance R, voltage u and current i are shown.
In den typischen Systemen und Spannungsbereichen spielen dynamische Sättigungseffekte eine untergeordnete Rolle. Deshalb kann die obige Gleichung (1) in guter Näherung zur folgenden Gleichung vereinfacht werden: Dynamic saturation effects play a subordinate role in the typical systems and voltage ranges. Therefore, equation (1) above can be simplified to a good approximation to the following equation:
d d  d d
L(x,i)—i = u-Ri-vi—L(x,i) (2)  L (x, i) —i = u-Ri-vi — L (x, i) (2)
dt d  dt d
Dabei bezeichnet v die Stößelgeschwindigkeit eines nicht separat dargestellten Stößels des Ventils 10. Beispielsweise kann es sich bei dem Stößel und den bereits erwähnten Anker 20 handeln. Here v denotes the tappet speed of a tappet of the valve 10, which is not shown separately. For example, the tappet and the armature 20 already mentioned can be involved.
Dieses mathematische Modell kann verwendet werden, um den Ventilzustand zu ermitteln. Dies wird nachfolgend erläutert. This mathematical model can be used to determine valve condition. This is explained below.
Fig. 3 zeigt einen Verlauf der Induktivität bei konstantem Strom über Stößelposition eines typischen Magnetventils, beispielsweise des Ventils 10. Des Weiteren zeigt Fig. 4 einen typischen Verlauf der Induktivität über Strom eines ungeschalteten (x=0; Bezugszeichen Sl) und eines geschalteten (x=l; Bezugszeichen S2) Magnetventils, beispielsweise des Ventils 10. Auf der horizontalen Achse der Fig. 3 ist dabei der Schaltzustand in Prozent angetragen, während auf der vertikalen Achse die Induktivität in willkürlichen Einheiten angetragen ist. Auf der horizontalen Achse der Fig. 4 ist der Strom relativ zum maximalen Strom angetragen, während auf der vertikalen Achse der Fig. 4 die Induktivität relativ zur maximalen Induktivität angetragen ist. Es ist leicht ersichtlich, dass durch die Kenntnis der Induktivität und des Stroms auf den Schaltzustand geschlossen werden kann. FIG. 3 shows a course of the inductance at constant current over the plunger position of a typical solenoid valve, for example valve 10. Furthermore, FIG. 4 shows one typical course of the inductance over current of an unswitched (x = 0; reference symbol S1) and a switched (x = l; reference symbol S2) solenoid valve, for example of the valve 10. The switching state is plotted in percent on the horizontal axis in FIG. 3, while the inductance is plotted on the vertical axis in arbitrary units. The current relative to the maximum current is plotted on the horizontal axis of FIG. 4, while the inductance is plotted relative to the maximum inductance on the vertical axis of FIG. 4. It is easy to see that knowledge of the inductance and the current can be used to infer the switching state.
Da weder die Stößelgeschwindigkeit v noch die genaue Ortsabhängigkeit der Induktivität L(x,i) bekannt ist, ist die Schätzung allerdings nur dann einfach möglich, wenn sich der Ventilstößel nicht bewegt, d.h. wenn v=0 und L(x,i)=L(i) gilt. Dies ist zumindest immer dann erfüllt, wenn sich der Ventilstößel an einem der Endanschläge befindet. Since neither the tappet speed v nor the exact location dependence of the inductance L (x, i) is known, the estimate is only possible if the valve tappet does not move, i.e. if v = 0 and L (x, i) = L (i) holds. This is at least always the case when the valve lifter is at one of the end stops.
Bezeichnet Lo=L(0,iO) die Induktivität im ungeschalteten Zustand und Li=L (100, ilOO) die Induktivität im geschalteten Zustand, gilt im Fall, dass sich der Stößel an einem der Endanschläge befindet, entweder die Differenzialgleichung If Lo = L (0, iO) denotes the inductance in the unswitched state and Li = L (100, ilOO) the inductance in the switched state, in the event that the plunger is at one of the end stops, either the differential equation applies
d 1 R  d 1 R
— i =—u -— i o:  - i = —u -— i o:
dt LQ LQ dt L Q L Q
oder die Differenzialgleichung or the differential equation
Liegt eine zeitliche Änderung des Stroms vor, so kann die Induktivität L geschätzt werden und somit auch durch reine Größenvergleiche der geschätzten Induktivität L mit LQ und Li sowie vorzugsweise auch der Kenntnis des Stroms direkt auf den Schalt zustand geschlossen werden. If there is a change in the current over time, the inductance L can be estimated and thus also by pure size comparisons of the estimated inductance L with LQ and Li and preferably also the knowledge of the current can be concluded directly from the switching state.
Im Folgenden wird eine Methode zur Induktivitätsschätzung dargestellt . A method for estimating inductance is presented below.
Approximiert man den Spannungs- und Stromverlauf zwischen zwei Messpunkten mit der Abtastzeit Ts über eine Gerade, dann ergibt sich für den Stromverlauf zwischen den Abtastpunkten tk=kTs und Tk+i=(k+l)Ts folgender Zusammenhang: If one approximates the voltage and current curve between two measuring points with the sampling time T s over a straight line, the following relationship results for the current curve between the sampling points t k = kT s and T k + i = (k + l) T s :
Der Spannungsverlauf ergibt sich analog. Integriert man nun die Differenzialgleichung (3) für Lo=L über [h, tk+i], dann ergibt sich zusammen mit der Gleichung (5) : The voltage curve results analogously. If one now integrates the differential equation (3) for Lo = L over [h, t k + i ], then together with equation (5) the following results:
i uk+i + uk T R h+i + h i u k + i + u k T R h + i + h
(ik+1 _4: ) (6) (ik + 1 _ 4:) (6)
L s 2 SL 2 bzw. nach kurzer Umformung L s 2 S L 2 or after a short deformation
Somit reduziert sich die Bestimmung der Parameter R, auf das Lösen des linearen Least-Squares-Problems (7), und R, L lassen sich aus den Ersatzparametern p=[pi,P2]T in der Form This reduces the determination of the parameters R, by solving the linear least squares problem (7), and R, L can be derived from the substitute parameters p = [pi, P2] T in the form
T  T
L 1s L 1 s
2pi  2pi
R P2R P2
pl  pl
bestimmen . Die Idee der Ventilzustandsschätzung besteht nun darin, das Least-Squares-Problem rekursiv mit Vergessensfaktor zu lösen. Dies ermöglicht bei Stromänderungen die Induktivität zu schätzen, woraus durch Größenvergleich der Schaltzustand bestimmt werden kann. Es sei angemerkt, dass eine Stromänderung nicht nur durch eine Änderung der Spulenspannung auftritt, sondern wegen der Abhängigkeit der Induktivität von der Position auch bei einer Bewegung des Stößels, wie dies beispielsweise durch die obige Gleichung (2) wiedergegeben wird. Dies ermöglicht auch ungewolltes Ventilschalten, beispielsweise durch extern angreifende Kräfte oder Strömungskräfte, zu detektieren. determine. The idea of the valve state estimation is now to solve the least squares problem recursively with a forgetting factor. This enables the inductance to be estimated when there are changes in current, from which the switching state can be determined by comparing the sizes. It should be noted that a change in current does not only occur due to a change in the coil voltage, but also due to the dependence of the inductance on the position even when the plunger moves, as is represented, for example, by equation (2) above. This also makes it possible to detect unwanted valve switching, for example by externally acting forces or flow forces.
Es sei angemerkt, dass ein rekursives Least-Squares-Verfahren durch geeignete Implementierung auch in Fixpunktarithmetik implementiert werden kann. Des Weiteren weist ein solches Verfahren für zwei Schätzparameter einen sehr geringen Rechenaufwand auf, was durch einfache Logikgatter auch eine direkte Implementierung in Hardware ermöglicht. It should be noted that a recursive least squares method can also be implemented in fixed point arithmetic by suitable implementation. Furthermore, such a method for two estimation parameters has a very low computing effort, which also enables direct implementation in hardware through simple logic gates.
Die eben beschriebene Berechnung wird von der Zustandsbestimmungseinrichtung 50 ausgeführt. Hierzu werden die entsprechenden Spannungen und Ströme zu jeweiligen Zeitpunkten gemessen . The calculation just described is carried out by the state determination device 50. For this purpose, the corresponding voltages and currents are measured at the respective times.
Zur Validierung des Verfahrens wurden für ein PWM-betriebenes Magnetventil die Duty-Cycles von 20 % bis 80 % in 10 %-Schritten eingestellt und gleichzeitig der über die Pulsweitenmodulationsperiode gemittelte Spulenstrom und die gemittelte Spulenspannung gemessen. Auf diese Spannungs- und Stromverläufe wurde dann der oben beschriebene Algorithmus angewendet. Die resultierenden Widerstands- und Induktivitätsverläufe sind in Fig. 5 (horizontale Achse: Zeit in willkürlichen Einheiten; vertikale Achse: Widerstand in willkürlichen Einheiten) und Fig. 6 (horizontale Achse: Zeit in willkürlichen Einheiten; vertikale Achse: Induktivität in willkürlichen Einheiten) dargestellt. Es ist gut zu erkennen, dass nach einer kurzen Einschwingphase der Algorithmus für R und L konvergiert. Man erkennt am Verlauf der Induktivität auch, ob sich das Ventil schließt oder nicht. Bei 20 % und 30 % Duty-Cycle reicht der Strom nicht aus, um das Ventil zu schließen und die Induktivitätswerte konvergieren gegen L0. Bei höheren Duty-Cycles genügt der Strom zum Schließen des Ventils, wodurch sich die Induktivität erhöht, was durch die Schätzung sehr gut detektiert wird. To validate the procedure, the duty cycles for a PWM-operated solenoid valve were set from 20% to 80% in 10% steps and the coil current averaged over the pulse width modulation period and the average coil voltage were measured at the same time. The algorithm described above was then applied to these voltage and current profiles. The resulting resistance and inductance curves are shown in FIG. 5 (horizontal axis: time in arbitrary units; vertical axis: resistance in arbitrary units) and FIG. 6 (horizontal axis: time in arbitrary units; vertical axis: inductance in arbitrary units). It is easy to see that the algorithm for R and L converges after a short settling phase. The course of the inductance also shows whether the valve closes or not. At 20% and 30% duty cycle, the current is not sufficient to close the valve and the inductance values converge to L0. At higher duty cycles, the current is sufficient to close the valve, which increases the inductance, which is very well detected by the estimate.
Bisher wurde der Ventilschaltzustand abhängig von der Ansteuerung berücksichtigt, d.h. es wurde angenommen, dass ein Ventil geschalten ist, wenn dies der Regler anfordert. Ob ein Ventil durch Strömungskräfte oder sonstige extern angreifende Kräfte seinen Schaltzustand ändert oder ob sich beispielsweise ein SG-Ventil überhaupt öffnet, konnte nicht ermittelt werden. Zwar gibt es bereits Ansätze zur Schaltzustandsbestimmung, die resultierenden Messsignale sind aber sehr klein und störungsanfällig . So far, the valve switching status has been taken into account depending on the control, i.e. it was assumed that a valve is switched when the controller requests it. It could not be determined whether a valve changes its switching state due to flow forces or other externally acting forces or whether, for example, an SG valve opens at all. There are already approaches for determining the switching state, but the resulting measurement signals are very small and prone to failure.
Die oben beschriebene Schätzung ermöglicht es nun erstmals, eine präzise und robuste Aussage über den Schaltzustand eines digitalen Ventils zu tätigen. Dadurch können Anforderungen bezüglich Funktional Safety besser oder auch erstmals erfüllt werden. Außerdem können durch die Tatsache, dass der Ventilzustand bekannt ist, hydraulische Sicherheitsmaßnahmen wie Rückschlagventile entfallen. Im Gegensatz zu schon etablierten Methoden sind die resultierenden Signale eher groß und durch die Filterung des rekursiven Least-Squares-Algorithmus wenig rauschempfindlich. Neben der Induktivität bestimmt der Algorithmus quasi als Abfallprodukt auch noch den aktuellen elektrischen Widerstand. Dieser kann direkt für Verfügbarkeitsthemen genutzt werden. Vorteilhaft ist insbesondere die Ventilzustandsschätzung basierend auf der Induktivitätsänderung. Dabei ist die Verwendung des Spulenstroms und der Spulenspannung im Zusammenhang mit dem mathematischen Modell (3) bzw. (4) sowie einem geeigneten Schätzverfahren entscheidend. Beispielsweise kann hier ein rekursives Least-Squares-Verfahren angewendet werden, jedoch können auch andere Verfahren angewendet werden. Des Weiteren ist für pulsweitenmodulationsbetriebene Systeme die Verwendung des über einer Pulsweitenmodulationsperiode gemittelten Spulenstroms und der gemittelten Spulenspannung vorteilhaft. Ist die Versorgungsspannung bekannt, kann alternativ zur gemittelten Spulenspannung auch mit dem Duty-Cycle einer Pulsweitenmodulationsperiode gearbeitet werden . The estimate described above now makes it possible for the first time to make a precise and robust statement about the switching status of a digital valve. This means that functional safety requirements can be met better or for the first time. In addition, the fact that the valve condition is known means that hydraulic safety measures such as check valves can be omitted. In contrast to already established methods, the resulting signals are rather large and, due to the filtering of the recursive least squares algorithm, are not very sensitive to noise. In addition to inductance, the algorithm also determines the current electrical resistance as a waste product. This can be used directly for availability issues. The valve state estimation based on the change in inductance is particularly advantageous. The use of the coil current and the coil voltage in connection with the mathematical model (3) or (4) and a suitable estimation method is decisive. For example, a recursive least squares method can be used here, but other methods can also be used. Furthermore, the use of the coil current averaged over a pulse width modulation period and the averaged coil voltage is advantageous for systems operated with pulse width modulation. If the supply voltage is known, the duty cycle of a pulse width modulation period can be used as an alternative to the averaged coil voltage.
Erwähnte Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens können in der angegebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Sie können jedoch auch in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einer seiner Ausführungen, beispielsweise mit einer bestimmten Zusammenstellung von Schritten, in der Weise ausgeführt werden, dass keine weiteren Schritte ausgeführt werden. Es können jedoch grundsätzlich auch weitere Schritte ausgeführt werden, auch solche welche nicht erwähnt sind. Mentioned steps of the method according to the invention can be carried out in the order given. However, they can also be run in a different order. The method according to the invention can be carried out in one of its embodiments, for example with a specific combination of steps, in such a way that no further steps are carried out. In principle, however, further steps can also be carried out, even those that are not mentioned.
Die zur Anmeldung gehörigen Ansprüche stellen keinen Verzicht auf die Erzielung weitergehenden Schutzes dar. The claims belonging to the registration do not constitute a waiver of further protection.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Verfahren zum Bestimmen eines Schaltzustands eines Ventils (10) , welches mittels einer Spule (30) betätigt wird, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: 1. A method for determining a switching state of a valve (10) which is actuated by means of a coil (30), the method comprising the following steps:
zu einer Mehrzahl von Zeitpunkten, welche mit einem vorgegebenen Zeitabstand aufeinander folgen, jeweiliges Ermitteln eines durch die Spule (30) fließenden Stroms und einer an der Spule (30) anliegenden Spannung,  at a plurality of points in time which follow one another at a predetermined time interval, in each case determining a current flowing through the coil (30) and a voltage applied to the coil (30),
Berechnen einer Induktivitätsgröße der Spule (30) basierend auf den Strömen, der Spannung und dem Zeitabstand, und Bestimmen des Schaltzustands basierend auf der Calculating an inductance quantity of the coil (30) based on the currents, the voltage and the time interval, and determining the switching state based on the
Induktivitätsgröße . Inductance size.
2. Verfahren nach Anspruch 1, 2. The method according to claim 1,
wobei die Induktivitätsgröße nach der Methode der kleinsten Quadrate berechnet wird.  where the inductance quantity is calculated using the least squares method.
3. Verfahren nach Anspruch 2, 3. The method according to claim 2,
wobei die Methode der kleinsten Quadrate rekursiv mit Vergessensfaktor angewendet wird.  using the least squares method recursively with a forgetting factor.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 4. The method according to any one of the preceding claims,
wobei die Induktivitätsgröße mittels einer linearen Gleichung ermittelt wird, bei welcher ein erster Spaltenvektor gleichgesetzt wird einer Matrix multipliziert mit einem zweiten Spaltenvektor,  the inductance variable being determined using a linear equation in which a first column vector is equated to a matrix multiplied by a second column vector,
wobei die Zeitpunkte mit Index k nummeriert sind, wobei der erste Spaltenvektor in Zeile k eine Differenz des Stroms zum Zeitpunkt k+1 minus des Stroms zum Zeitpunkt k enthält,  where the times are numbered with index k, the first column vector in line k containing a difference in the current at time k + 1 minus the current at time k,
wobei die Matrix zwei Spalten hat, wobei die erste Spalte der Matrix in Zeile k eine Summe der Spannung zum Zeitpunkt k+1 und der Spannung zum Zeitpunkt k enthält, where the matrix has two columns, where the first column of the matrix in row k contains a sum of the voltage at time k + 1 and the voltage at time k,
wobei die zweite Spalte der Matrix in Zeile k eine Summe des Stroms zum Zeitpunkt k+1 und des Stroms zum Zeitpunkt k enthält, und  wherein the second column of the matrix in row k contains a sum of the current at time k + 1 and the current at time k, and
wobei der zweite Spaltenvektor in seiner ersten Zeile einen ersten Parameter und in seiner zweiten Zeile einen zweiten Parameter enthält.  the second column vector containing a first parameter in its first row and a second parameter in its second row.
5. Verfahren nach Anspruch 4, 5. The method according to claim 4,
wobei die Induktivitätsgröße als Quotient aus dem Zeitabstand geteilt durch die Zahl zwei und geteilt durch den ersten Parameter berechnet wird.  the inductance quantity being calculated as the quotient of the time interval divided by the number two and divided by the first parameter.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 6. The method according to any one of the preceding claims,
wobei ferner ein Widerstand der Spule (30) basierend auf den Strömen, den Spannungen und dem Zeitabstand berechnet wird.  wherein a resistance of the coil (30) is further calculated based on the currents, the voltages and the time interval.
7. Verfahren nach Anspruch 4 oder einem davon abhängigen Anspruch, 7. The method according to claim 4 or a claim dependent thereon,
wobei ein Widerstand der Spule (30) als Quotient aus dem zweiten Parameter geteilt durch den ersten Parameter berechnet wird.  wherein a resistance of the coil (30) is calculated as a quotient from the second parameter divided by the first parameter.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 8. The method according to any one of the preceding claims,
welches kontinuierlich oder laufend wiederholt ausgeführt wird .  which is repeated continuously or continuously.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 9. The method according to any one of the preceding claims,
wobei die Induktivitätsgröße mit einem ersten Endwert und einem zweiten Endwert verglichen wird, wobei, wenn die Induktivitätsgröße maximal einen vorbestimmten Abstand vom ersten Endwert hat, ein erster Schaltzustand bestimmt wird, und the inductance variable being compared with a first end value and a second end value, a first switching state is determined if the inductance variable has a maximum of a predetermined distance from the first end value, and
wobei, wenn die Induktivitätsgröße maximal einen vorbestimmten Abstand vom zweiten Endwert hat, ein zweiter Schaltzustand bestimmt wird.  a second switching state is determined when the inductance variable has a maximum of a predetermined distance from the second end value.
10. Verfahren nach Anspruch 9, 10. The method according to claim 9,
wobei die Schaltzustände Endzustände des Ventils (10) sind.  the switching states being final states of the valve (10).
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 11. The method according to any one of the preceding claims,
wobei aus einem Testsignal der Schaltzustand des Ventils (10) erkannt wird.  the switching state of the valve (10) being recognized from a test signal.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 12. The method according to any one of the preceding claims,
wobei Berechnungen ganz oder teilweise mittels where calculations in whole or in part by means of
Fixpunktarithmetik durchgeführt werden. Fixed point arithmetic can be performed.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 13. The method according to any one of the preceding claims,
wobei die Spule (30) mittels Pulsweitenmodulation angesteuert wird,  the coil (30) being controlled by means of pulse width modulation,
wobei Strom und Spannung jeweils über eine Pulsweitenmodulationsperiode gemittelt werden.  where current and voltage are each averaged over a pulse width modulation period.
14. Elektromagnetventilanordnung, aufweisend 14. Solenoid valve assembly, comprising
ein Ventil (10),  a valve (10),
eine Spule (30) zur Betätigung des Ventils (10),  a coil (30) for actuating the valve (10),
eine Steuerungseinrichtung (40) zum Beaufschlagen der Spule (30) mit einem Strom und/oder einer Spannung, und einer Zustandsbestimmungseinrichtung (50), welche dazu konfiguriert ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.  a control device (40) for applying a current and / or a voltage to the coil (30), and a state determination device (50) which is configured to carry out a method according to one of the preceding claims.
EP19786939.9A 2018-10-15 2019-10-09 Method for determining a switched state of a valve, and solenoid valve assembly Withdrawn EP3867655A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018217661.2A DE102018217661A1 (en) 2018-10-15 2018-10-15 Method for determining a switching state of a valve and electromagnetic valve arrangement
PCT/EP2019/077400 WO2020078806A1 (en) 2018-10-15 2019-10-09 Method for determining a switched state of a valve, and solenoid valve assembly

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3867655A1 true EP3867655A1 (en) 2021-08-25

Family

ID=68240727

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP19786939.9A Withdrawn EP3867655A1 (en) 2018-10-15 2019-10-09 Method for determining a switched state of a valve, and solenoid valve assembly

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11940059B2 (en)
EP (1) EP3867655A1 (en)
KR (1) KR102499228B1 (en)
CN (1) CN112840218A (en)
DE (1) DE102018217661A1 (en)
WO (1) WO2020078806A1 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018217663A1 (en) * 2018-10-15 2020-04-16 Continental Teves Ag & Co. Ohg Method for determining a switching state of a valve and electromagnetic valve arrangement
DE102022207061A1 (en) 2022-07-11 2024-01-11 Continental Automotive Technologies GmbH Method for determining a switching current of an electromagnetic valve and control device
DE102022207059A1 (en) 2022-07-11 2024-01-11 Continental Automotive Technologies GmbH Method for detecting a switching process and control device

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19836769C1 (en) 1998-08-13 2000-04-13 Siemens Ag Electromagnetic actuator armature position determining method e.g. for IC engine gas-exchange valve
DE19910497A1 (en) * 1999-03-10 2000-09-14 Bosch Gmbh Robert Magnetic core position determining during its actuation by magnetic field by measuring differential induction from a temporal value of coil current from ohmic resistance of magnetic coil and change of coil current over time interval
SE520176C2 (en) 1999-05-24 2003-06-03 Volvo Lastvagnar Ab Method and device for position detection by means of an inductive position sensor
DE10034830C2 (en) * 2000-07-18 2003-02-27 Isermann Rolf Method of reconstructing the armature movement of an electromagnetic actuator
DE10229760B4 (en) * 2002-07-03 2005-10-20 Daimler Chrysler Ag Position determination method for an inductive position sensor
US8055460B2 (en) 2009-02-20 2011-11-08 GM Global Technology Operations LLC Method and apparatus for monitoring solenoid health
US9618137B2 (en) 2013-12-18 2017-04-11 Rain Bird Corporation Detection of a plunger position in an irrigation control device
DE102014216610A1 (en) 2014-08-21 2016-02-25 Zf Friedrichshafen Ag Monitoring a coil
EP2998977B1 (en) * 2014-09-19 2018-07-04 ABB Schweiz AG A method for determining the operating status of a mv switching device of the electromagnetic type
EP3353798B1 (en) * 2015-09-21 2020-03-25 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Control unit and method for monitoring the function of an electromagnetic actuator
IT201700096969A1 (en) * 2017-08-29 2019-03-01 Camozzi Automation S P A DEVICE AND METHOD OF DIAGNOSTICS FOR SOLENOID VALVES
US11243269B2 (en) * 2018-08-31 2022-02-08 Danfoss Power Solutions Ii Technology A/S System and method for spool fault detection of solenoid valves using electrical signature
EP3628902B1 (en) * 2018-09-28 2022-06-22 Tecan Trading Ag Method for controlling a magnetic valve and method for dispensing or aspirating a volume of liquid as well as corresponding dispenser/pipetting apparatus
DE102018217663A1 (en) * 2018-10-15 2020-04-16 Continental Teves Ag & Co. Ohg Method for determining a switching state of a valve and electromagnetic valve arrangement

Also Published As

Publication number Publication date
DE102018217661A1 (en) 2020-04-16
WO2020078806A1 (en) 2020-04-23
US11940059B2 (en) 2024-03-26
CN112840218A (en) 2021-05-25
KR102499228B1 (en) 2023-02-10
KR20210041615A (en) 2021-04-15
US20210381620A1 (en) 2021-12-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2020078806A1 (en) Method for determining a switched state of a valve, and solenoid valve assembly
EP3111454B1 (en) Arrangement comprising an electric switch and an electromagnetic actuator
DE19842207A1 (en) Control scheme for a pressure limitation
DE102008024086A1 (en) Valve drive device
EP3867659A1 (en) Method for determining a switching state of a valve, and solenoid valve assembly
EP3701433A1 (en) Method, device and computer program for developing a deep neural network
DE102007058314A1 (en) Device for measuring a load current
DE19606480A1 (en) Method and arrangement for adapting a fuzzy controller
DE102005038934A1 (en) Method for determining the position of a slide in an electromechanical valve
DE10034830A1 (en) Reconstruction of armature movement of electromagnetic actuator, e.g. for hydraulic valve, involves computing chained magnetic flux as function of time, change in chained magnetic flux as function of current
DE102017213650A1 (en) Method for controlling a hydraulic system, control unit for a hydraulic system and hydraulic system
EP2915254B1 (en) Evaluation method for sensor signals
DE102010025916A1 (en) Method and device for determining model parameters for controlling a steam power plant unit, regulating device for a steam generator and computer program product
DE102015222991B4 (en) Current monitoring on a consumer, method for determining a current, control device and device for determining a current
DE3504222A1 (en) ELECTRO-HYDRAULIC SERVO VALVE
EP2470769B1 (en) Method and controller for operating an electromagnetic actuator
WO2020099659A1 (en) Computer-implemented method for simulating an electrical circuit
DE102018207417A1 (en) Determining a characteristic of a magnetic switching valve
DE102017212777A1 (en) Control unit and method for simultaneous real-time estimation of ohmic resistance and voltage measurement error
DE102013206274A1 (en) Method and apparatus for adapting a non-parametric function model
DE102011085171B3 (en) Control device with differential control in a magnetically coupling coil system for a current-controlled, the field coils of a magnetic resonance tomograph supplying amplifier
WO2017118541A1 (en) Method for determining the opening current of an analogue-actuated valve and pressure regulating device
DE102009016445A1 (en) Actuating device, particularly valve train actuating device, comprises monitoring unit for monitoring operating actuator for switching valve train by determining test voltage or test current of coil
DE102014219710A1 (en) Method for controlling a linear drive and linear drive unit
DE102009021856B4 (en) Method for determining an inductance value for determining an armature travel

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20210517

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: CONTINENTAL AUTOMOTIVE TECHNOLOGIES GMBH

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20230209

RAP3 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: CONTINENTAL AUTOMOTIVE TECHNOLOGIES GMBH

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20240220