DE10001396C2

DE10001396C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln der Temperatur eines elektromotorischen Stellantriebs

Info

Publication number: DE10001396C2
Application number: DE2000101396
Authority: DE
Inventors: Johann Graf
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2000-01-14
Filing date: 2000-01-14
Publication date: 2002-08-08
Anticipated expiration: 2020-01-15
Also published as: DE10001396A1; JP2001245491A; FR2804219A1; FR2804219B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln der Temperatur eines elektromotorischen Stellan triebs. Derartige Stellantriebe werden insbesondere zum An steuern von Stellgliedern von Brennkraftmaschinen eingesetzt.

Aus der US 5975051 A sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Steuern eines Elektromotors bekannt, der auf eine Dros selklappe einwirkt, die in einem Ansaugkanal einer Brenn kraftmaschine angeordnet ist. Ein Drosselklappenmotorsignal wird abhängig von der Fahrpedalstellung und einem Drossel klappenöffnungssignal in einer Motorsteuerungs-Einrichtung ermittelt.

Aus der US 4,974,776 A ist eine Vorrichtung zum Steuern einer Luftklappe einer Klimaanlage bekannt. Die Position der Luft klappe wird mittels eines Elektromotors eingestellt. Ein Stellsignal für den Elektromotor wird abhängig von einer Ab weichung der Solltemperatur von einer Isttemperatur eines Fahrzeuginnenraums eingestellt.

Aus der DE 196 10 210 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrich tung zur Steuerung eines Stellelements einer Brennkraftma schine bekannt. Das Stellelement wird über einen elektrischen Motor betätigt, wobei ein Ansteuersignal für den Motor im Rahmen einer Lageregelung erzeugt wird.

Die Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren und eine Vor richtung zu schaffen, die ein einfaches und zuverlässiges Er mitteln der Temperatur eines elektromotorischen Stellantriebs gewährleisten.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltun gen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Temperatur des elektromotorischen Stellantriebs ohne den sonst notwendi gen Einsatz eines Temperatursensors mit ohnehin zur Steuerung des Stellantriebs vorhandenen Größen ermittelt wird.

In vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung wird das Ver fahren zum Steuern des elektromotorischen Stellantriebs ein gesetzt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand der schemati schen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Ausschnitt aus einer Brennkraftmaschine,

Fig. 2 ein Blockschaltbild zur Steuerung des Stellantriebes,

Fig. 3 ein Ablaufdiagramm eins Programms zum Ermitteln der Temperatur des elektromotorischen Stellantriebes.

Eine Brennkraftmaschine weist ein Rohr 1 auf, in dem eine Klappe 2 angeordnet ist. Ein Stellantrieb 3 ist vorgesehen, der als Elektromotor ausgebildet ist und der die Position der Klappe 2 einstellt. Die Klappe 2 ist demnach das Stellglied, auf das der Stellantrieb 3 einwirkt. Die Klappe 2 ist ferner mit einer Rückstellfeder 4 gekoppelt, die im stromlosen Zu stand des Stellantriebs 3 die Klappe 2 in eine vorgegebene Ruheposition bringt. Die Klappe 2 kann beispielsweise in der Ruheposition den Querschnitt des Rohres 1 verschließen.

Die Klappe 2 kann beispielsweise als Saugrohrklappe, als Re gelklappe eines Waste-Gates eines Turboladers, als Drallklap pe zum Erzeugen einer Dreiströmung in einem Zylinder einer Brennkraftmaschine oder auch als Drosselklappe in dem Ansaug kanal einer Brennkraftmaschine ausgebildet sein.

Fig. 2 ist ein Blockschaltbild der Ansteuerung des Stellantriebs 3. In einem ersten Kennfeld 6 wird abhängig von einem Sollwert α_SP der Position der Klappe 2 ein erstes puls weitenmoduliertes Signal PWM1 als Vorsteuerwert ermittelt. In einer Multiplizierstelle 7 wird das erste pulsweitenmodulierte Signal PWM1 mit einem Korrekturwert KOR multipliziert. Daraus ergibt sich dann ein korrigiertes erstes pulsweitenmodulier tes Signal PWM1_KOR.

Der Korrekturwert KOR wird aus einem Kennfeld 8 abhängig von einer Temperatur T_c der Spule des elektromotorischen Stellan triebs 3 ermittelt. Das Kennfeld 8 ist dabei in Versuchen so ermittelt, daß das Drehmoment des elektromotorischen Stellantriebs 3 unabhängig ist von der Temperatur T_c der Spule des elektromotorischen Stellantriebs 3.

In einer Summierstelle 9 wird die Differenz des Sollwertes α_SP und des Istwertes α_AV der Position ermittelt und bildet dann die Regeldifferenz für einen Regler 11, der vorzugsweise als Proportional-Integral-Regler ausgebildet ist. Der Regler kann jedoch auch als ein weiterer dem Fachmann bekannter Reg ler ausgebildet sein.

Der Regler 11 erzeugt als Stellgröße ein zweites pulsweiten moduliertes Signal PWM2 abhängig von der Differenz des Soll wertes α_SP und des Istwertes α_AV der Position.

In der Summierstelle 12 wird die Summe des zweiten pulswei tenmodulierten Signals PWM2 und des korrigierten ersten puls weitenmodulierten Signals PWM1_KOR gebildet, die dann als drittes pulsweitenmoduliertes Signal PWM3 eine Eingangsgröße in die Begrenzungseinheit 14 ist.

Die Begrenzungseinheit 14 begrenzt das Pulsweiten- Modulations-Verhältnis des dritten pulsweitenmodulierten Sig nals PWM3 abhängig von der Temperatur T_c der Spule des elekt romotorischen Stellantriebs 3. Vorzugsweise wird das Pulswei ten-Modulationsverhältnis begrenzt, wenn die Temperatur T_c der Spule des elektromotorischen Stellantriebs 3 einen vorge gebenen ersten Schwellenwert SW1 erreicht. Bevorzugt sind da bei jedoch mehrere Schwellenwerte vorgesehen, so dass schrittweise das Pulsweiten-Modulationsverhältnis bespiels weise zuerst auf 90%, dann auf 60% und schließlich auf na hezu 0% begrenzt wird. Dadurch wird ein Überlastschutz des Motors gewährleistet und somit, insbesondere bei einer hohen Verstelldynamik des Stellantriebs 3, eine thermische Zerstö rung des Stellantriebs 3 zuverlässig verhindert. Gleichzeitig wird jedoch durch das schrittweise Begrenzen des Pulsweiten- Modulations-Verhältnisses des vierten pulsweitenmodulierten Signals PWM4, das die Ausgangsgröße der Begrenzereinheit 14 ist, gewährleistet, dass die Einschränkungen des Fahrkomforts der entsprechenden Brennkraftmaschine auf ein Minimum redu ziert sind.

Fig. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Programms zum Ermit teln der Temperatur T_c der Spule des elekromotorischen Stellantriebs. Das Programm wird vorzugsweise in einer Vor richtung zum Steuern von Betriebsfunktionen einer Brennkraft maschine abgearbeitet. Es kann jedoch auch in einer sonstigen Vorrichtung zum Steuern eines elektromotorischen Stellan triebs abgearbeitet werden.

In einem Schritt S1 wird das Programm gestartet und ggf. Pa rameter des Programmes initialisiert. In einem Schritt S2 wird geprüft, ob die Differenz des Sollwertes α_SP und des Istwertes α_AV der Position der Klappe 2 kleiner ist als ein vorgegebener zweiter Schwellenwert SW2. Ist dies nicht der Fall so wird, ggf. nach einer vorgegebenen Wartezeit, die Be dingung des Schrittes S2 erneut geprüft. Ist die Bedingung des Schrittes S2 jedoch erfüllt, so wird in einem Schritt S3 ein Mittelwert PWM_MMV des vierten pulsweitenmodulierten Signals PWM4 abhängig von eben diesem aktualisiert. Dazu er folgt beispielsweise eine gleitende Mittelwertbildung des vierten pulsweitenmodulierten Signals PWM4.

In einem Schritt S4 wird ein Zähler CTR inkrementiert. In ei nem Schritt S5 wird geprüft, ob der Zähler CTR größer ist als ein dritter Schwellenwert SW3.

Ist dies der Fall so wird in einem Schritt S6 die Temperatur T_c der Spule des elekromotorischen Stellantriebs 3 abhängig von dem Mittelwert PWM_MMV des vierten pulsweitenmodulierten Signals PWM4 und dem Sollwert α_SP oder dem Istwert α_AV der Po sition aus einem Kennfeld ermittelt. Das Kennfeld ist dabei bevorzugt vorab durch Versuchsmessungen an einem elektromoto rischen Stellantrieb ermittelt, bei dem zu diesem Zweck mindestens ein Temperatursensor angeordnet ist, der die Tempera tur der Spule erfasst.

Ist die Bedingung des Schrittes S5 jedoch nicht erfüllt, so wird in einem Schritt S8 geprüft, ob die Änderung des Soll wertes α_SP oder des Istwertes α_AV der Position der Klappe 2 größer ist als ein vorgegebener Wert, der vorzugsweise nahe Null liegt. Ist die Bedingung des Schrittes S8 erfüllt, d. h. die Änderung ist größer als der vorgegebene Wert, so wird der Zähler CTR initialisiert, vorzugsweise mit dem Wert Null be legt und dann die Bearbeitung dann in dem Schritt S2 fortge setzt.

Ist die Bedingung des Schrittes S8 nicht erfüllt, so wird die Bearbeitung direkt dem Schritt S2 fortgesetzt. Ferner wird in dem Schritt S9 auch der Mittelwert PWM_MMV auf einen neutra len Wert zurückgesetzt. Dadurch ist gewährleistet, dass zum Berechnen des Mittelwertes PWM_MMV lediglich Werte des vier ten pulsweitenmodulierten Signals PWM4 herangezogen werden, die innerhalb eines Hochlaufs des Zählers CTR erfasst werden.

In dem Schritt S1 werden auch der Zähler CTR initialisiert und der Mittelwert PWM_MMV mit dem Neutralwert belegt. Die Vorgehensweise gemäß der Schritte S1 bis S9 hat den Vorteil, dass die Temperatur T_c der Spule des elektromotorischen Stel lantriebs 3 immer nur dann bestimmt wird, wenn die Abweichung des Sollwertes und des Istwertes der Position der Klappe 2 für eine vorgegebene Zeitdauer geringer ist als der durch den Schritt 8 vorgegebene Schwellenwert. Dadurch ist eine zuver lässige und präzise Ermittlung der Temperatur T_c der Spule des elektromotorischen Stellantriebs 3 gewährleistet.

Claims

1. Verfahren zum Ermitteln der Temperatur eines elektromoto rischen Stellantriebs (3), der auf ein Stellglied einwirkt, wobei ein Regler (11) vorgesehen ist, dessen Stellgröße ab hängig von einem Sollwert (α_SP) und einem Istwert (α_AV) der Position des Stellgliedes ermittelt wird, und bei dem die Temperatur des elektromotorischen Stellantriebs (3) abhängig von der Stellgröße und dem Sollwert (α_SP) oder dem Istwert (α_AV) der Position ermittelt wird, wenn die Abweichung zwi schen dem Sollwert (α_SP) und dem Istwert (α_AV) der Position für eine vorgegebene Zeitdauer geringer ist als ein zweiter Schwellenwert (SW2) und die Änderung des Sollwerts (α_SP) oder des Istwertes (α_AV) in der vorgegebenen Zeitdauer geringer ist als ein vorgegebener Wert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur (T_C) einer Spule des elektromotorischen Stel lantriebes (3) ermittelt wird.

3. Verfahren zum Steuern eines elektromotorischen Stellan triebs (3), der auf ein Stellglied einwirkt, wobei eine Stellgröße zum Ansteuern des Stellantriebs (3) von einem Reg ler (11) abhängig von einem Sollwert (α_SP) und einem Istwert (α_AV) der Position des Stellgliedes ermittelt wird und die Stellgröße abhängig von der gemäß einem der vorstehenden An sprüche ermittelten Temperatur begrenzt wird.

4. Verfahren zum Steuern eines elektromotorischen Stellan triebs (3), der auf ein Stellglied einwirkt, wobei eine Stellgröße zum Ansteuern des Stellantriebs (3) von einem Reg ler (11) abhängig von einem Sollwert (α_SP) und einem Istwert (α_AV) der Position des Stellgliedes ermittelt wird und ein Vorsteuerwert der Stellgröße ermittelt wird und dieser abhän gig von der nach einem der Ansprüche 1 oder 2 ermittelten Tem peratur korrigiert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellgröße abhängig von der gemäß einem der vorstehenden Ansprüche ermittelten Temperatur begrenzt wird.

6. Vorrichtung zum Ermitteln der Temperatur eines elektromo torischen Stellantriebs (3), der auf ein Stellglied einwirkt, wobei ein Regler (11) vorgesehen ist, dessen Stellgröße ab hängig von einem Sollwert (α_SP) und einem Istwert (α_AV) der Position des Stellgliedes ermittelt wird, und Mittel vorgese hen sind zum Bestimmen der Temperatur des elektromotorischen Stellantriebs abhängig von der Stellgröße und dem Sollwert (α_SP) oder dem Istwert (α_AV) der Position, wenn die Abwei chung zwischen dem Sollwert (α_SP) und dem Istwert (α_AV) der Position für eine vorgegebene Zeitdauer geringer ist als ein zweiter Schwellenwert (SW2) und die Änderung des Sollwertes (α_SP) oder des Istwertes (α_AV) in der vorgegebenen Zeitdauer geringer ist als ein zweiter Schwellenwert.