DE3800910A1 - Stromdetektor-schaltungsanordnung fuer eine hubmagnet-treiberanordnung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stromdetektor- Schaltungsanordnung zur Verwendung in einem Treiber für eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Zur Steuerung des Hubmagnetspulen-Stroms von elektromagne­ tischen Betätigungseinrichtungen werden in der Praxis Verfahren verwendet, die generell in zwei Klassen einteil­ bar sind. Bei einer Klasse derartiger Steuerverfahren wird eine den Hubmagnetspulen-Strom steuernde Gleichspannung in einen Hubmagnetspulen-Treibertransistor eingespeist, der in Serie zur Hubmagnetspule geschaltet ist. Bei der anderen Klasse von Steuerverfahren wird zur Durchführung einer Umschaltfunktion eine Impulsspannung in den Transistor eingespeist.

Bei den beiden vorgenannten Klassen von Steuerverfahren für den Hubmagnetspulen-Strom wird zur Detektierung dieses Stroms ein Hubmagnetspulen-Stromdetektorwiderstand verwen­ det, der in Serie zur Hubmagnetspule und zum Hubmagnetspu­ len-Treibertransistor liegt und den Hubmagnetspulen-Strom­ wert auf der Basis der an ihm abfallenden Spannung detek­ tiert.

Der detektierte Hubmagnetspulen-Stromwert wird dabei zur Durchführung einer rückkoppelnden Regelung ausgenutzt, indem der Hubmagnetspulen-Iststrom so geregelt wird, daß er einen Wert entsprechend der Hubmagnetspulen-Stromregelspan­ nung annimmt.

Bei dem oben genannten Verfahren zur Steuerung bzw. Rege­ lung des Hubmagnetspulen-Stroms durch Speisung der Transi­ storanordnung mit einer Gleichspannung wird diese Transi­ storanordnung jedoch konstant in ihren aktiven Bereich gesteuert, so daß der Leistungsverbrauch und damit die Wärmeerzeugung groß wird, wodurch das Verfahren unzweckmä­ ßig wird. Daher ist generell das Verfahren verwendet wor­ den, bei dem der Hubmagnetspulen-Strom dadurch gesteuert bzw. geregelt wird, daß die Transistoranordnung mit einer Impulsspannung gespeist und damit einer Umschaltoperation unterworfen wird. Ein derartiges Verfahren ist beispiels­ weise in der JP-OS Nr. 57-13 790 beschrieben.

Bei dem vorgenannten Verfahren zur Steuerung bzw. Regelung des Hubmagnetspulen-Stroms durch Speisung der Transistoran­ ordnung mit einer Impulsspannung zwecks Realisierung einer Umschaltoperation der Transistoranordnung ist jedoch der am Hubmagnetspulen-Stromdetektorwiderstand entsprechend dem Hubmagnetspulen-Strom detektierte Spannungswert ein pulsie­ render Wert, so daß diese pulsierende Spannung durch ein Filter geglättet werden muß, um den genauen Hubmagnetspu­ len-Stromwert zu gewinnen. Daher tritt in bekannten Strom­ detektor-Schaltungsanordnungen zur Verwendung in einem Treiber für eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung ein Ansprechverzögerungsproblem in der korrigierenden Regelung des Hubmagnetspulen-Stroms mittels der Rückkopp­ lungsregelung auf.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der in Rede stehenden Art anzugeben, bei der ein solches Ansprechverzögerungsproblem nicht auftritt.

Diese Aufgabe wird bei einer Stromdetektor-Schaltungsanord­ nung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird ein Spannungswert in einem bestimmten Punkt des pulsierenden Spannungswertes entsprechend einer vollständigen Periode der Impulsspannung abgetastet, welche durch einen Hubmagnetspulen-Stromdetektorwiderstand detek­ tiert wird. Der Hubmagnetspulen-Stromwert (mittlerer Strom­ wert) wird dabei auf der Basis dieses Abtastwertes gemäß einem bekannten Berechnungsverfahrens berechnet.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteran­ sprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Schaltbild einer Ausführungsform der erfin­ dungsgemäßen Schaltungsanordnung

Fig. 2 ein Zeittaktdiagramm von beispielhaften Signal­ verläufen an bestimmten Stellen in der Schal­ tungsanordnung nach Fig. 1; und

Fig. 3 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der durch einen Mikrocomputer in der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 durchgeführten Operationen.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der erfin­ dungsgemäßen Schaltungsanordnung ist eine Hubmagnetspule eine solche für eine elektromagnetische Betätigungseinrich­ tung, die in einem Überbrückungsrohr zur Überbrückung eines in Strömungsrichtung vorderen und hinteren Teils einer Drosselklappe für eine Verbrennungskraftmaschine in einem Motorfahrzeug vorgesehen ist.

In Fig. 1 bezeichnet 1 einen Mikroprozessor (CPU), 2 einen Speicher und 3 eine Schnittstellenschaltung, welche zusam­ men einen Mikrocomputer 4 bilden. 7 und 8 bezeichnen Hub­ magnetspulen-Treibertransistoren, 10 eine Hubmagnetspule, 11 eine Batterie, 12 einen Hubmagnetspulen-Stromdetektorwi­ derstand, 13 einen Verstärker zur Verstärkung und Weiter­ führung der am Widerstand 12 abfallenden Spannung sowie 21 einen Analog-Digital-Umsetzer.

Im folgenden wird die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung erläutert.

Im Zeittaktdiagramm nach Fig. 2 stellen Kurvenzüge (a) bis (e) Signalverläufe an bestimmten Punkten in der Schaltungs­ anordnung nach Fig. 1 dar, welche mit den entsprechenden Buchstaben bezeichnet sind.

In der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 liefert der Mikro­ computer 4 eine Impulsspannung, deren Periode T konstant und deren Tastverhältnis als Funktion der Motorbetriebsbe­ dingungen variabel ist. Diese Impulsspannung ist in Fig. 2(c) dargestellt. Ein an seiner Basis mit der Impulsspannung (c) gespeister Transistor 6 wird in Abhängigkeit davon, ob die Impulsspannung (c) einen tiefen oder einen hohen Pegel besitzt, durchgeschaltet bzw. gesperrt. Synchron mit dem durchgeschalteten bzw. gesperrten Zustand des Transistors 6 werden daher auch die Hubmagnetspulen-Treibertransistoren 7 und 8 durchgeschaltet bzw. gesperrt. Durch die Hubmagnet­ spule 10 fließt daher entsprechend dem durchgeschalteten bzw. gesperrten Zustand der Transistoren 7 und 8 ein Hub­ magnetspulen-Strom. Dieser Hubmagnetspulen-Strom ist in Fig. 2 (a) dargestellt. Während der durchgeschalteten Periode der Transistoren 7 und 8 fließt ein Strom von der Batterie 11 nach Erde über die Hubmagnetspule 10, den Transistor 8 sowie den Hubmagnetspulen-Stromdetektorwider­ stand 12. Am Widerstand 12 wird daher entsprechend dem Hubmagnetspulen-Strom (a), welcher während der durchge­ schalteten Periode der Transistoren 7 und 8 fließt, eine Spannung detektiert. Diese in Fig. 2 (b) dargestellte Spannung wird durch den Verstärker 13 verstärkt.

Bei der in Rede stehenden Ausführungsform wird durch den Kreis aus Verstärker 13, einem Widerstand 15, einem Kon­ densator 16, einem Widerstand 22 und dem Mikrocomputer 4 eine Differenzierschaltung gebildet. Auf Grund dieser Ausgestaltung werden in den Zeiten, in denen sich die Impulsspannung (c) vom hohen zum tiefen Pegel sowie vom tiefen zum hohen Pegel ändert, differentielle Signale erzeugt. Diese differentiellen Signale sind in Fig. 2 (d) dargestellt.

Durch ein negatives differentielles Signal d 1 der differen­ tiellen Signale wird ein Transistor 14 für eine kurze Zeit in den leitenden Zustand geschaltet. Diese kurze Zeit entspricht der Periode vom Zeitpunkt, in dem die Spannung des negativen differentiellen Signals d 1 entsprechend der vom hohen auf den tiefen Pegel fallenden Flanke der Impuls­ spannung (c) zu fallen beginnt, bis zu dem Zeitpunkt, in dem das differentielle Spannungssignal d 1 den Sperrpegel des Transistors 14 erreicht. Ersichtlich wird also die vorgenannte kurze Zeit durch die Zeitkonstante der Diffe­ renzierschaltung festgelegt. Eine gestrichelte Linie in Fig. 2 (d) zeigt den Sperrpegel des Transistors 14.

Wie Fig. 2 (d) zeigt, wird der Transistor 14 bei der in Rede stehenden Ausführungsform durch das negative differen­ tielle Signal d 1 für einen Moment in den durchgeschalteten Zustand gebracht. Daher wird bei der vorliegenden Ausfüh­ rungsform ein Kondensator 18 durch die durch den Verstärker 13 verstärkte Spannung am Widerstand 12 am Beginn der Durchschaltung des Transistors 8 aufgeladen. Mit anderen Worten wird dem Kondensator 18 die durch den Verstärker 13 verstärkte Spannung in einem Punkt B in Fig. 2 (b) aufge­ prägt.

Die Ladespannung des Kondensators 18 wird in den Analog-Di­ gital-Umsetzer 21 eingespeist. Wie im folgenden noch ge­ nauer erläutert wird, wird der Analog-Digital-Umsetzer 21 bei der vorliegenden Ausführungsform gemäß einem vorgegebe­ nen Zeittakt gesteuert und gleichzeitig der Ausgangssignal­ wert dieses Analog-Digital-Umsetzers 21 durch den Mikrocom­ puter 4 gelesen, wobei gemäß Berechnung mittels eines bekannten Berechnungsverfahrens der Hubmagnetspulen-Strom­ wert (mittlerer Stromwert) gewonnen wird. Weiterhin wird bei der in Rede stehenden Ausführungsform ein Transistor 19 durchgeschaltet, wenn die Impulsspannung (c) einen hohen Pegel annimmt, so daß sich dann der Kondensator 18 über diesen Transistor entladen kann. Das bedeutet, daß bei der vorliegenden Ausführungsform die Ladespannung des Kondens­ ators 18 in Intervallen der Periode T der Impulsspannung (c) rückgesetzt wird. Die Änderung der Spannung am Konden­ sator 18 ist in Fig. 2 (e) dargestellt.

Im folgenden wird die Auslesung der dem Kondensator 18 über den Analog-Digital-Umsetzer 21 aufgeprägten Spannung durch den Mikrocomputer 4 erläutert. Das Flußdiagramm nach Fig. 3 dient zur Erläuterung dieses Lesevorgangs. Der Lesevorgang gemäß Fig. 3 wird durch eine Zeitgeberunterbrechung gestar­ tet, wie dies im folgenden noch erläutert wird.

Schritt S 1 ... Es wird festgestellt, ob ein Kennzeichensig­ nal gesetzt ist. Ist dies nicht der Fall, so schreitet die Logik zu einem Schritt S 5 fort, während sie bei gesetztem Kennzeichensignal zu einem Schritt S 2 fortschreitet.

Schritt S 2 ... Es wird ein hoher Pegel der Impulsspannung (c) ausgegeben. Sodann schreitet der Computer zu einem Schritt S 3 fort.

Schritt S 3 ... Der Zeitgeber zum Setzen der Ausgangsperiode mit hohem Pegel der Impulsspannung wird gesetzt und gestar­ tet. Sodann schreitet der Computer zu einem Schritt S 4 fort.

Schritt S 4 ... Das Kennzeichensignal wird rückgesetzt, wonach die Unterbrechung zum Hauptprogramm zurückkehrt. Im Hauptprogramm werden der vorgenannte Zeitgeber zum Setzen der Ausgangsperiode der Impulsspannung mit hohem Pegel sowie ein im folgenden noch anzugebender Zeitgeber zum Setzen der Ausgangsperiode der Impulsspannung mit tiefem Pegel hinsichtlich einer Zeitsperre überprüft. Tritt eine Zeitsperre auf, so wird der entsprechende Zeitgeber-Unter­ brechungsprozeß gemäß Fig. 3 gestartet. Tritt beispiels­ weise eine Zeitsperre im vorgenannten Zeitgeber zum Setzen der Ausgangsperiode der Impulsspannung mit hohem Pegel auf, so wird die Entscheidung im Schritt 1 erneut durchgeführt, wobei die Logik zum Schritt S 5 fortschreitet.

Schritt S 5 ... Es wird ein tiefer Pegel der Impulsspannung (c) ausgegeben. Sodann schreitet der Computer zu einem Schritt S 6 fort.

Schritt S 6 ... Der vorgenannte Zeitgeber zum Setzen der Ausgangsperiode der Impulsspannung mit tiefem Pegel wird gesetzt und gestartet. Sodann schreitet der Computer zu einem Schritt S 7 vor. Wie bereits ausgeführt, wird die in den Zeitgebern zum Setzen des hohen oder tiefen Pegels der Ausgangsperiode der Impulsspannung gesetzte Periode durch ein geeignetes bekanntes Verfahren gemäß den Betriebsbedin­ gungen des Motors festgelegt. Die Summe der Setzzeit im Zeitgeber zum Setzen der Ausgangsperiode der Impulsspannung mit hohem Pegel und der Setzzeit im Zeitgeber zum Setzen der Ausgangsperiode der Impulsspannung mit tiefem Pegel ist konstant, da sie einer Periode der Impulsspannung (c) entspricht.

Schritt S 7 ... Es wird bestimmt, ob eine vorgegebene Zeit abgelaufen ist. Diese vorgegebene Zeit wird willkürlich in einem Bereich festgelegt, der größer als die Zeit vom Zeitpunkt der Ausgabe des tiefen Pegels der impulsförmigen Spannung im vorgenannten Schritt S 5 bis zum Zeitpunkt des Erreichens des Sperrpegels des Transistors 14 durch das durch das Ausgangssignal erzeugte negative differentielle Signal d 1 und kleiner als diejenige Zeitdauer ist, bis der hohe Pegel der Impulsspannung im Schritt S 2 das nächste Mal ausgegeben wird. Ist diese vorgegebene Zeit abgelaufen, so steht daher am Kondensator 18 die Ausgangsspannung des Verstärkers 13 in dem Zeitpunkt, in dem der Transistor 14 den Sperrpegel erreicht.

Schritt S 8 ... Es wird ein Befehl ausgegeben, um den Ana­ log-Digital-Umsetzer 21 anlaufen zu lassen. Dieser Analog- Digital-Umsetzer 21 überführt daher die Spannung am Kon­ densator 18 in ein Digitalsignal und gibt dieses aus. Der Computer schreitet sodann zu einem Schritt S 9 fort.

Schritt S 9 ... Der Computer liest den Ausgangssignalwert des Analog-Digital-Umsetzers 21 und schreitet zu einem Schritt S 10 fort.

Schritt S 10 ... Das Kennzeichen wird gesetzt und die Unter­ brechung kehrt zum Hauptprogramm zurück.

Im folgenden wird das Verfahren zur Berechnung eines mitt­ leren Stromwertes Iave des Hubmagnetspulen-Stroms für eine Periode der Impulsspannung gemäß dem im Schritt S 9 gelese­ nen Ausgangssignal des Analog-Digital-Umsetzers 21 be­ schrieben.

In an sich bekannter Weise wird der Wert des Hubmagnetspu­ len-Stroms Ir in einem gegebenen Zeitpunkt in einer Periode der impulsförmigen Spannung (im folgenden als Augenblicks­ stromwert bezeichnet) bestimmt, wenn der mittlere Stromwert Iave des Hubmagnetspulen-Stroms und ein Korrekturfaktor F festgelegt sind, wobei der Koeffizient F vom Tastverhältnis der Impulsspannung und der temperaturabhängigen Hubmagnet­ spulen-Widerstandskomponente abhängt. Da bei der vorliegen­ den Ausführungsform der Augenblicksstromwert Ir verfügbar ist, kann der mittlere Stromwert Iave gewonnen werden, wenn der vorgenannte Korrekturfaktor F mittels bekannter geeig­ neter Maßnahmen bestimmt werden kann.

Ist jedoch die Hubmagnetspule an einer Stelle angeordnet, an der sie, wie bei dem in Rede stehenden Ausführungsbei­ spiel, dem Einfluß von Temperaturänderungen des Motors ausgesetzt ist, so ist die Hubmagnetspulen-Widerstandskom­ ponente unstabil, d.h., der Korrekturfaktor F ist schwierig festzulegen. Es ist daher zweckmäßig, einen Augenblicks­ stromwert Ir zu detektieren, für den der Korrekturfaktor F als derjenige Korrekturfaktor festlegbar ist, der die Hubmagnetspulen-Widerstandskomponente nicht enthält.

In an sich bekannter Weise ist folgender Zusammenhang gegeben: Steigt die Temperatur der Hubmagnetspule, so bewirkt die resultierende Änderung ihrer Widerstandskompo­ nente eine Verringerung der Steigung des Hubmagnetspulen- Stroms gemäß einer gestrichelten Kurve a 1 in Fig. 2, wäh­ rend eine Abnahme der Temperatur der Hubmagnetspule eine größere Steigung des Hubmagnetspulen-Stroms gemäß einer gestrichelten Kurve a 2 bewirkt. Die Signalverläufe der Hubmagnetspulen-Ströme schneiden sich daher in einem be­ stimmten Punkt. In Fig. 2 (a) ist dieser Schnittpunkt mit A bezeichnet. Ersichtlich ist der Augenblicksstromwert Ir im Schnittpunkt A derjenige Augenblicksstromwert, für den der vorgenannte Korrekturfaktor F als die Hubmagnetspulen-Wi­ derstandskomponente nicht enthaltender Korrekturfaktor gewonnen werden kann. Kann der Augenblicksstromwert Ir im Punkt A detektiert werden, so kann der mittlere Stromwert Iave des Hubmagnetspulen-Stroms in einfacher Weise durch eine Berechnung gewonnen werden, welche auf dem Augen­ blicksstromwert Ir und demjenigen Korrekturfaktor F beruht, der lediglich vom Tastverhältnis der Impulsspannung abhän­ gig ist.

Wie aus den vorstehenden Ausführungen folgt, kann dies durch Einstellung der Zeitkonstante der Differenzierschal­ tung in dem Sinne erreicht werden, daß der Zeittakt der negativen Differentialspannung nach dem Beginn des Fallens so eingestellt wird, daß der Sperrpegel des Transistors 14 in Übereinstimmung mit dem Punkt A erreicht wird. Ein derartiges Differentialsignal ist in Fig. 2 (d) durch die gestrichelte Linie dargestellt. Auf diese Weise wird die durch den Verstärker 13 verstärkte Spannung in einem Punkt B 1 in Fig. 2 (b) dem Kondensator 18 aufgeprägt, so daß der mittlere Stromwert Iave des Hubmagnetspulen-Stroms im oben genannten Sinne einfach berechenbar ist. Die dem Konden­ sator 18 dann aufgeprägte Spannung steht mit dem vorgenann­ ten Augenblicksstromwert Ir in Zusammenhang.

Aus den vorstehenden Ausführungen folgt, daß der in der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung durch den Hubmagnet­ spulen-Stromdetektorwiderstand detektierte pulsierende Hubmagnetspulen-Strom in seinem Wert in Intervallen einer vorgegebenen Periode abgetastet wird und daß der Mittelwert des Hubmagnetspulen-Stroms durch Berechnung aus dem abgeta­ steten Wert gewonnen wird, wobei dieser mittlere Stromwert im Vergleich zu auf einer Filterung beruhenden Verfahren schneller gewinnbar ist. Erfindungsgemäß kann daher die Korrektur des Hubmagnetspulen-Stroms durch eine an sich bekannte Rückkopplung ohne Verzögerung geregelt werden.

Claims (4)

1. Stromdetektor-Schaltungsanordnung zur Verwendung in ei­ nem Treiber für eine elektromagnetische Betätigungsein­ richtung mit einer Hubmagnet-Treiberanordnung (7, 8), die zur Einspeisung eines pulsierenden Stroms in eine Hubmagnetspule (10) eine Umschaltsteuerung durch das Vorhandensein einer Impulsspannung erfährt, mit einem Impulsspannungsgenerator (4) zur Erzeugung der Impuls­ spannung mit konstanter Periode und einem variablen Tastverhältnis sowie Einspeisung der Impulsspannung in die Hubmagnetspule (10) und mit einem Hubmagnetspulen- Stromdetektor (12) zur Detektierung des pulsierenden Hubmagnetspulen-Stroms (Ir, Iave), gekennzeichnet durch eine Anordnung zur Abtastung des Ausgangssignals des Hubmagnetspulen-Stromdetektors (12) mit einem vorgegebe­ nen Zeittakt in der Periode, in welcher die Hubmagnet- Treiberanordnung (7, 8) durch Vorhandensein der Impuls­ spannung in leitendem Zustand gehalten ist.

2. Stromdetektor-Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgege­ bene Zeittakt synchron mit dem Zeitpunkt des Auftretens einer Flanke der Impulsspannung ist.

3. Stromdetektor-Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der vorge­ gebene Zeittakt ein um eine vorgegebene Zeitdauer hinter dem Zeitpunkt des Auftretens einer Flanke in der Impuls­ spannung liegender Zeitpunkt ist.

4. Stromdetektor-Schaltungsanordnung nach einem der Ansprü­ che 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der um eine vorgegebene Zeitdauer verzögerte Zeit­ takt der Zeitpunkt ist, in dem die temperaturabhängige Widerstandskomponente der Hubmagnetspule die kleinste Änderung erfährt.