Verfahren und Vorrichtung zum Überwachen einer Aktuatorvorrichtung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen einer Aktuatorvorrichtung.
In Kraftfahrzeugen wird eine Vielzahl von Stell- und Betätigungsaufgaben von elektrischen Aktuatorvorrichtungen, insbesondere elektromechanischen Stellvorrichtungen, ausgeführt oder unterstützt. Einerseits können dies Aktuatorvorrichtungen Funktionen dienen, wie beispielsweise Sitzverstellung, Fensterheber sowie Schiebedachbetäti- gung, anderseits können dies auch technischen Aufgaben dienen, wie beispielsweise der Betätigung einer elektrischen Parkbremse oder der Veränderung der Luftführung der Verbrennungskraftmaschine oder ähnliches. Während die Funktionstüchtigkeit einiger dieser Aktuatorvorrichtung für den Fahrzeugführer und auch bei der Wartung des Fahrzeugs, einfach überprüfbar sind, laufen andere dieser Stellaufgaben prak- tisch unmerklich ab, eine Fehlfunktion dieser ist in der Regel nur schwer feststellbar. Insbesondere technische Stellfunktionen haben aber dennoch große Bedeutung für den Betrieb des Fahrzeugs, sei es in Bezug auf die Fahrsicherheit oder aber in Bezug auf die Leistungsfähigkeit, beziehungsweise den Schadstoffausstoß des Fahrzeugs oder ähnliches.
Häufig sind die Aktuatorvorrichtungen, welche die vorgenannten Stellaufgaben und andere ausführen, in die Fahrzeugkomponenten (Verkleidungsteile, Karosserie, usw.) integriert und dadurch in der Regel nur schwer zugänglich. Diese schlechte Zugänglichkeit erschwert neben der Überprüfung auch die Wartung dieser, so dass eine zu- verlässige und möglichst genaue Diagnose für diese, am besten noch während des regulären Betriebs, wünschenswert ist. Mittels einer geeigneten Diagnose können Fehlfunktionen gezielt behoben werden, möglicherweise kann dem Totalausfall der
Aktuatorvorrichtung sogar vorgegriffen werden. Die Information, dass eine Aktuatorvorrichtung nicht mehr ordnungsgemäß funktioniert, reicht häufig nicht dafür aus geeignete Reparaturmaßnahmen zu ergreifen. Für eine detaillierte Information bezüglich der Fehlfunktion und des Betriebs der Aktuatorvorrichtung ist daher eine detail- liertere Informationen zu der aufgetretenen Fehlfunktion wünschenswert.
Insbesondere bei Aktuatorvorrichtungen, welche Stellaufgaben innerhalb einer Verbrennungskraftmaschine ausführen, kommt der Diagnosefunktion gesteigerte Bedeutung zu, denn Reparaturen an diesen sind in der Regel besonders zeit- und kosten- aufwändig.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Aktuatorvorrichtungen in Kraftfahrzeugen, insbesondere in der Verbrennungskraftmaschine, für Stellaufgaben einzusetzen. Solche Stellaufgaben sind in der Regel die Veränderung von Steuerzeiten (Öffnungs- /Schließzeitpunkt) für die Steuerorgane des Gaswechsels (Einlass- /Auslassventile) oder auch die Veränderung der Betätigungsintensität (variabler Ventilhub). Die DE 103 49 898 A1 offenbart zu diesem Zweck einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit mindestens einer Nockenwelle, die DE 42 30 877 A1 offenbart für diesen Zweck eine Ventilsteuerung für ein Hubventil mit zwei Nocken. Dabei wird die Funkti- onstüchtigkeit der Aktuatorvorrichtung häufig mittels des Anfahrens von Positionsmarken überwacht oder mittels der Überwachung der zugeführten Leistung zu dieser, insbesondere mittels der Überwachung der Stromkurve der Aktuatorvorrichtung. Erreicht die Aktuatorvorrichtung nach einem Steuerbefehl aus dem Steuergerät ihre Positionsmarke nicht ordnungsgemäß oder ergeben sich Unregelmäßigkeiten in der aufgenommenen Strom-/Leistungskurve, so kann auf eine Fehlfunktion der Aktuatorvorrichtung geschlossen werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Zustandsbeurtei- lung zu schaffen, welches gegenüber dem Stand der Technik eine genauere Beurtei- lung des Zustand einer Aktuatorvorrichtung ermöglicht und somit zur Erhöhung der Funktionssicherheit des Kraftfahrzeugs beiträgt, weitere Aufgabe ist es, eine Vorrichtung zum Ausführen dieses Verfahrens zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 8 gelöst, vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Das erfindungsgemäße Verfahren ist zur Überwachung einer Aktuatorvorrichtung vorgesehen, wobei die Aktuatorvorrichtung insbesondere zum Ansteuern von Steuerorganeinrichtungen in einem Verbrennungsmotor, insbesondere einer Ventilsteuerung in einem Kraftfahrzeug, vorgesehen ist. Diese Aktuatorvorrichtung weist eine Betätigungseinrichtung und eine Statoreinrichtung, sowie wenigstens eine elektrische Spuleneinrichtung, auf. Die Aktuatorvorrichtung ist von einem ersten Betriebszustand in einen zweiten Betriebszustand überführbar. Beim Überführen von diesem ersten in diesen zweiten Betriebszustand wird der Spuleneinrichtung mittels einer Steuerleitungseinrichtung eine Betätigungsleistung zugeführt. Aufgrund der Betätigungsleistung stellt sich eine Betätigungskraft zwischen der Statoreinrichtung und der Betäti- gungseinrichtung ein. Beim Überführen von diesem zweiten in diesen ersten Betriebszustand wirkt eine Rückstellkraft auf die Aktuatorvorrichtung ein, insbesondere wird diese Rückstellkraft von der Steuerorganeinrichtung hervorgerufen. Alternativ kann auch der Spuleneinrichtung erneut eine, dann jedoch rückstellende, Betätigungsleistung zugeführt werden, so dass sich eine zur Betätigungskraft inverse Rückstellkraft einstellt.
In einem ersten Verfahrensschritt wird der Aktuatorvorrichtung die Betätigungsleistung zugeführt. In einem zweiten Verfahrensschritt wird die Zuführung der Betätigungsleistung verringert, insbesondere unterbrochen. In einem dritten Verfahrens- schritt wird die Steuerleitungseinrichtung überwacht und aus den dabei gewonnenen Daten eine Aktuatorbeurteilungs-Kenngröße ermittelt. In einem vierten Verfahrensschritte wird die Aktuatorbeurteilungs-Kenngröße anhand einer Vergleichsgröße, welche auf der zugeführten Betätigungsleistung basiert, beurteilt. Zur Beurteilung der Aktuatorbeurteilungs-Kenngröße wenigstens eine Vergleichsgröße herangezogen. Vorzugsweise basiert diese Vergleichsgröße auf der planmäßig zugeführten Leistung (Betätigungsleistung). Vorzugsweise wird durch Messung oder Berechnung der planmäßig auftretenden elektrischen Verlust, wie diese bei der Übertragung der Betätigungsleistung auftreten und bevorzugt auch der Verluste, die bei der Übertragung von der Spule zu der elektrischen Messeinrichtung auftreten, be-
stimmt. Weiter vorzugsweise wird wenigstens einer oder beide dieser elektrischen Verluste in die Bestimmung der Vergleichsgröße mit einbezogen. Weiter vorzugsweise wird aus diesen beiden elektrischen Verlusten der Gesamtverlust ermittelt. Vorzugsweise wird zur Ermittelung der Vergleichsgröße wenigstens einer dieser elektri- sehen Verluste von der Betätigungsleistung abgezogen und somit wird insbesondere eine verlustbereinigte Vergleichsgröße bereitgestellt. Weiter vorzugsweise wird ein Vielfaches dieser elektrischen Verluste in der vorgenannten Art und Weise berücksichtigt, vorzugsweise der 1- bis 5-fache, bevorzugt der 1 ,1- bis 2,5-fache und besonders bevorzugt der 1 ,2- bis 1 ,75-fache elektrische Verlust. Fällt also die, bei der Überwachung der Steuerleitungseinrichtung ermittelte Aktuatorbeurteilungs- Kenngröße unter die Vergleichsgröße, so kann damit insbesondere festgestellt werden, dass die tatsächlich vorliegenden elektrischen Verluste, die planmäßig vorliegenden elektrischen Verluste deutlich übersteigen und die Aktuatorvorrichtung mithin nicht mehr ordnungsgemäß funktioniert oder ein Ausfall dieser wenigstens bevorste- hen kann. Weiter vorzugsweise werden zeitlich aufeinanderfolgend ermittelte Aktua- torbeurteilungs-Kenngrößen gespeichert und ebenfalls zum Vergleich mit der aktuell ermittelten Aktuatorbeurteilungskenngröße herangezogen.
Durch das Vergleichen mehrerer, zeitlich versetzt ermittelter Aktuatorbeurteilungs- Kenngrößen ist es ermöglicht, die Entwicklung der Funktionsfähigkeit der Aktuatorvorrichtung zu beurteilen. Insbesondere durch das Heranziehen der Vergleichsgröße für die Beurteilung der Aktuatorbeurteilungs-Kenngröße wird ein verbessertes Verfahren zu Beurteilung der Aktuatorvorrichtung ermöglicht. Mithilfe der Aktuatorbeurteilungs-Kenngröße kann eine systematische Verschlechterung der Aktuatorschaltzeit, insbesondere der Totzeit des Aktuators, in der Ansteue- rung, bevorzugt durch ein Softwareprogramm, adaptiert werden. Somit kann in einem bestimmten Bereich der Verschlechterung der Aktuatorschaltzeit die Funktionsfä- higlkeit weiter garantiert werden und Fehler bei der Umschaltung, jedenfalls bis zum Totalausfall der Aktuators, verhindert bzw. zumindest minimiert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass die elektrische Funktionstüchtigkeit der elektromechanischen Aktuatorvorrichtung und deren Anschlüsse und Steuerung überprüft werden können, ohne dass der Motor demoniert werden muss oder ein weiteres Prüfsystem nötig ist, dass die elektrischen Komponenten überprüft.
Im Sinne der Erfindung ist unter einer Statoreinrichtung eine Einrichtung zu verstehen welche ortsfest gelagert ist, bevorzugt also unbeweglich gegenüber einem Fundament, Motorgehäuse, Motorträger, Karosserieteil oder dergleichen. Vorzugsweise ist eine Statoreinrichtung unbeweglich mit einer Spuleneinrichtung verbunden. Weiter vorzugsweise weist eine Statoreinrichtung einen ferromagnetischen Werkstoff auf.
Im Sinne der Erfindung ist unter einer Spuleneinrichtung eine Einrichtung zu verstehen, welche, soweit sie von einem Strom durchflössen wird, ein Magnetfeld erzeugt. Vorzugsweise weist eine Spuleneinrichtung einen um eine gedachte Achse gewundenen, vorzugsweise mehrfach gewundenen, elektrischen Leiter auf. Unter der, innerhalb einer Spuleneinrichtung nach dem Zuführen einer elektrischen Leistung gespeicherten Energie, ist insbesondere die Spulenenergie zu verstehen, der Leis- tungsfluss der sich beim Abfließen dieser Energie ergibt ist insbesondere als Spulen- leistung zu verstehen.
Im Sinne der Erfindung ist unter einer Aktuatorvorrichtung eine elektromechanische Vorrichtung zu verstehen, vorzugsweise wandelt eine Aktuatorvorrichtung eine elektrisch zugeführte Leistung in eine Kraft um. Es ist vorzugsweise auch möglich, dass der durch diese Umwandlung erzielten Kraft eine Federkraft oder dergleichen entgegenwirkt. Eine Aktuatorvorrichtung ist dazu vorgesehen Stellvorgänge, vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug und besonderes bevorzugt in der Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, auszuführen. Vorzugsweise führt eine Aktuatorvorrichtung zum Ausführen eines Stellvorgangs eine Bewegung aus. Vorzugsweise kommt diese Bewegung aufgrund der durch die zugeführte Leistung verursachten Kraft oder aufgrund dieser Kraft in Zusammenwirken mit der Federkraft zustande. Bevorzugt ist diese Bewegung eine translatorische oder eine rotatorische Bewegung oder eine Kombination aus diesen. Bevorzugt ist eine Aktuatorvorrichtung längenveränderlich und führt eine translatorische Bewegung aus. Diese Längenveränderbarkeit wird vorzugsweise durch mehrere bevorzugt durch zwei, vorzugsweise gegeneinander gelagerte, Einrichtungen erreicht. Vorzugsweise weist eine Aktuatorvorrichtung eine Betätigungseinrichtung und eine Statoreinrichtung auf, sowie eine Spuleneinrichtung. Vorzugsweise ist die Spuleneinrichtung mit einer der beiden Einrichtungen (Betätigungseinrichtung, Statoreinrichtung) fest verbunden, bevorzugt unverschieb-
lieh, wobei vorzugsweise die jeweils andere Einrichtung beweglich gegenüber der Spuleneinrichtung ist, bevorzugt translatorisch verschiebbar.
Im Sinne der Erfindung ist unter einer Betätigungseinrichtung eine Einrichtung zu verstehen, welche gegenüber der Statoreinrichtung beweglich gelagert ist. Vorzugs- weise wird die Betätigungseinrichtung zum Erfüllen der Stellaufgabe der Aktuatorvor- richtung gegenüber der Statoreinrichtung bewegt, bevorzugt translatorisch verschoben. Vorzugsweise weist die Betätigungseinrichtung, wenigstens abschnittsweise, einen dauermagnetischen Werkstoff auf. Vorzugsweise ist die Betätigungseinrichtung so gestaltet, dass sie wenigstens in unbetätigtem Zustand der Aktuatorvorrichtung, also insbesondere in deren ersten Betriebszustand, wenigstens bereichsweise von der Spuleneinrichtung überdeckt wird. Bevorzugt ist die Betätigungseinrichtung so gestaltet und gegenüber der Statoreinrichtung gelagert, dass diese von einem magnetischen Feld, welches entsteht, wenn die Spuleneinrichtung von einem Strom durchflössen wird, wenigstens bereichsweise überdeckt wird. Vorzugsweise ist die Betätigungseinrichtung in einem Bereich zur Betätigung einer Steuerorganeinrichtung ausgestaltet. Vorzugsweise weist die Betätigungseinrichtung in einem solchen Bereich einen wärmebehandelbaren Werkstoff auf, vorzugsweise einer härt- beziehungsweise vergütbaren Werkstoff. Vorzugsweise weist die Betätigungseinrichtung in diesem Abschnitt eine Härte im Bereich von 50 bis 64 HRC bevorzugt von 52 bis 62 HRC und besonders bevorzugt von 55 bis 58 HRC auf. Vorzugsweise weist eine Betätigungseinrichtung in diesem Abschnitt einen Verschleißschutz auf, bevorzugt einen Gleitwerkstoff, wie Bronze, Kunststoffe oder dergleichen, weiter vorzugsweise ist eine Betätigungseinrichtung in diesem Abschnitt ballig, kugelig oder rund ausgestaltet, besonders bevorzugt im Wesentlichen zylinderstiftförmig.
Im Sinne der Erfindung sind unter einem ersten und einem zweiten Betriebszustand zwei sich bezüglich der örtlichen Ausrichtung, beziehungsweise der geometrischen Position, der Betätigungseinrichtung zur Statoreinrichtung unterscheidende Zustände der Aktuatorvorrichtung zu verstehen. Vorzugsweise ist unter einem ersten Betriebs- zustand ein unbetätigter Zustand oder Ruhezustand zu verstehen und unter einem zweiten Betriebszustand ein betätigter oder Arbeitszustand. Vorzugsweise übt die Aktuatorvorrichtung in ihrem zweiten Betriebszustand beziehungsweise auf ihrem Weg vom ersten in diesen zweiten Betriebszustand, eine Kraftwirkung auf die mit der Aktuatorvorrichtung zu betätigende Einrichtung, bevorzugt eine Steuerorganeinrich- tung in einer Verbrennungskraftmaschine, aus.
Im Sinne der Erfindung ist unter einer Steuerleitungseinrichtung eine Einrichtung zu verstehen, mit welcher eine Leistung zum Betätigen der Aktuatorvorrichtung übertragen wird. Vorzugsweise weist eine Steuerleitungseinrichtung Steuereinrichtungen zum Steuern eines elektrischen Leistungsflusses auf. Vorzugsweise sind unter Steuerungseinrichtungen Schaltereinrichtungen, Dioden, Thyristor, Relaiseinrichtungen oder anderen Einrichtungen zum Steuern von elektrischen Strömen, insbesondere leistungselektronische Komponenten und dergleichen, zu verstehen. Weiter vorzugsweise weist die Steuerleitungseinrichtung Leiter zum Transport von elektrischen Ladungsträgern auf, vorzugsweise Drähte, Kabel, Leiterbahnen oder der gleichen. Vorzugsweise ist unter einer Steuerleitungseinrichtung eine elektrische Schaltung zum Zuführen und Steuern des elektrischen Leistungsflusses zu der Aktuatorvorrichtung von einer elektrischen Energiequelle, vorzugsweise einem Bordspannungsnetz, zu verstehen.
Im Sinne der Erfindung ist unter einer Betätigungsleistung diejenige elektrische Leistung zu verstehen, welche der Aktuatorvorrichtung zugeführt wird. Vorzugsweise wird der Aktuatorvorrichtung die Betätigungsleistung zugeführt, um diese von dem einen in den jeweils anderen Betriebszustand zu überführen. Weiter vorzugsweise wird der Aktuatorvorrichtung eine Betätigungsleistung zugeführt, welche so gering ist, dass die Betätigungseinrichtung gegenüber der Statoreinrichtung nicht bis in ihre Endposition bewegt wird, bevorzugt im wesentlichen überhaupt nicht gegenüber der Statoreinrichtung bewegt wird. Eine solche verringerte Betätigungsleistung kann zeitlich vor der zur Betätigung vorgesehenen Betätigungsleistung, nach dieser oder als Anteil dieser gleichzeitig zugeführt werden. Weiter vorzugsweise kann diese verringerte Betätigungsleistung als eine Prüfleistung insbesondere zum Prüfen der Aktuatorvorrichtung aufgefasst werden. Weiter vorzugsweise ist die Betätigungsleistung die elektrische Leistung, welche der Spuleneinrichtung mittels der Steuerleitungseinrichtung zum Überführen der Aktuatorvorrichtung vom ersten in den zweiten Betriebszustand zugeführt wird.
Im Sinne der Erfindung ist unter einer Betätigungskraft die Kraft zu verstehen, welche die Aktuatorvorrichtung von ihrem ersten in ihren zweiten Betriebszustand überführt. Vorzugsweise verursacht die der Spuleneinrichtung zugeführte Betätigungsleistung ein magnetisches Feld, welches die Betätigungskraft auf die Betätigungseinrichtung
hervorruft. Vorzugsweise führt die Betätigungseinrichtung aufgrund der Betätigungskraft eine Stellbewegung aus.
Im Sinne der Erfindung ist unter einer Rückstellkraft die Kraft zu verstehen, welche die Aktuatorvorrichtung von ihrem zweiten in ihren ersten Betriebszustand überführt. Vorzugsweise wird die Rückstellkraft von der Steuerorganeinrichtung insbesondere auf die Betätigungseinrichtung aufgebracht. Vorzugsweise wirkt die Rückstellkraft in entgegengesetzter Richtung zur Betätigungskraft.
Im Sinne der Erfindung ist unter einer rückstellenden Betätigungsleistung diejenige elektrische Leistung zu verstehen, welche der Aktuatorvorrichtung zugeführt wird, um diese von diesem zweiten in diesen ersten Betriebszustand zu überführen. Vorzugsweise wird die rückstellende Betätigungsleistung als elektrische Leistung der Spuleneinrichtung mittels der Steuerleitungseinrichtung zugeführt. Im Sinne der Erfindung ist unter dem Unterbrechen beziehungsweise dem Verringern der Zuführung von Leistung an die Spuleneinrichtung zu verstehen, dass die Zuführung der Betätigungsleistung verringert wird, beziehungsweise angehalten wird.
Im Sinne der Erfindung ist unter dem Überwachen der Steuerleitungseinrichtung zu verstehen, dass wenigstens eine elektrische Größe, vorzugsweise eine Spannung oder ein Strom, mittels einer dazu geeigneten Messeinrichtung ermittelt wird. Vorzugsweise wird der zeitliche Verlauf wenigstens einer elektrischen Größe ermittelt. Weiter vorzugsweise wird die Spannung und der Strom beziehungsweise deren zeitlicher Verlauf ermittelt. Weiter vorzugsweise wird diese Ermittelung nur während eines bestimmten Zeitabschnitts und nicht während der gesamten Betriebsdauer der Aktuatorvorrichtung durchgeführt. Vorzugsweise wird als Triggerbedingung zum Starten und Beenden dieser Überwachung die planmäßige Postition einer Steuerorganeinrichtung herangezogen. Besonders bevorzugt wird auf eine Verschiebe- oder Drehwinkelposition der Einrichtung, auf weiche die Betätigungseinrichtung planmäßig eine Kraft ausübt als Triggerbedingung herangezogen.
Im Sinne der Erfindung ist unter einer Aktuatorbeurteilungs-Kenngröße eine Kenngröße zur Beurteilung der Aktuatorvorrichtung zu verstehen. Vorzugsweise basiert diese Kenngröße auf gemessene und besonders bevorzugt berechneten elektrischen Größen. Vorzugsweise wird diese Kenngröße auf Grundlage wenigstens einer der, bei der Überwachung der Steuerleitungseinrichtung ermittelten elektrischen Größen,
ermittelt. Vorzugsweise basiert die Aktuatorbeurteilungs-Kenngröße auf dem ermittelten zeitlichen Spannungsverlauf und zusätzlich oder alternativ dem ermittelten zeitlichen Stromverlauf dieser Überwachung. Weiter vorzugsweise basiert die Aktuatorbeurteilungs-Kenngröße auf der Integration beziehungsweise der numerischen Summation wenigstens einer dieser ermittelten Größen (Spannungsverlauf, Stromverlauf), weiter vorzugsweise auf der Integration beziehungsweise der nummerischen Summation des Produktes aus dem zeitlichen Verlauf der Spannung und des Stroms, wie diese bei der Überwachung der Steuermitteleinrichtung ermittelt werden. Vorzugsweise repräsentiert die Aktuatorbeurteilungs-Kenngröße ein Maß für die der Spuleneinrichtung zugeführte Betätigungsleistung. Bevorzugt repräsentiert die Aktuatorbeurteilungs-Kenngröße den Energieinhalt der Spuleneinrichtung, nachdem die Zuführung der Leistung (Betätigungsleistung) unterbrochen wurde und ist damit insbesondere ein Maß für die in der Spuleneinrichtung durch Zuführung der der Betätigungsleistung gespeicherte Energie.
Im Sinne der Erfindung ist unter dem Beurteilen der Aktuatorbeurteilungs-Kenngröße zu verstehen, dass die Aktuatorbeurteilungs-Kenngröße mit wenigstens einer Referenzgröße verglichen wird. Vorzugsweise ist als eine solche Referenzgröße wenigstens eine zu einem früheren Zeitpunkt aufgenommene Aktuatorbeurteilungs- Kenngröße zu verstehen. Weiter vorzugsweise ist unter einer solchen Referenzgröße wenigstens eine vorausberechnete Kenngröße zu verstehen, welche vorzugsweise in der Datenspeichereinrichtung der Steuergeräteinrichtung abgelegt ist. Vorzugsweise wird die Aktuatorbeurteilungs-Kenngröße mit wenigstens einer als Schwellenwert aufzufassenden Referenzgröße verglichen. Vorzugsweise repräsentiert dieser Schwellenwert einen kritischen Energieinhalt der Spuleneinrichtung. Ein solcher kritischer Energieinhalt liegt insbesondere dann vor, wenn dieser Energieinhalt in der Spuleneinrichtung so gering ist, dass die Aktuatorvorrichtung nicht mehr ordnungsgemäß funktioniert, insbesondere die Betätigungskraft zu gering für das ordnungsgemäße Ausführen der Stellaufgabe ist. Für Energieinhalte, die geringer sind als die- ser Schwellenwert, ist insbesondere davon auszugehen, dass die Aktuatorvorrichtung nicht mehr mit der gebotenen Sicherheit arbeitet. Vorzugsweise ist dieser Schwellenwert so gewählt, dass der durch diesen repräsentierte Energieinhalt dem 1 - bis 5-fachem Energieinhalt, bevorzugt dem 1 ,25- bis 4-fachen Energieinhalt und besonders bevorzugt dem 1 ,5- bis 2,5-fachen Energieinhalt, wie er zürn ordnungsge- mäßen Betrieb der Aktuatorvorrichtung notwendig ist, entspricht. Weiter vorzugswei-
se kann sich die Referenzgröße auch auf die zugeführte Betätigungsleistung beziehen, weiter vorzugsweise werden dabei noch weitere elektrische Gegebenheiten der Aktuatorvorrichtung berücksichtigt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die verringerte Betätigungsleistung geringer als die Betätigungsleistung, welche der Aktuatorvorrichtung zum Bewegen der Betätigungseinrichtung zugeführt wird, insbesondere so gering, dass sich die Statoreinrichtung und die Betätigungseinrichtung im Wesentlichen nicht relativ zueinander bewegen. Vorzugsweise ist die verringerte Betätigungsleistung aus einem Bereich ausgewählt zwischen 0,01- bis 0,5-facher Betätigungsleistung, bevorzugt 0,01- bis 0,25-facher Betätigungsleistung und besonders bevorzugt 0,01 bis 0,1 -facher Betätigungsleistung. Weiter vorzugsweise wird die verringerte Betätigungsleistung mittels der gleichen Steuerleitungseinrichtung wie die Betätigungsleistung zur Spuleneinrichtung übertragen. Mittels einer erfindungsgemäßen verringerte Betätigungsleistung kann die Aktuatorvorrichtung in unbetätigtem Zustand und demnach insbesondere unabhängig vom planmäßigen Betrieb der Aktuatorvorrichtung geprüft werden, somit wird ein verbessertes Verfahren zur Funktionsüberwachung der Aktuatorvorrichtung zu Verfügung gestellt. In einer bevorzugten Ausführungsform wird zum Unterbrechen der Zuführung der Betätigungsleistung die Aktuatorvorrichtung von einer Leistungsquelle getrennt, vorzugsweise galvanisch von dieser getrennt, weiter vorzugsweise in der Art getrennt, dass ein Potentialunterschied zwischen wenigstens zwei elektrischen Anschlüssen der Spuleneinrichtung ausgeglichen wird. Die Leistungsquelle stellt insbesondere die elektrische Leistung zur Betätigung der Aktuatorvorrichtung zur Verfügung, vorzugsweise ist unter der Leistungsquelle ein Bordspannungsnetz zu verstehen. Vorzugsweise wird für dieses Unterbrechen eine Schaltereinrichtung angesteuert, vorzugsweise eine Leistungsschaltereinrichtung wie eine Relaiseinrichtung oder eine leistungselektronische Komponente, vorzugsweise eine Thyristoreinrichtung oder der- gleichen. Durch die Unterbrechung der Leistungszuführung, insbesondere durch eine galvanische Trennung, ist sichergestellt, dass keine Kriechströme zu einer Leistungszuführung und möglicherweise zu einer Fehlinterpretation der Funktionstüchtigkeit führen, somit wird ein verbessertes Verfahren zur Überwachung der Aktuatorvorrichtung bereitgestellt.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Steuerleitungseinrichtung zum Abfließen der in der Spule gespeicherten elektrischen Energie so gesteuert, dass diese als Spulenleistung zu einer elektrischen Leistungssenke abfließt. Vorzugsweise ist unter einer elektrischen Leistungssenke eine elektrische Speichereinrichtung, ein elektri- scher Widerstand oder dergleichen zu verstehen. Vorzugsweise wird zum Steuern der Steuerleitungseinrichtung eine Schaltereinrichtung, insbesondere mittels der Steuergeräteeinrichtung, angesteuert. Weiter vorzugsweise wird durch diesen Steuerungsvorgang der Leistungsfluss über eine Freilaufdiodeneinrichtung ermöglicht. Dabei ist unter einer Freilaufdiodeneinrichtung eine Einrichtung in der Steuerleitungsein- richtung zu verstehen, welche einen Stromfluss nur in einer Richtung, vorzugsweise entgegen der Richtung des Betätigungsleistungsflusses ermöglicht, wenigstens in einem Abschnitt der Steuerleitungseinrichtung ermöglicht. Dieser Abschnitt der Steuerleitungseinrichtung weist vorzugsweise die elektrische Leistungssenke auf. Weiter vorzugsweise wird die Steuerleitungseinrichtung, vorzugsweise nachdem die Zufuhr der Betätigungsleistung unterbrochen wurde, mittels der elektrischen Messeinrichtung überwacht. Vorzugsweise wird die Steuerleitungseinrichtung durch das Ansteuern von leistungselektronischen Bauelementen wie Thyristoren oder dergleichen gesteuert oder weiter vorzugsweise mittels einer Relaiseinrichtung. Durch das gezielte Ansteuern der Steuerleitungseinrichtung in dem Sinn, dass die Spulenleistung ledig- lieh in einer bestimmten Richtung zu der elektrischen Leistungssenke abfließen kann, wird eine besonders genaue Messung der elektrische Leistung ermöglicht und damit ein verbessertes Verfahren zu Überwachung einer Aktuatorvorrichtung ermöglicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird bei der Überwachung der Steuerleitungs- einrichtung wenigstens eine elektrische Größe mit der Messeinrichtung ermittelt. Vorzugsweise wird die Steuerleitungseinrichtung mittels einer Spannungsmesseinrichtung überwacht und zusätzlich oder alternativ mittels einer Strommesseinrichtung. Weitervorzugsweise wird die Steuerleitungseinrichtung sowohl mit einer Spannungsmesseinrichtung und einer Strommesseinrichtung überwacht.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform wird der zeitliche Verlauf der Spannung und alternativ oder zusätzlich der zeitliche Verlauf des Stroms bei dieser Überwachung der Steuerleitungseinrichtung ermittelt. Vorzugsweise wird bei dieser Überwachung der zeitliche Verlauf der Spannung und des Stroms beim Abfließen der Spu- lenleistung zu der elektrischen Leistungssenke überwacht. Insbesondere durch die
Ermittelung des zeitlichen Verlaufs der relevanten elektrischen Größen kann besonders genau auf den Energieinhalt der Spuleneinrichtung geschlossen werden und damit ein verbessertes Verfahren zur Überwachung der Aktuatorvorrichtung bereitgestellt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform beruht die Bestimmung der Aktuatorbeurtei- lungs-Kenngröße auf der numerischen Summation, beziehungsweise der Integration des zeitlichen Verlaufs, einer dieser elektrischen Größen oder mehrer dieser Größen. Vorzugsweise wird der zeitliche Verlauf des Produkts aus dem ermittelten Verlauf der Spannung und des Stroms integriert beziehungsweise numerisch summiert. Insbesondere durch diese Auswertung der ermittelten elektrischen Größen kann auf die Spulenleistung geschlossen werden und dadurch ein verbessertes Verfahren zur Überwachung der Aktuatorvorrichung zur Verfügung gestellt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Betätigungsleistung nur für einen kurzen Zeitraum der Spuleneinrichtung zugeführt, eine solche verkürzte Zuführung der Betätigungsleistung führt vorzugsweise nicht dazu, dass die Betätigungseinrichtung gegenüber der Statoreinrichtung bewegt wird, vgl. verringerte Betätigungsleistung. Unter einem kurzen Zeitraum ist dabei bevorzugt ein Zeitraum, welcher kürzer ist als der Zeitraum zur Zuführung der Betätigungsleistung zum Überführen der Aktuatorvorrichtung von ihrem ersten in ihren zweiten Betriebszustand und noch bevorzugter eine Totzeit zu verstehen, d.h. eine maximale Bestromungszeit, ohne dass eine Bewegung der Betätigungseinrichtung bzw. eines Aktuatorpins der Aktuatorvorrichtung hervorgerufen wird. Dieser verkürzte Zeitraum ist insbesondere abhängig von der Art des Aktuators, dessen Widerstand, Leistungsaufnahme, etc.. Vorzugsweise wird die verkürzt zugeführte Betätigungsleistung für einen Zeitraum von 0,0001 Sekunden bis 0,1 Sekunden, bevorzugt für einen Zeitraum von 0,001 bis 0,01 Sekunden, besonders bevorzugt in einem Zeitraum von 0,003 Sekunden bis 0,005 Sekunden und am bevorzugtesten von 0,004 Sekunden zugeführt. Insbesondere ist der Zeitraum für die Zuführung der verkürzt zugeführten Betätigungsleistung so gewählt, dass es zu keinem, planmäßigen Stellvorgang durch die Aktuatorvorrichtung kommt. Vorzugsweise wird die Zuführung der Betätigungsleistung, insbesondere einer verkürzten oder verringerten Betätigungsleistung, bei der Inbetriebnahme (Startvorgang), bei einem Kraftfahrzeug also insbesondere bei jedem Startvorgang oder bei jedem n-ten Start-
Vorgang (n>1) durchgeführt, alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, dass die verkürzt zugeführte Betätigungsleistung nach einem bestimmten Zeitintervall wiederkehrend zugeführt und überwacht wird. Vorzugsweise werden die bei der wiederkehrenden Überwachung ermittelten Größen, insbesondere die Aktuatorbeurteilungs- Kenngröße, gespeichert. Durch einen Vergleich dieser zeitlich versetzt gewonnenen Aktuatorbeurteilungs-Kenngrößen ist es ermöglicht, die Funktionstüchtigkeit der Ak- tuatorvorrichtung, insbesondere der Steuerleitungseinrichtung und der Spuleneinrichtung zu überwachen. Insbesondere können somit sich verändernde, insbesondere zunehmende, Widerstände an elektrischen Kontaktstellen detektiert werden; somit wird ein verbessertes Verfahren zur Überwachung einer Aktuatorvorrichtung bereitgestellt.
Die erfindungsgemäße Aktuatorüberwachungsvorrichtung zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens weist ein Rechenwerk, insbesondere eine Steuergerä- teinrichtung mit einer Recheneinheit und einer Datenspeichereinrichtung, sowie eine Leistungssteuerungseinrichtung, insbesondere eine Schaltereinrichtung, insbesondere als Teil der Steuerleitungseinrichtung, zum Steuern eines Leistungsflusses auf. Weiter weist die Aktuatorüberwachungsvorrichtung eine Messeinrichtung zum Messen wenigstens einer elektrischen Größe auf, welche beim Überführen einer Aktua- torvorrichtung von dem ersten in den zweiten Betriebszustand oder umgekehrt auftreten kann. Die Aktuatorvorrichtung weist eine Statoreinrichtung und eine Betätigungseinrichtung auf, wobei die Betätigungseinrichtung gegenüber der Statoreinrichtung beweglich gelagert ist. Dieser erste und zweite Betriebszustand der Aktuatorvorrichtung unterscheiden sich durch unterschiedliche Positionen der Statoreinrichtung und der Betätigungseinrichtung zueinander.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Aktuatorüberwachungsvorrichtung eine Schaltereinrichtung auf. Vorzugsweise ist mittels dieser Schaltereinrichtung der Leistungsfluss in Richtung zu der elektrischen Spuleneinrichtung unterbrechbar. Vor- zugsweise ist diese Schaltereinrichtung als eine leistungselektronische Komponente ausgeführt, besonders bevorzugt als eine Thyristoreinrichtung. Weiter vorzugsweise ist diese Schaltereinrichtung als eine Relaiseinrichtung ausgeführt. Mittels der beschriebenen Ausgestaltung der Schaltereinrichtung kann der Leistungsfluss durch die Steuerleitungseinrichtung sicher und zuverlässig gesteuert werden, damit wird eine verbesserte Vorrichtung zur Überwachung einer Aktuatorvorrichtung bereitgestellt.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Aktuatorüberwachungsvorrichtung eine Stromleiteinrichtung auf. Vorzugsweise ist diese Stromleiteinrichtung als eine Einrichtung ausgestaltet, welche den elektrischen Leistungsfluss in einer Richtung verhindert, vorzugsweise in Richtung der Betätigungsleistung, weiter vorzugsweise ist die Stromleiteinrichtung als eine Freilaufdiodeneinrichtung ausgestaltet. Weiter vorzugsweise ist diese Freilaufdiodeneinrichtung in einem Abschnitt der Steuerleitungseinrichtung angeordnet, dieser liegt vorzugsweise zwischen der elektrischen Leistungssenke und der Spuleneinrichtung. Vorzugsweise weist die Aktuatorüberwa- chungsvorrichtung alternativ oder zusätzlich neben der zur Übertragung der Betätigungsleistung vorgesehen Steuerleitungseinrichtung eine weitere Steuerleitungseinrichtung zur Übertragung der einer weiteren Betätigungsleistung, insbesondere einer verringerten oder verkürzt zugeführten Betätigungsleistung, auf. Demnach kann die Aktuatorüberwachungsvorrichtung vorzugsweise auch zwei Steuerleitungseinrichtung aufweisen. Insbesondere kann bei einer solchen Ausgestaltung mittels der erste Steuerleitungseinrichtung, welche die Betätigungsleistung überträgt die gesamte Ak- tuatorvorrichtung und mittels der zweiten Steuerleitungseinrichtung davon getrennt die Spuleneinrichtung überwacht werden. Durch die Zusammenschau beider Überwachungsergebnisse ist eine bessere Eingrenzung einer möglichen Fehlfunktion der Aktuatorvorrichtung ermöglicht, damit wird eine verbesserte Aktuatorüberwachungs- vorrichtung bereitgestellt.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung der schematischen Figuren: Fig. 1 : zeigt die Ermittelung der Aktuatorbeurteilungs-Kenngrößen.
Fig. 2: zeigt einen schematischen Schaltplan für eine Aktuatorvorrichtung.
In Figur 1 ist der zeitliche Verlauf der Spannung U der Ansteuerung der Aktuatorvor- richtung sowie der durch die Betätigungskraft hervorgerufenen Verfahrweg L der Betätigungseinrichtung gegenüber der Statoreinrichtung am Beispiel einer Aktuatorvorrichtung für eine Ventilsteuerung für ein Hubventil mit zwei Nocken gemäß der DE 42 30 877 A1 eines Kraftfahrzeug dargestellt. Zunächst befindet sich die Aktuatorvorrichtung in ihrer Grundstellung (erster Betriebszustand). Die Bestromung der Aktua- torvorrichtung beginnt zum Zeitpunkt ti mit der Absenkung der Spannung repräsen-
tiert durch die Linie V. Zu diesem Zeitpunkt beginnt die Zuführung der Betätigungsleistung zur Spuleneinrichtung. Zum Zeitpunkt t2 ist die von der Statoreinrichtung auf die Betätigungseinrichtung einwirkende Betätigungskraft so groß, dass sich die Betätigungseinrichtung zu bewegen beginnt, dies ist am Abfall der Linie S erkennbar. Zum Zeitpunkt t3 hat die Betätigungseinrichtung ihre Endstellung erreicht (zweiter Betriebszustand) und fährt nicht weiter aus. Im Zeitpunkt t4 wird die angelegte Spannung V1 und damit die Leistungszuführung zur Spuleneinrichtung unterbrochen. Die Betätigungseinrichtung bleibt dennoch in ihrer momentanen Position verharren, bis auf diese eine Rückstellkraft einwirkt. Das Unterbrechen der Zuführung der Betäti- gungsleistung induziert eine Spannungen Us. In dem Moment, in welchem die Zuführung der Betätigungsleistung unterbrochen wird, beginnt die Spulenleistung aus der Spuleneinrichtung abzufließen. Dieses Abfließen der Spulenleistung wird mittels einer elektrischen Messeinrichtung überwacht, vorliegend wird wenigstens der zeitliche Verlauf der Spannung ermittelt. Das Abfließen der Spulenleistung endet im Zeitpunkt t5. Durch numerische Summation der gemessenen elektrischen Größe im Intervall zwischen t4 und t5, wird die Aktuatorbeurteilungs-Kenngröße ermittelt. Diese wird vorliegend durch die Fläche KG repräsentiert. Im Zeitpunkt t7 wirkt eine Rückstellkraft auf die Betätigungseinrichtung ein und führt diese zurück in ihren Ausgangszustand (erster Betriebszustand). Ihren Ausgangszustand erreicht die Aktuatorvornchtung im Zeitpunkt t8. Beim Rückführen der Aktuatorvornchtung von ihrem zweiten Betriebszustand in ihren ersten Betriebszustand wird aufgrund der Lorenzkraft wiederum eine Spannung in der Spuleneinrichtung induziert, welche maximal U|n(j erreicht. Diese induzierte Spannung kann, soweit diese ausgewertet wird, als Rückwurfsignal verstanden werden. Nur soweit ein solches Rückwurfsignal feststellbar ist, kann davon aus- gegangen werden, dass die Betätigungseinrichtung gegenüber der Statoreinrichtung planmäßig bewegt wurde. Die Linie T repräsentiert die Messung für das Rückwurfsignal, welche bevorzugt zeitlich gesteuert wird. In dem vorliegenden Fall beginnt die Messung zum Zeitpunkt t6, und endet im Zeitpunkt t9. Die zeitliche Steuerung der Messung verhindert, dass eine andere Spannungsinduktion in der Spuleneinrichtung, z. B. durch eine Verschmutzung, als Rückwurfsignal erkannt wird.
In Kombination aus Rückwurfsignal und Beurteilung kann differenziert geschlussfol- gert werden, welche Unregelmäßigkeiten an der Aktuatorvornchtung vorliegen. Ergibt die Beurteilung der Aktuatorbeurteilungs-Kenngröße, dass diese oberhalb eines Schwellenwertes liegt, ist die elektrische Funktionstüchtigkeit gegeben. Stellt sich
dennoch kein Rückwurfsignal ein, so kann auf eine mechanische Fehlfunktion der Aktuatorvorrichtung geschlossen werden. Ergeben sich Unregelmäßigkeiten, z. B. eine langsame Verschlechterung der Aktuatorbeurteilungs-Kenngröße und das Rückwurfsignal kann erkannt werden, so ist von einer elektrischen Fehlfunktion aus- zugehen. Liegt die Aktuatorbeurteilungs-Kenngröße unter dem vorgegebenen Schwellwert und ist kein Rückwurfsignal vorhanden, so kann darauf geschlossen werden, dass eine elektrische Fehlfunktion bei der Ansteuerung der Aktuatorvorrichtung vorliegt. Weitere Beurteilungsmöglichkeiten sind durch die vorliegende Erfindung möglich.
In Figur 2 ist ein teilweise schematisierter Schaltplan für eine Aktuatorvorrichtung dargestellt, welche mittels einer erfindungsgemäßen Einrichtung zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens und mittels eben dieses Verfahrens überwacht werden kann. Dabei wird der Spuleneinrichtung 1 mittels der Steuerleitungseinrichtung 5, welche eine Schaltereinrichtung 6 aufweist die Betätigungsleistung 2 zugeführt. Die Schaltereinrichtung 6 wird durch einen Steuerungsbefehl 10 aus der Steuergeräteeinrichtung (nicht dargestellt) zum Öffnen und Schließen veranlasst. Durch das Öffnen und Schließen der Schaltereinrichtung 6 wird der Spuleneinrichtung 1 Energie aus der Energiequelle 4 zugeführt. Die Energiequelle 4 weist einen Pol 4a mit einem ge- genüber einem zweiten Pol 4b erhöhtem Potential auf, mithin einen positiven und einen negativen Pol. Die Spuleneinrichtung 1 nimmt zunächst die Betätigungsleistung 2 auf, planmäßig wird durch die Betätigungsleistung 2 die Betätigungseinrichtung (nicht dargestellt) bewegt und die Betätigungsaufgabe der Aktuatorvorrichtung erfüllt. Die elektrischen Anschlüsse der Spuleneinrichtung (1a, 1 b) sind mittels einer Stromsteuereinrichtung, vorliegend einer Freilaufdiodeneinrichtung 7 und einer elektrischen Last 8 miteinander verbunden. Eine Stromsteuereinrichtung ist dabei so ausgebildet, dass diese einen Leistungsfluss nur entgegen der Betätigungsleistung 2 zulässt. Wird aufgrund eines Steuerbefehls 10 die Zuführung der Betätigungsleistung 2 unterbrochen, beziehungsweise die Potentialdifferenz an den elektrischen An- Schlüssen (1a, 1 b) der Spuleneinrichtung 1 ausgeglichen, so beginnt die in der Spuleneinrichtung 1 gespeicherte Energie abzufließen, es fließt die Spulenleistung 3 ab. Dieses Abfließen ist über die Freilaufdiodeneinrichtung 7 und die elektrische Last 8 ermöglicht. Weiter ist in diesem Teil der Steuerleitungseinrichtung 5 eine elektrische Messstelle 9a angeordnet, über welchen die Messgeräteeinrichtung 9 den zeitlichen Verlauf der Spulenleistung aufnimmt (Strom, Spannung). Diese Messgeräteeinrich-
tung kann auch in die Steuergeräteeinrichtung (nicht dargestellt) integriert sein. Aus den so gemessenen elektrischen Größen, im Wesentlichen der zeitliche Verlauf der Spannung U und zusätzlich oder alternativ des Stroms, lässt sich letztlich die Aktua- torbeurteilungs-Kenngröße ermitteln.
Bezugszeichenliste:
1 Spuleneinrichtung
2 Betätigungsleistung
3 Spulenleistung
4 Energiequelle
4a Positives Potential der Energiequelle
4b Negatives Potential der Energiequelle
5 Steuerleitungseinrichtung
6 Schaltereinrichtung
7 Freilaufdiodeneinrichtung
8 Elektrische Last
9 Messgeräteeinrichtung
9a Messstelle
10 Steuerungsbefehl der Steuergeräteeinrichtung