DE102019218480A1

DE102019218480A1 - Method for controlling a solenoid valve and evaluation and control unit

Info

Publication number: DE102019218480A1
Application number: DE102019218480.4A
Authority: DE
Inventors: Andreas Lechler; Gerhard Stokmaier
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-11-28
Filing date: 2019-11-28
Publication date: 2021-08-05
Also published as: CN112863806A; CN112863806B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines Magnetventils (1), welches eine Magnetbaugruppe (3) mit einer elektrischen Spule (4) und einen beweglich gelagerten Magnetanker (6) mit einem Schließelement (6.1) umfasst, welcher durch Ansteuern der Magnetbaugruppe (3) gegen die Kraft einer Rückstellfeder (8) entlang einer Bewegungsrichtung bewegt wird, wobei das Schließelement (6.1) in einem geschlossenen Zustand des Magnetventils (1) dichtend in einem Ventilsitz (7.1) anliegt und in einem geöffneten Zustand des Magnetventils (1) vom Ventilsitz (1) abgehoben ist und einen wirksamen Öffnungsquerschnitt (WQ) des Magnetventils (1) einstellt, wobei mindestens eine Eingangsgröße, welche die Ankerbewegung (AB) beeinflusst oder von der Ankerbewegung (AB) beeinflusst ist, erfasst wird, wobei basierend auf der erfassten mindestens einen Eingangsgröße ein Ankerhub (x) abgeschätzt und mindestens eine elektromagnetische Dämpfungsgröße zur Beeinflussung der Ankerbewegung (AB) berechnet und an die Magnetbaugruppe (3) ausgegeben wird, wobei zur Abschätzung des Ankerhubs (x) und zur Berechnung der mindestens einen elektromagnetischen Dämpfungsgröße mindestens ein Kennfeld oder mindestens eine mathematische Funktion verwendet wird.The invention relates to a method for controlling a solenoid valve (1), which comprises a magnet assembly (3) with an electrical coil (4) and a movably mounted magnet armature (6) with a closing element (6.1), which by controlling the magnet assembly (3) is moved against the force of a return spring (8) along a direction of movement, wherein the closing element (6.1) rests in a closed state of the solenoid valve (1) sealingly in a valve seat (7.1) and in an open state of the solenoid valve (1) from the valve seat ( 1) is lifted and sets an effective opening cross-section (WQ) of the solenoid valve (1), with at least one input variable which influences the armature movement (AB) or is influenced by the armature movement (AB) being recorded, based on the recorded at least one Input variable an armature stroke (x) is estimated and at least one electromagnetic damping variable for influencing the armature movement (AB) is calculated d is output to the magnet assembly (3), at least one characteristic diagram or at least one mathematical function being used to estimate the armature stroke (x) and to calculate the at least one electromagnetic damping variable.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines Magnetventils sowie eine Auswerte- und Steuereinheit zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for controlling a solenoid valve and an evaluation and control unit for carrying out the method.

Für übliche Fahrzeugbremssystem werden zur Umsetzung von verschiedenen Sicherheitsfunktionen stromlos geschlossene Magnetventile häufig als Schaltventile eingesetzt. Beim Öffnen bzw. Schließen solcher Magnetventile werden Schaltgeräusche erzeugt. Der Grund dafür ist, dass der Anker des Magnetventils mit großer Geschwindigkeit beim Ventil-Öffnen gegen den Polkern (Anschlag) des Ventils schlägt. Beim Schließen prallt der Anker mit dem Schließelement in den Ventilsitz. Dies erzeugt große Verzögerungen am Anker und somit große, zeitabhängige, pulsförmige Kräfte im Ventil. Dies führt zu Schaltgeräuschen und zu Verschleiß des Ventilsitzes, bzw. des Ventilschließelementes. Prinzipiell gilt dieser Sachverhalt auch für andere Schaltventile, welche zur Umsetzung von ABS- bzw. ESP-Sicherheitsfunktionen zum Einsatz kommen.For conventional vehicle brake systems, normally closed solenoid valves are often used as switching valves to implement various safety functions. Switching noises are generated when such solenoid valves are opened or closed. The reason for this is that the armature of the solenoid valve strikes against the pole core (stop) of the valve at high speed when the valve is opened. When closing, the armature and the closing element hit the valve seat. This creates large delays at the armature and thus large, time-dependent, pulse-shaped forces in the valve. This leads to switching noises and wear of the valve seat or the valve closing element. In principle, this also applies to other switching valves that are used to implement ABS or ESP safety functions.

Aus der nachveröffentlichten DE 10 2018 221 930 A1 sind beispielsweise ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines Magnetventils bekannt. Das Magnetventil umfasst einen Schließkörper und eine Ruheposition, wobei der Schließkörper entlang einer Bewegungsrichtung von der Ruheposition weg bewegbar ist. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

a) Vorgeben einer Soll-Position des Schließkörpers, b) Empfangen von mindestens einer Eingangsgröße, die durch eine Ist-Position des Schließkörpers beeinflusst wird, c) Ermitteln einer geschätzten Ist-Position aus der mindestens einen Eingangsgröße, d) Ermitteln einer Regelabweichung aus der Differenz der Soll-position und der Ist-Position, e) Erzeugen einer Ansteuerungsspannung zur Ansteuerung des Magnetventils unter Verwendung der Regelgröße, und f) Ausgabe der Ansteuerungsspannung zur Ansteuerung des Magnetventils.

From the postpublished DE 10 2018 221 930 A1 For example, a method and a device for controlling a solenoid valve are known. The solenoid valve comprises a closing body and a rest position, the closing body being movable away from the rest position along a direction of movement. The procedure consists of the following steps:

a) specifying a target position of the closing body, b) receiving at least one input variable that is influenced by an actual position of the closing body, c) determining an estimated actual position from the at least one input variable, d) determining a control deviation from the Difference between the target position and the actual position, e) generating a control voltage for controlling the solenoid valve using the controlled variable, and f) outputting the control voltage for controlling the solenoid valve.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Das vorgeschlagene Verfahren zur Ansteuerung eines Magnetventils mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 hat den Vorteil, dass die Aufprallgeschwindigkeit des Schließelementes bzw. des Ankers verringert werden kann. Dadurch werden Schaltgeräusche und der Verschleiß im Ventilsitz und am Anker reduziert. Zudem können die Öffnungszeitdauer sowie die Schließzeitdauer eines Schaltventils durch das vorgeschlagene Verfahren variabel eingestellt werden. Das bedeutet, dass das Schaltventil langsam oder schnell geschaltet werden kann.The proposed method for controlling a solenoid valve with the features of independent claim 1 has the advantage that the impact speed of the closing element or the armature can be reduced. This reduces switching noises and wear in the valve seat and on the armature. In addition, the opening period and the closing period of a switching valve can be set variably using the proposed method. This means that the switching valve can be switched slowly or quickly.

Beim Schalten eines Magnetventils wird durch die Ankerbewegung bzw. Ankergeschwindigkeit eine Spannung im Magnetkreis induziert, die auch als Ankerrückwirkung bezeichnet wird, und der Ansteuerspannung überlagert. Dieser Effekt bewirkt einen Stromeinbruch, welcher während des Schaltens die erzeugte Magnetkraft reduziert. Die Wirkung ist ähnlich wie bei einer geschwindigkeitsabhängigen Dämpfungskraft die auf den Anker entgegen der Bewegungsrichtung wirkt. Die Idee der vorliegenden Erfindungsmeldung besteht darin, diesen Effekt als „elektromagnetischen Dämpfung“ mit einer einstellbarer Verstärkung umzusetzen und als Verfahren zur Ansteuerung eines Magnetventils in einer Auswerte- und Steuereinheit zu implementieren und dadurch die Ankerbewegung bzw. die Ankergeschwindigkeit zu beeinflussen. Die Wirkungsstärke der elektromagnetischen Dämpfung lässt sich variabel einstellen. Zudem kann das Verfahren zur Ansteuerung eines Magnetventils für Schaltventilen und Stellventilen angewendet werden.When a solenoid valve is switched, the armature movement or armature speed induces a voltage in the magnetic circuit, which is also referred to as armature reaction, and is superimposed on the control voltage. This effect causes a current dip which reduces the magnetic force generated during switching. The effect is similar to that of a speed-dependent damping force that acts on the armature against the direction of movement. The idea of the present invention disclosure is to implement this effect as "electromagnetic damping" with an adjustable gain and to implement it as a method for controlling a solenoid valve in an evaluation and control unit and thereby influencing the armature movement or the armature speed. The effectiveness of the electromagnetic damping can be adjusted variably. In addition, the method for controlling a solenoid valve can be used for switching valves and control valves.

Bei Stellventilen können in vorteilhafter Weise Hubschwingungen gedämpft werden. Zudem lässt sich eine gewünschte Lage bei lagegeregelten Stellventile über die einstellbare Dämpfung besser regeln, sodass die Stabilität des Lageregelkreises dadurch vergrößert bzw. erst möglich wird. Bei Schaltventilen lässt sich in vorteilhafter Weise die Aufschlagsgeschwindigkeit des Schließelements, bzw. des Ankers an den Anschlägen beim Öffnen und Schließen des Magnetventils durch die einstellbare Dämpfung reduzieren. Dadurch wird das Schaltgeräusch und der Ventilverschleiß reduziert. Die variabel einstellbare Dämpfung kann so groß gewählt werden, dass ein Schaltventil bei einer Fluiddurchströmung, welche eine auf das Schließelement destabilisierend wirkende Hydraulikkraft erzeugt, als „Quasi-Stell-Ventil“ betreibbar ist. Damit ist gemeint, dass durch die einstellbare Dämpfung die Öffnungszeitdauer bzw. Schließzeitdauer des Schaltventils variabel gewählt werden kann.In the case of control valves, stroke vibrations can be dampened in an advantageous manner. In addition, in the case of position-controlled control valves, a desired position can be better controlled via the adjustable damping, so that the stability of the position control loop is thereby increased or made possible in the first place. In the case of switching valves, the impact speed of the closing element or of the armature on the stops when opening and closing the solenoid valve can advantageously be reduced by the adjustable damping. This reduces switching noise and valve wear. The variably adjustable damping can be selected to be so large that a switching valve can be operated as a “quasi-adjusting valve” when there is a fluid flow through which generates a hydraulic force that has a destabilizing effect on the closing element. This means that the adjustable damping allows the opening time or closing time of the switching valve to be selected variably.

Zudem ist bei Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ansteuerung eines Magnetventils keine Ankerlageregelung bei Schaltventilen erforderlich. Das Schaltventil muss keine stabilen Arbeitspunkte aufweisen. Damit ist gemeint, dass die auf den Anker wirkenden Kräfte, wie beispielsweise eine Magnetkraft, eine Hydraulikkraft und eine Federkraft, die neben anderen physikalischen Größen vom Ankerhub abhängig sind, keine Arbeitspunkte mit stabilem Kräftegleichgewicht aufweisen müssen. Das Schaltventil kann über die einstellbare Dämpfung sowohl sehr langsam als auch sehr schnell öffnen und schließen. In dem Betriebsmodus „Quasi-Stellventil“ ist keine Teilhubstellung mit konstantem Hub über längere Zeit möglich.In addition, in embodiments of the method according to the invention for controlling a solenoid valve, no armature position control is required for switching valves. The switching valve does not have to have any stable operating points. This means that the forces acting on the armature, such as a magnetic force, a hydraulic force and a spring force, which, in addition to other physical quantities, are dependent on the armature stroke, do not have to have any operating points with a stable balance of forces. The switching valve can open and close both very slowly and very quickly via the adjustable damping. In the "quasi-control valve" operating mode, a partial stroke position with a constant stroke over a longer period of time is not possible.

Zudem können Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ansteuerung eines Magnetventils mit einer Ankerlageregelung der nachveröffentlichten DE 10 2018 221 930 A1 kombiniert werden. Dadurch lässt sich ein Schaltventil als Stellventil betreiben. Durch die elektromagnetisch einstellbare Ankerdämpfung wird die Stabilität des Ankerlageregelkreises erhöht. Dies gilt insbesondere für höhere Fluidtemperaturen, da in diesem Fall die hydraulische viskose Dämpfung des Schließelements bzw. Ankers abnimmt. Durch die elektromagnetische Dämpfung des vorgeschlagenen Verfahrens zur Ansteuerung eines Magnetventils, kann das lagegeregelte Magnetventil der nachveröffentlichten DE 10 2018 221930 A1 ausreichend gedämpft werden. In dem Betriebsmodus „Stellventil“ ist eine Teilhubstellung mit konstantem Hub über längere Zeit möglich.In addition, embodiments of the method according to the invention for controlling a solenoid valve with armature position control can be used in the subsequently published DE 10 2018 221 930 A1 be combined. This enables a switching valve to be operated as a control valve. The electromagnetically adjustable armature damping increases the stability of the armature position control loop. This applies in particular to higher fluid temperatures, since in this case the hydraulic viscous damping of the closing element or armature decreases. Due to the electromagnetic damping of the proposed method for controlling a solenoid valve, the position-regulated solenoid valve can be the post-published DE 10 2018 221930 A1 be sufficiently damped. In the "control valve" operating mode, a partial stroke position with a constant stroke is possible over a longer period of time.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ein Verfahren zur Ansteuerung eines Magnetventils zur Verfügung, welches eine Magnetbaugruppe mit einer elektrischen Spule und einen beweglich gelagerten Magnetanker mit einem Schließelement umfasst, welcher durch Ansteuern der Magnetbaugruppe gegen die Kraft einer Rückstellfeder entlang einer Bewegungsrichtung bewegt wird. Zudem liegt das Schließelement in einem geschlossenen Zustand des Magnetventils dichtend in einem Ventilsitz an und ist in einem geöffneten Zustand des Magnetventils vom Ventilsitz abgehoben und stellt einen wirksamen Öffnungsquerschnitt des Magnetventils ein. Hierbei wird mindestens eine Eingangsgröße, welche die Ankerbewegung beeinflusst oder von der Ankerbewegung beeinflusst ist, erfasst. Basierend auf der erfassten mindestens einen Eingangsgröße wird ein Ankerhub abgeschätzt und mindestens eine elektromagnetische Dämpfungsgröße zur Beeinflussung der Ankerbewegung berechnet und an die Magnetbaugruppe ausgegeben. Zur Abschätzung des Ankerhubs und zur Berechnung der mindestens einen elektromagnetischen Dämpfungsgröße wird mindestens ein Kennfeld oder mindestens eine mathematische Funktion verwendet.Embodiments of the present invention provide a method for controlling a solenoid valve which comprises a magnet assembly with an electrical coil and a movably mounted magnet armature with a closing element, which is moved along a direction of movement by controlling the magnet assembly against the force of a return spring. In addition, in a closed state of the solenoid valve, the closing element rests in a sealing manner in a valve seat and, in an open state of the solenoid valve, is lifted from the valve seat and sets an effective opening cross-section of the solenoid valve. In this case, at least one input variable which influences the armature movement or is influenced by the armature movement is recorded. Based on the recorded at least one input variable, an armature stroke is estimated and at least one electromagnetic damping variable for influencing the armature movement is calculated and output to the magnet assembly. At least one characteristic diagram or at least one mathematical function is used to estimate the armature stroke and to calculate the at least one electromagnetic damping variable.

Zudem wird eine Auswerte- und Steuereinheit vorgeschlagen, welche eingerichtet ist, ein solches Verfahren zur Ansteuerung eines Magnetventils auszuführen.In addition, an evaluation and control unit is proposed which is set up to carry out such a method for controlling a solenoid valve.

Unter der Auswerte- und Steuereinheit kann vorliegend ein elektrisches Gerät, wie beispielsweise ein Steuergerät, insbesondere ein Bremsensteuergerät, verstanden werden, welches erfasste Sensorsignale verarbeitet bzw. auswertet. Die Auswerte- und Steuereinheit kann mindestens eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Auswerte- und Steuereinheit beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind. Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert ist und zur Durchführung des Verfahren zur Ansteuerung eines Magnetventils verwendet wird, wenn das Programm von der Auswerte- und Steuereinheit ausgeführt wird.In the present case, the evaluation and control unit can be understood to mean an electrical device, such as a control device, in particular a brake control device, which processes or evaluates detected sensor signals. The evaluation and control unit can have at least one interface which can be designed in terms of hardware and / or software. In the case of a hardware design, the interfaces can be part of a so-called system ASIC, for example, which contains a wide variety of functions of the evaluation and control unit. However, it is also possible that the interfaces are separate, integrated circuits or at least partially consist of discrete components. In the case of a software-based design, the interfaces can be software modules that are present, for example, on a microcontroller alongside other software modules. A computer program product with program code that is stored on a machine-readable carrier such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and is used to carry out the method for controlling a solenoid valve when the program is executed by the evaluation and control unit is also advantageous.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen des im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen Verfahrens zur Ansteuerung eines Magnetventils möglich.The measures and developments listed in the dependent claims make it possible to improve the method specified in independent claim 1 for controlling a solenoid valve.

Besonders vorteilhaft ist, dass die mindestens eine Eingangsgröße einem Spulenstrom oder einer Ansteuerspannung oder einem ohmschen Widerstand der Spule entsprechen kann.It is particularly advantageous that the at least one input variable can correspond to a coil current or a control voltage or an ohmic resistance of the coil.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens kann das mindestens eine Kennfeld einem Kennfeld eines verketteten Flusses, welches den verketteten Fluss als Funktion des Ankerhubs und des Spulenstroms beschreibt, oder einem Kennfeld einer Bewegungs-Induktion, welches sich aus einer partiellen Ableitung des verketteten Flusses nach dem Ankerhub ergibt, oder einem Kennfeld einer Strom-Induktion entsprechen, welches sich aus einer partiellen Ableitung des verketteten Flusses nach dem Spulenstrom ergibt. Der Ankerhub kann beispielsweise aus den Eingangsgrößen Spulenstrom, Ansteuerspannung und ohmscher Widerstand der Spule und einem charakteristischen Kennfeld des Magnetkreises, wie es beispielsweise in nachveröffentlichten DE 10 2018 221 930 A1 beschrieben ist, ermittelt werden. Eine Ankergeschwindigkeit kann beispielsweise durch Zeitableitung des Ankerhubs berechnet werden. Zudem kann die elektromagnetische Dämpfungsgröße als Dämpfungsspannung berechnet werden, welche einer Ansteuerspannung des Magnetventils überlagert wird und eine Ankergeschwindigkeit verringert bzw. dämpft.In a further advantageous embodiment of the method, the at least one map can be a map of a chained flux, which describes the chained flux as a function of the armature stroke and the coil current, or a map of a motion induction, which is derived from a partial derivation of the chained flux after the armature stroke results, or correspond to a map of a current induction, which results from a partial derivation of the linked flux according to the coil current. The armature stroke can, for example, from the input variables coil current, control voltage and ohmic resistance of the coil and a characteristic map of the magnetic circuit, as it is, for example, published in later DE 10 2018 221 930 A1 is described. An anchor speed can be calculated, for example, by deriving the anchor stroke from time. In addition, the electromagnetic damping variable can be calculated as a damping voltage, which is superimposed on a control voltage of the solenoid valve and reduces or dampens an armature speed.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens kann eine erste Dämpfungsspannung aus einem Produkt einer ersten Übertragungsfunktion und der Ankergeschwindigkeit berechnet werden, wobei die erste Übertragungsfunktion aus entnommenen Werten aus einem ersten Bewegungs-Induktions-Kennfeld und einem ersten Verstärkungsfaktor durch Multiplikation berechnet wird, über welchen die Dämpfungswirkung einstellbar ist. Zur Berechnung der elektromagnetischen Dämpfungsgröße können Kennfelder verwendet werden, welche ein dynamisches Verhalten der Ankerrückwirkung beschreiben. Hierzu kann beispielsweise das oben genannte Bewegungs-Induktions-Kennfeld verwendet werden, das in der Auswerte- und Steuereinheit gespeichert werden kann. Dieses Kennfeld hängt vom Ankerhub und vom Spulenstrom ab und stellt einen Ankerhubgradienten des verketteten Flusses dar. In Abhängigkeit vom Strom und vom Ankerhub ergibt sich ein Wert für die Bewegungs-Induktion. Dieser Wert, multipliziert mit der Ankergeschwindigkeit und dem einstellbaren ersten Verstärkungsfaktor, ergibt die erste Dämpfungsspannung, welche von der Ansteuerspannung subtrahiert wird. Die erste Dämpfungsspannung ist proportional zu der durch die Bewegungsinduktion induzierten Spannung. Über die Größe des ersten Verstärkungsfaktors kann die Größe der ersten Dämpfungsspannung bzw. die Größe der elektromagnetischen Dämpfungswirkung eingestellt werden. Die Werte der ersten Bewegungs-Induktion sind bei kleinen Ankerhüben klein, und nehmen mit zunehmendem Ankerhub zu. Dadurch wird bei größeren Ankerhüben, bei einer vorgegebenen Ankergeschwindigkeit, eine größere zweite Dämpfungsspannung und somit im Vergleich zu kleinen Hüben eine größere Dämpfungswirkung erzielt. Als Eingangsgrößen werden der Ankerhub und der Spulenstrom verwendet. Diese Eingangsgrößen müssen gemessen oder berechnet werden. Die Ankergeschwindigkeit erhält man durch Zeitableitung des Ankerhubes. Aus der nachveröffentlichten DE 10 2018 221 930 A1 ist beispielsweise ein Verfahren bekannt, mit dem der Ankerhub aus den Messgrößen Ansteuerspannung, sowie dem Spulenstrom und dem ohmschen Widerstand der Spule und einem charakteristischen Kennfeld des Magnetkreises ermittelt werden kann. Alternativ zum Bewegungs-Induktions-Kennfeld können auch andere Kennfelder verwendet werden.In a further advantageous embodiment of the method, a first damping voltage can be calculated from a product of a first transfer function and the armature speed, the first transfer function being calculated from values taken from a first motion-induction map and a first gain factor by multiplication, via which the Damping effect is adjustable. To calculate the electromagnetic damping quantity, characteristic diagrams can be used which describe a dynamic behavior of the armature reaction. For this purpose, for example, the above-mentioned motion-induction map can be used, which can be stored in the evaluation and control unit. This map depends on the armature stroke and the coil current and represents an armature stroke gradient of the linked flux. A value for the motion induction results as a function of the current and the armature stroke. This value, multiplied by the armature speed and the adjustable first gain factor, results in the first damping voltage, which is subtracted from the control voltage. The first damping voltage is proportional to the voltage induced by the motion induction. The size of the first damping voltage or the size of the electromagnetic damping effect can be set via the size of the first gain factor. The values of the first motion induction are small with small armature strokes and increase with increasing armature stroke. As a result, with larger armature strokes, at a given armature speed, a larger second damping voltage and thus a greater damping effect compared to small strokes is achieved. The armature stroke and the coil current are used as input variables. These input variables must be measured or calculated. The armature speed is obtained from the time derivative of the armature stroke. From the postpublished DE 10 2018 221 930 A1 For example, a method is known with which the armature stroke can be determined from the measured variables control voltage, as well as the coil current and the ohmic resistance of the coil and a characteristic map of the magnetic circuit. As an alternative to the motion-induction map, other maps can also be used.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens kann eine zweite Dämpfungsspannung aus einem Produkt einer zweiten Übertragungsfunktion mit der Ankergeschwindigkeit berechnet werden, wobei die zweite Übertragungsfunktion aus entnommenen Werten aus einem korrespondierenden zweiten Bewegungs-Induktions-Kennfeld und einem zweiten Verstärkungsfaktor durch Multiplikation berechnet wird, über welchen die Dämpfungswirkung einstellbar ist. Die Werte der zweiten Bewegungs-Induktion sind bei kleinen Ankerhüben groß, und nehmen mit zunehmendem Ankerhub ab. Dadurch wird bei kleinen Ankerhüben, bei einer vorgegebenen Ankergeschwindigkeit, eine größere zweite Dämpfungsspannung und somit im Vergleich zu großen Hüben eine größere Dämpfungswirkung erzielt. Der umgekehrte Sachverhalt gilt für die erste Dämpfungs-Spannung, welche durch Werte der ersten Bewegungs-Induktion und der Ankergeschwindigkeit bei größeren Ankerhüben eine größere Dämpfungswirkung als bei kleineren Ankerhüben erzeugt. Durch die Kombination der ersten Dämpfungsspannung und der zweiten Dämpfungsspannung kann eine gemeinsame Dämpfungswirkung durch entsprechende Wahl der zugehörigen Verstärkungsfaktoren besser an den Ankerhub angepasst werden.In a further advantageous embodiment of the method, a second damping voltage can be calculated from a product of a second transfer function with the armature speed, the second transfer function being calculated from values taken from a corresponding second motion-induction map and a second gain factor by multiplication, via which the Damping effect is adjustable. The values of the second induction of movement are high with small armature strokes and decrease with increasing armature stroke. As a result, with small armature strokes, at a given armature speed, a larger second damping voltage and thus a greater damping effect compared to large strokes is achieved. The opposite applies to the first damping voltage, which, due to the values of the first motion induction and the armature speed, produces a greater damping effect for larger armature strokes than for smaller armature strokes. By combining the first damping voltage and the second damping voltage, a common damping effect can be better adapted to the armature stroke by appropriate selection of the associated gain factors.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens kann eine dritte Dämpfungsspannung aus einem Produkt einer dritten Übertragungsfunktion und einem dritten Verstärkungsfaktor berechnet werden, über welchen die Dämpfungswirkung einstellbar ist, wobei die dritte Übertragungsfunktion einer inversen Übertragungsfunktion des Magnetkreises der Magnetbaugruppe entspricht. Die dritte Übertragungsfunktion kann ein erstes Produkt aus einer Strom-Induktivität mit einer Ankerbeschleunigung und ein zweites Produkt aus ohmschem Widerstand der Spule mit der Ankergeschwindigkeit addieren, wobei die Strom-Induktivität aus einem korrespondierenden Kennfeld entnommenen werden kann, und die Ankerbeschleunigung aus einer zeitlichen Ableitung der Ankergeschwindigkeit berechnet werden kann. Dadurch kann eine durch den Magnetkreis verursachte verzögerte Wirkung der Dämpfung am Anker vermieden werden. Der Hauptvorteil ist, dass die Dämpfung am Anker nicht mehr zeitverzögert wirkt, sondern die Dämpfung wirkt unmittelbar, da die Zeitverzögerung des Magnetkreises, welche durch die Übertragungsfunktion des Magnetkreises verursacht wird, durch die implementierte dritte Übertragungsfunktion kompensiert wird. Die Dämpfungswirkung wird dadurch verbessert gegenüber den anderen aufgezeigten Ansteuerungen. Zur Realisierung der Ansteuerung werden der Ankerhub, die Ankergeschwindigkeit, die Ankerbeschleunigung und der Ankerstrom erfasst bzw. gemessen oder berechnet. Zudem kann der dritte Verstärkungsfaktor vom Ankerhub und vom Spulenstrom abhängig sein.In a further advantageous embodiment of the method, a third damping voltage can be calculated from a product of a third transfer function and a third gain factor, via which the damping effect can be adjusted, the third transfer function corresponding to an inverse transfer function of the magnetic circuit of the magnet assembly. The third transfer function can add a first product of a current inductance with an armature acceleration and a second product of the ohmic resistance of the coil with the armature speed Anchor speed can be calculated. In this way, a delayed effect of the damping on the armature caused by the magnetic circuit can be avoided. The main advantage is that the damping at the armature no longer has a time delay, but the damping has an immediate effect, since the time delay of the magnetic circuit, which is caused by the transfer function of the magnetic circuit, is compensated by the implemented third transfer function. This improves the damping effect compared to the other controls shown. To implement the control, the armature stroke, the armature speed, the armature acceleration and the armature current are recorded or measured or calculated. In addition, the third gain factor can be dependent on the armature stroke and the coil current.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen.Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing and are explained in more detail in the following description. In the drawing, the same reference symbols designate components or elements that perform the same or analogous functions.

FigurenlisteFigure list

1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines stromlos geschlossenen Magnetventils, welches durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Ansteuerung eines Magnetventils angesteuert wird. 1 shows a schematic sectional illustration of an exemplary embodiment of a normally closed solenoid valve which is controlled by the method according to the invention for controlling a solenoid valve.
2 zeigt ein schematisches elektrisches Schaltbild einer Anordnung mit einer Auswerte- und Steuereinheit und dem Magnetventil aus 1. 2 shows a schematic electrical circuit diagram of an arrangement with an evaluation and control unit and the solenoid valve from 1 .
3 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ansteuerung eines Magnetventils. 3 shows a schematic flow diagram of an exemplary embodiment of a method according to the invention for controlling a solenoid valve.
4 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Wirkungskette der Anordnung aus 2 mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer elektromagnetischen Dämpfung. 4th FIG. 4 shows a schematic block diagram of a functional chain of the arrangement from FIG 2 with a first embodiment of electromagnetic damping.
5 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Wirkungskette der Anordnung aus 2 mit einem zweiten Ausführungsbeispiel einer elektromagnetischen Dämpfung. 5 FIG. 4 shows a schematic block diagram of a functional chain of the arrangement from FIG 2 with a second embodiment of electromagnetic damping.
6 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Wirkungskette der Anordnung aus 2 mit einem dritten Ausführungsbeispiel einer elektromagnetischen Dämpfung. 6th FIG. 4 shows a schematic block diagram of a functional chain of the arrangement from FIG 2 with a third embodiment of electromagnetic damping.
7 zeigt ein schematisches Kennfeld eines verketteten Flusses als Funktion eines Arbeitsluftspalts und eines Spulenstroms für das Magnetventil aus 1. 7th shows a schematic characteristic diagram of a linked flow as a function of a working air gap and a coil current for the solenoid valve from 1 .
8 zeigt ein schematisches Kennfeld eines verketteten Flusses als Funktion eines Ankerhubs und eines Spulenstroms für das Magnetventil aus 1. 8th shows a schematic map of a linked flux as a function of an armature stroke and a coil current for the solenoid valve 1 .
9 zeigt ein schematisches erstes Kennfeld einer Bewegungs-Induktion, welches aus dem Kennfeld des verketteten Flusses aus 8 abgeleitet ist. 9 shows a schematic first map of a motion induction, which is derived from the map of the linked flow 8th is derived.
10 zeigt ein schematisches zweites Kennfeld einer Bewegungs-Induktion, welches aus dem Kennfeld des verketteten Flusses aus 7 abgeleitet ist. 10 shows a schematic second map of a motion induction, which is derived from the map of the linked flow 7th is derived.
11 zeigt Kennliniendiagramme einer Ansteuerspannung, eines Ankerhubs, einer Ankergeschwindigkeit und eines Spulenstroms über der Zeit während der Ansteuerung des Magnetventils aus 1 ohne elektromagnetische Dämpfung. 11 shows characteristic diagrams of a control voltage, an armature stroke, an armature speed and a coil current over time during the control of the solenoid valve 1 without electromagnetic damping.
12 zeigt Kennliniendiagramme der Ansteuerspannung, des Ankerhubs, der Ankergeschwindigkeit und des Spulenstroms über der Zeit während der Ansteuerung des Magnetventils aus 1 mit elektromagnetischer Dämpfung. 12th shows characteristic diagrams of the control voltage, the armature stroke, the armature speed and the coil current over time during the activation of the solenoid valve 1 with electromagnetic damping.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst das dargestellte Ausführungsbeispiel eines Magnetventils 1 eine Magnetbaugruppe 3 mit einer elektrischen Spule 4 und einen beweglich gelagerten Magnetanker 6 mit einem Schließelement 6.1, welcher durch Ansteuern der Magnetbaugruppe 3 gegen die Kraft einer Rückstellfeder 8 entlang einer Bewegungsrichtung bewegt wird. Das Schließelement 6.1 in einem dargestellten geschlossenen Zustand des Magnetventils 1 dichtend in einem Ventilsitz 7.1 an. In einem nicht dargestellten geöffneten Zustand des Magnetventils 1 ist das Schließelement 6.1 vom Ventilsitz 1 abgehoben und stellt einen wirksamen Öffnungsquerschnitt WQ des Magnetventils 1 ein.How out 1 As can be seen, the illustrated embodiment comprises a solenoid valve 1 a magnet assembly 3 with an electric coil 4th and a movably mounted magnet armature 6th with a closing element 6.1 , which by controlling the magnet assembly 3 against the force of a return spring 8th is moved along a direction of movement. The closing element 6.1 in an illustrated closed state of the solenoid valve 1 sealing in a valve seat 7.1 on. In an open state, not shown, of the solenoid valve 1 is the closing element 6.1 from the valve seat 1 lifted and provides an effective opening cross-section WQ of the solenoid valve 1 on.

Wie aus 1 weiter ersichtlich ist, entspricht das dargestellte Magnetventil 1 einem stromlos geschlossenen 2/2-Magnetventil mit einem Kugel-Kegel-Sitz in geschlossener Ankerstellung. Wie aus 2 weiter ersichtlich ist, wirkt eine elektrische Spannung uE an der Magnetbaugruppe 3, sodass ein Spulenstrom J in der elektrischen Spule 4 fließt, wodurch ein magnetischer Fluss im Eisenkreis und auch im Arbeitsluftspalt ALS aufgebaut wird. Wie aus 1 weiter ersichtlich ist, wirkt dadurch im Arbeitsluftspalt ALS eine Magnetkraft Fm(x, J) auf den Magnetanker 6 entgegen einer Federkraft Ff(x) der Rückstellfeder 8. Dadurch öffnet das Magnetventil 1. Das bedeutet, dass das Schließelement 6.1 vom Ventilsitz 7.1 abgehoben und der wirksame Öffnungsquerschnitt WQ am Kugel-Kegel-Sitz freigegeben wird. Hierbei ist die Magnetkraft Fm(x, J) vom Ankerhub x bzw. vom Arbeitsluftspalt ALS und vom Spulenstrom J abhängig. Die Federkraft Ff(x) ist vom Ankerhub x abhängig. Wird das Magnetventil 1 während des Öffnungsvorgangs von einem Volumenstrom q in Pfeilrichtung durchströmt, so wirkt eine Hydraulikkraft Fh(x, p12) in schließender Richtung auf den Magnetanker 6. Die Hydraulikkraft Fh(x, p12) hängt vom Ankerhub x und von einer Druckdifferenz p12 ab, welche einer Differenz zwischen einem ersten Druck p1 an einer Zuströmseite des Magnetventils 1 und einem zweiten Druck p2 an der Abströmseite des Magnetventils 1 entspricht. Während der Ankerbewegung wirkt eine Dämpfungskraft Fd(v), welche von der Ankergeschwindigkeit v abhängig ist. Diese Dämpfungskraft Fd(v) bremst den Magnetanker 6, da diese immer entgegen der Ankergeschwindigkeitsrichtung wirkt. Das bedeutet, dass die Dämpfungskraft Fd(v) beim Öffnen des Magnetventils 1 nach unten (Fd+) und beim Schließen des Magnetventils 1 nach oben (Fd-) wirkt. Beim Öffnen des Magnetventils 1 nimmt die Ankergeschwindigkeit v zu und trifft mit maximaler Aufprallgeschwindigkeit am Anschlag, hier am Polkern 2 auf. Durch die große Ankerverzögerung wirken große, zeitabhängige, pulsförmige Kräfte auf den Anschlag bzw. Polkern 2. Diese Kräfte verursachen Geräusche und Verschleiß am Polkern 2 bzw. am Magnetanker 6. Analog entstehen beim Schließen des Magnetventils 1 durch den Aufprall des Schließelements 6.1 im Ventilsitz 7.1 Geräusche und Verschleiß im Ventilsitz 7.1.How out 1 can also be seen, corresponds to the illustrated solenoid valve 1 a normally closed 2/2 solenoid valve with a ball-cone seat in the closed armature position. How out 2 As can also be seen, an electrical voltage uE acts on the magnet assembly 3 so that a coil current J in the electric coil 4th flows, creating a magnetic flux in the iron circuit and also in the working air gap AS is being built. How out 1 can also be seen, acts as a result in the working air gap AS a magnetic force Fm (x, J) on the magnet armature 6th against a spring force Ff (x) of the return spring 8th . This opens the solenoid valve 1 . That means the closing element 6.1 from the valve seat 7.1 lifted and the effective opening cross-section WQ is released at the ball-and-cone seat. The magnetic force Fm (x, J) is dependent on the armature stroke x or on the working air gap ALS and on the coil current J. The spring force Ff (x) depends on the armature stroke x. Will the solenoid valve 1 During the opening process a volume flow q flows through it in the direction of the arrow, a hydraulic force Fh (x, p12) acts on the magnet armature in the closing direction 6th . The hydraulic force Fh (x, p12) depends on the armature stroke x and on a pressure difference p12, which is a difference between a first pressure p1 on an inflow side of the solenoid valve 1 and a second pressure p2 on the downstream side of the solenoid valve 1 is equivalent to. During the armature movement, a damping force Fd (v) acts, which is dependent on the armature speed v. This damping force Fd (v) brakes the magnet armature 6th , as this always acts against the direction of the anchor speed. This means that the damping force Fd (v) when the solenoid valve opens 1 down (Fd +) and when the solenoid valve closes 1 acts upwards (Fd-). When opening the solenoid valve 1 the armature speed v increases and hits the stop at maximum impact speed, here on the pole core 2 on. Due to the large armature delay, large, time-dependent, pulse-shaped forces act on the stop or pole core 2 . These forces cause noise and wear on the pole core 2 or on the magnet armature 6th . Analogously arise when the solenoid valve closes 1 by the impact of the closing element 6.1 in the valve seat 7.1 Noise and wear in the valve seat 7.1 .

Wie aus 2 weiter ersichtlich ist, umfasst die elektrischen Spule 4 einen ohmschen Widerstand R und eine Induktivität L(x, J), die vom Ankerhub x bzw. vom Arbeitsluftspalt ALS abhängig ist. Gleichungen (1) und (2) zeigen die Spannungsbilanz für die dargestellte Anordnung. $u E_{(t)} = u_{i n d} + u_{R}$

u E_{(t)} = \frac{d ψ (x, J)}{d t} + R * J

How out 2 can further be seen, comprises the electrical coil 4th an ohmic resistance R and an inductance L (x, J), which is dependent on the armature stroke x or on the working air gap ALS. Equations (1) and (2) show the voltage balance for the arrangement shown.

u {E.}_{(t)} = u_{i n d} + u_{R.}

u {E.}_{(t)} = \frac{d ψ (x, J)}{d t} + R. * J

Gleichung (1) und (2) zeigen, dass der Spulenstrom J durch die vorgegebene, zeitabhängige Eingangsspannung uE(t) bestimmt ist, welche gleich der Summe aus dem Spannungsabfall uR an dem ohmschen Widerstand R und der induzierten Spannung uind an der Induktivität L(x, J) ist, welche gleich der zeitlichen Änderung des verketteten Flusses ψ(_x,J) ist. Gleichung 3 zeigt die zeitliche Änderung des verketteten Flusses ψ(x,J). $\frac{d ψ (x, J)}{d t} = \frac{\partial ψ (x, J)}{\partial x} * \dot{x} + \frac{\partial ψ (x, J)}{\partial J} * \dot{J}$

Equations (1) and (2) show that the coil current J is determined by the specified, time-dependent input voltage uE (t), which is equal to the sum of the voltage drop uR across the ohmic resistance R and the induced voltage uind across the inductance L ( x, J), which is equal to the temporal change of the linked flow ψ ( _{x, J} ). Equation 3 shows the change in the linked flow ψ (x, J) over time.

\frac{d ψ (x, J)}{d t} = \frac{\partial ψ (x, J)}{\partial x} * \dot{x} + \frac{\partial ψ (x, J)}{\partial J} * \dot{J}

Die zeitliche Änderung des verketteten Flusses ψ(x,J) ist durch die Summe des zeitlichen Stromgradienten multipliziert mit der Strom-Induktivität ψ_J=∂ψ/∂_J und der Ankergeschwindigkeit v multipliziert mit der Bewegungs-Induktivität ψx=∂ψ/∂x bestimmt. Die Strom-Induktivität sowie die Bewegungsinduktivität sind Funktionen vom Ankerhub x, bzw. vom Arbeitsluftspalt ALS und vom Spulenstrom J.The temporal change in the linked flux ψ (x, J) is multiplied by the sum of the temporal current _{gradient by the current inductance ψ J} = ∂ψ / ∂ _J and the armature speed v multiplied by the motion inductance ψx = ∂ψ / ∂x definitely. The current inductance and the movement inductance are functions of the armature stroke x or the working air gap ALS and the coil current J.

Wie aus 3 weiter ersichtlich ist, wird im dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens 100 zur Ansteuerung eines Magnetventils 1 in einem Schritt S100 mindestens eine Eingangsgröße erfasst, welche die Ankerbewegung AB beeinflusst oder von der Ankerbewegung AB beeinflusst ist. Basierend auf der erfassten mindestens einen Eingangsgröße wird im Schritt S110 ein Ankerhub x abgeschätzt und im Schritt S120 mindestens eine elektromagnetische Dämpfungsgröße zur Beeinflussung der Ankerbewegung AB berechnet. Im Schritt S130 wird die elektromagnetische Dämpfungsgröße an die Magnetbaugruppe 3 ausgegeben. Hierbei wird zur Abschätzung des Ankerhubs x und zur Berechnung der mindestens einen elektromagnetischen Dämpfungsgröße mindestens ein Kennfeld oder mindestens eine mathematische Funktion verwendet.How out 3 It can also be seen in the illustrated embodiment of the method according to the invention 100 for controlling a solenoid valve 1 in one step S100 detects at least one input variable which influences the armature movement AB or is influenced by the armature movement AB. Based on the recorded at least one input variable, step S110 an armature stroke x is estimated and in step S120 at least one electromagnetic damping variable for influencing the armature movement AB is calculated. In step S130 becomes the electromagnetic damping quantity to the magnet assembly 3 issued. In this case, at least one characteristic diagram or at least one mathematical function is used to estimate the armature stroke x and to calculate the at least one electromagnetic damping variable.

Wie aus 4 bis 6 ersichtlich ist, beschreibt ein gepunktet dargestellter Block eine Magnetkreisdynamik MKD als ein dynamisches Verhalten des Spulenstroms J in Abhängigkeit von einer an die Spule 4 angelegten Eingangsspannung uE und vom Ankerhub x. Die Magnetkreisdynamik MKD lässt sich aus der elektrischen Schaltung des Magnetkreises aus 2 durch Laplace-Transformation der Gleichungen (2) und (3) ableiten. Ein erster Block stellt das Übertragungsverhalten des Magnetkreises als Übertragungsfunktion GM(s) dar, welche hier einem PT1-Verhalten entspricht. Gleichung (4) zeigt die Übertragungsfunktion GM(s). $G M (s) = \frac{1}{ψ_{J * s + R}} = \frac{\frac{1}{R}}{τ * s + 1}$

How out 4th until 6th As can be seen, a dotted block describes a magnetic circuit dynamics MKD as a dynamic behavior of the coil current J as a function of an applied to the coil 4th applied input voltage uE and armature stroke x. The magnetic circuit dynamics MKD can be derived from the electrical circuit of the magnetic circuit 2 derive by Laplace transform of equations (2) and (3). A first block shows the transfer behavior of the magnetic circuit as a transfer function GM (s), which here corresponds to a PT1 behavior. Equation (4) shows the transfer function GM (s).

G M. (s) = \frac{1}{ψ_{J * s + R.}} = \frac{\frac{1}{R.}}{τ * s + 1}

Mit der Zeitkonstanten τ=ψ_J/R.With the time constant τ = ψ _J / R.

Ausgangsgröße der Übertragungsfunktion GM(s) des Magnetkreises ist der Spulenstrom J. In einem weiteren Block, welcher die Ankerbewegung AB repräsentiert, wird in Abhängigkeit vom eingegebenen Spulenstrom J als Eingangsgröße der Ankerhub x als Ausgangsgröße erzeugt. Für den einstellbaren wirksamen Querschnitt WQ werden in den korrespondierenden Block der Ankerhub x und die am Magnetventil 1 zwischen der Zuströmseite und der Abströmseite des Magnetventils 1 anliegende Druckdifferenz p12 als Eingangsgrößen eingegeben. Die Druckdifferenz p12 und der Ankerhub x erzeugen einen Volumenstrom q durch den Kugel-Kegel-Sitz. Die Rückwirkung der Ankergeschwindigkeit v durch die Bewegungsinduktion Ψx erzeugt eine induzierte elektrische Bewegungsspannung uiB, welche von der vorgegebenen Eingangsspannung uE(t) subtrahiert wird. Dieser Vorgang wird hier als Ankerrückwirkung bezeichnet. Die sich ergebende Magnetkreisspannung um ist Eingangsgröße für die Übertragungsfunktion GM(s) des Magnetkreises. Die induzierte Bewegungsspannung uiB wird durch einen zweiten Block der Magnetkreisdynamik MKD als Übertragungsfunktion GAB(s) der Ankerrückwirkung nach Gleichung (5) bestimmt. Hierbei wird die Ankergeschwindigkeit v bzw. der sich zeitlich verändernde Ankerhub x als Eingangsgröße in die Übertragungsfunktion GAB(s) der Ankerrückwirkung eingegeben. $G A B (s) = ψ_{x} * s$

The output variable of the transfer function GM (s) of the magnetic circuit is the coil current J. In a further block, which represents the armature movement AB, the armature stroke x is generated as an output variable, depending on the entered coil current J as an input variable. For the adjustable effective cross-section WQ the armature stroke x and the solenoid valve are in the corresponding block 1 between the inflow side and the outflow side of the solenoid valve 1 applied pressure difference p12 entered as input variables. The pressure difference p12 and the armature stroke x generate a volume flow q through the ball-cone seat. The reaction of the armature speed v through the motion induction Ψx generates an induced electrical motion voltage uiB, which is subtracted from the specified input voltage uE (t). This process is referred to here as anchor reaction. The resulting magnetic circuit voltage um is the input variable for the transfer function GM (s) of the magnetic circuit. The induced motion voltage uiB is generated by a second block of the magnetic circuit dynamics MKD determined as the transfer function GAB (s) of the armature reaction according to equation (5). The armature speed v or the armature stroke x, which changes over time, is entered as an input variable into the transfer function GAB (s) of the armature reaction.

G A. B. (s) = ψ_{x} * s

Die induzierte elektrische Bewegungsspannung uiB berechnet sich nach Gleichung (5). $u i B (s) = G A B (s) * x (s)$

The induced electrical motion voltage uiB is calculated according to equation (5).

u i B. (s) = G A. B. (s) * x (s)

Wie auf 4 bis 6 weiter ersichtlich ist, erzeugt die strichpunktiert dargestellte Auswerte- und Steuereinheit 10A, 10B, 10C in den dargestellten Ausführungsbeispielen jeweils eine Dämpfungswirkung bzw. eine elektromagnetische Dämpfungsgröße zur Beeinflussung der Ankerbewegung AB. Die Auswerte- und Steuereinheit 10A, 10B, 10C kann beispielsweise als ASIC (Anwenderspezifischer integrierter Schaltkreis) ausgeführt werden, welcher das Magnetventil 1 ansteuert. Wie aus 4 bis 6 weiter ersichtlich ist, wird die elektromagnetische Dämpfungsgröße in den dargestellten Ausführungsbeispielen als Dämpfungsspannung ud1, ud2, ud3 berechnet, welche einer Ansteuerspannung U des Magnetventils überlagert wird und die Ankerbewegung AB bzw. die Ankergeschwindigkeit v dämpft. Zur Berechnung der Dämpfungsgröße werden in den dargestellten Ausführungsbeispielen Kennfelder verwendet, welche das dynamische Verhalten der Ankerrückwirkung beschreibt. So zeigt 7 beispielhaft ein Kennfeld des verketteten Flusses ψ(ALS, J) als Funktion des Arbeitsluftspalts ALS und des Spulenstroms J für das in 1 dargestellte Magnetventil 1. 8 zeigt beispielhaft ein Kennfeld des verketteten Flusses ψ(x, J) als Funktion des Ankerhubs x und des Spulenstroms J für das in 1 dargestellte Magnetventil 1. Aus den in 7 und 8 dargestellten Kennfeldern des verketteten Flusses ψ(_x,J) lassen sich die Strominduktivität ψ_J=∂ψ/∂J, welche sich aus einer partiellen Ableitung des verketteten Flusses ψ(x, J) nach dem Spulenstrom J ergibt, und die Bewegungsinduktivität ψ_x=∂ψ/∂x ermitteln, welches sich aus einer partiellen Ableitung des verketteten Flusses ψ(_x,J) nach dem Ankerhub (x) ergibt. 9 zeigt beispielhaft ein erstes Kennfeld der Bewegungs-Induktion Ψ_x(x,J), welches aus dem in 8 dargestellten Kennfeld des verketteten Flusses ψ(_x,J) berechnet ist. 10 zeigt beispielhaft ein zweites Kennfeld der Bewegungs-Induktion ψ_x(xmax-x,J), welches ebenfalls aus dem in 8 dargestellten Kennfeld des verketteten Flusses ψ(_x, J) berechnet ist.How on 4th until 6th As can also be seen, the evaluation and control unit shown in dash-dotted lines generates 10A , 10B , 10C in the illustrated embodiments, a damping effect or an electromagnetic damping variable for influencing the armature movement AB. The evaluation and control unit 10A , 10B , 10C can be designed, for example, as an ASIC (user-specific integrated circuit), which the solenoid valve 1 drives. How out 4th until 6th As can also be seen, the electromagnetic damping variable in the illustrated embodiments is expressed as damping voltage ud1, ud2, ud3 calculates which control voltage U of the solenoid valve is superimposed and dampens armature movement AB or armature speed v. To calculate the damping quantity, characteristic maps are used in the illustrated exemplary embodiments, which describe the dynamic behavior of the armature reaction. So shows 7th an example of a map of the linked flow ψ ( AS , J) as a function of the working air gap AS and the coil current J for the in 1 illustrated solenoid valve 1 . 8th shows an example of a map of the linked flux ψ (x, J) as a function of the armature stroke x and the coil current J for the in 1 illustrated solenoid valve 1 . From the in 7th and 8th The characteristic diagrams of the linked flux ψ ( _x, J) shown here can be used to determine the current _{inductance ψ J} = ∂ψ / ∂J, which results from a partial derivative of the linked flux ψ (x, J) with respect to the coil current J, and the motion inductance ψ _x = ∂ψ / ∂x, which results from a partial derivative of the linked flow ψ ( _{x, J} ) after the armature stroke (x). 9 shows an example of a first map of the motion induction Ψ _x (x, J), which is derived from the in 8th The map of the linked flow ψ ( _{x, J} ) shown is calculated. 10 shows an example of a second map of the motion induction ψ _x (xmax-x, J), which is also derived from the in 8th The map of the linked flow ψ ( _x, J) shown is calculated.

Wie aus 4 weiter ersichtlich ist, repräsentiert ein erster Block in der dargestellten Auswerte- und Steuereinheit 10A eine erste Übertragungsfunktion G1(s) zur Erzeugung der „elektromagnetischen Dämpfung“. Hierbei wird die erste Übertragungsfunktion G1(s) durch Gleichung (7) bestimmt. $G 1 (s) = k_{1} * ψ_{x} (x, J)$

How out 4th can also be seen, represents a first block in the evaluation and control unit shown 10A a first transfer function G1 (s) for generating the “electromagnetic damping”. Here, the first transfer function G1 (s) is determined by equation (7).

G 1 (s) = k_{1} * ψ_{x} (x, J)

Zur Berechnung der „elektromagnetischen Dämpfung“ mit der ersten Übertragungsfunktion G1(s) wird der zeitabhängige Spulenstrom J(t) gemessen und der zeitabhängige Ankerhub x(t) aus anderen physikalischen Messgrößen ermittelt. Hierzu kann beispielsweise das in der nachveröffentlichten DE 10 2018 221 930 A1 offenbarte Verfahren verwendet werden, welches den Ankerhub x aus den Messgrößen Ansteuerspannung U, sowie dem Spulenstrom J und dem ohmschen Widerstand R und einem charakteristischen Kennfeld des Magnetkreises ermitteln kann. Die Ankergeschwindigkeit v wird durch Differentiation dx/dt des zeitabhängigen Ankerhubs x berechnet. Bei der Laplace-transformierten Übertragungsfunktion bedeutet Differentiation eine Multiplikation des Ankerhubes x mit der Größe s. Die berechnete Ankergeschwindigkeit v wird dann mit einem ersten Verstärkungsfaktor k1 und mit der Bewegungs-Induktion ψx(x, J) multipliziert. Eine erste Dämpfungsspannung ud1 wird dann mit Gleichung (8) berechnet. $u d 1 (s) = G 1 (s) * s * x (s) = G 1 (s) * υ (s)$

To calculate the “electromagnetic damping” with the first transfer function G1 (s), the time-dependent coil current J (t) is measured and the time-dependent armature stroke x (t) is determined from other physical measured variables. This can be done, for example, in the subsequently published DE 10 2018 221 930 A1 disclosed methods are used, which can determine the armature stroke x from the measured variables control voltage U, as well as the coil current J and the ohmic resistance R and a characteristic map of the magnetic circuit. The armature speed v is calculated by differentiating dx / dt of the time-dependent armature stroke x. In the Laplace-transformed transfer function, differentiation means a multiplication of the armature stroke x by the quantity s. The calculated armature speed v is then multiplied by a first gain factor k1 and by the induction of motion ψx (x, J). A first damping voltage ud1 is then calculated using equation (8).

u d 1 (s) = G 1 (s) * s * x (s) = G 1 (s) * υ (s)

Somit wird die erste Dämpfungsspannung ud1 aus dem Produkt der ersten Übertragungsfunktion G1(s) und der Ankergeschwindigkeit v berechnet. Wie aus den Gleichungen (7) und (8) ersichtlich ist, berechnet sich die erste Dämpfungsspannung ud1 durch eine Multiplikation der berechneten Ankergeschwindigkeit v mit einem aus einem korrespondierenden in 9 dargestellten ersten Bewegungs-Induktions-Kennfeld Ψx(x,J) entnommenen Wert und dem ersten Verstärkungsfaktor k1, über welchen die Dämpfungswirkung einstellbar ist.The first damping voltage ud1 is thus calculated from the product of the first transfer function G1 (s) and the armature speed v. As can be seen from equations (7) and (8), the first damping voltage ud1 is calculated by multiplying the calculated armature speed v with a corresponding in 9 illustrated first motion-induction map Ψx (x, J) and the first gain factor k1, via which the damping effect can be adjusted.

Die berechnete erste Dämpfungsspannung ud1 wird dann der vorgegebenen Ansteuerspannung U subtrahiert. Das bedeutet, dass die Auswerte- und Steuereinheit 10A über die implementierte erste Übertragungsfunktion G1(s) das analoge Prinzip der Ankerrückwirkung des Magnetkreises über die Bewegungs-Induktion Ψ_x angewendet. Über den ersten Faktor k1 kann die Größe der Ankerrückwirkung eingestellt werden. Die einstellbare Ankerrückwirkung hat eine ähnliche Wirkung wie eine hydraulische Dämpfungskraft, welche gegen die Ankerbewegung AB bzw. die Ankergeschwindigkeit v wirkt und sich mit zunehmender Ankergeschwindigkeit v vergrößert. Mit zunehmender Ankergeschwindigkeit v nimmt die Spannung erste Dämpfungsspannung ud1 zu, welche der vorgegebenen Ansteuerspannung U überlagert wird. So wird die vorgegebene Ansteuerspannung U beim Öffnen des Magnetankers 6 mit einer positiven Ankergeschwindigkeit v um die erste Dämpfungsspannung ud1 verkleinert und somit wird auch der Spulenstrom J verringert. Dadurch wirkt im Vergleich zu einer Ansteuerung ohne die erste Dämpfungsspannung ud1 eine kleinere Magnetkraft Fm auf den sich öffnenden Magnetanker 6. Dieser Sachverhalt ist in folgender Weise interpretierbar: Beim Öffnungsvorgang wirkt auf den Anker eine öffnende Magnetkraft, die vom Spulenstrom J erzeugt wird, welcher wiederum von der vorgegebenen Ansteuerspannung U erzeugt wird. Gleichzeitig bewirkt die erste Dämpfungsspannung ud1 einen negativen Strom, dessen erzeugte Magnetkraft den Magnetanker 6 bremst. Aus diesem Grund wird die dargestellte Ansteuerung als elektromagnetische Dämpfung bezeichnet. Die Wirkung der elektromagnetischen Dämpfung am Magnetanker 6 wird jedoch durch das Übertragungsverhalten des Magnetkreises entsprechend der Übertragungsfunktion GM(s) für den Magnetkreis des Magnetventils 1 verzögert, das ein PT1-Verhalten beschreibt. Beim Schließen des Magnetankers 6 mit negativer Ankergeschwindigkeit v, wirkt die durch die erste Dämpfungsspannung ud1 erzeugte Magnetkraft gegen die Federkraft Ff der Rückstellfeder 8 und dämpft die Ankerbewegung bzw. die negative Ankergeschwindigkeit v.The calculated first damping voltage ud1 is then subtracted from the specified control voltage U. This means that the evaluation and control unit 10A The analogous principle of armature reaction of the magnetic circuit via the motion induction Ψ _{x is} applied via the implemented first transfer function G1 (s). The size of the armature reaction can be set using the first factor k1. The adjustable armature reaction has a similar effect as a hydraulic damping force, which acts against the armature movement AB or the armature speed v and increases with increasing armature speed v. With increasing armature speed v, the voltage of the first damping voltage ud1, which is superimposed on the predetermined control voltage U, increases. This is how the specified control voltage U becomes when the magnet armature is opened 6th with a positive armature speed v is reduced by the first damping voltage ud1 and thus the coil current J is also reduced. As a result, in comparison to activation without the first damping voltage ud1, a smaller magnetic force Fm acts on the opening magnet armature 6th . This fact can be interpreted in the following way: During the opening process, an opening magnetic force acts on the armature, which is generated by the coil current J, which in turn is generated by the specified control voltage U. At the same time, the first damping voltage ud1 causes a negative current, the generated magnetic force of which the magnet armature 6th brakes. For this reason, the control shown is referred to as electromagnetic damping. The effect of electromagnetic damping on the armature 6th However, it is determined by the transfer behavior of the magnetic circuit in accordance with the transfer function GM (s) for the magnetic circuit of the solenoid valve 1 delayed, which describes a PT1 behavior. When closing the armature 6th with a negative armature speed v, the magnetic force generated by the first damping voltage ud1 acts against the spring force Ff of the return spring 8th and dampens the armature movement or the negative armature speed v.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 11 und 12 das Betriebsverhalten des in 1 dargestellten Magnetventils 1 ohne bzw. mit elektromagnetischer Dämpfung beschrieben. Hierbei zeigt 11 die vorgegebene Ansteuerspannung U, den Ankerhub x, die Ankergeschwindigkeit v und den Spulenstrom J über der Zeit t für die konventionelle Ansteuerung des Magnetventils 1 ohne elektromagnetische Dämpfung, und 12 zeigt die vorgegebene Ansteuerspannung U, den Ankerhub x, die Ankergeschwindigkeit v und den Spulenstrom J über der Zeit t für die erfindungsgemäße Ansteuerung des Magnetventils 1 mit elektromagnetischer Dämpfung. Wie aus 11 ersichtlich ist, öffnet der Magnetanker 6 in einer ersten Zeitspanne Δt1 von beispielsweise ca. 1,5ms das Magnetventil 1 und schließt das Magnetventil in einer zweiten Zeitspanne Δt2 von beispielsweise ca. 1,1ms. Wie aus 11 weiter ersichtlich ist, schlägt der Magnetanker 6 beim Öffnen mit einer ersten Aufschlaggeschwindigkeit vm1 von beispielsweise 1,1 m/s am Anschlag, bzw. am Polkern 2 auf. Beim Schließen schlägt das mit dem Magnetanker 6 verbundene Schließelement 6.1 mit einer zweiten Aufschlaggeschwindigkeit vm2 von beispielsweise 1,2 m/s im Ventilsitz auf. Wie aus 11 weiter ersichtlich ist, ergibt sich während des Öffnens des Magnetventils 1 durch die Ankerrückwirkung, welche aus der Bewegungs-Induktion ψx(x, J) in Verbindung mit der Ankergeschwindigkeit v herrührt ein Stromeinbruch JEB. Während des Schließen des Magnetventils 1 ergibt sich durch die Ankerrückwirkung ein Stromanstieg JAN.Referring to FIG 11 and 12th the operating behavior of the in 1 illustrated solenoid valve 1 described with or without electromagnetic damping. Here shows 11 the specified control voltage U, the armature stroke x, the armature speed v and the coil current J over the time t for the conventional control of the solenoid valve 1 without electromagnetic damping, and 12th shows the predetermined control voltage U, the armature stroke x, the armature speed v and the coil current J over the time t for the inventive control of the solenoid valve 1 with electromagnetic damping. How out 11 can be seen, the armature opens 6th the solenoid valve in a first time period Δt1 of, for example, approx. 1.5 ms 1 and closes the solenoid valve in a second time span Δt2 of, for example, approx. 1.1 ms. How out 11 can also be seen, the armature strikes 6th when opening with a first impact speed vm1 of, for example, 1.1 m / s at the stop or at the pole core 2 on. When closing, it hits the magnet armature 6th connected closing element 6.1 with a second impact speed vm2 of, for example, 1.2 m / s in the valve seat. How out 11 can also be seen, arises during the opening of the solenoid valve 1 due to the armature reaction, which results from the induction of motion ψx (x, J) in connection with the armature speed v, a current dip JEB results. While the solenoid valve is closing 1 the armature reaction results in a current increase JAN.

Wie aus 12 weiter ersichtlich ist, entspricht die vorgegebene Ansteuerspannung U der Ansteuerspannung U in 11. Von der vorgegebenen Spannung U wird die erste Dämpfungsspannung ud1 subtrahiert. Die erste Dämpfungsspannung ud1 zur „elektromagnetischen Dämpfung“ des Magnetankers 6 wird von der Auswerte- und Steuereinheit 10A aus 4 erzeugt. Die Eingangsspannung uE, welche an der Magnetbaugruppe 3 anliegt ergibt sich aus der Differenz aus Ansteuerspannung U und erster Dämpfungsspannung ud1. Wie aus 12 weiter ersichtlich ist, ist die Eingangsspannung uE während des Öffnens des Magnetventils 1 deutlich kleiner als die vorgegebene Ansteuerspannung U. Dies führt zu einem größeren Stromeinbruch JEBD über eine längere Zeitspanne im Vergleich zur konventionellen Ansteuerung aus 11. Das bedeutet, dass die Öffnungszeit Δt1D von beispielsweise ca. 10ms viel länger wird im Vergleich zur Öffnungszeit Δt1 der konventionellen Ansteuerung aus 11. Zudem ergibt sich im Vergleich mit der ersten Aufschlaggeschwindigkeit vm1 der konventionellen Ansteuerung eine deutlich kleinere erste Aufschlagsgeschwindigkeit vm1D des Magnetankers 6 am Anschlag bzw. Polkern 2 von beispielsweise 0,2m/s. Beim Schließen des Magnetventils 1 weist der Spulenstrom J im Vergleich zur herkömmlichen Ansteuerung aus 11 einen größeren Stromanstieg JAND über eine längere Zeitspanne auf. Somit wird die Schließzeit Δt1 auf ca. 9,8ms vergrößert, und die Aufschlagsgeschwindigkeit vm2D des mit dem Magnetanker 6 verbundenen Schließelements 6.1 wird beispielsweise auf 0,1 m/s stark reduziert im Vergleich zur herkömmlichen Ansteuerung aus 11.How out 12th As can also be seen, the specified control voltage U corresponds to the control voltage U in 11 . The first damping voltage ud1 is subtracted from the specified voltage U. The first damping voltage ud1 for "electromagnetic damping" of the armature 6th is from the evaluation and control unit 10A the end 4th generated. The input voltage uE, which is applied to the magnet assembly 3 applied results from the difference between the control voltage U and the first damping voltage ud1. How out 12th It can also be seen that the input voltage is uE during the opening of the solenoid valve 1 significantly smaller than the specified control voltage U. This leads to a larger current dip JEBD over a longer period of time compared to conventional control 11 . This means that the opening time Δt1D of, for example, approx. 10 ms is much longer compared to the opening time Δt1 of the conventional activation 11 . In addition, in comparison with the first impact speed vm1 of the conventional control, a significantly lower first impact speed vm1D of the magnet armature results 6th at the stop or pole core 2 of, for example, 0.2 m / s. When the solenoid valve closes 1 shows the coil current J compared to conventional control 11 a larger increase in current JAND over a longer period of time. Thus, the closing time Δt1 is increased to approx. 9.8 ms, and the impact speed vm2D des with the magnet armature 6th connected closing element 6.1 is, for example, greatly reduced to 0.1 m / s compared to conventional control 11 .

Durch die elektromagnetische Dämpfung kann die Aufschlagsgeschwindigkeit vm1D, vm2D des Magnetankers 6 bzw. des Schließelements 6.1 beim Öffnen und Schließen des Magnetventils 1 stark reduziert werden. Die Öffnungs- und Schließzeit ist variierbar, da die Stärke der elektromagnetischen Dämpfung über den ersten Verstärkungsfaktor k1 eingestellt werden kann.The electromagnetic damping can reduce the impact velocity vm1D, vm2D of the armature 6th or the closing element 6.1 when opening and closing the solenoid valve 1 can be greatly reduced. The opening and closing times can be varied, since the strength of the electromagnetic damping can be adjusted via the first gain factor k1.

Wie aus 5 weiter ersichtlich ist, unterscheidet sich die dargestellte Auswerte- und Steuereinheit 10B durch einen zweiten Block, welcher eine zweite Übertragungsfunktion G2(s) zur Erzeugung der „elektromagnetischen Dämpfung“ repräsentiert, von der in 4 dargestellten Auswerte- und Steuereinheit 10A. Hierbei wird die zweite Übertragungsfunktion G2(s) durch Gleichung (9) bestimmt. $G 2 (s) = k_{2} * ψ_{x} (x_{m a x} - x, J)$

How out 5 As can also be seen, the evaluation and control unit shown differs 10B by a second block, which represents a second transfer function G2 (s) for generating the “electromagnetic damping” from which in 4th evaluation and control unit shown 10A . Here, the second transfer function G2 (s) is determined by equation (9).

G 2 (s) = k_{2} * ψ_{x} (x_{m a x} - x, J)

Analog zur ersten Übertragungsfunktion G1(s) wird zur Berechnung der „elektromagnetischen Dämpfung“ mit der zweiten Übertragungsfunktion G2(s) der zeitabhängige Spulenstrom J(t) gemessen und der zeitabhängige Ankerhub x(t) aus anderen physikalischen Messgrößen ermittelt. Die Ankergeschwindigkeit v wird durch Differentiation dx/dt des zeitabhängigen Ankerhubs x berechnet. Die berechnete Ankergeschwindigkeit v wird dann mit einem zweiten Verstärkungsfaktor k2 und mit der Bewegungs-Induktion ψ_x(x_max-x,J) multipliziert. Eine zweite Dämpfungsspannung ud2 wird dann mit Gleichung (10) berechnet. $u d 2 (s) = G 2 (s) * s * x (s) = x (s) = G 2 (s) * υ (s)$

Analogous to the first transfer function G1 (s), the second transfer function G2 (s) measures the time-dependent coil current J (t) and the time-dependent armature stroke x (t) is determined from other physical measured variables to calculate the "electromagnetic damping". The armature speed v is calculated by differentiating dx / dt of the time-dependent armature stroke x. The calculated anchor speed v is then multiplied by a second gain factor k2 and by the motion induction ψ _x (x _max -x, J). A second damping voltage ud2 is then calculated using equation (10).

u d 2 (s) = G 2 (s) * s * x (s) = x (s) = G 2 (s) * υ (s)

Somit wird die zweite Dämpfungsspannung ud2 aus dem Produkt der zweiten Übertragungsfunktion G2(s) und der Ankergeschwindigkeit v berechnet. Wie aus den Gleichungen (9) und (10) ersichtlich ist, berechnet sich die zweite Dämpfungsspannung ud2 durch eine Multiplikation der berechneten Ankergeschwindigkeit v mit einem aus einem korrespondierenden in 10 dargestellten zweiten Bewegungs-Induktions-Kennfeld Ψ_x(x_max-x,_J) entnommenen Wert und dem zweiten Verstärkungsfaktor k2, über welchen die Dämpfungswirkung einstellbar ist. Im Vergleich zur Auswerte- und Steuereinheit aus 4, erzeugt die Auswerte- und Steuereinheit 10B zusätzlich zur ersten Dämpfungsspannung ud1 die zweite Dämpfungsspannung ud2. Wie aus 10 weiter ersichtlich ist, sind die Bewegungs-Induktionswerte Ψ_x bei kleinen Ankerhüben x für das zweite Kennfeld der Bewegungs-Induktion ψ_x(_xmax-x, J) groß und nehmen mit zunehmendem Ankerhub x ab. Dadurch wird bei kleinen Ankerhüben x, bei einer vorgegebenen Ankergeschwindigkeit v, eine größere zweite Dämpfungsspannung ud2 und somit eine größere Dämpfungswirkung im Vergleich zu großen Ankerhüben erzielt. Wie aus 9 weiter ersichtlich ist, gilt der umgekehrte Sachverhalt für die erste Dämpfungsspannung ud1, welche durch das erste Bewegungs-Induktions-Kennfeld ψx(x,J) und die Ankergeschwindigkeit v erzeugt wird. In vorteilhafter Weise kann die Dämpfungswirkung bei diesem Ausführungsbeispiel durch entsprechende Wahl der zugehörigen Verstärkungsfaktoren k1, k2 besser an den Ankerhub x angepasst werden.The second damping voltage ud2 is thus calculated from the product of the second transfer function G2 (s) and the armature speed v. As can be seen from equations (9) and (10), the second damping voltage ud2 is calculated by multiplying the calculated armature speed v by a corresponding in 10 illustrated second motion-induction map Ψ _x (x _max -x, _J ) taken value and the second gain factor k2, via which the damping effect can be adjusted. Compared to the evaluation and control unit 4th , generates the evaluation and control unit 10B in addition to the first damping voltage ud1, the second Damping voltage ud2. How out 10 As can also be seen, the motion induction _{values Ψ x} for small armature strokes x for the second characteristic diagram of the motion induction ψ _x ( _x max-x, J) are large and decrease with increasing armature stroke x. As a result, with small armature strokes x, at a given armature speed v, a larger second damping voltage ud2 and thus a greater damping effect compared to large armature strokes is achieved. How out 9 As can also be seen, the opposite applies to the first damping voltage ud1, which is generated by the first motion-induction map ψx (x, J) and the armature speed v. In this exemplary embodiment, the damping effect can advantageously be better adapted to the armature stroke x by appropriate selection of the associated gain factors k1, k2.

Wie aus 6 weiter ersichtlich ist, unterscheidet sich die dargestellte Auswerte- und Steuereinheit 10C durch eine dritte Übertragungsfunktion G3(s) zur Erzeugung der „elektromagnetischen Dämpfung“, welche durch einen Block repräsentiert wird, von den in 4 und 5 dargestellten Auswerte- und Steuereinheiten 10A, 10B. Hierbei wird die dritte Übertragungsfunktion G3(s) durch Gleichung (11) bestimmt. $G 3 (s) = k 3 (x, J) * \frac{1}{G_{M} (s)} = k 3 (x, J) * [ψ_{J} (x, J) * s + R]$

How out 6th As can also be seen, the evaluation and control unit shown differs 10C by a third transfer function G3 (s) for generating the “electromagnetic damping”, which is represented by a block from the in 4th and 5 evaluation and control units shown 10A , 10B . Here, the third transfer function G3 (s) is determined by equation (11).

G 3 (s) = k 3 (x, J) * \frac{1}{G_{M.} (s)} = k 3 (x, J) * [ψ_{J} (x, J) * s + R.]

Durch die dritte Übertragungsfunktion G3(s) soll die verzögerte Wirkung der Dämpfung am Magnetanker 6 durch den Magnetkreis vermieden werden, welcher durch das PT1-Verhalten der Übertragungsfunktion GM(s) repräsentiert wird. Hierzu wird die dritte Übertragungsfunkton G3(s) als Umkehr-Übertragungsfunktion der Übertragungsfunktion GM(s) des Magnetkreises implementiert. Analog zur ersten und zweiten Übertragungsfunktion G1(s), G2(s) wird zur Berechnung der „elektromagnetischen Dämpfung“ mit der dritten Übertragungsfunktion G3(s) der zeitabhängige Spulenstrom J(t) gemessen und der zeitabhängige Ankerhub x(t) aus anderen physikalischen Messgrößen ermittelt. Die Ankergeschwindigkeit v wird durch Differentiation dx/dt des zeitabhängigen Ankerhubs x berechnet. Eine Ankerbeschleunigung a wird durch Differentiation dv/dt der zeitabhängigen Ankergeschwindigkeit v berechnet. Eine dritte Dämpfungsspannung ud3 wird dann mit den Gleichungen (12) und (13) berechnet. $u d 3 (s) = G 3 (s) * s * x (s)$

u d 3 (s) = k 3 (x, J) * [ψ_{J} (x, J) * s^{2} + R * s]

The delayed effect of the damping on the magnet armature should be determined by the third transfer function G3 (s) 6th can be avoided by the magnetic circuit, which is represented by the PT1 behavior of the transfer function GM (s). For this purpose, the third transfer function G3 (s) is implemented as an inverse transfer function of the transfer function GM (s) of the magnetic circuit. Analogous to the first and second transfer functions G1 (s), G2 (s), the time-dependent coil current J (t) is measured with the third transfer function G3 (s) and the time-dependent armature stroke x (t) from other physical ones to calculate the "electromagnetic damping" Measured variables determined. The armature speed v is calculated by differentiating dx / dt of the time-dependent armature stroke x. An anchor acceleration a is calculated by differentiating dv / dt of the time-dependent anchor speed v. A third damping voltage ud3 is then calculated using equations (12) and (13).

u d 3 (s) = G 3 (s) * s * x (s)

u d 3 (s) = k 3 (x, J) * [ψ_{J} (x, J) * s^{2} + R. * s]

Die dritte Dämpfungsspannung ud3 ist die Summe aus dem Produkt der Strom-Induktivität ψJ(x,J) multipliziert mit der Ankerbeschleunigung a (s²) und dem Produkt des ohmschen Widerstands R multipliziert mit der Ankergeschwindigkeit v (s). Die berechnete Summe wird dann mit einem dritten Verstärkungsfaktor k3(x, J) multipliziert, welcher im dargestellten Ausführungsbeispiel ebenfalls vom Ankerhub x und vom Spulenstrom J abhängig ist. Die dritte Dämpfungsspannung ud3 wird analog zur ersten und zweiten Dämpfungsspannung ud1, ud2 von der vorgegebenen Ansteuerspannung u subtrahiert. Der Hauptvorteil diese Ausführungsbeispiel besteht darin, dass die Dämpfung am Magnetanker 6 nicht mehr zeitverzögert wirkt, sondern unmittelbar wirkt. Die Zeitverzögerung des Magnetkreises, welche durch die Übertragungsfunktion GM(s) des Magnetkreises verursacht wird, wird durch die als Umkehr-Übertragungsfunktion implementierte dritte Übertragungsfunktion G3(s) kompensiert. Die Dämpfungswirkung wird dadurch gegenüber den anderen beschriebenen Ausführungsformen verbessert.The third damping voltage ud3 is the sum of the product of the current inductance ψJ (x, J) multiplied by the armature acceleration a (s ² ) and the product of the ohmic resistance R multiplied by the armature speed v (s). The calculated sum is then multiplied by a third gain factor k3 (x, J), which is also dependent on the armature stroke x and the coil current J in the exemplary embodiment shown. The third damping voltage ud3 is subtracted from the specified control voltage u in a manner analogous to the first and second damping voltage ud1, ud2. The main advantage of this embodiment is that the damping on the armature 6th no longer acts with a delay, but acts immediately. The time delay of the magnetic circuit, which is caused by the transfer function GM (s) of the magnetic circuit, is compensated for by the third transfer function G3 (s) implemented as an inverse transfer function. The damping effect is improved compared to the other described embodiments.

Das beschriebene Verfahren 100 kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in der Auswerte- und Steuereinheit 10 implementiert sein.The procedure described 100 can for example in software or hardware or in a mixed form of software and hardware, for example in the evaluation and control unit 10 be implemented.

Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ansteuerung eines Magnetventil können für beliebige hydraulische oder pneumatische Ventilen eingesetzt werden, welche durch einen Magnetkreis betätigt werden, ohne das Hardware-Änderungen an den Ventilen erforderlich sind.Embodiments of the method according to the invention for controlling a solenoid valve can be used for any hydraulic or pneumatic valves that are actuated by a magnetic circuit without hardware changes to the valves being required.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102018221930 A1 [0003, 0008, 0014, 0015, 0031]DE 102018221930 A1 [0003, 0008, 0014, 0015, 0031]

Claims

Verfahren (100) zur Ansteuerung eines Magnetventils (1), welches eine Magnetbaugruppe (3) mit einer elektrischen Spule (4) und einen beweglich gelagerten Magnetanker (6) mit einem Schließelement (6.1) umfasst, welcher durch Ansteuern der Magnetbaugruppe (3) gegen die Kraft einer Rückstellfeder (8) entlang einer Bewegungsrichtung bewegt wird, wobei das Schließelement (6.1) in einem geschlossenen Zustand des Magnetventils (1) dichtend in einem Ventilsitz (7.1) anliegt und in einem geöffneten Zustand des Magnetventils (1) vom Ventilsitz (1) abgehoben ist und einen wirksamen Öffnungsquerschnitt (WQ) des Magnetventils (1) einstellt, wobei mindestens eine Eingangsgröße, welche die Ankerbewegung (AB) beeinflusst oder von der Ankerbewegung (AB) beeinflusst ist, erfasst wird, wobei basierend auf der erfassten mindestens einen Eingangsgröße ein Ankerhub (x) abgeschätzt und mindestens eine elektromagnetische Dämpfungsgröße zur Beeinflussung der Ankerbewegung (AB) berechnet und an die Magnetbaugruppe (3) ausgegeben wird, wobei zur Abschätzung des Ankerhubs (x) und zur Berechnung der mindestens einen elektromagnetischen Dämpfungsgröße mindestens ein Kennfeld oder mindestens eine mathematische Funktion verwendet wird.Method (100) for controlling a solenoid valve (1), which comprises a magnet assembly (3) with an electrical coil (4) and a movably mounted magnet armature (6) with a closing element (6.1), which by controlling the magnet assembly (3) counteracts the force of a return spring (8) is moved along a direction of movement, wherein the closing element (6.1) rests sealingly in a valve seat (7.1) when the solenoid valve (1) is closed and from the valve seat (1) when the solenoid valve (1) is open ) is lifted and sets an effective opening cross-section (WQ) of the solenoid valve (1), with at least one input variable which influences the armature movement (AB) or is influenced by the armature movement (AB) being recorded, based on the recorded at least one input variable an armature stroke (x) is estimated and at least one electromagnetic damping variable for influencing the armature movement (AB) is calculated and sent to the Magnetbaugru ppe (3) is output, with at least one map or at least one mathematical function being used to estimate the armature stroke (x) and to calculate the at least one electromagnetic damping variable.

Verfahren (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Eingangsgröße einem Spulenstrom (J) und/oder einer Ansteuerspannung (U) und/oder einem ohmschen Widerstand (R) der Spule (4) entspricht.Method (100) according to Claim 1 , characterized in that the at least one input variable corresponds to a coil current (J) and / or a control voltage (U) and / or an ohmic resistance (R) of the coil (4).

Verfahren (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Kennfeld einem Kennfeld eines verketteten Flusses (Ψ(x, J)), welches den verketteten Fluss (Ψ) als Funktion des Ankerhubs (x) und des Spulenstroms (J) beschreibt, oder einem Kennfeld einer Bewegungs-Induktion (ψ_x(x,J), ψ_x(x_max-x, J)), welches sich aus einer partiellen Ableitung des verketteten Flusses ψ(_x,J) nach dem Ankerhub (x) ergibt, oder einem Kennfeld einer Strom-Induktion (ψ_J(x,_J)) entspricht, welches sich aus einer partiellen Ableitung des verketteten Flusses Ψ(x,J) nach dem Spulenstrom (J) ergibt.Method (100) according to Claim 1 or 2 , characterized in that the at least one map is a map of a linked flow (Ψ (x, J)), which describes the linked flow (Ψ) as a function of the armature stroke (x) and the coil current (J), or a map of a movement Induction (ψ _x (x, J), ψ _x (x _max -x, J)), which results from a partial derivative of the linked flow ψ ( _{x, J} ) after the armature stroke (x), or a map of a Current induction (ψ _J (x, _J )), which results from a partial derivative of the linked flux Ψ (x, J) after the coil current (J).

Verfahren (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ankerhub (x) aus den Eingangsgrößen Spulenstrom (J), Ansteuerspannung (U), ohmscher Widerstand (R) der Spule (4) und aus einem oder mehreren charakteristischen Kennfeldern des Magnetkreises ermittelt wird.Method (100) according to Claim 3 , characterized in that the armature stroke (x) is determined from the input variables coil current (J), control voltage (U), ohmic resistance (R) of the coil (4) and from one or more characteristic maps of the magnetic circuit.

Verfahren (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ankergeschwindigkeit (v) durch Zeitableitung des Ankerhubs (x) berechnet wird.Method (100) according to Claim 4 , characterized in that an armature speed (v) is calculated by deriving the armature stroke (x) from time.

Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Dämpfungsgröße als Dämpfungsspannung (ud1, ud2, ud3) berechnet wird, welche einer Ansteuerspannung (U) des Magnetventils überlagert wird und eine Ankergeschwindigkeit (v) dämpft.Method (100) according to one of the Claims 1 until 5 , characterized in that the electromagnetic damping variable is calculated as a damping voltage (ud1, ud2, ud3) which is superimposed on a control voltage (U) of the solenoid valve and dampens an armature speed (v).

Verfahren (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Dämpfungsspannung (ud1) aus einem Produkt einer ersten Übertragungsfunktion (G1(s)) und der Ankergeschwindigkeit (v) berechnet wird, wobei die erste Übertragungsfunktion (G1(s)) aus entnommenen Werten aus einem ersten Bewegungs-Induktions-Kennfeld ψx(x,J)) und einem ersten Verstärkungsfaktor (k1) durch Multiplikation berechnet wird, über welchen die Dämpfungswirkung einstellbar ist.Method (100) according to Claim 6 , characterized in that a first damping voltage (ud1) is calculated from a product of a first transfer function (G1 (s)) and the armature speed (v), the first transfer function (G1 (s)) being calculated from values taken from a first movement Induction map ψx (x, J)) and a first gain factor (k1) is calculated by multiplication, via which the damping effect can be set.

Verfahren (100) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Dämpfungsspannung (ud2) aus einem Produkt einer zweiten Übertragungsfunktion (G2(s)) mit der Ankergeschwindigkeit (v) berechnet wird, wobei die zweite Übertragungsfunktion (G2(s)) aus entnommenen Werten aus einem zweiten Bewegungs-Induktions-Kennfeld (Ψ_x(xmax-x, J)) und einem zweiten Verstärkungsfaktor (k2) durch Multiplikation berechnet wird, über welchen die Dämpfungswirkung einstellbar ist.Method (100) according to Claim 6 or 7th , characterized in that a second damping voltage (ud2) is calculated from a product of a second transfer function (G2 (s)) with the armature speed (v), the second transfer function (G2 (s)) being calculated from values taken from a second movement Induction map (Ψ _x (xmax-x, J)) and a second gain factor (k2) is calculated by multiplication, via which the damping effect can be set.

Verfahren (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Dämpfungsspannung (ud3) aus einem Produkt einer dritten Übertragungsfunktion (G3(s)) und einem dritten Verstärkungsfaktor (k3(x, J)) berechnet wird, über welchen die Dämpfungswirkung einstellbar ist, wobei die dritte Übertragungsfunktion (G3(s)) einer inversen Übertragungsfunktion 1/GM(s)) des Magnetkreises der Magnetbaugruppe (3) entspricht.Method (100) according to Claim 6 , characterized in that a third damping voltage (ud3) is calculated from a product of a third transfer function (G3 (s)) and a third gain factor (k3 (x, J)), via which the damping effect can be set, the third transfer function ( G3 (s)) corresponds to an inverse transfer function 1 / GM (s)) of the magnetic circuit of the magnet assembly (3).

Verfahren (100) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Übertragungsfunktion (G3(s)) ein erstes Produkt einer Strom-Induktivität (ψ_J(x, J)) mit einer Ankerbeschleunigung (a) und ein zweites Produkt des ohmschen Widerstands (R) der Spule (4) mit der Ankergeschwindigkeit (v) addiert, wobei die Strom-Induktivität (ψ_J(x, J)) aus einem korrespondierenden Kennfeld entnommenen wird und die Ankerbeschleunigung (a) aus einer zeitlichen Ableitung der Ankergeschwindigkeit (v) berechnet wird.Method (100) according to Claim 9 , characterized in that the third transfer function (G3 (s)) is a first product of a current inductance (ψ _J (x, J)) with an armature acceleration (a) and a second product of the ohmic resistance (R) of the coil (4 ) added to the armature speed (v), whereby the current inductance (ψ _J (x, J)) is taken from a corresponding map and the armature acceleration (a) is calculated from a time derivative of the armature speed (v).

Verfahren (100) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Verstärkungsfaktor (k3(x, J)) vom Ankerhub (x) und vom Spulenstrom (J) abhängig ist.Method (100) according to Claim 9 or 10 , characterized in that the third gain factor (k3 (x, J)) is dependent on the armature stroke (x) and the coil current (J).

Auswerte- und Steuereinheit (10), welche eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 auszuführen.Evaluation and control unit (10), which is set up, the method according to one of the Claims 1 until 11 to execute.