DE102021214003A1 - Method for determining a parameter in a circuit of a coil - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen wenigstens eines Parameters in einem Stromkreis einer Spule, wobei die Spule mit wenigstens einer Art von wiederkehrenden Ansteuerphasen (L, E) angesteuert wird, wobei Zeitdauern (ΔtL, ΔtE) der Ansteuerphasen (L, E) bestimmt werden, und wobei anhand der Zeitdauern und/oder anhand von Schwankungen der Zeitdauern (ΔtL, ΔtE), insbesondere innerhalb einer Art von Ansteuerphasen (L, E), der wenigstens eine Parameter bestimmt wird, und insbesondere, ob ein elektrischer Fehler vorliegt.The invention relates to a method for determining at least one parameter in an electric circuit of a coil, the coil being controlled with at least one type of recurring control phases (L, E), the durations (ΔtL, ΔtE) of the control phases (L, E) being determined , and wherein the at least one parameter is determined based on the durations and/or based on fluctuations in the durations (ΔtL, ΔtE), in particular within a type of control phases (L, E), and in particular whether an electrical fault is present.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen wenigstens eines Parameters in einem Stromkreis einer Spule, worauf basierend z.B. auf Betriebszustände oder Fehler rückgeschlossen werden kann, sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.The present invention relates to a method for determining at least one parameter in an electric circuit of a coil, on the basis of which conclusions can be drawn, e.g.
Hintergrund der ErfindungBackground of the Invention
Spulen können z.B. bei Saugventilen bzw. elektrischen Saugventilen mit einem frei beweglichen Ventilkolben eingesetzt werden, die wiederum in Kombination mit Kolbenpumpen als Hochdruckpumpen eingesetzt werden können, um Kraftstoff bis zu einem gewünschten Druckwert, dem sog. Raildruck, zu verdichten und in einen Hochdruckspeicher (sog. Common-Rail) weiterzuleiten. Das Saugventil öffnet im Saughub des Pumpenkolbens und lässt Kraftstoff nachfließen und kann im Kompressionshub des Pumpenkolbens so angesteuert werden, dass es schließt, um den Kraftstoff nicht in den Niederdruck abfließen zu lassen.Coils can be used, for example, in suction valves or electric suction valves with a freely movable valve piston, which in turn can be used in combination with piston pumps as high-pressure pumps to compress fuel to a desired pressure value, the so-called rail pressure, and pump it into a high-pressure accumulator (so-called . Common Rail). The suction valve opens in the suction stroke of the pump piston and allows fuel to continue to flow and can be controlled in the compression stroke of the pump piston in such a way that it closes so that the fuel does not flow out into the low pressure.
Wackelkontakte oder andere elektrische Fehler können bei einem solchen elektrischen Saugventil - ebenso aber auch bei anderen Einsätzen von Spulen - zu falscher Ansteuerung führen. Aus der
Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Bestimmen wenigstens eines Parameters in einem Stromkreis einer Spule sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.According to the invention, a method for determining at least one parameter in a circuit of a coil as well as a computing unit and a computer program for its implementation with the features of the independent patent claims are proposed. Advantageous configurations are the subject of the dependent claims and the following description.
Die Erfindung beschäftigt sich mit dem Betreiben oder Ansteuern von Spulen und dort insbesondere mit dem Bestimmen von Parametern, z.B. technischen Parametern wie elektrischen, magnetischen oder mechanischen Parametern. Unter technischen Parametern können allgemein z.B. technische Eigenschaften wie z.B. elektrischer und/oder magnetischer Widerstand, Induktivität oder auch die Betriebsspannung verstanden werden, deren Wert oder dessen Veränderung Rückschlüsse auf Betriebssituationen oder Fehler des Bauteils bzw. mit diesen verschalteten Bauteilen zulassen. Basierend darauf können dann wiederum elektrische Fehler in deren Stromkreis (oder Versorgungsstromkreis), also z.B. in den Zuleitungen, Kontaktstellen oder auch den Drähten der Spule selbst, erkannt werden.The invention deals with the operation or control of coils and there in particular with the determination of parameters, e.g. technical parameters such as electrical, magnetic or mechanical parameters. Technical parameters can generally be understood to mean, for example, technical properties such as electrical and/or magnetic resistance, inductance or the operating voltage, the value or change of which allows conclusions to be drawn about operating situations or errors in the component or components connected to it. Based on this, electrical faults in their circuit (or supply circuit), e.g. in the supply lines, contact points or even the wires of the coil itself, can be detected.
Unter einem elektrischen Fehler ist dabei insbesondere ein Fehler zu verstehen, der eine zumindest zeitweise Veränderung wenigstes eines technischen Parameters bzw. einer physikalischen Größe, insbesondere eines elektrischen Widerstands und/oder magnetischen Widerstands und/oder einer Induktivität, in dem Stromkreis bewirkt, z.B. ein Wackelkontakt. Sich verändernde elektrische Widerstandswerte können außerdem z.B. auf Oxidation bzw. Verschleiß des Kontaktmaterials an Kontaktstellen bzw. Querschnittsänderung von elektrischen Leitern beispielsweise durch sich auffasernde und teilweise oder vollständig brechende Leiter im zuvor genannten Stromkreis z.B. durch Eindringen von Wasser bzw. mechanische Vibration wie auch auf Temperatureinflüsse (z.B. extern eingebrachte) hinweisen.An electrical fault is to be understood in particular as a fault that causes an at least temporary change in at least one technical parameter or physical variable, in particular an electrical resistance and/or magnetic resistance and/or an inductance, in the circuit, e.g. a loose contact . Changing electrical resistance values can also be due, for example, to oxidation or wear of the contact material at contact points or changes in the cross-section of electrical conductors, for example due to fraying and partially or completely breaking conductors in the aforementioned circuit, e.g. due to the ingress of water or mechanical vibration as well as to temperature influences ( e.g. externally introduced).
Ein bevorzugter Anwendungsfall, bei dem eine solche Spule zum Einsatz kommen kann, ist z.B. ein elektromagnetischer Aktor, insbesondere bei einem Magnetventil, das z.B. einen Magnetanker umfasst, der mittels Ansteuerung der Spule bewegbar ist. Grundsätzlich ist die Erfindung jedoch bei allen elektromagnetischen Aktoren einsetzbar, beispielsweise bei elektrischen Schützen, mechanischen Ver-/Entriegelungen (Bewegen von Bolzen, Stiften), Elektromagneten zum Halten von Lasten, z.B. zum Offenhalten von Türen usw.A preferred application in which such a coil can be used is, for example, an electromagnetic actuator, in particular in the case of a solenoid valve, which, for example, includes a magnet armature that can be moved by controlling the coil. In principle, however, the invention can be used with all electromagnetic actuators, for example with electrical contactors, mechanical locking/unlocking (moving bolts, pins), electromagnets for holding loads, e.g. for holding doors open, etc.
Zur Erläuterung der Erfindung soll hier insbesondere ein eingangs schon erwähntes elektrisches Saugventil behandelt werden, das einem Förderwerk einer Hochdruckpumpe einer Brennkraftmaschine zugeordnet ist. Damit kann Kraftstoff insbesondere aus einem Niederdruckbereich über einen Förderraum des Förderwerks in einen Hochdruckspeicher gefördert werden. Bei dem elektrischen Saugventil ist typischerweise ein Magnetanker vorgesehen, der insbesondere als Wegbegrenzung für einen Ventilkolben dient, der eine Durchflussöffnung zwischen Niederdruckbereich und Förderraum verschließen kann. Mittels eines Elektromagneten (mit der Spule) ist der Magnetanker dann durch entsprechende Ansteuerung zwischen einer ersten Stellung, bei der der Ventilkolben die Durchflussöffnung nicht verschließen kann, und einer zweiten Stellung, bei der der Ventilkolben die Durchflussöffnung verschließen kann, verstellbar.In order to explain the invention, an electric suction valve, already mentioned at the outset, is to be dealt with in particular here, which is assigned to a conveying system of a high-pressure pump of an internal combustion engine. In this way, fuel can be conveyed, in particular from a low-pressure area, via a conveying chamber of the conveying system into a high-pressure accumulator. In the case of the electric suction valve, a magnetic armature is typically provided, which serves in particular as a travel limiter for a valve piston which can close a flow opening between the low-pressure area and the pumping chamber. By means of an electromagnet (with the coil), the magnet armature can then be adjusted by appropriate control between a first position in which the valve piston cannot close the flow opening and a second position in which the valve piston can close the flow opening.
Zum Fördern einer bestimmten Menge an Kraftstoff wird dabei in der Regel eine Bestromung des elektrischen Saugventils, dort also insbesondere der Spule, vorgenommen, sodass bei Bestromung bzw. Ansteuerung der Spule der Magnetanker zum gewünschten Zeitpunkt angehoben wird und sich das elektrische Saugventil dadurch schließen kann. Eine Sollfördermenge kann dadurch eingestellt werden, dass z.B. der Pumpenkolben bei der Aufwärtsbewegung den Kraftstoff aus dem Förderraum (Pumpenraum) ausschiebt und bei Anheben des Magnetankers das elektrische Saugventil schließt, wobei die erforderliche Fördermenge im Förderraum verbleibt, verdichtet und in den Hochdruckspeicher ausgeschoben wird.To deliver a certain amount of fuel, the electric suction valve is generally energized, i.e. the coil there in particular, so that when the coil is energized or activated, the magnet armature is raised at the desired time and the electric suction valve can thereby close. A target delivery rate can be set in that, for example, the pump piston pushes the fuel out of the delivery chamber (pump chamber) during the upward movement and the electric suction valve closes when the magnet armature is raised, with the required delivery quantity remaining in the delivery chamber, being compressed and pushed out into the high-pressure accumulator.
Das elektrische Saugventil wird z.B. über eine elektrische Endstufe in einem Steuergerät (z.B. Motorsteuergerät) angesteuert. Allgemein kann zur Stromregelung eines elektromagnetischen Aktors neben anderen Verfahren auch die sog. Zweipunktregelung verwendet werden, bei der bei Erreichen einer vorgegebenen oberen Grenze des Sollstroms der Stromkreis unterbrochen und bei Erreichen einer unteren Grenze des Sollstroms der Stromkreis wieder geschlossen wird. The electrical suction valve is controlled, for example, via an electrical output stage in a control unit (e.g. engine control unit). In general, the so-called two-point control can be used to control the current of an electromagnetic actuator, in addition to other methods, in which the circuit is interrupted when a predetermined upper limit of the target current is reached and the circuit is closed again when a lower limit of the target current is reached.
Bei einer solchen Zweipunktregelung ergeben sich selbst einstellende Regelfrequenzen und Tastverhältnisse.With such a two-point control, self-adjusting control frequencies and duty cycles result.
Daneben gibt es auch andere Möglichkeiten der Regelung oder Einstellung des Stroms. Bei einer PWM-Regelung (also eine pulsbreitenmodulierte Regelung) gibt es eine konstante Regelfrequenz und ein variables Tastverhältnis, mittels dessen über einen Regler der Zielstrom eingestellt wird. Ebenso ist z.B. eine Ansteuerung mittels (ungepulsten) Gleichstroms mit der erforderlichen Stromstärke möglich.There are also other ways of controlling or setting the current. With a PWM control (i.e. a pulse width modulated control), there is a constant control frequency and a variable duty cycle, by means of which the target current is set via a controller. Control by means of (non-pulsed) direct current with the required amperage is also possible, for example.
Im Rahmen der Erfindung wird die Spule mit wenigstens einer Art von wiederkehrenden Ansteuerphasen angesteuert. Als Arten von Ansteuerphasen kommen z.B. eine Ladephase (bzw. Ladevorgang) und eine Entladephase (bzw. Entladevorgang) der Spule in Betracht, also Phasen, in denen ein Magnetfeld auf- und abgebaut wird, wie dies z.B. im Rahmen der erwähnten Zweipunktregelung der Fall ist. Dabei ist es unerheblich, ob der Auf- bzw. Abbau des Magnetfeldes jeweils vollständig erfolgt. Vielmehr ist ein Alternieren zwischen verschiedenen Magnetfeldstärken für das vorgeschlagene Verfahren ausreichend.Within the scope of the invention, the coil is controlled with at least one type of recurring control phase. A charging phase (or charging process) and a discharging phase (or discharging process) of the coil can be considered as types of control phases, i.e. phases in which a magnetic field is built up and dissipated, as is the case, for example, within the framework of the two-point control mentioned . It is irrelevant whether the build-up or dissipation of the magnetic field is complete in each case. Rather, alternating between different magnetic field strengths is sufficient for the proposed method.
Es werden weiterhin Zeitdauern der Ansteuerphasen bestimmt, also von mehreren der wiederkehrenden Ansteuerphasen. Anhand der Zeitdauern (also insbesondere deren absoluten Werten) und/oder von Schwankungen der Zeitdauern, insbesondere innerhalb einer Art von Ansteuerphasen, also z.B. bei den Ladephasen oder den Entladephasen, werden dann ein oder mehrere (technische) Parameter der Spule bzw. der verschalteten Elemente im Stromkreis bestimmt, insbesondere über exponentielle Zusammenhänge. Basierend darauf kann dann zudem z.B. auf eine oder mehrere Betriebszustände und/oder einen oder mehrere Fehler (oder Fehlerzustände) rückgeschlossen werden, und zwar basierend auf absoluten und/oder dynamischen Veränderungen der Parameter. Insbesondere anhand der absoluten Änderungen kann z.B. auch auf Umgebungsbedingungen rückgeschlossen werden. Die Absolutwerte, d.h. die Zeitdauern selbst, können insbesondere für Plausibilisierungen bzw. Berechnung von begrenzenden Hüllkurven usw. verwendet werden.Time durations of the control phases are also determined, that is to say of several of the recurring control phases. Based on the durations (i.e. in particular their absolute values) and/or fluctuations in the durations, in particular within a type of control phase, i.e. e.g. during the charging phases or the discharging phases, one or more (technical) parameters of the coil or the connected elements are then determined determined in the circuit, in particular via exponential relationships. Based on this, one or more operating states and/or one or more errors (or error states) can then be inferred, for example, based on absolute and/or dynamic changes in the parameters. In particular, based on the absolute changes, it is also possible to draw conclusions about environmental conditions, for example. The absolute values, i.e. the durations themselves, can be used in particular for plausibility checks or the calculation of limiting envelope curves, etc.
Wenngleich hier und im Folgenden zur näheren Erläuterung der Erfindung auf ein elektrisches Saugventil und dessen Besonderheiten eingegangen wird, so ist die Erfindung, wie schon erwähnt, auch bei anderweitig eingesetzten Spulen anwendbar.Although an electric suction valve and its special features are discussed here and below to explain the invention in more detail, the invention, as already mentioned, can also be used with coils that are used in other ways.
Im üblichen Betrieb fördert die Hochdruckpumpe Kraftstoff in den Hochdruckspeicher. Zum Fördern von Kraftstoff wird das elektrische Saugventil (durch eine in Richtung Polkern gerichtete Ankerbewegung) geschlossen. In der Regel ist im Betrieb ohne verkürzte Anzugsphase (beim sog. nichtballistischen Betrieb) die Ankerbewegung mit Beginn der Haltephase abgeschlossen, so dass am Polkern zu diesem Zeitpunkt mechanisch nahezu konstante Verhältnisse vorliegen.In normal operation, the high-pressure pump delivers fuel to the high-pressure accumulator. To deliver fuel, the electric suction valve is closed (by an armature movement directed towards the pole core). As a rule, in operation without a shortened pull-in phase (in so-called non-ballistic operation), the armature movement is completed when the holding phase begins, so that mechanically almost constant conditions prevail at the pole core at this point in time.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden diese Zusammenhänge nun insbesondere in Kombination mit einer neuartigen Analyse der Dauer (Zeitdauer) z.B. der Lade- bzw. Entladephase bei der Zweipunktregelung betrachtet. Ein Zusammenhang besteht darin, dass z.B. ein Wackelkontakt einen gewissen Anteil an dynamischen Veränderungen im System, speziell des elektrischen Gesamtwiderstandes, bewirkt. Diese dynamische Änderung des Gesamtwiderstandes drückt sich in einer Dynamik der Zeitdauern z.B. der Lade- bzw. Entladephasen bei der Zweipunktregelung aus. So dauert eine Ladephase z.B. aufgrund kurzzeitig unterbrochener und/oder im elektrischen Widerstand erhöhter elektrischer Verbindung und damit einhergehendem, kurzzeitig verringertem Stromfluss (durch den Wackelkontakt) länger als üblich. Dabei ist es möglich, dass sich das System noch innerhalb der Grenzen eines stabilen Betriebes bewegt. Eine präventive Erkennung von Fehlern auf Grund von Systemveränderungen ist jedoch möglich.Within the scope of the present invention, these relationships are now considered in particular in combination with a new type of analysis of the duration (duration), e.g. of the charging or discharging phase in two-point control. One connection is that, for example, a loose contact causes a certain proportion of dynamic changes in the system, especially the overall electrical resistance. This dynamic change in the total resistance is expressed in the dynamics of the durations, e.g. of the charging and discharging phases in two-point control. A charging phase lasts longer than usual, e.g. due to an electrical connection that is temporarily interrupted and/or has an increased electrical resistance and the associated, temporarily reduced current flow (due to the loose contact). It is possible that the system is still within the limits of stable operation. However, preventive detection of errors due to system changes is possible.
Das Spektrum an diagnostizierbaren Größen beschränkt sich dabei also nicht nur auf Widerstandsveränderungen. Beispielsweise sind auch Windungsschlüsse (Verringerung der Induktivität und des elektrischen Widerstandes) in der Spule erkennbar.The spectrum of variables that can be diagnosed is not limited to changes in resistance. For example, short turns (reduction in inductance and electrical resistance) in the coil can also be detected.
Die Zeitdauer der Lade- bzw. Entladephasen wird durch elektrische Eigenschaften (u.a. Induktivität, elektrische Widerstände, Betriebsspannung usw.) und mechanische Eigenschaften (z.B. Ankerbewegung) des Systems bestimmt. Im Grundsatz folgt der Stromverlauf iL(t) in der Ladephase der Formel
Änderungen von Betriebsbedingungen, insbesondere mechanischen, magnetischen und/oder elektrischen Betriebsbedingungen, äußern sich in Veränderungen der Lade- bzw. Entladezeitdauern. Dabei können die Stromniveaus, die den Anfang bzw. das Ende einer Lade-/ Entladephase bestimmen, in der Regel frei gewählt werden. Sie sollten lediglich über den betrachteten Zeitraum jeweils (zumindest nahezu) konstant sein. Diese Betrachtung bezieht sich allgemein auf Lade- und Entladephasen, so dass diese nicht nur innerhalb der Stromregelung um ein konstantes Stromniveau, sondern auch am Anfang bzw. Ende von Stromregelphasen liegen können, um die gewünschten (neuen) Stromniveaus zu erreichen (z.B. Erstanstiegszeit, Stromeinregelzeit in der Freilaufphase zwischen zwei Stromregelphasen mit unterschiedlichen Stromniveaus usw.).Changes in operating conditions, in particular mechanical, magnetic and/or electrical operating conditions, are reflected in changes in the charging and discharging durations. The current levels that determine the beginning and end of a charging/discharging phase can usually be freely selected. They should only be (at least almost) constant over the period under consideration. This consideration generally refers to charging and discharging phases, so that these can not only be within the current control around a constant current level, but also at the beginning or end of current control phases in order to reach the desired (new) current levels (e.g. initial rise time, current settling time). in the freewheeling phase between two current control phases with different current levels, etc.).
Um unerwünschte Effekte (z.B. Ummagnetisierungsprozesse) auszublenden, ist es besonders vorteilhaft, nur einen Teil des gesamten Bestromungsbereiches, d.h. nur eine bestimmte Betriebsphase der Spule (z.B. die erwähnte Haltephase oder auch dort nur einen Teil) zu betrachten.In order to hide undesired effects (e.g. reversal processes), it is particularly advantageous to consider only a part of the entire energization range, i.e. only a specific operating phase of the coil (e.g. the holding phase mentioned or only a part there).
Hierbei wird im laufenden Betrieb z.B. die Dynamik, d.h. die Veränderung, Streuung oder Schwankung innerhalb einer betrachteten Betriebsphase, der zuvor genannten Zeitdauern der Lade- und Entladephasen bzw. allgemein der Ansteuerphasen ausgewertet, z.B. innerhalb der Haltephase. Dies kann dann mit einer erwarteten Dynamik (bzw. einer erwarteten bzw. zulässigen maximalen Schwankung) verglichen werden. Die erwartete Dynamik wird vorzugsweise durch jene (in der Regel bekannten) Betriebsbedingungen (also prozesstechnische Gegebenheiten) bestimmt bzw. in Abhängigkeit davon vorgegeben oder ausgewählt, die beim Normalbetrieb des technischen Prozesses (in dem sich der spulenbetriebene Aktor befindet) maßgeblich Auswirkungen auf die Zeitdauern der Lade- und Entladephasen haben. Elektrische Bauteilparameter (z.B. elektrische, magnetische Widerstände, Induktivität) fließen ggf. als Konstanten oder abhängige Werte ein. Dies sagt insbesondere aus, dass die Dynamik unbestimmt wird (und dadurch abweicht), wenn im Prozess eine unbetrachtete Größe (z.B. elektrischer Gesamtwiderstand) zusätzlich (als Störgröße) Einfluss ausübt. Diese Betriebsbedingungen können z.B. eine oder mehrere der folgenden sein: Eine Ankerposition und/oder Ankerbewegung (inkl. der hydraulischen Unterstützung, wodurch eine Abhängigkeit vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine enthalten ist), eine Umgebungs-, Kraftstoff-, und/oder Spulentemperatur, und Betriebsspannungsschwankungen.During operation, for example, the dynamics, i.e. the change, scatter or fluctuation within an operating phase under consideration, the aforementioned durations of the charging and discharging phases or the control phases in general are evaluated, e.g. within the holding phase. This can then be compared with an expected dynamic (or an expected or permissible maximum fluctuation). The expected dynamics are preferably determined by those (usually known) operating conditions (i.e. process engineering conditions) or specified or selected depending on them, which have a significant impact on the durations of the process during normal operation of the technical process (in which the coil-operated actuator is located). have charging and discharging phases. Electrical component parameters (e.g. electrical, magnetic resistances, inductance) may be included as constants or dependent values. In particular, this means that the dynamics become indeterminate (and thus deviate) if an unconsidered variable (e.g. total electrical resistance) exerts an additional influence (as a disturbance variable) in the process. These operating conditions can be, for example, one or more of the following: An armature position and/or armature movement (including the hydraulic support, which includes a dependence on the operating point of the internal combustion engine), an ambient, fuel, and/or coil temperature, and operating voltage fluctuations.
Je geringer die zu erwartende Dynamik (bzw. Schwankung der Zeitdauern untereinander) ist, desto größer ist die Trennschärfe bzw. Erkennungsempfindlichkeit des vorgeschlagenen Verfahrens. Idealerweise wird ein Messabschnitt gewählt, in dem bei einem intakten System die betrachteten Zeitdauern (der Ansteuerphasen) keine bzw. eine sehr geringe Dynamik aufweisen. Eine Kombination von unterschiedlichen Messabschnitten in der Auswertung ist ebenso vorteilhaft.The lower the dynamics to be expected (or fluctuation of the time durations relative to one another), the greater the selectivity or recognition sensitivity of the proposed method. Ideally, a measurement section is selected in which, with an intact system, the time durations considered (of the control phases) have no or very little dynamics. A combination of different measurement sections in the evaluation is also advantageous.
Jegliche zusätzliche Dynamik bzw. Schwankung der Zeitdauern - in den Messergebnissen, zusätzlich zu einer erwarteten Dynamik - ist ein Zeichen einer Abweichung vom Normalzustand. Durch Quantifizierung bzw. Kategorisierung der (zusätzlichen) Dynamik kann die Ursache eingegrenzt werden.Any additional dynamics or variation in time durations - in the measurement results, in addition to an expected dynamic - is a sign of a deviation from normal. The cause can be narrowed down by quantifying or categorizing the (additional) dynamics.
Besonders vorteilhaft ist es, hierfür z.B. ein oder mehrere der folgenden Größen zu nutzen: eine absolute Schwankung der Zeitdauern z.B. der Lade- bzw. Entladephasen zueinander, u.a. unter Einbeziehung der gemessenen Maximal- / Minimalwerte; eine absolute Schwankung der aus den Anstiegs- und Abfallzeiten (Zeitdauer der Lade- bzw. Entladephase) berechneten Periodendauern bzw. der sich daraus ergebenden Regelfrequenz der Strom- bzw. Zweipunktregelung in der Haltephase; Schwankungen der genannten Zeitdauern bezogen auf einen Zeitabschnitt, z.B. für eine Ausblendung von langsameren Prozessen (z.B. Temperatureinflüsse); eine Häufigkeit von Dynamikgrenzüberschreitungen pro Zeit; und eine Verteilung der Dynamik z.B. über Betriebspunkte der Hochdruckpumpe und/oder der Brennkraftmaschine. Weiterhin können auch die absoluten (statischen) Werte der Zeitdauern der Lade- und/oder Entladephasen für Berechnungen von technischen Parametern genutzt bzw. aus diesen Diagnoseinformationen abgeleitet werden. Beispielsweise kann die Auswertung gestuft ablaufen: Zuerst werden dynamische Anteile ausgewertet, um Kontakt- und/oder Kabelprobleme oder Windungsschluss auszuschließen. Kann diese Analyse ohne Befunde beendet werden, ist eine Berechnung von Betriebsgrößen (z.B. Temperatur, Betriebsspannung etc.) denkbar.It is particularly advantageous to use one or more of the following variables for this: an absolute fluctuation in the durations, e.g. of the charging or discharging phases relative to one another, including the measured maximum/minimum values; an absolute fluctuation in the period lengths calculated from the rise and fall times (duration of the charging or discharging phase) or the resulting control frequency of the current or two-point control in the holding phase; Fluctuations in the specified time durations related to a period of time, e.g. for hiding slower processes (e.g. temperature influences); a frequency of dynamic boundary crossings per time; and a distribution of the dynamics, e.g. across operating points of the high-pressure pump and/or the internal combustion engine. Furthermore, the absolute (static) values of the durations of the charging and/or discharging phases can also be used for calculations of technical parameters or can be derived from this diagnostic information. For example, the evaluation can be staged: First, dynamic components are evaluated in order to rule out contact and/or cable problems or interturn faults. If this analysis can be completed without findings, a calculation of operating variables (e.g. temperature, operating voltage, etc.) is conceivable.
Die Zeitdauern und/oder die Schwankungen der Zeitdauern können auch mittels auf künstlicher Intelligenz bzw. auf maschinellem Lernen basierenden Methoden (z.B. mit künstlichen neuronalen Netzen) bestimmt, und basierend darauf die Parameter bestimmt und auf Fehler geschlossen werden. Hierbei ist kein direkter Vergleich mit Schwellen bzw. erwarteten Werten nötig, vielmehr können charakteristische Merkmalen von Signalmustern erkannt werden.The durations and/or the fluctuations in the durations can also be determined using methods based on artificial intelligence or machine learning (eg using artificial neural networks), and the parameters can be determined based thereon and errors can be inferred. In this case, no direct comparison with thresholds or expected values is necessary; instead, characteristic features of signal patterns can be recognized.
Die Genauigkeit des vorgeschlagenen Verfahrens kann insbesondere dadurch erhöht werden, dass Einflussfaktoren genauer modelliert werden, dass Einflussfaktoren durch eine bestimmte Wahl des auszuwertenden Messabschnittes ausgeblendet werden, weil deren Wirkung im betreffenden Messabschnitt nicht relevant ist, und/oder dass eine Messdauer gewählt wird, bei der bestimmte, sich langsam ändernde Einflussfaktoren als konstant angenommen werden können.The accuracy of the proposed method can be increased in particular by the fact that influencing factors are modeled more precisely, that influencing factors are masked out by a specific selection of the measurement section to be evaluated because their effect is not relevant in the measurement section in question, and/or that a measurement duration is selected in which certain, slowly changing influencing factors can be assumed to be constant.
So ist es beispielsweise bei einem elektromagnetischen Aktor von Vorteil, die Lade- bzw. Entladezeiten in der Haltephase der Bestromung zu betrachten. In diesem Messabschnitt ist der Anker bei vorteilhafter Ausgestaltung der Ansteuerung in seiner oberen Endlage fixiert und bewegt sich nicht, sodass von einer nahezu konstanten Induktivität sowie keiner Gegeninduktion auf Grund einer Ankerbewegung ausgegangen werden kann.In the case of an electromagnetic actuator, for example, it is advantageous to consider the charging and discharging times in the holding phase of the energization. In this measurement section, the armature is fixed in its upper end position in an advantageous configuration of the control and does not move, so that an almost constant inductance and no counter-induction due to an armature movement can be assumed.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung kann durch die Analyse der Zeitdauer der Entladephase der Einfluss der Betriebsspannung minimiert werden. Ein Entladevorgang schließt sich in der Regel unmittelbar an eine durch eine (bekannte) Stromschwelle beendete Ladephase an, die somit die Anfangsbedingungen dieser Entladephase bestimmt. Es ist möglich, dass diese Anfangsbedingungen (Stromschwelle) in geringem Maße differieren, was ggf. auf Signallaufzeiten innerhalb der Hard- bzw. Software zurückzuführen ist. In diesem Fall ist eine Korrektur in Abhängigkeit von z.B. dem Stromanstieg im Abschaltpunkt des Ladevorganges vorteilhaft.In a further advantageous embodiment, the influence of the operating voltage can be minimized by analyzing the duration of the discharge phase. A discharging process usually follows immediately after a charging phase ended by a (known) current threshold, which thus determines the initial conditions of this discharging phase. It is possible that these initial conditions (current threshold) differ slightly, which may be due to signal propagation times within the hardware or software. In this case, a correction depending on e.g. the current increase at the switch-off point of the charging process is advantageous.
Die betrachteten Messabschnitte können sich innerhalb einer oder auch über mehrere Bestromungsphasen bewegen. Dabei kann es von Vorteil sein, die Messabschnitte z.B. ausreichend groß gegenüber der Dynamik der Auswirkungen von z.B. Wackelkontakten oder Windungsschlüssen, jedoch hinreichend klein gegenüber langsamen Einflussgrößen (z.B. Temperatur), die ausgeklammert werden sollen, zu dimensionieren, damit sich deren Veränderung im Messabschnitt nicht signifikant auf das Ergebnis auswirken. Stehen langsame Einflussgrößen im Fokus der Erfassung, so sind entsprechend große Messabschnitte festzulegen. Wie erwähnt, können aber auch statische Werte ausgewertet werden.The measurement sections considered can move within one or also over several current application phases. It can be advantageous to dimension the measuring sections sufficiently large compared to the dynamics of the effects of loose contacts or short turns, for example, but sufficiently small compared to slow influencing variables (e.g. temperature) that are to be factored out, so that their change in the measuring section is not significant affect the result. If slow influencing variables are the focus of the recording, correspondingly large measurement sections must be defined. As mentioned, static values can also be evaluated.
Zusammenfassend ist damit eine Auswertung von gemessenen Bestromungsparametern wie z.B. Lade- und Entladephasen (Ein- bzw. Ausschaltzeiten) bei z.B. der Zweipunktregelung möglich. Idealerweise wird für die Auswertung ein Messabschnitt mit einer geringen prozessbedingten Beeinflussung (z.B. keine Ankerbewegung) herangezogen. Es kann damit z.B. ohne zusätzliche Hardware (z.B. Sensoren) festgestellt werden, ob die elektrischen Widerstände aller Komponenten im betreffenden Stromkreis der Spule einen in Grenzen konstanten Wert (also mit Schwankungen innerhalb gewisser Grenzen) aufweisen. Sich verändernde elektrische Widerstandswerte können neben Wackelkontakten u.a. auf Oxidation bzw. Verschleiß des Kontaktmaterials an Kontaktstellen bzw. Querschnittsänderung von elektrischen Leitern beispielsweise durch sich auffasernde und teilweise oder vollständig brechende Leiter im zuvor genannten Stromkreis z.B. durch Eindringen von Wasser bzw. mechanische Vibration hinweisen. Diese Information bzw. Ableitungen oder Schlussfolgerungen daraus können einem ausführenden Steuergerät als Diagnoseinformationen (z.B. Status Wackelkontakt) zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung gestellt werden. Durch eine zuverlässige Erkennung von nicht stabilen Kontaktverhältnissen ist es möglich, präventive Maßnahmen vor einem Komplettausfall bzw. vor instabilen Betriebszuständen durchzuführen.In summary, an evaluation of measured current supply parameters such as charging and discharging phases (switch-on and switch-off times) is possible with e.g. two-point control. Ideally, a measurement section with little process-related influence (e.g. no armature movement) is used for the evaluation. For example, it can be determined without additional hardware (e.g. sensors) whether the electrical resistances of all components in the relevant circuit of the coil have a constant value within limits (i.e. with fluctuations within certain limits). In addition to loose contacts, changing electrical resistance values can indicate oxidation or wear of the contact material at contact points or changes in the cross-section of electrical conductors, for example due to fraying and partially or completely breaking conductors in the aforementioned circuit, e.g. due to the ingress of water or mechanical vibration. This information or derivations or conclusions from it can be made available to an executing control unit as diagnostic information (e.g. status of loose contact) for further processing. Reliable detection of unstable contact conditions makes it possible to take preventive measures before a complete failure or unstable operating conditions.
Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen. Ebenso kann ein geeigneter Schaltkreis wie ein ASIC verwendet werden.A computing unit according to the invention, e.g. a control unit of a motor vehicle, is set up, in particular in terms of programming, to carry out a method according to the invention. A suitable circuit such as an ASIC can also be used.
Auch die Implementierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Computerprogramms oder Computerprogrammprodukts mit Programmcode zur Durchführung aller Verfahrensschritte ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Schließlich ist ein maschinenlesbares Speichermedium vorgesehen mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm wie oben beschrieben. Geeignete Speichermedien bzw. Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich. Ein solcher Download kann dabei drahtgebunden bzw. kabelgebunden oder drahtlos (z.B. über ein WLAN-Netz, eine 3G-, 4G-, 5G- oder 6G-Verbindung, etc.) erfolgen.The implementation of a method according to the invention in the form of a computer program or computer program product with program code for carrying out all method steps is advantageous because this causes particularly low costs, especially if an executing control device is also used for other tasks and is therefore available anyway. Finally, a machine-readable storage medium is provided with a computer program stored thereon as described above. Suitable storage media or data carriers for providing the computer program are in particular magnetic, optical and electrical storage devices such as hard drives, flash memories, EEPROMs, DVDs, etc. It is also possible to download a program via computer networks (Internet, intranet, etc.). Such a download can be wired or wired or wireless (e.g. via a WLAN network, a 3G, 4G, 5G or 6G connection, etc.).
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and refinements of the invention result from the description and the attached drawing.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.The invention is shown schematically in the drawing using an exemplary embodiment and is described below with reference to the drawing.
Figurenlistecharacter list
-
1 zeigt schematisch einen elektromagnetischen Aktor, bei dem ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführbar ist.1 shows schematically an electromagnetic actuator in which a method according to the invention can be carried out. -
2 zeigt schematisch einen Stromverlauf in einer Spule eines elektromagnetischen Aktors.2 shows schematically a current flow in a coil of an electromagnetic actuator. -
3 zeigt schematisch einen Teil des Stromverlaufs aus2 zur näheren Erläuterung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform.3 shows a part of the current flow diagram2 for a more detailed explanation of a method according to the invention in a preferred embodiment. -
4 zeigt schematisch einen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform.4 shows schematically a sequence of a method according to the invention in a preferred embodiment.
Ausführungsform(en) der Erfindungembodiment(s) of the invention
In
Zudem ist eine Recheneinheit 80 gezeigt, z.B. ein Steuergerät für das erwähnte Kraftstoffeinspritzsystem oder eine Brennkraftmaschine, mittels welcher (u.a.) der elektromagnetische Aktor 10 angesteuert werden kann.In addition, a
In
Die Ansteuerung mit dem Anzugsstrom wird dann zu einem gewissen Zeitpunkt (der hier nicht weiter relevant ist) beendet, wobei der Strom in einer Freilaufphase absinkt und dann zum Zeitpunkt t0 in eine Haltephase mit Haltestrom IH übergeht. Dabei ist sowohl für die Anzugsphase als auch die Haltephase zu sehen, dass der Strom nicht konstant ist, sondern zwischen zwei Grenzen schwankt. Dies ist auf die verwendete Zweipunktstromregelung zurückzuführen.Activation with the inrush current is then terminated at a certain point in time (which is no longer relevant here), with the current dropping in a freewheeling phase and then at point in time t 0 merging into a holding phase with holding current I H . It can be seen that the current is not constant for both the pull-in phase and the holding phase, but fluctuates between two limits. This is due to the two-point current control used.
In
Insbesondere sind hier nun ein oberer Strom- oder Grenzwert IO und ein unterer Strom- oder Grenzwert IU gezeigt, bei dessen Erreichen die Spannung jeweils ausgeschaltet (bei Überschreitung IO) bzw. eingeschaltet (Unterschreitung lu) wird; dies ist an dem Wechsel der Spannung zwischen einem Wert U0 und 0 zu erkennen. Damit ergeben sich z.B. eine (hier dargestellte sehr kurze) Ladephase L und eine (hier dargestellte längere) Entladephase E, in denen die Spule aufgeladen und entladen wird, sodass der Strom ansteigt und wieder abfällt. Dies erfolgt im Grunde entsprechend der oben erwähnten Formeln. Ein solches Stromregelverfahren wird als Zweipunktstromregelung bezeichnet.In particular, an upper current or limit value I O and a lower current or limit value I U are shown here, upon reaching which the voltage is switched off (when exceeded I O ) or switched on (below Iu); this can be recognized by the change in voltage between a value U 0 and 0. This results, for example, in a (very short) charging phase L (shown here) and a (longer shown here) discharging phase E, in which the coil is charged and discharged so that the current rises and falls again. Basically, this is done according to the formulas mentioned above. Such a current control method is referred to as two-point current control.
Wie ebenfalls zu sehen, wechseln sich diese beiden Phasen, Lade- und Entladephase, ab; es handelt sich dabei um zwei verschiedene Arten von Ansteuerphasen. Der Strom I wird damit auf einen mittleren Wert, den Haltestrom IH, eingeregelt. Eine Ladephase bildet dabei zusammen mit der darauffolgenden Entladephase eine Periode T. Die Zeitdauern von Lade- bzw. Entladephase sind mit ΔtL (Lade- bzw. Anstiegszeit) bzw. ΔtE (Entlade- bzw. Abfallzeit) bezeichnet.As can also be seen, these two phases, charging and discharging, alternate; these are two different types of control phases. The current I is thus adjusted to an average value, the holding current I H . A charging phase forms a period T together with the subsequent discharging phase. The durations of the charging or discharging phase are denoted by Δt L (charging or rise time) or Δt E (discharging or fall time).
Es werden nun die Zeitdauern ΔtL bzw. ΔtE der Lade- bzw. Entladephase bestimmt, z.B. durch entsprechenden Strom- bzw. Spannungsmessung oder durch Zeitmessung von Zustandswechseln von Komparatoren auf Grund von analog durchgeführten Vergleichen mit jeweiligen (analogen) Referenzgrößen. Dabei können aber z.B. einige Lade- bzw. Entladephase (oder Perioden T, hier beispielhaft zwei Perioden T) bei der Messung bzw. der Bestimmung der Zeitdauern außer Acht gelassen werden, da hier z.B. noch eine gewisse Dynamik nach der Freilaufphase bzw. deren Auswirkungen zu erwarten sind. Vorliegend soll ein Messfenster M erst zum Zeitpunkt t1 starten, ab dem die Zeitdauern der Lade- bzw. Entladephase bestimmt werden. Dabei ist auch darauf zu achten, dass möglichst nur volle Ansteuerphasen, also volle Lade- bzw. Entladephase berücksichtigt werden; so wird z.B. die letzte, nicht mehr vollständig in dem Messfenster M liegende Periode nicht mehr berücksichtigt, da dort schon ein Übergang in eine andere Phase als die Haltephase erfolgt. Dabei kann vorzugsweise die Anzahl für Lade- und Entladephasen jeweils gleich gewählt werden, jedoch können auch z.B. eine Ladephase mehr als Entladephasen gewählt werden.The durations ΔtL or ΔtE of the charging or discharging phase are now determined, for example by corresponding current or voltage measurement or by time measurement of state changes of comparators based on analog comparisons with respective (analog) reference variables. However, some charging or discharging phases (or periods T, here two periods T as an example) can be disregarded when measuring or determining the durations, since there is still a certain dynamic after the free-running phase or its effects are expected. In the present case, a measurement window M should only start at time t 1 from which the durations of the charging and discharging phase are determined. It is also important to ensure that, if possible, only full control phases, i.e. full charging or discharging phases, are taken into account; for example, the last The period that is no longer completely in the measurement window M is no longer taken into account, since a transition to a phase other than the holding phase is already taking place there. The number of charging and discharging phases can preferably be selected to be the same in each case, but it is also possible, for example, to select one charging phase more than discharging phases.
In
Dies kann auf die gleiche Weise für die Entladephasen und deren Zeitdauern durchgeführt werden. Ebenso ist denkbar, dass gemeinsam für Lade- und Entladephasen eine Schwankung bestimmt wird; hier kann dann auf einen relativen Wert zurückgegriffen werden, um die unterschiedlichen Längen von Lade- und Entladephase zu berücksichtigen.This can be done in the same way for the discharge phases and their durations. It is also conceivable that a fluctuation is determined jointly for charging and discharging phases; a relative value can then be used here in order to take into account the different lengths of the charging and discharging phases.
Änderungen verschiedener Parameter haben typischerweise unterschiedliche Auswirkungen auf die Lade- bzw. Entladezeiten. Beispielsweise wirken sich Widerstandvergrößerungen im Spulenstromkreis vergrößernd auf die Lade- und verkleinernd auf die Entladezeiten aus. Ein Windungsschluss (Verkleinerung der Induktivität wie auch des elektrischen Spulenwiderstandes) führt zu verkleinerten Lade- und Entladezeiten. Eine Vergrößerung der Betriebsspannung hat eine Verkleinerung der Ladezeit, jedoch keine Beeinflussung der Entladezeit zur Folge. Aus den Verhältnissen von Lade- und Entladezeiten (bzw. auch deren Änderungen) lässt sich schätzen, auf welchem Stromniveau der Lade- / Entladevorgang stattgefunden hat. Dies ist z.B. zur Plausibilisierung nutzbar. Eine Auswertung dieser hier nur beispielhaft genannten Zusammenhänge und deren zeitliche Kategorisierung ermöglicht eine Trennung von temporären und/oder schnellen (z.B. instabile Kontakte, Windungsschlüsse, etc.) von langsamen und kontinuierlichen Vorgängen (z.B. thermisch). Damit kann auch eine Unterscheidung nach der Art des Fehlers erfolgen.Changes in various parameters typically have different effects on the charging and discharging times. For example, increases in resistance in the coil circuit increase the charging times and decrease the discharging times. A winding short circuit (reduction in the inductance as well as the electrical coil resistance) leads to reduced charging and discharging times. Increasing the operating voltage reduces the charging time, but does not affect the discharging time. From the ratios of charging and discharging times (or their changes) it is possible to estimate the current level at which the charging/discharging process took place. This can be used, for example, for plausibility checks. An evaluation of these relationships, which are only mentioned here as examples, and their chronological categorization enables a separation of temporary and/or fast (e.g. unstable contacts, interturn shorts, etc.) from slow and continuous processes (e.g. thermal). This also allows a distinction to be made according to the type of error.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
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