WO2009074375A1 - Verfahren und steuereinheit zur elektrischen ansteuerung eines aktors eines einspritzventils - Google Patents

Verfahren und steuereinheit zur elektrischen ansteuerung eines aktors eines einspritzventils Download PDF

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WO2009074375A1
WO2009074375A1 PCT/EP2008/063808 EP2008063808W WO2009074375A1 WO 2009074375 A1 WO2009074375 A1 WO 2009074375A1 EP 2008063808 W EP2008063808 W EP 2008063808W WO 2009074375 A1 WO2009074375 A1 WO 2009074375A1
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control
characteristic
pilot
jump
intercept
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PCT/EP2008/063808
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Klaus Hengl-Betz
Ulrike Klauk
Manfred Klepatsch
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Continental Automotive Gmbh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F02D41/2096—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils for controlling piezoelectric injectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1401—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method
    • F02D41/1402—Adaptive control

Definitions

  • the invention relates to a method for the electrical control of an actuator of an injection valve in an injection system for an internal combustion engine.
  • the invention relates to a corresponding control unit.
  • piezo actuators are used for the mechanical actuation of the injection valves, which are electrically controlled and cause a corresponding displacement of a nozzle needle in the respective injection valve, depending on the stored electrical energy in them, the stroke of the nozzle needle a function is the electrical energy stored in the piezoelectric actuator.
  • the electrical control of the piezoelectric actuators is usually carried out by a pilot control with a higher-level control.
  • the desired electrical energy of the piezoelectric actuator and thus the desired stroke of the nozzle needle is specified as the desired value.
  • the precontrol determines according to a predetermined pilot characteristic a corresponding control variable, such as the duty cycle for a pulse width modulated control of a power amplifier. From DE 10 2005 010 028 Al, it is also known to adapt the pilot control characteristic in the context of the superimposed control by setting the characteristic gradient as part of the control.
  • a disadvantage of the regulation according to DE 10 2005 010 028 A1 is the fact that the modeled pilot control characteristic does not exactly match the real behavior of the system. In the case of a set value jump, this leads to a control deviation initially occurring. Although this control deviation is compensated by the control by the characteristic slope of the pilot control curve is adapted accordingly. During the settling time of the control, however, a dynamic control deviation occurs, which is undesirable.
  • the invention is therefore based on the object to improve the known readjustment of the pilot characteristic accordingly.
  • the invention comprises the general technical teaching, in the readjustment of the pilot characteristic not only to adjust the slope, but the intercept of the pilot characteristic to adapt the pilot characteristic as closely as possible to the actual system behavior.
  • the readjustment of the pilot control characteristic preferably takes place in the case of a desired value jump, wherein the dynamic control deviation which occurs immediately after the desired value jump before the regulation is determined.
  • the pilot control characteristic is then set as a function of the dynamic control deviation. This idea is based on the knowledge that the dynamic control deviation in the case of a set value jump is caused by the fact that the pre-control characteristic does not correctly reflect the actual system behavior.
  • Target value of the controlled variable for example actuator energy
  • Set-point jump Setpoint value of the controlled variable after the setpoint value jump, actual value of the controlled variable immediately after the setpoint value jump before the compensation of the control deviation, control or manipulated variable (eg duty cycle of the pulse width modulated control of the output stage) before set-point jump,
  • the calculation of the adapted intercept is preferably carried out according to the following formula:
  • E2 S0 L L Setpoint value of the controlled variable after the setpoint value jump
  • E2 I ST Actual value of the controlled variable immediately after the setpoint value jump before the regulation of the control deviation
  • ⁇ E Deviation of the controlled variable UNMIT ⁇ telbar, after the set-point jump in front of load compensation of the deviation
  • PWMl control or manipulated variable before the setpoint value jump and / or PWM2 control or manipulated variable immediately after the setpoint value jump before the control deviation is compensated.
  • the intercept of the Pre-control curve is set, but also the slope of the pilot characteristic.
  • control variable or manipulated variable before the desired value jump intercept of the pilot characteristic before the desired value jump
  • adapted intercept of the pilot characteristic after the desired value jump
  • PWML control or manipulated variable before the set-point jump offs
  • Real Adapted intercept the pilot characteristic after the readjustment
  • EI SHALL target value of the controlled variable (E) before the target value jump.
  • the actuation of the actuator preferably takes place pulse-width-modulated by an output stage with a variable duty cycle, wherein the control variable controlled and readjusted in the context of the invention is the pulse duty factor of the output stage.
  • the invention is not limited to a pulse-width-modulated control with regard to the electrical control of the actuator, but in principle can also be implemented with other control methods.
  • the actuator is preferably a piezoactuator.
  • the invention is not limited to piezoactuators with regard to the actuator type, but in principle can also be implemented with other types of actuators.
  • the controlled variable of the actuator is preferably the electrical energy stored in the actuator, which determines the stroke of the nozzle needle of the injection valve in the case of piezo actuators.
  • the invention is not limited in terms of the controlled variable to the stored energy in the actuator.
  • other control variables can determine the stroke of the nozzle needle.
  • the readjustment of the pilot characteristic is not permanent, but only when needed, i. if the pilot control characteristic no longer reflects the actual system behavior with sufficient accuracy.
  • the readjustment of the pilot control characteristic therefore takes place during operation of the injection system, preferably only temporarily and / or only occasionally.
  • the control requirement can be recognized from the fact that the dynamic system deviation occurring in the case of a desired value jump exceeds a predetermined maximum value in terms of amount.
  • the readjustment of the intercept of the pilot control characteristic therefore preferably takes place only if the dynamic control deviation occurring in the case of a desired value jump exceeds the predefined maximum value.
  • the environmental conditions of the injection system are checked for a change, with the readjustment of the pilot characteristic only takes place when the environmental conditions have changed to a certain extent.
  • the temperature in particular the ambient temperature, the coolant temperature or the oil temperature, are checked.
  • the aging state of the internal combustion engine, the injection system and / or the actuator can be checked in order to perform a readjustment of the pilot control characteristic at certain intervals.
  • the electrical capacitance of the actuator can be monitored, so that a readjustment of the pilot control characteristic can be carried out in the event of a change in capacity.
  • the invention also includes a corresponding control unit which carries out the method according to the invention.
  • the invention also includes a motor vehicle with such a control unit, which carries out the method according to the invention.
  • FIG. 1 shows a simplified representation of a control unit according to the invention for controlling a piezoelectric actuator
  • FIG. 2 shows a modeled and a real pilot control characteristic curve for determining the pulse duty factor of the pulse-width-modulated actuator control as a function of the desired actuator energy, as well as FIG. 2
  • Flowchart. 1 shows a simplified, schematic representation of a control unit 1 according to the invention for controlling a piezoelectric actuator 2, wherein the piezoelectric actuator 2 operates in a conventional manner an injection valve 3 for an internal combustion engine of a motor vehicle.
  • control unit 1 receives on the input side from an electronic engine control unit (ECU: Electronic Control Unit) target values E SOLL for the actuator energy stored in the piezoactuator 2, since the actuator energy E determines the stroke of the nozzle needle of the injection valve 3 and thus a fuel volume flow Q.
  • ECU Electronic Control Unit
  • the electrical control of the piezoelectric actuator 2 is carried out in a conventional manner pulse width modulated by an output stage 4 with a variable duty cycle PWM.
  • the duty cycle PWM is determined by a precontrol 5 in accordance with a precontrol characteristic as a function of the desired setpoint value E SOLL .
  • the actual value of Ei ST is therefore supplied to a subtracter 7, which, from a predetermined target value E SOLL and the measured actual value of the actuator energy E E is calculated, a deviation .DELTA.E loading, which is supplied to a controller. 8
  • the controller 8 can then readjust the pilot characteristic used by the feedforward control 5, if necessary.
  • a readjustment of the pilot control characteristic is required, for example, if the modeled and from the
  • the controller 8 sets both an intercept OffsCal and a characteristic slope K CAL , as will be described in detail.
  • the readjustment of the pilot control characteristic does not take place permanently in the control unit 1, but only on demand-controlled, if the modeled pilot control characteristic no longer reproduces the actual system behavior with sufficient accuracy. This can be recognized by the fact that the dynamic control deviation ⁇ E exceeds a predefined maximum value ⁇ E MAX in the case of a desired value jump.
  • the diagram shows a modeled pilot characteristic curve 9, which is defined by an intercept section OffsCal and a characteristic gradient K CAL .
  • the diagram shows a real pilot characteristic curve 10, which is defined by an intercept section OffsReal and a characteristic gradient K RE AL and which represents the actual dependency of the pulse duty factor PWM on the resulting actuator energy E.
  • the deviation between the modeled pilot control characteristic 9 and the real pilot control characteristic 10 results in a desired value jump from a first target value E1 SOLL TO a second target value E2 SOLL TO a dynamic control deviation ⁇ E.
  • a first desired value El 30 LL for the actuator energy E of the piezoelectric actuator 2 is then specified.
  • a duty cycle PWM1 is then determined in accordance with the modeled pilot control line 9 from the predefined setpoint value E1 SOLL .
  • the output stage 4 for the piezoelectric actuator 2 is then driven in a step S4 with this duty cycle PWM 1.
  • a corresponding duty cycle PWM2 is then determined according to the modeled pilot control characteristic 9 as a function of the new desired value E2 SOLL .
  • the output stage 4 is then driven with the new duty cycle PWM2 in a step S7.
  • the measuring element 6 measures the actual value E2 ⁇ s ⁇ of the actuator energy immediately after the setpoint value jump before the control deviation is compensated.
  • the subtracter 7 then calculates the control deviation in a step S9
  • the controller 8 checks whether the dynamic control deviation ⁇ E exceeds a predetermined maximum value ⁇ E MAX . This is the case when the mo- The pre-control characteristic curve 9 does not correspond with the actual pre-control characteristic curve 10 with sufficient accuracy.
  • a step S12 the deviation ⁇ Offs between the axis section OffsReal of the real pilot characteristic curve 10 is first calculated by the intercept section OffsCal of the modeled pilot characteristic curve 9, the error ⁇ Offs resulting from the use of the beam set from the following formula:
  • PWM2 Duty cycle of the output stage after the setpoint value jump.
  • the new intercept section OffsReal of the adapted pilot control characteristic is then calculated according to the following formula:
  • OffsReal OffsCal + ⁇ Offs.
  • step S14 the characteristic gradient of the pilot control characteristic is then adapted according to the following formula
  • OffsCal Axis section of the non-adapted pilot characteristic 9 ⁇ Offs: Deviation between the axis section OffsReal and the axis section OffsCal
  • a step S15 the characteristic parameters of the pilot control characteristic are then updated.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrischen Ansteuerung eines Aktors eines Einspritzventils in einer Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine, mit den folgenden Schritten: Vorgabe eines Soll-Werts für eine Regelgröße (E) des Aktors, Vorsteuerung der Regelgröße (E) gemäß einer Vorsteuerkennlinie, die durch einen Achsenabschnitt (OffsCal, Offs- Real) und eine Kennliniensteigung vorgegeben ist, wobei im Rahmen der Vorsteuerung entsprechend dem vorgegebenen Soll-Wert gemäß der Vorsteuerkennlinie eine Steuergröße zur elektrischen Ansteuerung des Aktors bestimmt wird, sowie Nachregelung der Vorsteuerkennlinie, wobei im Rahmen der Nachregelung eine Regelabweichung (ΔE) ermittelt und die Vorsteuerkennlinie in Abhängigkeit von der Regelabweichung (ΔE) adaptiert wird. Es wird vorgeschlagen, dass im Rahmen der Nachregelung der Achsenabschnitt der Vorsteuerkennlinie eingestellt wird. Weiterhin umfasst die Erfindung eine entsprechende Steuereinheit.

Description

Beschreibung
Verfahren und Steuereinheit zur elektrischen Ansteuerung eines Aktors eines Einspritzventils
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrischen Ansteuerung eines Aktors eines Einspritzventils in einer Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine entsprechende Steuereinheit .
Bei modernen Einspritzanlagen für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen werden zur mechanischen Betätigung der Ein- spritzventile Piezoaktoren eingesetzt, die elektrisch angesteuert werden und in Abhängigkeit von der in ihnen gespeicherten elektrischen Energie eine entsprechende Verschiebung einer Düsennadel in dem jeweiligen Einspritzventil bewirken, wobei der Hub der Düsennadel eine Funktion der in dem Piezo- aktor gespeicherten elektrischen Energie ist.
Die elektrische Ansteuerung der Piezoaktoren erfolgt üblicherweise durch eine Vorsteuerung mit einer überlagerten Regelung. Hierbei wird die gewünschte elektrische Energie des Piezoaktors und damit der gewünschte Hub der Düsennadel als Soll-Wert vorgegeben. Die Vorsteuerung ermittelt dann gemäß einer vorgegebenen Vorsteuerkennlinie eine entsprechende Steuergröße, wie beispielsweise das Tastverhältnis für eine pulsweitenmodulierte Ansteuerung einer Endstufe. Aus DE 10 2005 010 028 Al ist es weiterhin bekannt, im Rahmen der überlagerten Regelung die Vorsteuerkennlinie zu adaptieren, indem die Kennliniensteigung im Rahmen der Regelung eingestellt wird.
Nachteilig an der Regelung gemäß DE 10 2005 010 028 Al ist die Tatsache, dass die modellierte Vorsteuerkennlinie nicht exakt mit dem realen Verhalten des Systems übereinstimmt. Dies führt bei einem Soll-Wert-Sprung dazu, dass zunächst eine Regelabweichung auftritt. Diese Regelabweichung wird zwar von der Regelung ausgeregelt, indem die Kennliniensteigung der Vorsteuerkennlinie entsprechend adaptiert wird. Während der Einstellzeit der Regelung tritt jedoch eine dynamische Regelabweichung auf, die unerwünscht ist.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die bekannte Nachregelung der Vorsteuerkennlinie entsprechend zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes Verfahren bzw. eine entsprechende Steuereinheit gemäß den nebengeordneten Ansprüchen gelöst.
Die Erfindung umfasst die allgemeine technische Lehre, bei der Nachregelung der Vorsteuerkennlinie nicht nur die Kennliniensteigung einzustellen, sondern den Achsenabschnitt der Vorsteuerkennlinie, um die Vorsteuerkennlinie möglichst genau an das tatsächliche Systemverhalten anzupassen.
Vorzugsweise erfolgt die Nachregelung der Vorsteuerkennlinie bei einem Soll-Wert-Sprung, wobei die dynamische Regelabweichung ermittelt wird, die unmittelbar nach dem Soll-Wert- Sprung vor der Ausregelung vorübergehend auftritt. Die Vorsteuerkennlinie wird dann in Abhängigkeit von der dynamischen Regelabweichung eingestellt. Diesem Gedanken liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die dynamische Regelabweichung bei einem Soll-Wert-Sprung dadurch verursacht wird, dass die Vor- Steuerkennlinie das tatsächliche Systemverhalten nicht korrekt wiedergibt.
Bei der Berechnung des adaptierten Achsenabschnitts der Vorsteuerkennlinie werden vorzugsweise folgende Großen berück- sichtigt:
Soll-Wert der Regelgröße (z.B. Aktorenergie) vor dem
Soll-Wert-Sprung, Soll-Wert der Regelgröße nach dem Soll-Wert-Sprung, Ist-Wert der Regelgröße unmittelbar nach dem Soll-Wert- Sprung vor der Ausregelung der Regelabweichung, Steuer- bzw. Stellgröße (z.B. Tastverhältnis der puls- weitenmodulierten Ansteuerung der Endstufe) vor dem Soll-Wert-Sprung,
Steuer- bzw. Stellgröße nach dem Soll-Wert-Sprung vor der Ausregelung der Regelabweichung.
Die Berechnung des adaptierten Achsenabschnitts erfolgt hierbei vorzugsweise nach folgender Formel:
E1SOLL ■ AE ■ [PWM 2 - PWM1)
Offs Real = OffsCal +
(£2. SOLL E ιSOLL ) - {b2SOLL t7sou_ + AE)
mi t : Of f sReal Adaptierter Achsenabschnitt der Vorsteuerkennlinie nach der Nachregelung,
Of f sCal : Nicht adaptierter Achsenabschnitt der Vorsteuerkennlinie vor der Nachregelung,
E l SOLL '• Soll-Wert der Regelgröße vor dem Soll-Wert-Sprung,
E2 S0LL : Soll-Wert der Regelgröße nach dem Soll-Wert-Sprung, E2 I ST : Ist-Wert der Regelgröße unmittelbar nach dem Soll- Wert-Sprung vor der Ausregelung der Regelabweichung, ΔE:
Figure imgf000005_0001
Regelabweichung der Regelgröße unmit¬ telbar nach dem Soll-Wert-Sprung vor der Ausregelung der Regelabweichung,
PWMl Steuer- bzw. Stellgröße vor dem Soll-Wert-Sprung, und/oder PWM2 Steuer- bzw. Stellgröße unmittelbar nach dem Soll- Wert-Sprung vor der Ausregelung der Regelabweichung.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Rahmen der Nachregelung nicht nur der Achsenabschnitt der Vorsteuerkennlinie eingestellt, sondern auch die Kennliniensteigung der Vorsteuerkennlinie.
Bei der Nachregelung der Kennliniensteigung der Vorsteuer- kennlinie werden vorzugsweise folgende Größen berücksichtigt Steuer- bzw. Stellgröße vor dem Soll-Wert-Sprung, Achsenabschnitt der Vorsteuerkennlinie vor dem Soll- Wert-Sprung, adaptierter Achsenabschnitt der Vorsteuerkennlinie nach dem Soll-Wert-Sprung,
Soll-Wert vor dem Soll-Wert-Sprung.
Die Berechnung der adaptierten Kennliniensteigung der Vorsteuerkennlinie erfolgt hierbei vorzugsweise nach folgender Formel :
PWM1 - Offs Real
^REAL ~ ^Z
^ 'SOLL
mit : KREAL: Adaptierte Kennliniensteigung der Vorsteuerkennlinie nach der Nachregelung
PWMl: Steuer- bzw. Stellgröße vor dem Soll-Wert-Sprung, OffsReal : Adaptierter Achsenabschnitt der Vorsteuerkennlinie nach der Nachregelung, EISOLL: Soll-Wert der Regelgröße (E) vor dem Soll-Wert- Sprung.
Die Ansteuerung des Aktors erfolgt vorzugsweise pulsweitenmo- duliert durch eine Endstufe mit einem variablen Tastverhält- nis, wobei die im Rahmen der Erfindung gesteuerte und nachgeregelte Steuergröße das Tastverhältnis der Endstufe ist. Die Erfindung ist jedoch hinsichtlich der elektrischen Ansteuerung des Aktors nicht auf eine pulsweitenmodulierte Ansteuerung beschränkt, sondern grundsätzlich auch mit anderen An- steuerungsverfahren realisierbar. Weiterhin handelt es sich bei dem Aktor im Rahmen der Erfindung vorzugsweise um einen Piezoaktor. Die Erfindung ist jedoch hinsichtlich des Aktortyps nicht auf Piezoaktoren beschränkt, sondern grundsätzlich auch mit anderen Aktortypen realisierbar.
Es wurde bereits vorstehend ausgeführt, dass die Regelgröße des Aktors vorzugsweise die in dem Aktor gespeicherte elektrische Energie ist, die bei Piezoaktoren den Hub der Düsenna- del des Einspritzventils bestimmt. Die Erfindung ist jedoch hinsichtlich der Regelgröße nicht auf die in dem Aktor gespeicherte Energie beschränkt. Beispielsweise können bei anderen Aktortypen auch andere Regelgrößen den Hub der Düsennadel bestimmen.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt die Nachregelung der Vorsteuerkennlinie nicht dauerhaft, sondern nur bei Bedarf, d.h. wenn die Vorsteuerkennlinie das tatsächliche Systemverhalten nicht mehr hinreichend genau wiedergibt.
Die Nachregelung der Vorsteuerkennlinie erfolgt deshalb im Betrieb der Einspritzanlage vorzugsweise nur vorübergehend und/oder nur vereinzelt.
Bei einer bedarfsgesteuerten Nachregelung der Vorsteuerkennlinie kann der Regelbedarf daran erkannt werden, dass die bei einem Soll-Wert-Sprung auftretende dynamische Regelabweichung betragsmäßig einen vorgegebenen Maximalwert überschreitet. Die Nachregelung des Achsenabschnitts der Vorsteuerkennlinie erfolgt deshalb vorzugsweise nur dann, wenn die bei einem Soll-Wert-Sprung auftretende dynamische Regelabweichung den vorgegebenen Maximalwert überschreitet.
In einer anderen Variante der Erfindung werden dagegen die Umgebungsbedingungen der Einspritzanlage auf eine Änderung hin überprüft, wobei die Nachregelung der Vorsteuerkennlinie nur dann erfolgt, wenn sich die Umgebungsbedingungen in einem bestimmten Maße geändert haben. Beispielsweise kann hierbei die Temperatur, insbesondere die Umgebungstemperatur, die Kühlmitteltemperatur oder die Öltemperatur, überprüft werden. Ferner kann der Alterungszustand der Brennkraftmaschine, der Einspritzanlage und/oder des Aktors überprüft werden, um in bestimmten Intervallen eine Nachregelung der Vorsteuerkennlinie vorzunehmen. Schließlich kann die elektrische Kapazität des Aktors überwacht werden, so dass bei einer Kapazitätsän- derung eine Nachregelung der Vorsteuerkennlinie vorgenommen werden kann.
Neben dem vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren umfasst die Erfindung auch eine entsprechende Steuerein- heit, welche das erfindungsgemäße Verfahren ausführt.
Schließlich umfasst die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Steuereinheit, die das erfindungsgemäße Verfahren ausführt.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine vereinfachte Darstellung einer erfindungsgemäßen Steuereinheit zur Ansteuerung eines Piezoaktors,
Figur 2 eine modellierte und eine reale Vorsteuerkennlinie zur Bestimmung des Tastverhältnisses der pulsweitenmodulierten Aktoransteuerung in Abhängigkeit von der gewünschten Aktorenergie, sowie
Figuren 3A, 3B das erfindungsgemäße Verfahren in Form eines
Flussdiagramms . Figur 1 zeigt eine vereinfachte, schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Steuereinheit 1 zur Ansteuerung eines Piezoaktors 2, wobei der Piezoaktor 2 in herkömmlicher Weise ein Einspritzventil 3 für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs betätigt.
Die Steuereinheit 1 erhält hierbei eingangsseitig von einer elektronischen Motorsteuerung (ECU: Electronic Control Unit) Soll-Werte ESOLL für die in dem Piezoaktor 2 gespeicherte Aktorenergie, da die Aktorenergie E den Hub der Düsennadel des Einspritzventils 3 und damit einen Kraftstoffvolumenfluss Q bestimmt .
Die elektrische Ansteuerung des Piezoaktors 2 erfolgt in herkömmlicher Weise pulsweitenmoduliert durch eine Endstufe 4 mit einem variablen Tastverhältnis PWM.
Das Tastverhältnis PWM wird hierbei von einer Vorsteuerung 5 entsprechend einer Vorsteuerkennlinie in Abhängigkeit von dem gewünschten Soll-Wert ESOLL bestimmt.
Weiterhin weist die Steuereinheit 1 ein Messglied 6 auf, das einen Ist-Wert EΣSτ der Aktorenergie E misst, um die Vorsteu- erkennlinie nachregeln zu können.
Der Ist-Wert EiST wird deshalb einem Subtrahierer 7 zugeführt, der aus dem vorgegebenen Soll-Wert ESOLL und dem gemessenen Ist-Wert EIST der Aktorenergie E eine Regelabweichung ΔE be- rechnet, die einem Regler 8 zugeführt wird.
Der Regler 8 kann dann die von der Vorsteuerung 5 verwendete Vorsteuerkennlinie nachregeln, falls dies erforderlich sein sollte. Eine Nachregelung der Vorsteuerkennlinie ist bei- spielsweise erforderlich, wenn die modellierte und von der
Vorsteuerung 5 verwendete Vorsteuerkennlinie das tatsächliche Systemverhalten nicht hinreichend exakt wiedergibt, was bei einem Soll-Wert-Sprung zu einer großen dynamischen Regelabweichung ΔE führt.
Bei der Nachregelung der Vorsteuerkennlinie stellt der Regler 8 sowohl einen Achsenabschnitt OffsCal als auch eine Kennliniensteigung KCAL ein, wie noch detailliert beschrieben wird.
Die Nachregelung der Vorsteuerkennlinie erfolgt jedoch bei der Steuereinheit 1 nicht permanent, sondern nur bedarfsge- steuert, wenn die modellierte Vorsteuerkennlinie das tatsächliche Systemverhalten nicht mehr hinreichend exakt wiedergibt. Dies kann daran erkannt werden, dass die dynamische Regelabweichung ΔE bei einem Soll-Wert-Sprung einen vorgegebenen Maximalwert ΔEMAX überschreitet.
Im Folgenden werden nun unter Bezugnahme auf das Diagramm in Figur 2 die wesentlichen Parameter von Variablen der Vorsteuerung erläutert.
So zeigt das Diagramm eine modellierte Vorsteuerkennlinie 9, die durch einen Achsenabschnitt OffsCal und eine Kennliniensteigung KCAL definiert wird.
Weiterhin zeigt das Diagramm eine reale Vorsteuerkennlinie 10, die durch einen Achsenabschnitt OffsReal und eine Kennliniensteigung KREAL definiert ist und welche die tatsächliche Abhängigkeit des Tastverhältnisses PWM von der resultierenden Aktorenergie E wiedergibt.
Die Abweichung zwischen der modellierten Vorsteuerkennlinie 9 und der realen Vorsteuerkennlinie 10 führt bei einem Soll- Wert-Sprung von einem ersten Soll-Wert E1SOLL ZU einem zweiten Soll-Wert E2SOLL ZU einer dynamischen Regelabweichung ΔE .
Im Folgenden wird nun unter Bezugnahme auf das in den Figuren 3A und 3B dargestellte Flussdiagramm das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben. In einem ersten Schritt Sl wird zunächst die modellierte Vorsteuerkennlinie 9 vorgegeben, indem der Achsenabschnitt Offs- CaI und die Kennliniensteigung KCAL definiert wird.
In einem zweiten Schritt S2 wird dann ein erster Soll-Wert El30LL für die Aktorenergie E des Piezoaktors 2 vorgegeben.
In einem Schritt S3 wird dann gemäß der modellierten Vorsteu- erkennlinie 9 aus dem vorgegebenen Soll-Wert E1SOLL ein Tastverhältnis PWMl ermittelt.
Die Endstufe 4 für den Piezoaktor 2 wird dann in einem Schritt S4 mit diesem Tastverhältnis PWM 1 angesteuert.
In einem Schritt S5 wird dann ein neuer Soll-Wert E2SOLL für die Aktorenergie des Piezoaktors 2 vorgegeben, was zu einem Soll-Wert-Sprung führt.
In einem Schritt S6 wird dann gemäß der modellierten Vorsteuerkennlinie 9 ein entsprechendes Tastverhältnis PWM2 in Abhängigkeit von dem neuen Soll-Wert E2SOLL ermittelt.
Die Endstufe 4 wird dann mit dem neuen Tastverhältnis PWM2 in einem Schritt S7 angesteuert.
In einem Schritt S8 misst das Messglied 6 dann den Ist-Wert E2∑sτ der Aktorenergie unmittelbar nach dem Soll-Wert-Sprung vor dem Ausregeln der Regelabweichung.
Der Subtrahierer 7 berechnet dann in einem Schritt S9 die Regelabweichung
Figure imgf000011_0001
In einem weiteren Schritt SlO überprüft der Regler 8 dann, ob die dynamische Regelabweichung ΔE einen vorgegebenen Maximalwert ΔEMAX überschreitet. Dies ist dann der Fall, wenn die mo- dellierte Vorsteuerkennlinie 9 nicht hinreichend exakt mit der realen Vorsteuerkennlinie 10 übereinstimmt.
Falls die bei dem Soll-Wert-Sprung auftretende dynamische Re- gelabweichung ΔE den vorgegebenen Maximalwert ΔEMAX nicht ü- berschreitet, so ist keine Nachregelung der modellierten Vorsteuerkennlinie 9 erforderlich und die Steuereinheit übernimmt in einem Schritt Sil die neuen Werte und fährt anschließend mit Schritt S5 fort.
Falls die bei dem Soll-Wert-Sprung auftretende dynamische Regelabweichung ΔE dagegen den vorgegebenen Maximalwert ΔEMAX überschreitet, so erfolgt die in Figur 3B dargestellte Nachregelung der Vorsteuerkennlinie 9.
Hierzu wird in einem Schritt S12 zunächst die Abweichung ΔOffs zwischen dem Achsenabschnitt OffsReal der realen Vorsteuerkennlinie 10 von dem Achsenabschnitt OffsCal der modellierten Vorsteuerkennlinie 9 berechnet, wobei sich der Fehler ΔOffs durch Anwendung des Strahlensatzes aus folgender Formel ergibt :
AOffs = E1SOLL • ΔE • (PWM 2 - PWM1)
{E2SOLL - E1SOLL ) • {E2SOLL - E1SOLL + ΔE) mit : EISOLL: Soll-Wert der Aktorenergie E vor dem Soll-Wert- Sprung
E2SOLL: Soll-Wert der Aktorenergie E nach dem Soll-Wert- Sprung
ΔE : dynamische Regelabweichung unmittelbar nach dem Soll-Wert-Sprung
PWMl: Tastverhältnis der Endstufe vor dem Soll-Wert- Sprung
PWM2 : Tastverhältnis der Endstufe nach dem Soll-Wert- Sprung. In einem anschließenden Schritt S13 wird dann der neue Achsenabschnitt OffsReal der adaptierten Vorsteuerkennlinie nach folgender Formel berechnet:
OffsReal = OffsCal + ΔOffs.
In einem Schritt S14 wird dann auch die Kennliniensteigung der Vorsteuerkennlinie nach folgender Formel adaptiert
{PWM1 - OffsCal - AOffs) K REAL = =j
^ 'SOLL mit :
PWMl: Tastverhältnis vor dem Soll-Wert-Sprung
OffsCal: Achsenabschnitt der nicht adaptierten Vorsteuerkennlinie 9 ΔOffs: Abweichung zwischen Achsenabschnitt OffsReal und dem Achsenabschnitt OffsCal
E1SOLL: Soll-Wert der Aktorenergie E vor dem Soll-Wert- Sprung.
In einem Schritt S15 werden dann die Kennlinienparameter der Vorsteuerkennlinie aktualisiert.
Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur elektrischen Ansteuerung eines Aktors eines Einspritzventils in einer Einspritzanlage für eine Brenn- kraftmaschine, mit den folgenden Schritten: a) Vorgabe eines Soll-Werts (E1SOLL, E2SOLL) für eine Regel¬ größe (E) des Aktors, b) Vorsteuerung der Regelgröße (E) gemäß einer Vorsteuerkennlinie, die durch einen Achsenabschnitt (OffsCal, OffsReal) und eine Kennliniensteigung (KCAL, KREAL) vorge¬ geben ist, wobei im Rahmen der Vorsteuerung entsprechend dem vorgegebenen Soll-Wert (E1SOLL, E2SOLL) gemäß der Vor¬ steuerkennlinie eine Steuergröße (PWMl, PWM2) zur elekt¬ rischen Ansteuerung des Aktors bestimmt wird, c) Nachregelung der Vorsteuerkennlinie, wobei im Rahmen der Nachregelung eine Regelabweichung (ΔE) ermittelt und die Vorsteuerkennlinie in Abhängigkeit von der Regelabwei¬ chung (ΔE) adaptiert wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d) dass im Rahmen der Nachregelung der Achsenabschnitt
(OffsCal, OffsReal) der Vorsteuerkennlinie eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, a) dass die Nachregelung bei einem Soll-Wert-Sprung erfolgt, b) dass bei dem Soll-Wert-Sprung die dynamische Regelabwei¬ chung (ΔE) ermittelt wird, die unmittelbar nach dem Soll-Wert-Sprung vor der Ausregelung vorübergehend auftritt, und c) dass die Vorsteuerkennlinie in Abhängigkeit von der dy¬ namischen Regelabweichung (ΔE) eingestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der adaptierte Achsenabschnitt der Vorsteuerkennlinie aus folgenden Größen berechnet wird: a) Soll-Wert (EISOLL) der Regelgröße (E) vor dem Soll-Wert- Sprung, b) Soll-Wert (E2SOLL) der Regelgröße (E) nach dem Soll-Wert- Sprung, c) Ist-Wert (E2ΣSτ) der Regelgröße (E) unmittelbar nach dem Soll-Wert-Sprung vor der Ausregelung der Regelabweichung (ΔE) , d) Steuergröße (PWMl) vor dem Soll-Wert-Sprung (PWMl) , e) Steuergröße (PWM2) unmittelbar nach dem Soll-Wert-Sprung vor der Ausregelung der Regelabweichung (ΔE) .
4. Verfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der adaptierte Achsenabschnitt (OffsReal) der Vorsteuerkennlinie nach folgender Formel berechnet wird:
E1SOLL • ΔE • [PWM 2 - PWM1)
OffsReal = OffsCal +
V^ ^ SOLL ~ ^ 'SOLL/' V^ ^ SOLL ~ ^' SOLL + Δfc J mit
OffsReal: Adaptierter Achsenabschnitt der Vorsteuerkennlinie nach der Nachregelung,
OffsCal : Nicht adaptierter Achsenabschnitt der Vorsteuerkennlinie vor der Nachregelung,
EISOLL: Soll-Wert der Regelgröße (E) vor dem Soll-Wert- Sprung,
E2SOLL: Soll-Wert der Regelgröße (E) nach dem Soll-Wert- Sprung,
E2iST: Ist-Wert der Regelgröße (E) unmittelbar nach dem Soll-Wert-Sprung vor der Ausregelung der Regelabweichung,
ΔE :
Figure imgf000015_0001
Regelabweichung der Regelgröße (E) un¬ mittelbar nach dem Soll-Wert-Sprung vor der Ausregelung der Regelabweichung, PWMl: Steuergröße vor dem Soll-Wert-Sprung, und/oder PWM2 : Steuergröße unmittelbar nach dem Soll-Wert-Sprung vor der Ausregelung der Regelabweichung.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass im Rahmen der Nachregelung zusätzlich zu dem Achsenabschnitt (OffsCal, OffsReal) der Vorsteuerkennlinie auch die Kennliniensteigung (KCAL, KREAL) der Vorsteuerkennlinie einge- stellt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die adaptierte Kennliniensteigung der Vorsteuerkennlinie in Abhängigkeit von folgenden Größe berechnet wird: a) Steuergröße (PWMl) vor dem Soll-Wert-Sprung, b) Achsenabschnitt (OffsCal) der Vorsteuerkennlinie vor dem Soll-Wert-Sprung, c) Adaptierter Achsenabschnitt (OffSReal) der Vorsteuer- kennlinie nach dem Soll-Wert-Sprung, und/oder d) Soll-Wert (E1SOLL) vor dem Soll-Wert-Sprung.
7. Verfahren nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die adaptierte Kennliniensteigung (KREAL) der Vorsteuerkennlinie nach folgender Formel berechnet wird:
PWM1 -OffsReal
KREAL ~ r-ή
C 'SOLL mit KREAL: Adaptierte Kennliniensteigung der Vorsteuerkennlinie nach der Nachregelung
PWMl: Steuergröße vor dem Soll-Wert-Sprung, OffsReal: Adaptierter Achsenabschnitt der Vorsteuerkennlinie nach der Nachregelung, EISOLL: Soll-Wert der Regelgröße (E) vor dem Soll-Wert- Sprung.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h folgenden Schritte: Pulsweitenmodulierte Ansteuerung des Aktors durch eine Endstufe mit einem variablen Tastverhältnis, wobei die vorgesteuerte und geregelte Steuergröße das Tastverhältnis der Endstufe ist.
9. Verfahren nach einem der vorheOrgehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Aktor ein Piezoaktor ist.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Regelgröße (E) des Aktors die in dem Aktors gespeicherte elektrische Energie ist.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Nachregelung der Vorsteuerkennlinie im Betrieb der Einspritzanlage nur vorübergehend und/oder vereinzelt erfolgt.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, a) dass bei einem Soll-Wert-Sprung die dynamische Regelabweichung (ΔE) ermittelt wird, die unmittelbar nach dem Soll-Wert-Sprung vor der Ausregelung vorübergehend auftritt, b) dass die dynamische Regelabweichung (ΔE) mit einem vorgegebenen Maximalwert (ΔEMAX) verglichen wird, c) dass die Vorsteuerkennlinie nur dann nachgeregelt wird, wenn die dynamische Regelabweichung (ΔE) den Maximalwert (ΔEMAX) überschreitet.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, a) dass im normalen Betrieb der Einspritzanlage Umgebungs¬ bedingungen auf eine Änderung hin überprüft werden, b) dass die Nachregelung der Vorsteuerkennlinie nur er¬ folgt, wenn sich die Umgebungsbedingungen geändert haben .
14. Verfahren nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass folgende Umgebungsbedingungen auf eine Änderung hin ü- berprüft werden: a) Temperatur, insbesondere Umgebungstemperatur, Kühlwassertemperatur oder Öltemperatur, b) Alterungszustand der Brennkraftmaschine, der Einspritz¬ anlage und/oder des Aktors, und/oder c) Elektrische Kapazität des Aktors.
15. Steuereinheit zur elektrischen Ansteuerung eines Aktors eines Einspritzventils in einer Einspritzanlage für eine
Brennkraftmaschine, mit a) einer Vorsteuerung, die eine Regelgröße (E) des Aktors entsprechend einem vorgegebenen Soll-Wert (E1SOLL, E2SOLL) gemäß einer Vorsteuerkennlinie einstellt, wobei die Vor- Steuerkennlinie durch einen Achsenabschnitt (OffsCal,
OffsReal) und eine Kennliniensteigung (KCAL, KREAL) defi¬ niert ist, und b) einem Regler, der eine Regelabweichung der Regelgröße
(E) ermittelt und die Vorsteuerkennlinie in Abhängigkeit von der Regelabweichung (ΔE) nachregelt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, c) dass der Regler im Rahmen der Nachregelung den Achsenabschnitt (OffsCal, OffsReal) der Vorsteuerkennlinie ein¬ stellt.
16. Steuereinheit nach Anspruch 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, a) dass der Regler den Achsenabschnitt (OffsCal, OffsReal) und/oder die Kennliniensteigung der Vorsteuerkennlinie bei einem Soll-Wert-Sprung nachregelt, b) dass der Regler bei dem Soll-Wert-Sprung die dynamische Regelabweichung ermittelt, die unmittelbar nach dem Soll-Wert-Sprung vor der Ausregelung vorübergehend auftritt, und c) dass der Regler die Vorsteuerkennlinie in Abhängigkeit von der dynamischen Regelabweichung einstellt.
17. Steuereinheit nach Anspruch 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Regler den adaptierten Achsenabschnitt (OffsReal) der Vorsteuerkennlinie aus folgenden Größen berechnet: a) Soll-Wert der Regelgröße (E) vor dem Soll-Wert-Sprung
(EISOLL) r b) Soll-Wert der Regelgröße (E) nach dem Soll-Wert-Sprung , c) Ist-Wert der Regelgröße (E) unmittelbar nach dem Soll- Wert-Sprung vor der Ausregelung der Regelabweichung
d) Steuergröße vor dem Soll-Wert-Sprung (PWMl), e) Steuergröße unmittelbar nach dem Soll-Wert-Sprung vor der Ausregelung der Regelabweichung (PWM2) .
18. Steuereinheit nach Anspruch 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Regler den adaptierten Achsenabschnitt (OffsReal) der Vorsteuerkennlinie nach folgender Formel berechnet:
E1SOLL ■ AE ■ [PWM 2 - PWM1)
Offs Re al = OffsCal + -r
\E ^ SOLL EιSOLL)-{b2SOLL bιSOLL +Ab) mit OffsReal: Adaptierter Achsenabschnitt der Vorsteuerkennlinie nach der Nachregelung, OffsCal : Nicht adaptierter Achsenabschnitt der Vorsteuerkennlinie vor der Nachregelung,
EISOLL: Soll-Wert der Regelgröße (E) vor dem Soll-Wert- Sprung,
E2SOLL: Soll-Wert der Regelgröße (E) nach dem Soll-Wert- Sprung,
E2iST: Ist-Wert der Regelgröße (E) unmittelbar nach dem Soll-Wert-Sprung vor der Ausregelung der Regelabweichung, ΔE:
Figure imgf000020_0001
Regelabweichung der Regelgröße (E) un¬ mittelbar nach dem Soll-Wert-Sprung vor der Ausregelung der Regelabweichung,
PWMl: Steuergröße vor dem Soll-Wert-Sprung, und/oder
PWM2 : Steuergröße unmittelbar nach dem Soll-Wert-Sprung vor der Ausregelung der Regelabweichung.
19. Steuereinheit nach einem der Ansprüche 15 bis 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Regler im Rahmen der Nachregelung zusätzlich zu dem Achsenabschnitt (OffsCal, OffsReal) der Vorsteuerkennlinie auch die Kennliniensteigung der Vorsteuerkennlinie einstellt.
20. Steuereinheit nach Anspruch 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Regler die adaptierte Kennliniensteigung (KREAL) der Vorsteuerkennlinie in Abhängigkeit von folgenden Größen berechnet : a) Steuergröße vor dem Soll-Wert-Sprung (PWMl), b) Achsenabschnitt (OffsCal) der Vorsteuerkennlinie vor dem Soll-Wert-Sprung, c) Adaptierter Achsenabschnitt (OffsReal) der Vorsteuerkennlinie nach dem Soll-Wert-Sprung, und/oder d) Soll-Wert (E1SOLL) vor dem Soll-Wert-Sprung.
21. Steuereinheit nach Anspruch 20, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Regler die adaptierte Kennliniensteigung (KREAL) der
Vorsteuerkennlinie nach folgender Formel berechnet:
K = PWM1- Offs Real
^ 'SOLL mit
K: Adaptierte Kennliniensteigung der Vorsteuerkennlinie nach der Nachregelung
PWMl: Steuergröße vor dem Soll-Wert-Sprung, OffsReal : Adaptierter Achsenabschnitt der Vorsteuerkennlinie nach der Nachregelung,
EISOLL: Soll-Wert der Regelgröße (E) vor dem Soll-Wert- Sprung.
22. Steuereinheit nach einem der Ansprüche 15 bis 21, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, a) dass die Steuereinheit bei einem Soll-Wert-Sprung die dynamische Regelabweichung (ΔE) ermittelt, die unmittelbar nach dem Soll-Wert-Sprung vor der Ausregelung vorü- bergehend auftritt, b) dass die Steuereinheit die dynamische Regelabweichung
(ΔE) mit einem vorgegebenen Maximalwert (ΔEMAX) vergleicht, c) dass die Steuereinheit den Achsenabschnitt (OffsCal, OffsReal) der Vorsteuerkennlinie nur dann nachregelt, wenn die dynamische Regelabweichung (ΔE) betragsmäßig den Maximalwert (ΔEMAX) überschreitet.
23. Kraftfahrzeug mit einer Steuereinheit nach einem der An- sprüche 15 bis 22.
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