WO2009135824A1 - Verfahren und vorrichtung zur ansteuerung eines stellantriebs - Google Patents

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WO2009135824A1
WO2009135824A1 PCT/EP2009/055382 EP2009055382W WO2009135824A1 WO 2009135824 A1 WO2009135824 A1 WO 2009135824A1 EP 2009055382 W EP2009055382 W EP 2009055382W WO 2009135824 A1 WO2009135824 A1 WO 2009135824A1
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actuator
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minimum
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PCT/EP2009/055382
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French (fr)
Inventor
Walter Schrod
Christian Tump
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Continental Automotive Gmbh
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
    • H02N2/06—Drive circuits; Control arrangements or methods
    • H02N2/065—Large signal circuits, e.g. final stages
    • H02N2/067—Large signal circuits, e.g. final stages generating drive pulses
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for controlling an actuator, in particular a Festkör- peraktuators.
  • the actuation of actuators makes considerable demands on the actuator. For example, high voltages and high currents for charging and discharging must be provided for a short time. Loading or unloading of the actuator can take place in less than a millisecond. During this time, a controller controlling the actuator should control the actuator and reproduce or withdraw electrical energy in a reproducible manner.
  • Solid state actuators are used in injectors. Injectors are used in internal combustion engines for injecting fuel into a combustion chamber. Depending on a particular voltage applied, the solid state actuator opens or closes the injection valve.
  • Document DE 198 14 594 A1 discloses a piezoelectric element in which a charging process or a discharging process is ended for a certain time before reaching a desired voltage at the piezoelectric element. As a result of the charging or discharging current, which does not suddenly drop to zero, the piezoelectric element is charged or discharged a certain time after the end of charging or discharging.
  • the document DE 10 2005 016 279 A1 discloses a circuit arrangement for actuating an up-and-dischargeable, electromechanical actuator, in particular for a force Fuel injection valve of an internal combustion engine.
  • the charged actuator is discharged by means of a first discharge branch connected to the actuator.
  • the actuator is also unloaded by means of a second discharge branch connected to the actuator.
  • the second discharge branch for discharging the actuator is controlled by means of a control after the first discharge branch, while the first discharge branch discharges the actuator.
  • Document DE 10 2004 047 961 A1 discloses a device with a DCDC converter, wherein the DCDC converter supplies a high supply voltage on the output side, which is connected to a series connection of a high-side switching transistor and a low-side switching transistor. Between a connection point of the two switching transistors and a reference potential, a series connection of a coil of high inductance and a piezoelectric actuator to be controlled is arranged. At the connection point for charging or discharging the piezoelectric actuator, an excitation signal with a predetermined duty cycle (RMS voltage) and predetermined Wegfreguenz is set.
  • RMS voltage predetermined duty cycle
  • the document DE 10 2004 009 614 A1 discloses a piezoelectric actuator of an injection valve, which is controlled by specification of a control curve, on which the maximum amplitudes of the current driving the actuator are controlled.
  • a charging curve that gradually rises or falls at the beginning or at the end of a charging or discharging phase, and thus a quantity of charge which can be controlled linearly over time, is achieved in the actuator.
  • the document DE 101 14 421 A1 discloses a capacitive actuator, in particular a piezoelectric actuator.
  • the piezoelectric actuator is charged with a control current regulated to a constant mean value as long as unloaded until a predetermined voltage is applied to the actuator. For this loading or unloading results in a lifting movement to a dependent of the control current stroke.
  • a dependent on the charge of the actuator size is detected as a controlled variable.
  • the controlled variable is preferably additionally dependent on the control current.
  • the document DE 10 2007 014 326 A1 discloses a controllable switch which is driven to charge and / or discharge a capacitive element in order to interrupt a charging current.
  • the controllable switch is activated when the charging current exceeds a predetermined charging current threshold.
  • the charging current threshold is changed while the capacitive element is charged to the predetermined charging voltage.
  • the controllable switch is again activated for coupling the charging current into the capacitive element, if a predetermined period has elapsed after a preceding activation of the controllable switch and / or the charging current falls below the predetermined charging current threshold.
  • the object is solved by the features of the independent claim.
  • Advantageous embodiments of the invention are characterized in the subclaims.
  • the invention is characterized by a method and a device for controlling an actuator, in particular a solid-state actuator, in which the actuator is controlled by a two-step controller during each activation process.
  • the control signal of the two-position controller is on
  • An upper switching point of the two-point regulator is assigned a maximum current value in each case, and a lower switching point of the two-point regulator is assigned a respective minimum current value.
  • the upper switching point and the lower switching point are specified during the driving process so that they are spaced in pairs by at least a predetermined minimum distance.
  • the respective minimum current value is increased during a given first period of time during the respective driving process from a predetermined first minimum value to a predetermined first maximum value.
  • the predetermined first maximum value is greater than the predetermined first minimum value.
  • the respective minimum current value during a second predetermined period of time is set so that it is greater than or equal to the maximum value. This allows fast loading or unloading of the actuator.
  • the respective minimum current value during a third reduced predetermined time from a predetermined further maximum value to a predetermined further minimum value.
  • the predetermined further minimum value is smaller than the predetermined further maximum value. This allows reliable loading or unloading of the actuator during the third predetermined period of time, avoiding overshoots.
  • the respective minimum current value are at a lower level
  • the respective continuous function is formed of differentiable functional sections, the function of each of which is linear. This allows a reproducible specification of the lower envelope and the upper envelope.
  • either the upper envelope or the lower envelope is so specified that the respective predetermined envelope is mapped by means of another predetermined function on the other envelope.
  • FIG. 2 shows an output stage of a two-point regulator and a position drive
  • FIG. 3 shows a first control unit
  • FIG. 4 shows a flow diagram of a program for actuating an actuator
  • Figure 5 shows a current waveform and a voltage waveform of a charging operation of an actuator.
  • Figure 1 shows a device for controlling an actuator and an actuator, which is designed as a solid state P actuator.
  • the device comprises a controller, which is designed as a two-position controller R2P.
  • the trained as FestMechtechnik P actuator is based for example on the piezoelectric principle, but for example, based on the principle of magnetostriction or on a further principle that is known to the competent expert for use as a solid state P actuator.
  • the two-position controller R2P regulates a current signal I, via which the solid-state actuator P is charged or discharged.
  • the two-position controller R2P comprises an output stage E, a control unit ST and a voltage source for providing a supply voltage U_V.
  • the control unit ST By means of the control unit ST, the time profile of the current signal I, which is output via the output stage E to the solid state actuator P, controlled.
  • the Solid state actuator P is coupled to a reference potential GND, which is, for example, a ground potential.
  • GND is, for example, a ground potential.
  • the control unit ST is coupled to the output stage E via a first switch S1 and a second switch S2.
  • the first switch S 1 is activated by means of a first control signal UST 1 and the second switch S 2 is activated by means of a second control signal UST 2.
  • the first switch S1 and the second switch S2 may each be a transistor, for example.
  • An ammeter A is assigned to the output stage E such that it detects the current signal I between the output stage E and the solid-state actuator P.
  • the control unit ST is further coupled to the ammeter A. This allows the control unit ST to determine the current signal I between the output stage E and the solid-state actuator P.
  • FIG. 2 shows an embodiment of the output stage E coupled to the solid-state actuator P, which is embodied here in a buck-boost topology.
  • the output stage E can also be designed in a different topology as a switching device, for example as a flyback or as a SEPIC converter.
  • the level of the supply voltage U_V depends on the topology of the output stage E. If the output stage E is formed, for example, by means of the buck-boost topology, the output stage E functions as a low-setting divider. In this case, the supply voltage U_V is greater than or equal to the threshold voltage U_TH up to which the solid state actuator P is charged. If the power amplifier E is designed in a different topology, For example, as a boost converter, then the supply voltage U_V is less than or equal to the threshold voltage U_TH.
  • the output stage E comprises a supply capacity
  • the ammeter A is assigned to the final stage E.
  • the supply voltage U_V is provided via the supply capacity CStore.
  • the supply capacitor CStore is coupled to the first and second switches Sl and S2, as well as to the first and second diodes D1 and D2, the first diode D1 being connected in parallel with the first switch S1 and the second diode D2 being connected in parallel the second switch S2.
  • the ammeter A is coupled to the one with the first switch Sl, the second switch S2, the first diode Dl and the second diode D2 and the other with the inductance Ll. Through the inductance Ll, the current signal I flows for charging or discharging the solid-state actuator P.
  • the first switch S1 is controlled by means of the control unit ST via the first control signal UST1.
  • the second switch S2 is controlled by means of the control unit ST via the second control signal UST2.
  • the value of the current signal I is detected by means of the ammeter A and transmitted to the control unit ST.
  • FIG. 3 shows an embodiment of the control unit ST.
  • the control unit ST can be coupled directly to the first switch S1 and the second switch S2. However, for example, it can also be coupled to the first switch S1 and the second switch S2 via a respective driver stage, which is not shown here.
  • the control unit ST comprises, for example, a microcontroller MC with an analog log-digital converter ADC and with an interface SP.
  • the control unit ST determines the digitized current signal I via the analog-to-digital converter ADC.
  • the first and second switches S1 and S2 are switched on or off via the interface SP by means of the first control signal UST1 and the second control signal UST2, respectively.
  • the control unit ST each an upper switching point PO and a lower switching point PU are given.
  • Switching point PO defines in each case a maximum current value ⁇ On, in which the first switch Sl or the second switch S2 is opened by the control unit ST, so that the current signal I output by the output stage E does not exceed the respective predetermined maximum current value ⁇ On.
  • the lower switching point PU defines in each case a minimum current value ⁇ Um, in which the first switch S 1 or the second switch S 2 is closed, so that the current signal I output by the output stage E to the solid-state actuator P increases in the following.
  • the maximum current value ⁇ On assigned to the upper switching point PO can be preset in such a way that it changes over time.
  • the minimum current value ⁇ Um associated with the lower switching point PU can be changed over time.
  • a time profile of the upper switching point PO and of the lower switching point PU can be predetermined by means of a characteristic map which is stored in a memory of the microcontroller MC. This allows a simple retrieval of the map by the microcontroller MC, whereby the upper switching point PO and the lower switching point PU can be easily determined.
  • the sequence of a charging process of the solid-state actuator P is shown schematically in FIG. 4 and will be explained in more detail below with reference to the flowchart shown.
  • FIG. 4 shows the sequence of the charging process of the solid state actuator P with reference to a program consisting of the program steps K1 to K13.
  • the loading is started in a first program step K1.
  • variables are initialized.
  • the number of switching cycles of the first switch Sl is represented by the variable n.
  • Each switching cycle n is assigned a maximum current value ⁇ On and a minimum current value IUn, for example 105 and ⁇ U5 for the fifth switching cycle.
  • a time is assigned to start the loading. This is indicated here by the variable t.
  • a time duration can be determined in the further course of the program, for example the time duration which the program has required up to a respective switching cycle n.
  • a third program step K3 the switch position of the first switch S1 is inverted. For example, if the first switch S1 was previously opened, it is closed in the third program step and vice versa. From the closed first switch Sl results in an increase of the current signal I, which charges the solid-state actuator P via the inductance Ll, so that the actuator voltage U_P increases.
  • the upper switching point PO is determined. This is made possible, for example, by the access of the control unit ST to a stored map, which predefines the course of the upper switching point over time.
  • the program remains until the current signal I has a value which is greater than or equal to the predetermined by the upper switching point PO maximum current value ⁇ On. If this is the case, then in a sixth program step K6, the switch position of the first switch Sl is again inverted. The first switch Sl is opened, for example.
  • a seventh program step K7 the time of the lower switching point PU is determined by the control unit ST. This is done, for example, by accessing a characteristic field of the control unit ST.
  • the ninth program step K9 it is determined whether the time elapsed since the start of the charging is greater than or equal to a predetermined target time duration, which corresponds to the duration of the entire driving process.
  • the predetermined target duration of the entire drive process can be composed of a first predetermined period Tl, a second predetermined period T2 and a third predetermined period T3.
  • the predetermined desired duration of the entire drive process may, for example, also be composed of any desired number of further predetermined time periods.
  • the program starts a next switching cycle n for driving the first switch Sl.
  • the entry into the next switching cycle n is indicated by the increment of n in a tenth program step Kl0.
  • the program starts to execute an eleventh program step KlI.
  • the actuator voltage U_P falling across the solid state actuator P is determined.
  • the predetermined threshold voltage U_TH is determined. If the value of the actuator voltage U_P dropping across the solid state actuator P is greater than or equal to the value of the predetermined threshold voltage U_TH, then the program ends in a thirteenth program step K13. If this is not the case, then the program starts a next switching cycle n by incrementing n in a twelfth program step K12 and the subsequent execution of the program step K3.
  • FIG. 5 shows a time profile of the current signal I and of the actuator voltage U_P, as may occur when the solid state actuator P is charged.
  • Actuator voltage U_P increases when charging the solid state actuator P depending on the current signal I. If the solid state actuator P is fully charged, then the actuator voltage U_P is greater than or equal to the threshold value of the threshold voltage U_TH.
  • the course of the current signal I is predetermined by the upper and the lower switching point PO and PU, which impress the current signal I with an upper envelope HO and a lower envelope HU.
  • On the upper envelope HO is the respective maximum current value ⁇ On of the current signal I and on the lower envelope HU is the respective minimum current value IUm of the current signal I.
  • Exemplary for the respective maximum current value ⁇ On or for the respective minimum current value IUm are the fifth maximum current value ⁇ O5 or the fifth minimum current value ⁇ U5 entered in FIG.
  • the maximum current value ⁇ On assigned to the respective upper switching point PO and the minimum current value IUm assigned to the respective lower switching point PU are specified during the entire activation process in such a way that they are spaced in pairs by at least a predefined minimum distance Dmin.
  • the predetermined minimum distance Dmin is designed such that the two-position controller R2P can be operated in its working range.
  • the two-position controller R2P is in a stable and defined state during the entire driving process. This allows a robust and reproducible working training of the two-level controller R2P.
  • the Heidelbergfreguenz between the upper switching point PO and the lower switching point PU is limited. High switching frequencies are reliably avoided and an electromagnetically compatible design of the actuator is made possible. Due to the predetermined minimum distance Dmin can be dispensed with the imposition of a start pulse at the beginning of loading or unloading.
  • the predetermined value for the minimum distance Dmin can be specified relative to the maximum current signal I.
  • Dmin can for example be in a range between 10 and 30 percent of the maximum current signal I.
  • R2P it may also be possible to specify a value from another range of values for the minimum distance Dmin.
  • only one of the two envelopes is given in each case and also a function is given.
  • the other envelope can by means of the function and the first envelope are easily displayed.
  • the two-position controller R2P exclusively specifies the respective minimum current value IUm by means of the respective lower switching point PU.
  • the respective upper switching point PO with the respectively assigned maximum current value IUm can be derived therefrom by means of the function.
  • the function may, for example, be a factor by means of which, for example, the first envelope can be mapped to the other envelope.
  • the driving process of the solid-state actuator P extends over three periods of time.
  • the respective minimum current value ⁇ Um is increased during the respective activation process from a predefined first minimum value Tlmin to a predefined first maximum value Tlmax, wherein the predetermined first minimum value Tlmax is greater than the predefined first minimum value Tlmin.
  • the respective minimum current value ⁇ Tim is set to be greater than or equal to the maximum value Tlmax.
  • the respective minimum current value ⁇ Um is reduced from a predetermined further maximum value T3max to a predetermined further minimum value T3min, wherein the predetermined further minimum value T3min is smaller than the predetermined further maximum value T3max.
  • the current signal I comprises an alternating current component and a direct current component. Due to the predetermined course of the minimum current values ⁇ To over time, the DC component is large compared to the AC component. This makes it possible to form the driving operation of the solid-state actuator P such that a power dissipation occurring in the solid-state actuator P is small.
  • a low-pass filter for example, can be connected between the output stage E and the solid-state actuator P, which is not shown here. The smaller the alternating current component in the current signal I compared to the DC component, the simpler the intermediate low-pass filter can be formed.
  • charging takes 200 microseconds, during which time the solid state actuator P is charged to a voltage of approximately 150 volts.
  • the period of loading may also differ from the embodiment shown. For example, it is conceivable that the entire driving process of the charging is carried out under 100 microseconds. In this case, for example, a complete charge and discharge of the solid state actuator P can be made in a period of less than 200 microseconds.
  • the course of the actuator voltage U_P can deviate from the embodiment shown here with respect to its time profile. It is also possible that the predetermined threshold voltage U_TH has a different value.
  • the specification of values, for example, for the predetermined first time period Tl, the predetermined second time duration T2 and the predetermined third time duration T3 depends on the operating point at which the solid state actuator P is to be operated. If, for example, the preset second time duration T2 is shortened, the actuator voltage U_P falling at the end of the predetermined third time duration T3 on the solid-state actuator P becomes smaller. The actuator voltage U_P falling over the solid state actuator P at the end of the charging process also depends, for example, on the predetermined first maximum value Tlmax and on the predetermined further maximum value T3max. The greater the predetermined first maximum value Tlmax and the predetermined further Maximum value T3max, the greater the DC component of the current signal I, which leads to a faster charging of the solid state actuator P.
  • FIG. 3 shows an embodiment of the control unit ST which, for example, controls the charging of the solid-state actuator P.
  • FIG. 4 shows the flow chart associated with the store, and
  • FIG. 5 shows the associated current waveform and the voltage profile.
  • the discharge of the solid state actuator P is analogous to the charging and is also controlled by the control unit ST.
  • the flowchart of discharging the solid-state actuator P corresponds to the flowchart shown in FIG. 4, with the difference that the second switch S2 is driven instead of the first switch S1 in order to discharge the solid-body actuator P in the program steps K3 and K6. Furthermore, it is determined in the eleventh program step KlI whether the actuator voltage U_P has reached a value at which the solid state actuator P is completely discharged. This can be for example 0 volts.
  • the time profile of the current signal I during discharging corresponds to the time profile of the current signal I during charging of the
  • Solid state actuator P with the difference that the direction of the current flow changes.
  • the direction of the current signal I no longer corresponds to the direction shown in FIG. 1, but points from the solid-state actuator P to the final stage E.
  • the time profile of the actuator voltage U_P during discharging differs from the time profile of the store shown in FIG. 5 in that the actuator voltage U_P is reduced from a value corresponding to the operating point of the solid state actuator P to a value at which the Solid state actuator P is completely discharged. This may for example be the case at 0V.

Abstract

Verfahren und Vorrichtung zur Ansteuerung eines Stellantriebs, insbesondere eines Festkörperaktuators, bei dem der Stellantrieb während je eines Ansteuervorgangs mittels eines Zweipunktreglers (R2P) angesteuert wird. Der Zweipunktregler (R2P) weist als Stellsignal ein Stromsignal (I) zum Beaufschlagen des Stellantriebs auf. Ein oberer Schaltpunkt (PO) des Zweipunktreglers (R2P) ist jeweils einem maximalen Stromwert (ÎOn) zugeordnet und ein unterer Schaltpunkt (PU) des Zweipunktreglers (R2P) ist jeweils einem minimalen Stromwert (ÎUm) zugeordnet. Der obere Schaltpunkt (PO) und der untere Schaltpunkt (PU) werden während des Ansteuervorgangs so vorgegeben, dass sie paarweise mindestens durch einen vorgegebenen Mindestabstand (Dmin) beabstandet sind.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Ansteuerung eines Stellantriebs
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines Stellantriebs, insbesondere eines Festkör- peraktuators . Das Ansteuern von Stellantrieben, insbesondere von Festkörperaktuatoren, stellt erhebliche Anforderungen an den Stellantrieb. Beispielsweise müssen kurzzeitig hohe Spannungen und hohe Ströme zum Laden und Entladen bereitgestellt werden. Ein Laden beziehungsweise Entladen des Stellantriebs kann dabei in weniger als einer Millisekunde erfolgen. In dieser Zeit sollte ein den Stellantrieb ansteuernder Regler dem Stellantrieb kontrolliert und reproduzierbar elektrische Energie zuführen beziehungsweise entziehen.
Festkörperaktuatoren finden in Einspritzventilen Verwendung. Einspritzventile werden in Brennkraftmaschinen zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum eingesetzt . In Abhängigkeit von einer jeweils beaufschlagten Spannung öffnet oder schließt der Festkörperaktuator das Einspritzventil.
Das Dokument DE 198 14 594 Al offenbart ein piezoelektrisches Element, bei dem ein Ladevorgang beziehungsweise ein Entla- devorgang eine gewisse Zeit vor dem Erreichen einer gewünschten Spannung am piezoelektrischen Element beendet wird. Infolge des nicht sprungartig auf Null abfallenden Lade- beziehungsweise Entladestroms wird das piezoelektrische Element eine gewisse Zeit nach dem Beenden des Ladens beziehungsweise Entladens weiter geladen beziehungsweise entladen.
Das Dokument DE 10 2005 016 279 Al offenbart eine Schaltungsanordnung zum Betätigen eines auf- und entladbaren, e- lektromechanischen Stellgliedes, insbesondere für ein Kraft- Stoffeinspritzventil einer Brennkraftmaschine. Das geladene Stellglied wird mittels eines ersten Entladezweiges, der mit dem Stellglied verbunden ist, entladen. Das Stellglied wird e- benfalls mittels eines zweiten Entladezweiges, der mit dem Stellglied verbunden ist, entladen. Dabei wird der zweite Entladezweig zum Entladen des Stellgliedes mittels einer Steuerung nach dem ersten Entladezweig angesteuert, noch während der erste Entladezweig das Stellglied entlädt.
Das Dokument DE 10 2004 047 961 Al offenbart eine Vorrichtung mit einem DCDC-Konverter, wobei der DCDC-Konverter ausgangsseitig eine hohe Versorgungsspannung liefert, welche an einer Reihenschaltung eines Highside-Schalttransistors und eines Low- side-Schalttransistors liegt. Zwischen einem Verbindungspunkt der beiden Schalttransistoren und einem Bezugspotential ist eine Reihenschaltung einer Spule hoher Induktivität und eines anzusteuernden Piezoaktors angeordnet . An den Verbindungspunkt zum Laden oder Entladen des Piezoaktors wird ein Anregungssignal mit vorgegebenem Tastverhältnis (Effektivspannung) und vorgegebener Schaltfreguenz gelegt.
Das Dokument DE 10 2004 009 614 Al offenbart einen piezoelektrischen Aktor eines Einspritzventils, der durch Vorgabe einer Steuerkurve, auf der die maximalen Amplituden des das Stellglied ansteuernden Stromes liegen, angesteuert wird. Hierbei wird ein zu Beginn oder am Ende einer Lade- oder Entladephase langsam ansteigender beziehungsweise abfallender Ladungsverlauf und somit eine über der Zeit linear steuerbare Ladungsmenge im Stellglied erreicht.
Das Dokument DE 101 14 421 Al offenbart ein kapazitives Stellglied, insbesondere einen piezoelektrischen Aktuator . Der piezoelektrische Aktuator wird mit einem auf einen konstanten mittleren Wert geregelten Steuerstrom solange geladen bezie- hungsweise entladen, bis am Stellglied eine vorgegebene Spannung anliegt. Aus diesem Lade- beziehungsweise Entladevorgang resultiert eine Hubbewegung um einen von dem Steuerstrom abhängigen Hub. Eine von der Ladung des Stellglieds abhängige Größe wird als Regelgröße erfasst. Die Regelgröße ist vorzugsweise zusätzlich von dem Steuerstrom abhängig. Indem die Regelgröße durch Steuerung des Steuerstroms einer Führungsgröße nachgeregelt wird, wird deren zeitlicher Verlauf derart vorgegeben, dass aus der Regelung der Regelgröße ein vorgegebener zeitlicher Verlauf des Hubs resultiert.
Das Dokument DE 10 2007 014 326 Al offenbart einen steuerbaren Schalter, der zum Laden und/oder Entladen eines kapazitiven Elementes angesteuert wird, um einen Ladestrom zu unterbrechen. Der steuerbare Schalter wird angesteuert, wenn der Ladestrom eine vorbestimmte Ladestromschwelle überschreitet. Die Ladestromschwelle wird verändert, während das kapazitive Element auf die vorgegebene Ladespannung geladen wird. Der steuerbare Schalter wird erneut zum Einkoppeln des Ladestroms in das kapazitive Element angesteuert, falls ein vorgegebener Zeitraum nach einem vorhergehenden Ansteuern des steuerbaren Schalters abgelaufen ist und/oder der Ladestrom die vorbestimmte Ladestromschwelle unterschreitet .
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines Stellantriebs, insbesondere eines Festkörperaktuators zu schaffen, die einfach eine zuverlässige Ansteuerung des Stellantriebs ermöglicht.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines Stellantriebs, insbesondere eines Festkörperaktuators, bei dem der Stellantrieb während je eines Ansteuervorgangs mittels eines Zweipunktreglers ange- steuert wird. Das Stellsignal des Zweipunktreglers ist ein
Stromsignal zum Beaufschlagen des Stellantriebs. Einem oberen Schaltpunkt des Zweipunktreglers ist jeweils ein maximaler Stromwert zugeordnet und einem unteren Schaltpunkt des Zweipunktreglers ist jeweils ein minimaler Stromwert zugeordnet. Der obere Schaltpunkt und der untere Schaltpunkt werden während des Ansteuervorgangs so vorgegeben, dass sie paarweise mindestens durch einen vorgegebenen Mindestabstand beabstandet sind. Der jeweilige minimale Stromwert wird während einer vorgegebenen ersten Zeitdauer während des jeweiligen Ansteuervorgangs von einem vorgegebenen ersten Minimalwert auf einen vorgegebenen ersten Maximalwert erhöht. Der vorgegebene erste Maximalwert ist größer als der vorgegebene erste Minimalwert.
Dies ermöglicht die Ansteuerung des Zweipunktreglers in seinem Arbeitsbereich und damit eine stabile Regelung. Ferner wird eine vorteilhafte elektromagnetische Auslegung des Zweipunktreglers ermöglicht durch eine Begrenzung von Schaltfreguenzen des Zweipunktreglers. Ferner ermöglicht dies ein zuverlässiges Laden oder Entladen des Stellantriebs während der ersten vorgegebenen Zeitdauer, bei dem Überschwinger vermieden werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der jeweilige minimale Stromwert während einer zweiten vorgegebenen Zeitdauer so vorgegeben, dass er größer oder gleich dem Ma- ximalwert ist. Dies ermöglicht ein schnelles Laden oder Entladen des Stellantriebs.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der jeweilige minimale Stromwert während einer dritten vorgegebenen Zeitdauer von einem vorgegebenen weiteren Maximalwert auf einen vorgegebenen weiteren Minimalwert reduziert. Der vorgegebene weitere Minimalwert ist kleiner als der vorgegebene weitere Maximalwert. Dies ermöglicht während der dritten vorgegebenen Zeitdauer ein zuverlässiges Laden oder Entladen des Stellantriebs, bei dem Überschwinger vermieden werden .
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung liegen der jeweilige minimale Stromwert auf einer unteren
Hüllkurve und der jeweilige maximale Stromwert auf einer oberen Hüllkurve, wobei die untere Hüllkurve und die obere Hüllkurve jeweils durch eine stetige Funktion vorgegeben werden. Dies ermöglicht eine einfache und zuverlässige Vorgabe der unteren Hüllkurve und der oberen Hüllkurve.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die jeweilige stetige Funktion aus differenzierbaren Funktionsabschnitten ausgebildet, deren Funktionsverlauf je- weils linear ist. Dies ermöglicht eine reproduzierbare Vorgabe der unteren Hüllkurve und der oberen Hüllkurve.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist entweder die obere Hüllkurve oder die untere Hüllkurve so vorgegeben derart, dass die jeweils vorgegebene Hüllkurve mittels einer weiteren vorgegebenen Funktion auf die jeweils andere Hüllkurve abgebildet wird. Dies ermöglicht eine einfache Auslegung des Zweipunktreglers, bei dem der Verlauf einer Hüllkurve ausreicht, um mittels der weiteren vorgegebenen Funktion den Verlauf der anderen Hüllkurve vorzugeben.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 eine Vorrichtung zum Betreiben eines Stellantriebs und ein Stellantrieb,
Figur 2 eine Endstufe eines Zweipunktreglers und ein Stel- lantrieb,
Figur 3 eine erste Steuereinheit,
Figur 4 ein Ablaufdiagramm eines Programms zur Ansteuerung eines Stellantriebs,
Figur 5 ein Stromverlauf und ein Spannungsverlauf von einem Ladevorgang eines Stellantriebs.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit dem gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Figur 1 zeigt eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines Stellantriebs und einen Stellantrieb, der als Festkörperaktuator P ausgebildet ist. Die Vorrichtung umfasst einen Regler, der als Zweipunktregler R2P ausgebildet ist. Der als Festkörperaktuator P ausgebildete Stellantrieb basiert beispielsweise auf dem Piezo-Prinzip, kann jedoch beispielsweise auch auf dem Prinzip der Magnetostriktion basieren oder auf einem weiteren Prinzip, das dem zuständigen Fachmann für den Einsatz als Festkörperaktuator P bekannt ist.
Der Zweipunktregler R2P regelt ein Stromsignal I, über das der Festkörperaktuator P aufgeladen oder entladen wird. Der Zweipunktregler R2P umfasst eine Endstufe E, eine Steuereinheit ST und eine Spannungsguelle zur Bereitstellung einer Versorgungsspannung U_V. Mittels der Steuereinheit ST wird der zeitliche Verlauf des Stromsignals I, das über die Endstufe E an den Festkörperaktuator P abgegeben wird, gesteuert. Der Festkörperaktuator P ist gekoppelt mit einem Bezugspotential GND, bei dem es sich beispielsweise um ein Massepotential handelt. Zur Ermittlung eines Arbeitspunktes des Festkörpe- raktuators P kann eine über dem Festkörperaktuator P anliegende Aktuatorspannung U_P ermittelt werden.
Zur Ansteuerung des Festkörperaktuators P über die Endstufe E ist die Steuereinheit ST mit der Endstufe E gekoppelt über einen ersten Schalter Sl und einen zweiten Schalter S2. Der erste Schalter Sl wird angesteuert mittels eines ersten Steuersignals USTl und der zweite Schalter S2 wird angesteuert mittels eines zweiten Steuersignals UST2. Bei dem ersten Schalter Sl und dem zweiten Schalter S2 kann es sich beispielsweise jeweils um einen Transistor handeln. Ein Amperemeter A ist der Endstufe E zu- geordnet derart, dass es das Stromsignal I zwischen der Endstufe E und dem Festkörperaktuator P erfasst. Die Steuereinheit ST ist ferner gekoppelt mit dem Amperemeter A. Dies ermöglicht der Steuereinheit ST das Stromsignal I zwischen der Endstufe E und dem Festkörperaktuator P zu ermitteln.
Figur 2 zeigt eine Ausgestaltung der mit dem Festkörperaktuator P gekoppelten Endstufe E, die hier in einer Buck-Boost-Topologie ausgebildet ist. Die Endstufe E kann auch in einer anderen Topologie als Schaltsteller ausgebildet sein, beispielsweise als Flyback- oder als SEPIC-Konverter .
Die Höhe der Versorgungsspannung U_V richtet sich nach der Topologie der Endstufe E. Ist die Endstufe E beispielsweise mittels der Buck-Boost-Topologie ausgebildet, so fungiert die Endstufe E als Tief setzsteiler . In diesem Fall ist die Versorgungsspannung U_V größer oder gleich der Schwellspannung U_TH, bis zu der der Festkörperaktuator P aufgeladen wird. Ist die Endstufe E in einer anderen Topologie ausgebildet, bei- spielsweise als Hochsetzsteller, dann ist die Versorgungsspannung U_V kleiner oder gleich der Schwellspannung U_TH.
In der gezeigten Ausgestaltung der Endstufe E als Buck-Boost Konverter umfasst die Endstufe E eine Versorgungskapazität
CStore, den ersten und den zweiten Schalter Sl und S2, eine erste und eine zweite Diode Dl und D2 sowie eine Induktivität Ll . Ferner ist das Amperemeter A der Endstufe E zugeordnet. Die Versorgungsspannung U_V wird über die Versorgungskapazität CStore bereitgestellt. Die Versorgungskapazität CStore ist gekoppelt mit dem ersten und dem zweiten Schalter Sl und S2, sowie mit der ersten und der zweiten Diode Dl und D2, wobei die erste Diode Dl parallel geschaltet ist zu dem ersten Schalter Sl und die zweite Diode D2 parallel geschaltet ist zu dem zweiten Schalter S2. Das Amperemeter A ist gekoppelt zum einen mit dem ersten Schalter Sl, dem zweiten Schalter S2, der ersten Diode Dl und der zweiten Diode D2 und zum anderen mit der Induktivität Ll . Durch die Induktivität Ll fließt das Stromsignal I zum Laden oder Entladen des Festkörperaktuators P.
Zum Laden des Festkörperaktuators P wird der erste Schalter Sl mittels der Steuereinheit ST über das erste Steuersignal USTl angesteuert. Beim Entladen wird der zweite Schalter S2 mittels der Steuereinheit ST über das zweite Steuersignal UST2 ange- steuert. Der Wert des Stromsignals I wird mittels des Amperemeters A erfasst und an die Steuereinheit ST übertragen.
Figur 3 zeigt eine Ausführungsform der Steuereinheit ST. Die Steuereinheit ST kann direkt mit dem ersten Schalter Sl und dem zweiten Schalter S2 gekoppelt sein. Sie kann jedoch beispielsweise auch über jeweils eine Treiberstufe, die hier nicht dargestellt ist, mit dem ersten Schalter Sl und dem zweiten Schalter S2 gekoppelt sein. Die Steuereinheit ST umfasst beispielsweise einen Microcontroller MC mit einem Ana- log-Digital-Wandler ADC sowie mit einer Schnittstelle SP. Über den Analog-Digital-Wandler ADC ermittelt die Steuereinheit ST das digitalisierte Stromsignal I.
In Abhängigkeit von dem Wert des Stromsignals I werden der erste und der zweite Schalter Sl und S2 über die Schnittstelle SP mittels des ersten Steuersignals USTl und des zweiten Steuersignals UST2 respektive eingeschaltet oder ausgeschaltet. Hierfür sind der Steuereinheit ST jeweils ein oberer Schaltpunkt PO sowie ein unterer Schaltpunkt PU vorgegeben. Der obere
Schaltpunkt PO definiert jeweils einen maximalen Stromwert ΪOn, bei dem der erste Schalter Sl oder der zweite Schalter S2 von der Steuereinheit ST geöffnet wird, so dass das von der Endstufe E abgegebene Stromsignal I den jeweils vorgegebenen maximalen Stromwert ΪOn nicht überschreitet. Der untere Schaltpunkt PU definiert jeweils einen minimalen Stromwert ΪUm, bei dem der erste Schalter Sl oder der zweite Schalter S2 geschlossen wird, so dass das von der Endstufe E an den Festkörperaktuator P abgegebene Stromsignal I im Folgenden ansteigt.
Der dem oberen Schaltpunkt PO jeweils zugeordnete maximale Stromwert ΪOn kann so vorgegeben werden, dass er sich über die Zeit ändert. Desgleichen kann der dem unteren Schaltpunkt PU zugeordnete jeweils minimale Stromwert ΪUm über die Zeit verändert werden. Beispielsweise kann ein zeitlicher Verlauf des oberen Schaltpunkts PO und des unteren Schaltpunkts PU mittels eines Kennfeldes vorgegeben werden, das in einem Speicher des Microcontrollers MC abgespeichert ist. Dies ermöglicht ein einfaches Abrufen des Kennfeldes durch den Microcontroller MC, wodurch der obere Schaltpunkt PO und der untere Schaltpunkt PU einfach ermittelt werden können. Der Ablauf eines Ladevorgangs des Festkörperaktuators P ist in Figur 4 schematisch dargestellt und wird im Folgenden anhand des gezeigten Ablaufdiagramms näher erläutert.
Figur 4 zeigt den Ablauf des Ladevorgangs des Festkörperaktuators P anhand eines Programms bestehend aus den Programmschritten Kl bis K13. Das Laden wird in einem ersten Programmschritt Kl gestartet .
In einem zweiten Programmschritt K2 werden Variablen initialisiert. Zur Veranschaulichung des Ablaufs ist die Anzahl der Schaltzyklen des ersten Schalters Sl repräsentiert durch die Variable n. Jedem Schaltzyklus n sind ein maximaler Stromwert ΪOn und ein minimaler Stromwert IUn zugeordnet, beispielsweise 105 und ΪU5 für den fünften Schaltzyklus.
Ferner wird dem Starten des Ladens ein Zeitpunkt zugeordnet. Dies ist hier angedeutet, durch die Variable t. Durch das Ermitteln eines weiteren Zeitpunktes kann im weiteren Programmverlauf eine Zeitdauer ermittelt werden, beispielsweise die Zeitdauer, die das Programm bis zu einem jeweiligen Schaltzyklus n benötigt hat.
In einem dritten Programmschritt K3 wird die Schalterstellung des ersten Schalters Sl invertiert. War der erste Schalter Sl beispielsweise vorher geöffnet, so wird er im dritten Pro- grammschritt geschlossen und umgekehrt. Aus dem geschlossenen ersten Schalter Sl resultiert ein Anstieg des Stromsignals I, das den Festkörperaktuator P über die Induktivität Ll auflädt, so dass die Aktuatorspannung U_P ansteigt. In einem vierten Programmschritt K4 wird der obere Schaltpunkt PO ermittelt. Dies wird beispielsweise ermöglicht durch den Zugriff der Steuereinheit ST auf ein gespeichertes Kennfeld, welches den Verlauf des oberen Schaltpunkts mit der Zeit vorgibt. In einem fünften Programmschritt K5 bleibt das Programm so lange, bis das Stromsignal I einen Wert aufweist, der größer oder gleich ist dem von dem oberen Schaltpunkt PO vorgegebenen maximalen Stromwert ΪOn . Ist das der Fall, dann wird in einem sechsten Programmschritt K6 die Schalterstellung des ersten Schalters Sl abermals invertiert. Der erste Schalter Sl wird dabei beispielsweise geöffnet.
In einem siebten Programmschritt K7 wird von der Steuereinheit ST der Zeitpunkt des unteren Schaltpunktes PU ermittelt. Dies erfolgt beispielsweise durch einen Zugriff auf ein Kennlinienfeld der Steuereinheit ST.
In einem achten Programmschritt K8 wird ermittelt, ob das Stromsignal I einen Wert aufweist, der kleiner oder gleich groß ist einem dem unteren Schaltpunkt PU zugeordneten minimalen
Stromwert ΪUm. Erst wenn diese Bedingung erfüllt ist, wechselt das Programm in einen neunten Programmschritt K9. Im neunten Programmschritt K9 wird ermittelt, ob die seit dem Beginn des Ladens verstrichene Zeitdauer größer oder gleich ist einer vorgegebenen Sollzeitdauer, die der Zeitdauer des gesamten Ansteuervorgangs entspricht. Beispielsweise kann sich die vorgegebene Sollzeitdauer des gesamten Ansteuervorgangs zusammensetzen aus einer ersten vorgegebenen Zeitdauer Tl, einer zweiten vorgegebenen Zeitdauer T2 und einer dritten vorgegebenen Zeitdauer T3. Die vorgegebene Sollzeitdauer des gesamten Ansteuervorgangs kann sich jedoch beispielsweise auch zusammensetzen aus beliebig vielen weiteren vorgegebenen Zeitdauern.
Für den Fall, dass die vorgegebene Sollzeitdauer des gesamten Ansteuervorgangs noch nicht erreicht ist, startet das Programm einen nächsten Schaltzyklus n zur Ansteuerung des ersten Schalters Sl. Der Eintritt in den nächsten Schaltzyklus n wird angedeutet durch die Inkrementierung von n in einem zehnten Programmschritt KlO. Für den Fall, dass die Zeitdauer des vorgegebenen gesamten Ansteuervorgangs verstrichen ist, beginnt das Programm mit der Ausführung eines elften Programmschritts KlI. Hierfür wird die über den Festkörperaktuator P abfallende Aktuatorspannung U_P ermittelt. Ferner wird ermittelt die vorgegebene Schwellspannung U_TH. Ist der Wert der über dem Festkörperaktuator P abfallenden Aktuatorspannung U_P größer oder gleich dem Wert der vorgegebenen Schwellspannung U_TH, so endet das Programm in einem dreizehnten Programmschritt K13. Ist dies nicht der Fall, dann beginnt das Programm einen nächsten Schaltzyklus n durch die Inkrementierung von n in einem zwölften Programmschritt K12 und die sich daran anschließende erneute Ausführung des Programmschrittes K3.
Figur 5 zeigt einen zeitlichen Verlauf des Stromsignals I und der Aktuatorspannung U_P, wie er bei dem Laden des Festkörperak- tuators P auftreten kann.
Ist der Festkörperaktuator P vollständig entladen, so liegt über dem Festkörperaktuator P keine Aktuatorspannung U_P an. Die
Aktuatorspannung U_P steigt beim Laden des Festkörperaktuators P abhängig vom Stromsignal I an. Ist der Festkörperaktuator P vollständig aufgeladen, so ist die Aktuatorspannung U_P größer oder gleich dem Schwellwert der Schwellspannung U_TH.
Der Verlauf des Stromsignals I ist vorgegeben durch den oberen und den unteren Schaltpunkt PO und PU, die dem Stromsignal I eine obere Hüllkurve HO und eine untere Hüllkurve HU aufprägen. Auf der oberen Hüllkurve HO liegt der jeweilige maximale Stromwert ΪOn des Stromsignals I und auf der unteren Hüllkurve HU liegt der jeweilige minimale Stromwert IUm des Stromsignals I. Exemplarisch für den jeweiligen maximalen Stromwert ΪOn beziehungsweise für den jeweiligen minimalen Stromwert IUm sind der fünfte maximale Stromwert ΪO5 beziehungsweise der fünfte minimale Stromwert ΪU5 in Figur 5 eingetragen.
Der dem jeweiligen oberen Schaltpunkt PO zugeordnete maximale Stromwert ΪOn und der dem jeweiligen unteren Schaltpunkt PU zugeordnete minimale Stromwert IUm werden während des gesamten Ansteuervorgangs so vorgegeben, dass sie paarweise mindestens durch einen vorgegebenen Mindestabstand Dmin beabstandet sind. Der vorgegebene Mindestabstand Dmin ist derart ausgebildet, dass der Zweipunktregler R2P in seinem Arbeitsbereich betrieben werden kann.
Infolgedessen befindet sich der Zweipunktregler R2P während des gesamten Ansteuervorgangs in einem stabilen und definierten Zustand. Dies ermöglicht eine robuste und reproduzierbar arbeitende Ausbildung des Zweipunktreglers R2P. Die Schaltfreguenz zwischen dem oberen Schaltpunkt PO und dem unteren Schaltpunkt PU wird begrenzt. Hohe Schaltfreguenzen werden sicher vermieden und eine elektromagnetisch verträgliche Auslegung des Stel- lantriebs wird ermöglicht . Durch den vorgegebenen Mindestabstand Dmin kann ferner auf das Aufprägen eines Startpulses zu Beginn des Ladens beziehungsweise Entladens verzichtet werden.
Der vorgegebene Wert für den Mindestabstand Dmin kann relativ zum maximalen Stromsignal I vorgegeben werden. Dmin kann beispielsweise in einem Bereich liegen zwischen 10 und 30 Prozent des maximalen Stromsignals I . In Abhängigkeit von dem verwendeten Zweipunktregler R2P kann es jedoch auch möglich sein, dass für den Mindestabstand Dmin ein Wert aus einem anderen Wertebereich vorgegeben wird.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist jeweils nur eine der beiden Hüllkurven vorgegeben und ferner ist eine Funktion vorgegeben. Die jeweils andere Hüllkurve kann mittels der Funktion und der ersten Hüllkurve einfach abgebildet werden. Beispielsweise ist es ausreichend, wenn der Zweipunktregler R2P ausschließlich den jeweiligen minimalen Stromwert IUm mittels des jeweiligen unteren Schaltpunkts PU vorgibt . Der jeweils obere Schaltpunkt PO mit dem jeweils zugeordneten maximalen Stromwert IUm kann mittels der Funktion daraus abgeleitet werden. Bei der Funktion kann es sich beispielsweise um einen Faktor handeln, mittels dem beispielsweise die erste Hüllkurve auf die jeweils andere Hüllkurve abgebildet werden kann.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung erstreckt sich der Ansteuervorgang des Festkörperaktuators P über drei Zeitdauern. Während der vorgegebenen ersten Zeitdauer Tl wird der jeweilige minimale Stromwert ΪUm während des jeweiligen Ansteuervorgangs von einem vorgegebenen ersten Minimalwert Tlmin auf einen vorgegebenen ersten Maximalwert Tlmax erhöht, wobei der vorgegebene erste Minimalwert Tlmax größer ist als der vorgegebene erste Minimalwert Tlmin. Während der zweiten vorgegebenen Zeitdauer T2 wird der jeweilige minimale Stromwert ΪUm so vorgegeben, das er größer oder gleich dem Maximalwert Tlmax ist. Während der dritten vorgegebenen Zeitdauer T3 wird der jeweilige minimale Stromwert ΪUm von einem vorgegebenen weiteren Maximalwert T3max auf einen vorgegebenen weiteren Minimalwert T3min reduziert, wobei der vorgegebene weitere Minimalwert T3min kleiner ist als der vorgegebene weitere Maximalwert T3max.
Das Stromsignal I umfasst einen Wechselstromanteil und einen Gleichstromanteil. Durch den vorgegebenen Verlauf der minimalen Stromwerte ΪUm über die Zeit ist der Gleichstromanteil gegenüber dem Wechselstromanteil groß. Dies ermöglicht es, den Ansteuervorgang des Festkörperaktuators P so auszubilden, dass eine in dem Festkörperaktuator P auftretende Verlustleistung klein ist. Um die Verlustleistung in dem Festkörperaktuator P weiter zu reduzieren kann zwischen der Endstufe E und dem Festkörperaktuator P beispielsweise ein Tiefpassfilter geschaltet werden, was hier nicht dargestellt ist. Je kleiner der Wechselstromanteil in dem Stromsignal I gegenüber dem Gleichstromanteil ist, desto einfacher kann das zwischengeschaltete Tiefpassf ilter ausgebildet sein.
In der in Figur 5 gezeigten Ausführungsform dauert das Laden 200 Mikrosekunden, wobei der Festkörperaktuator P in dieser Zeit aufgeladen wird auf eine Spannung von in etwa 150 Volt. Die Zeitdauer des Ladens kann auch von der gezeigten Ausführungsform abweichen. Beispielsweise ist es denkbar, dass der gesamte Ansteuervorgang des Ladens unter 100 Mikrosekunden vorgenommen wird. In diesem Fall kann beispielsweise ein vollständiges Laden und Entladen des Festkörperaktuators P in einer Zeitdauer von unter 200 Mikrosekunden vorgenommen werden. Der Verlauf der Aktuatorspannung U_P kann in anderen Ausführungsformen bezüglich ihres zeitlichen Verlaufs von der hier gezeigten Ausführungsform abweicht. Ebenso ist es möglich, dass die vorgegebene Schwellspannung U_TH einen anderen Wert aufweist.
Die Vorgabe von Werten beispielsweise für die vorgegebene erste Zeitdauer Tl, die vorgegebene zweite Zeitdauer T2 und die vorgegebene dritte Zeitdauer T3 richtet sich nach dem Arbeitspunkt, bei dem der Festkörperaktuators P betrieben werden soll. Verkürzt man beispielsweise die vorgegebene zweite Zeitdauer T2, dann wird die am Ende der vorgegebenen dritten Zeitdauer T3 am Festkörperaktuator P abfallende Aktuatorspannung U_P kleiner. Die am Ende des Ladens über dem Festkörperaktuator P abfallende Aktuatorspannung U_P hängt ferner ab beispielsweise von dem vorgegebenen ersten Maximalwert Tlmax sowie von dem vorgegebenen weiteren Maximalwert T3max. Je größer der vorgegebene erste Maximalwert Tlmax und der vorgegebene weitere Maximalwert T3max sind, desto größer ist der Gleichstromanteil des Stromsignals I, was zu einem schnelleren Laden des Festkörperaktuators P führt.
Der Ansteuervorgang des Stellantriebs wurde exemplarisch erklärt durch eine Erläuterung des Ladens des Festkörperaktuators P. Figur 3 zeigt hierfür eine Ausführungsform der Steuereinheit ST, die beispielsweise das Laden des Festkörperaktuators P steuert. Figur 4 zeigt das dem Laden zugeordnete Ablaufdiagramm und in Figur 5 sind der zugeordnete Stomverlauf und der Spannungsverlauf dargestellt .
Das Entladen des Festkörperaktuators P ist analog zu dem Laden und wird ebenfalls gesteuert von der Steuereinheit ST. Das Ablaufdiagramm des Entladens des Festkörperaktuators P entspricht dem in Figur 4 gezeigten Ablaufdiagramm mit dem Unterschied, dass zum Entladen des Festkörperaktuators P in den Programmschritten K3 sowie K6 anstatt des ersten Schalters Sl der zweite Schalter S2 angesteuert wird. Ferner wird im elften Programmschritt KlI ermittelt, ob die Aktuatorspannung U_P einen Wert erreicht hat, bei dem der Festkörperaktuator P vollständig entladen ist. Das kann beispielsweise 0 Volt sein.
Der zeitliche Verlauf des Stromsignals I beim Entladen entspricht dem zeitlichen Verlauf des Stromsignals I beim Laden des
Festkörperaktuators P mit dem Unterschied, dass sich die Richtung des Stromflusses ändert. Beim Entladen entspricht die Richtung des Stromsignals I nicht mehr der in Figur 1 gezeigten Richtung, sondern sie zeigt von dem Festkörperaktuator P in die Endstufe E. Der zeitliche Verlauf der Aktuatorspannung U_P beim Entladen unterscheidet sich vom zeitlichen Verlauf des in Figur 5 gezeigten Ladens dahingehend, dass die Aktuatorspannung U_P von einem Wert, der dem Arbeitspunkt des Festkörperaktuators P entspricht, auf einen Wert reduziert wird, bei dem der Festkörperaktuator P vollständig entladen ist. Das kann beispielsweise bei 0 V der Fall sein.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Ansteuerung eines Stellantriebs, insbesondere eines Festkörperaktuators, bei dem der Stel- lantrieb während je eines Ansteuervorgangs mittels eines
Zweipunktreglers (R2P) angesteuert wird, dessen Stellsignal ein Stromsignal (I) zum Beaufschlagen des Stellantriebs ist, und dessen oberer Schaltpunkt (PO) jeweils ein maximaler Stromwert (ΪOn) und dessen unterer Schaltpunkt (PU) jeweils ein minimaler Stromwert (IUm) zugeordnet ist, die während des Ansteuervorgangs so vorgegeben werden, dass sie paarweise mindestens durch einen vorgegebenen Mindestabstand (Dmin) beabstandet sind, und der jeweilige minimale Stromwert (IUm) während einer vorgegebenen ersten Zeitdauer (Tl) während des jeweiligen Ansteuervorgangs von einem vorgegebenen ersten Minimalwert (Tlmin) auf einen vorgegebenen ersten Maximalwert (Tlmax) erhöht wird, wobei der vorgegebene erste Maximalwert (Tlmax) größer ist als der vorgegebene erste Minimalwert (Tlmin) .
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der jeweilige minimale Stromwert (ΪUm) während einer zweiten vorgegebenen Zeitdauer (T2) so vorgegeben wird, dass er größer oder gleich dem Maximalwert (Tlmax) ist.
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der jeweilige minimale Stromwert (ΪUm) während einer dritten vorgegebenen Zeitdauer (T3) von einem vorge- gebenen weiteren Maximalwert (T3max) auf einen vorgegebenen weiteren Minimalwert (T3min) reduziert wird, wobei der vorgegebene weitere Minimalwert (T3min) kleiner ist als der vorgegebene weitere Maximalwert (T3max) .
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der jeweilige minimale Stromwert (IUm) auf einer unteren Hüllkurve (HU) liegt und der jeweilige maximale Stromwert (ΪOn) auf einer oberen Hüllkurve (HO) liegt, wobei die untere Hüllkurve (HU) und die obere Hüllkurve (HO) jeweils durch eine stetige Funktion vorgegeben werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die jeweils stetige Funktion aus differenzierbaren Funktionsabschnitten ausgebildet ist, deren Funktionsverlauf jeweils linear ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, bei dem entweder die obere Hüllkurve (HO) oder die untere
Hüllkurve (HU) so vorgegeben ist derart, dass die jeweils vorgegebene Hüllkurve mittels einer weiteren vorgegebenen Funktion auf die jeweils andere Hüllkurve (HU) abgebildet wird.
7. Vorrichtung zur Ansteuerung eines Stellantriebs, insbesondere eines Festkörperaktuators, die dazu ausgebildet ist, den Stellantrieb während je eines Ansteuervorgangs mittels eines Zweipunktreglers (R2P) anzu- steuern, dessen Stellsignal ein Stromsignal (I) zum
Beaufschlagen des Stellantriebs ist und dessen oberer Schaltpunkt (PO) jeweils ein maximaler Stromwert (ΪOn) und dessen unterer Schaltpunkt (PU) jeweils ein minimaler Stromwert (IUm) zugeordnet ist, die während des An- steuervorgangs so vorgegeben werden, dass sie paarweise mindestens durch einen vorgegebenen Mindestabstand (Dmin) beabstandet sind, und der jeweilige minimale Stromwert (IUm) während einer vorgegebenen ersten Zeitdauer (Tl) während des jeweiligen Ansteuervorgangs von einem vorgegebenen ersten Minimalwert (Tlmin) auf einen vorgegebenen ersten Maximalwert (Tlmax) erhöht wird, wobei der vorgegebene erste Maximalwert (Tlmax) größer ist als der vorgegebene erste Minimalwert (Tlmin) .
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