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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung eines
Wegsensors einer Drehaktuatorvorrichtung zur Ansteuerung eines Gaswechselventils
einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1. Insbesondere findet das Verfahren Anwendung bei
Drehaktuatorvorrichtungen ohne mechanische Endanschläge.
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Bei
herkömmlichen
Verbrennungsmotoren wird die Nockenwelle zur Steuerung der Gaswechselventile
mechanisch über
eine Steuerkette oder einen Steuerriemen von der Kurbelwelle angetrieben. Zur
Steigerung der Motorleistung und zur Senkung des Kraftstoffverbrauchs
bringt es erhebliche Vorteile, die Ventile der einzelnen Zylinder
individuell anzusteuern. Dies ist durch einen sogenannten vollvariablen
(veränderbare
Steuerzeiten und veränderbarer Ventilhub),
beispielsweise einen sogenannten elektromagnetischen Ventiltrieb
möglich.
Bei einem vollvariablen Ventiltrieb ist jedem Ventil bzw. jeder "Ventilgruppe" eines Zylinders
eine "Aktuatoreinheit" zugeordnet. Derzeit
werden unterschiedliche Grundtypen von Aktuatoreinheiten erforscht.
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Bei
einem Grundtyp (sogenannte Hubaktuatoren) sind einem Ventil oder
einer Ventilgruppe ein Öffnungs-
und ein Schließmagnet
zugeordnet. Durch Bestromen der Magneten können die Ventile axial verschoben,
d.h. geöffnet
bzw. geschlossen werden. Die
DE 197 39 840 A1 beschreibt einen Hubaktuator für ein Gaswechselventil
und ein Verfahren zum Betreiben desselben, wobei die Stellvorrichtung
mit einem Wegsensor verbunden ist und die Geschwindigkeit des Stellorgans
gesteuert wird.
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Bei
dem anderen Grundtyp (sogenannter Drehaktuator) ist eine Steuerwelle mit
einem Nocken vorgesehen, wobei die Steuerwelle durch einen Elektromotor
hin und her schwenkbar ist.
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Zur
Regelung eines Drehaktuators sind genaueste Sensorwerte erforderlich,
die eine Information wiedergeben über die momentane Position
des rotierenden Antriebselements und/oder des das Antriebselement
des Drehaktuators antreibenden Elementes selbst, z.B. die Position
des vom Rotor angetriebenen Betätigungselements
(z.B. Nockenwelle) oder die Rotorposition selbst. In bekannten Drehaktuatorvorrichtungen
werden Wegsensoren jeweils durch das Anfahren von mechanischen Anschlägen, die
die Endpositionen eines Steuernockens definieren, kalibriert.
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Aus
der
DE 101 40 461
A1 ist eine Drehaktuatorvorrichtung zur Hubsteuerung eines
Gaswechselventils mit derartigen mechanischen Anschlägen bekannt.
Die Hubsteuerung der Gaswechselventile erfolgt hier über einen
kennfeldgesteuerten Elektromotor, an dessen Rotor eine Welle mit
einem drehfest verbundenen Steuernocken angeordnet ist. Beim Betrieb
der Brennkraftmaschine schwenkt, bzw. pendelt der Rotor des Elektromotors
hin und her und der Steuernocken drückt über einen Schwenkhebel periodisch
das Gaswechselventil in seine Öffnungsstellung.
Geschlossen wird das Gaswechselventil durch die Federkraft einer
Ventilfeder. Damit der Elektromotor nicht die gesamte Federkraft
der Ventilfeder beim Öffnen
des Gaswechselventils überwinden
muss, ist an die Welle eine zusätzliche
Feder angebracht. Die Kräfte
von Ventilfeder und zusätzlicher
Feder sind dergestalt, dass beim periodischen Betrieb der Drehaktuatorvorrichtung
entsprechend der Stellung des Gaswechselventils die kinetische Energie
entweder in der Ventilfeder (Schließfeder) oder in der zusätzlichen
Feder (Öffnungsfeder)
gespeichert ist. Die beschriebene Vorrichtung schlägt zur eindeutigen
Positionierung des Steuernockens in seinen Endlagen vor, das dieser
mittels eines ersten und mittels eines zweiten Drehanschlages eindeutig positioniert
wird. Nachteilig bei dieser Anordnung ist allerdings, dass die Kalibrierung
von Wegsensoren zur Positionsbestimmung durch Anfahren von mechanischen
Anschlägen
nicht für
alle Anwendungsfälle
eine zufriedenstellende Genauigkeit aufweist. Je nach Aufbau der
verwendeten Drehaktuatorvorrichtung sind die mechanischen Toleranzen
des Systems so groß,
dass eine erforderliche Genauigkeit nicht erreicht werden kann.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Vermessung und Kalibrierung
eines Wegsensors für
eine Drehaktuatorvorrichtung anzugeben, mittels welchem eine genauere
Positionierung bzw. Positionsbestimmung des Betätigungselementes (und damit
auch des Gaswechselventils) gewährleistet
wird. Insbesondere soll ein Verfahren angegeben werden, welches
eine Vermessung bzw. Kalibrierung sowohl bei Betriebsphasen mit
niedriger Brennkraftmaschinendrehzahl als auch bei Betriebsphasen
mit hoher Brennkraftmaschinendrehzahl auf zuverlässige Weise gewährleistet.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe durch die Gesamtheit der Merkmale des unabhängigen Anspruchs
gelöst.
Hierbei wird mindestens eine Zustandsgröße des Elektromotors ermittelt
und mit einer hinterlegten Referenzgröße verglichen. Bei einer Abweichung
zwischen der ermittelten Zustandsgröße und der mit dieser zu vergleichenden
Referenzgröße über einen
vorbestimmten Wert hinaus wird die hinterlegte Sollbahn anhand der
der Elektromotor bzw. der Rotor des Elektromotors geregelt wird
und/oder der durch den Wegsensor erfasste Wert, in Abhängigkeit
von der Höhe
der Abweichung der Zustandsgröße von dem
Referenzwert, verändert.
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Die
Ermittlung der Zustandsgröße erfolgt
bevorzugt durch Messung des entsprechenden Wertes. Alternativ kann
die Zustandsgröße aber
auch anhand eines hinterlegten Modells berechnet werden. Vorzugsweise
wird als Zustandsgröße der Rotorwinkel, eine
zeitliche Ableitung des Rotorwinkels, und/oder der Motorstrom des
Elektromotors oder eine zu dem Motorstrom proportionale Größe (Motorleistung, Speisespannung
des Elektromotors) ermittelt.
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Die
Veränderung
der hinterlegten Sollbahn und/oder des erfassten Wegsensorwertes
erfolgt bevorzugt durch Multiplikation der hinterlegten Sollbahnwerte
bzw. Wegsensorwerte mit einem Korrekturfaktor und/oder durch Addition
eines hinterlegten Offsetwertes. Korrekturfaktor und/oder Offsetwert werden
im Folgenden als Korrekturwert bezeichnet. Der Korrekturwert wird
in Abhängigkeit
von der ermittelten Wegabweichung ermittelt. Die Ermittlung kann durch
Auswahl aus einer hinterlegten abgespeicherten Tabelle oder durch
online-Berechnung erfolgen. Bei einer hohen Wegabweichung (oberhalb
einer vorbestimmten ersten Abweichungsschwelle), aufgrund welcher
der Rotor beispielsweise in eine ungewollte Zwischenposition abzufallen
droht, wird ein entsprechend hoher Korrekturwert zugeordnet, so
dass bereits noch im selben Arbeitsspiel oder im unmittelbar nachfolgenden
Arbeitsspiel des Rotors dieser anhand stark korrigierter Werte geregelt
wird. Ein Abfallen des Rotors in die beschriebene Zwischenposition wird
so wirksam verhindert. Bei einer geringeren Wegabweichung, bei deren
Vorliegen kein Abfallen des Rotors droht, kann der zumindest eine überwachte
und bei jedem oder jedem n-ten Arbeitsspiel ermittelte Zustandswert über eine
Vielzahl von Arbeitsspielen gemittelt werden. Eine Zuordnung bzw. Ermittlung
eines entsprechenden Korrekturfaktors erfolgt dann insbesondere
anhand des gemittelten Korrekturfaktors. Als Arbeitsspiel im Sinne
der Erfindung wird insbesondere der Öffnungs- oder Schließvorgang
eines Gaswechselventils beziehungsweise der unmittelbar darauf zurückzuführende zugehörige Schwenkvorgang
des Rotors des Elektromotors bezeichnet. Möglich ist auch eine Definition
des Arbeitsspiels welches Schließ- und Öffnungsvorgang umfasst.
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Da
während
des Schließvorgangs
keine Gasgegendrücke
zu berücksichtigen
sind, findet das erfindungsgemäße Verfahren
vorzugsweise bei der Kalibrierung des Wegsensors während des
Schließvorgangs
des dem Wegsensor zugeordneten Gaswechselventils statt.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
umfasst insbesondere zwei verschiedene Strategien zur Vermessung
bzw. Kalibrierung des Drehaktuators. Eine erste Strategie besteht
darin, kleinere Abweichungen des Rotors von der vorgegebenen Sollbahn
anhand der er geregelt wird zu erfassen, über eine Mehrzahl von Arbeitsspielen
zu mitteln und in Abhängigkeit
von der gemittelten Abweichung eine Änderung der Sollbahn anhand
der der Rotor dann zukünftig
geregelt wird vorzunehmen und/oder die Wegsensorsignale derart zu
verändern,
dass ein entsprechend korrigierter Wegverlauf zukünftig aufgrund
der veränderten Wegsensorsignale
eingeregelt wird. Diese Strategie erstreckt sich zeitlich über mehrere
Arbeitsspiele (langsamer Eingriff). Im Gegensatz dazu besteht die zweite
Strategie darin, größeren Abweichungen
mit einem schnellen Regeleingriff entgegenzuwirken. Dies geschieht,
indem mittels einer entsprechenden Veränderung der Sollbahn und/oder
der Wegsensorsignale die Regelung des Rotors bereits im selben oder
im nächsten
Arbeitsspiel anhand der veränderten
Werte von Sollbahn und/oder Wegsensorsignalen erfolgt. Die beiden
Strategien unterscheiden sich dabei jedoch weiter in den zu ergreifenden
Maßnahmen,
auf die im Zuge der nachfolgenden Figurenbeschreibung eingegangen
wird.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Es
zeigen:
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1:
die schematische Darstellung einer Drehaktuatorvorrichtung für den Antrieb
eines Gaswechselventils einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine,
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2a–c: veranschaulicht
in drei unterschiedlichen Diagrammen die Zustandsgrößen Rotorwinkel,
Rotorwinkelgeschwindigkeit und abgegebenes Drehmoment bzw. Stromaufnahme
des Elektromotors, für
den Fall, dass aufgrund eines Wegsensorfehlers kleineren Ausmaßes der
Rotor sich über die
Sollendposition hinaus bewegt,
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3a–c: veranschaulicht
in drei unterschiedlichen Diagrammen die Zustandsgrößen Rotorwinkel,
Rotorwinkelgeschwindigkeit und abgegebenes Drehmoment bzw. Stromaufnahme
des Elektromotors, für
den Fall, dass aufgrund eines Wegsensorfehlers kleineren Ausmaßes der
Rotor nicht die Sollendposition erreicht,
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4a–c: die
Zustandsgrößen gemäß 2a–c für den Fall,
dass aufgrund eines Wegsensorfehlers größeren Ausmaßes der Rotor sich über die
Sollendposition hinaus bewegt,
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5a–c: die
Zustandsgrößen gemäß 3a–c für den Fall,
dass aufgrund eines Wegsensorfehlers größeren Ausmaßes der Rotor nicht die Sollendposition
erreicht, und
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6:
zeigt den linearen Zusammenhang zwischen Wegsensor und Rotorwinkel
im fehlerfreien und im fehlerbehafteten Fall.
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1 zeigt
die schematische Darstellung einer Drehaktuatorvorrichtung für den Antrieb
eines Gaswechselventils
2 einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine.
Die wesentlichen Bestandteile dieser Vorrichtung sind ein, insbesondere
als Servomotor ausgebildeter Elektromotor
4 (Antriebseinrichtung), eine
von diesem angetriebene, vorzugsweise zwei Nocken
6a,
6b unterschiedlichen
Hubs aufweisende und drehfest mit der Rotorwelle verbundene Nockenwelle
6 (Betätigungselement),
ein mit der Nockenwelle
6 einerseits und mit dem Gaswechselventil
2 andererseits
in Wirkverbindung stehender Schlepphebel
8 (Übertragungselement)
zur Bewegungsübertragung der
durch die Nocken
6a,
6b vorgegebenen Hubhöhe auf das
Gaswechselventil
2 sowie ein, das Gaswechselventil
2 in
Schließrichtung
mit einer Federkraft beaufschlagendes und als Schließfeder ausgebildetes erstes
Energiespeichermittel
10 und ein, über die Nockenwelle
6 und
den Schlepphebel
8 das Gaswechselventil
2 mit
einer Öffnungskraft
beaufschlagendes und als Öffnungsfeder
ausgebildetes zweites Energiespeichermittel
12. Für die genaue
Wirkungsweise und mechanische Ausgestaltung der Drehaktuatorvorrichtung
wird auf die
DE 102
52 991 A1 verwiesen, die inhaltlich bezüglich des Drehaktuatoraufbaus
in den Offenbarungsgehalt dieser Anmeldung mit einbezogen wird.
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Um
einen möglichst
energiearmen Betrieb des Elektromotors 4, der über die
Nockenwelle 6 das vorhandene Gaswechselventil 2 antreibt,
zu gewährleisten,
wird neben der optimalen Auslegung der einander entgegenwirkenden
Federn (Schließfeder 10, Öffnungsfeder 12)
und der idealen Positionierung von Dreh- und Anlenkpunkten in der
Geometrie der Vorrichtung selbst, der Elektromotor 4 über eine Steuer-
und Regeleinrichtung 20 (im Folgenden Regeleinrichtung
genannt) gemäß einer
Sollbahn, die das ideale Ausschwingverhalten des Feder-Masse-Feder-Systems abbildet
geregelt. Insbesondere erfolgt diese Regelung durch Regelung des
Rotorverlaufes des, das mindestens eine Betätigungselement 6, 6a, 6b antreibenden
Elektromotors 4. Der ideale Wegverlauf des Rotors, der
als Teil des Schwingungssystems mitschwingt, wird analog zum idealen
Schwingungsverlauf des Gesamtsystems rechnerisch ermittelt und bildet
die Sollbahn zur Regelung des Elektromotors 4. Zur Überwachung
der Istposition des Rotors ist ein nicht dargestellter Wegsensor
vorhanden, der ein Sensorsignal S an die Regelleinrichtung 20 oder
eine andere Steuereinrichtung übermittelt.
Der Elektromotor 4 wird derart durch die Regeleinrichtung 20 angesteuert,
dass das zumindest eine Gaswechselventil 2 von einer ersten Ventilendlage
E1, die beispielsweise der geschlossenen Ventilposition entspricht,
in eine zweite Ventilendlage E2, E2', die beispielsweise einer teilweise (E2': Teilhub) oder maximal
geöffneten
(E2: Vollhub) Ventilposition entspricht, überführt wird und umgekehrt. Bei
der Regelung des Elektromotors 4 wird der Rotor und damit
das mit dem Rotor wirkverbundene Betätigungselement 6, 6a, 6b in
seiner Position entsprechend gesteuert, so dass der Rotor bzw. das
Betätigungselement 6, 6a, 6b analog
zur Schließposition
E1 des Gaswechselventils 2 eine Position im Wegebereich
des Nockengrundkreises, z.B. im Wegebereich zwischen R1 und R1' einnehmen wird und
analog zur zweiten Endlage E2, E2' eine Position im Wegebereich des Nockens 6a, 6b,
z.B. im Wegebereich zwischen R2 und R2' einnehmen wird. Das System ist idealerweise
so ausgelegt, dass das Betätigungselement 6, 6a, 6b bei
Ausschluss (gezielte Nichtberücksichtigung)
der Umgebungseinflüsse
(insbesondere Reibung und Gasgegendruck) den Weg zwischen zwei Endpositionen
R1 – R2
(Vollhub) oder R1' – R2' (Teilhub) ohne Einspeisung
zusätzlicher
Energie, also ohne aktiven Antrieb durch die Antriebseinrichtung 4,
zurücklegt
und somit nur bei den in der Praxis auftretenden Umgebungseinflüssen unterstützend eingreift.
Das System ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass es in den Maximalendlagen
R1, R2 des Rotors (Schwingungsendlagen bei maximalem Schwingungshub)
sich jeweils in einer metastabilen momentenneutralen Position befindet,
in der sich die auftretenden Kräfte
in einem Kräftegleichgewicht
befinden und in der der Rotor ohne Aufbringung einer zusätzlichen
Haltekraft gehalten ist.
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Im
Besonderen ist in der ersten metastabilen und momentenneutralen
Position R1 (in 1 dargestellt) das Gaswechselventil 2 geschlossen
und somit die Schließfeder 10 unter
Beibehaltung einer Rest-Vorspannung maximal entspannt, während die Öffnungsfeder 12 maximal
vorgespannt ist. Die Kraft der vorgespannten Öffnungsfeder 12 wird über ein ortsfestes Abstützelement 6c der
Nockenwelle 6 auf diese übertragen und ist in der Position
R1 genau durch den Mittelpunkt der Nockenwelle 6 gerichtet und
somit quasi neutralisiert. Auch die aufgrund der Rest-Vorspannung
vorhandene Kraft der Schließfeder 10 wird
in der beschriebenen Position neutralisiert, da diese über den
Schlepphebel 8 ebenfalls in den Mittelpunkt der Nockenwelle 6 gerichtet
ist.
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In
der nicht dargestellten zweiten metastabilen und momentenneutralen
Position R2 wäre
das Gaswechselventil 2 mit seinem Maximalhub gemäß dem Hauptnocken 6b geöffnet und
die um das Gaswechselventil 2 herum angeordnete Schließfeder 10 maximal
vorgespannt, während
die Öffnungsfeder 12 unter
Beibehaltung einer Rest-Vorspannung maximal entspannt wäre. Die
Anordnung der einzelnen Komponenten ist derart gewählt, dass
wiederum die Kraft des maximal vorgespannten Federmittels (jetzt: Schließfeder 10)
und des maximal entspannten Federmittels (jetzt: Öffnungsfeder 12)
jeweils genau durch dem Mittelpunkt der Nockenwelle 6 gerichtet und
somit in dieser Position quasi neutralisiert sind.
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Eine
dritte, ebenfalls nicht dargestellte, stabile und momentenneutrale
Position R0 ist dann vorhanden, wenn das System einen sogenannten
abgefallen Zustand einnimmt, in dem die Nockenwelle 6 eine
Position zwischen den beiden ersten metastabilen und momentenneutralen
Positionen R1, R2 einnimmt. Aus der abgefallenen Position kann das
System lediglich mittels einem hohen Energieaufwand wieder herausgebracht
werden, in dem beispielsweise durch ein Anschwingen oder Hochschwingen
der Rotors die Nockenwelle 6 wieder in eine der beiden ersten
metastabilen momentenneutralen Positionen R1, R2 überführt wird
oder die Nockenwelle 6 zumindest bis zu einem Teilhub angeschwungen
wird, bei dem ein regulärer
Betrieb der Drehaktuatorvorrichtung wieder möglich ist.
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Analog
zu den beschriebenen drei momentenneutralen Positionen R0, R1, R2
für den
Betrieb der Vorrichtung mittels dem Hauptnocken 6b können weitere
Positionen (nicht dargestellt) für
einen sogenannten Minimalhubbetrieb bei Betätigung des zweiten Nocken 6a vorhanden
sein. Für
diese weiteren momentenneutralen Positionen gilt das gleiche, wie für die zuvor
beschrieben momentenneutralen Positionen R0, R1, R2.
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Bei
dem berechneten idealen Ausschwingverhalten schwingt der Rotor also
von einer Endposition E1, E1' in
die andere Endposition E2, E2' allein aufgrund
der in den Energiespeichermitteln 10, 12 gespeicherten
Energie ohne Einspeisung einer zusätzlichen Energie, etwa durch
den Elektromotor 4.
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In
dem Fall, dass der Rotor im Teilhubbereich von einer ersten Endlage
R1' zu einer korrespondierenden
zweiten Endlage R2' schwingt
(insbesondere bei hohen Drehzahlen der Brennkraftmaschine), wäre das ideale
Ausschwingverhalten somit das eines Perpetuum mobile (unendliche
gleichbleibende Schwingung).
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Für den Fall,
dass der Rotor im Vollhubbereich von einer ersten Endlage R1 zu
einer korrespondierenden zweiten Endlage R2 schwingt (insbesondere
im Leerlauf bzw. bei niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine),
wäre er
jeweils in den Endlagen R1, R2 in einer momentenneutralen Position gehalten
und müsste
aus dieser Position jeweils durch Einbringung einer impulsartigen
Anstoßenergie
(Motorimpuls) wieder veranlasst werden die nächste Schwingung in die andere
Endlage vorzunehmen (daher metastabile momentenneutrale Position).
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Dadurch,
dass die Sollbahnen für
Vollhub und für
Teilhub dem Ausschwingverhalten der Drehaktuatorvorrichtung ohne
Reibungsverluste und ohne Gasgegendrücke entsprechen wird gewährleistet,
dass die Regeleinrichtung 20 den Elektromotor 4 ausschließlich zum
Ausgleich der in der Praxis stets vorhandenen Reibungsverluste und
der auftretenden Gasgegendrücke
ansteuert. Da Reibungsverluste hauptsächlich bei hohen Rotordrehzahlen
auftreten, muss der Elektromotor 4 bei hohen Drehzahlen
die größte Leistung
abgegeben. Da dies mit dem energieoptimalen Betriebspunkt des Elektromotors 4 zusammenfällt, kann
durch die Regelung anhand idealisierter Sollbahnen des zu betreibenden
Aktuatorsystems ein energiesparsamer Betrieb des selben gewährleistet
werden.
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In
den 2 und 3 sind
jeweils in drei unterschiedlichen Diagrammen a–c die Zustandsgrößen Rotorwinkel,
Rotorwinkelgeschwindigkeit und abgegebenes Drehmoment bzw. Stromaufnahme
des Elektromotors für
den Fall kleinerer Wegsensorfehler dargestellt, während die 4 und 5 analog
zu den 2 und 3 die
Zustandsgrößen für den Fall
größerer Wegsensorfehler
zeigen. In den 2–5 sind
die Sollwerte bzw. die aufgrund der Sollbahn zu erwartenden Werte
jeweils als ununterbrochene Linien und die sich aufgrund einer Abweichung
einstellenden Istwerte als gestrichelte Linien dargestellt.
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Die 2a–c beschreiben
den Fall, dass der Rotor des Elektromotors 4 aufgrund eines
fehlerbehafteten Wegsensorsignals S (Fehler kleineren Ausmaßes – innerhalb
eines vorbestimmten ersten Abweichungsbereichs bzw. unterhalb einer
ersten Abweichungsschwelle) sich über die Sollendposition hinaus
bewegt. Die Kalibrierung des Wegsensors erfolgt durch Auswertung
der Zustandsgrößen des Elektromotors 4,
vorzugsweise während
der Schließphase
PSchließ eines
Gaswechselventils 2. Dabei ist der durch die Sollbahn vorgegebene
Rotorsollwert in seiner Endposition durch R2; R2' (bzw. den zugehörigen Rotorwinkel RW(R2); RW(R2')) vorgegeben, wobei
die Endposition genau im Grenzpunkt zwischen Öffnungsphase PÖffnung und
Schließphase PSchließ erreicht
sein sollte. Aufgrund eines vorliegenden fehlerbehafteten Wegsensorsignals
S, welches bei Erreichen der gewünschten
Rotorendlage bei R2; R2' (Soll-Rotorendlage)
der Regeleinrichtung 20 suggeriert, das die Endlage noch
nicht erreicht ist, wird zum Wendezeitpunkt WP der Rotorbewegung
die erwartete Maximalgeschwindigkeit überschritten (Vergleich von
der sich aufgrund der Regelung einstellenden Istbahn IB für den Rotorwinkelverlauf
mit der vorgegebenen Sollbahn SB anhand der der Rotorwinkel aufgrund
der (fehlerhaften) und bereits vor dem Wendezeitpunkt WP im Zeitbereich
B1 eine erhöhte
Motorstromaufnahme (bzw. Momentenabgabe) verzeichnet (2c).
In Abhängigkeit
von der Höhe
der Abweichung von zumindest einer der beiden Zustandsgrößen (Rotorwinkelgeschwindigkeit,
Motorstromaufnahme bzw. abgegebenes Elektromotormoment) zu dem jeweiligen
Sollwert der Zustandsgröße wird
ein Korrekturwert zum Ausgleich des vorliegenden Fehlers ermittelt.
Hierfür
wird die zu korrigierende Sollbahn und/oder der zu korrigierende
Wegsensor(wert) mit einem Korrekturfaktor (Multiplikation) und/oder
einem offset (Addition) beaufschlagt.
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Analog
zu den 2a–c ist in den 3a–c der Fall
beschrieben, dass der Rotor des Elektromotors 4 aufgrund
eines fehlerbehafteten Wegsensorsignals S (Fehler kleineren Ausmaßes – innerhalb
eines vorbestimmten ersten Abweichungsbereichs) nicht die gewünschte Sollendposition
erreicht. Aufgrund eines vorliegenden fehlerbehafteten Wegsensorsignals
S wird der Regeleinrichtung 20 suggeriert, dass bereits
vor Erreichen der gewünschten
Rotorendlage bei R2; R2' (Soll-Rotorendlage) diese
bereits erreicht ist (Vergleich von der sich aufgrund der Regelung
einstellenden Istbahn IB für
den Rotorwinkelverlauf mit der vorgegebenen Sollbahn SB anhand der
der Rotorwinkel aufgrund der (fehlerhaften) Wegsensorsignale eingeregelt
wurde). Zum Wendezeitpunkt WP der Rotorbewegung wird die erwartete Maximalgeschwindigkeit
demgemäß nicht
erreicht (3b) und bereits vor dem Wendezeitpunkt
WP wird eine erhöhte
Motorstromaufnahme (bzw. Momentenabgabe) verzeichnet (3c).
In Abhängigkeit
von der Höhe
der Abweichung von zumindest einer der beiden Zustandsgrößen (Rotorwinkelgeschwindigkeit,
Motorstromaufnahme bzw. abgegebenes Elektromotormoment) zu dem jeweiligen
Sollwert der Zustandsgröße wird
auch hier ein Korrekturwert zum Ausgleich des vorliegenden Fehlers
ermittelt. Hierfür
wird die zu korrigierende Sollbahn und/oder der zu korrigierende
Wegsensor(wert) mit einem Korrekturfaktor (Multiplikation) und/oder
einem offset (Addition) beaufschlagt..
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Demnach
wird im Falle der Unterschreitung des vorgegebenen Sollwertes innerhalb
des vorbestimmten Bereichs, die Veränderung der Sollbahn SB und/oder
des Wegsensorsignals S derart vorgenommen, dass während eines
späteren
Arbeitsspiels ein erhöhter
Maximalhub des Gaswechselventils 2 (im Vergleich zum erreichten
Maximalhub bei fehlerhaften Wegsensorsignalen gemäß Istbahn
IB) erreicht wird, und das für
den Fall, einer Überschreitung
des Sollwertes die Veränderung
der Sollbahn SB und/oder des Wegsensorsignals S derart vorgenommen
wird, dass während
eines späteren
Arbeitsspiels ein verringerter Maximalhub des Gaswechselventils 2 erreicht
wird. Hierdurch erfolgt im wesentlichen eine gezielte Verschiebung
der regelungstechnisch definierten Endanschläge (und somit eine Einstellung des
Maximalhubs) für
den Rotor des Elektromotors.
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Bei
einer größeren Abweichung
(Wegsensorfehler größeren Ausmaßes – außerhalb
eines vorbestimmten zweiten Abweichungsbereichs bzw. überschreiten
einer zweiten Abweichungsschwelle) wird durch einen schnellen Eingriff
unmittelbar gegengesteuert (4a–c, 5a–c), indem
mittels einem, der vorliegenden Abweichung zugeordneten Korrekturwert
(Korrekturfaktor und/oder Offset) möglichst schon während des
selben bzw. aktuellen Arbeistsspiels, spätestens aber im nächsten Arbeitsspiel
des Rotors dieser anhand einer veränderten Sollbahn SB bzw. einem
veränderten
Wegsignal S eines neu kalibrierten Wegsensors geregelt wird. Hierbei
wird infolge einer Abweichung zwischen der ermittelten Zustandsgröße und der
Referenzgröße außerhalb
eines vorbestimmten Bereichs eine Veränderung der Sollbahn SB und/oder
des Wegsensorsignals S derart vorgenommen, dass der Rotor vorzugsweise
noch im selben Arbeitsspiel anhand einer veränderten Sollbahn und/oder eines
veränderten Wegsensorsignals
geregelt wird und im folgenden Arbeitsspiel (ohne Mitteln der Messgrößen über mehrere
Arbeitsspiele) der maximale Hub verschoben wird. Insbesondere wird
im Falle der Unterschreitung des Sollwertes außerhalb des vorbestimmten Bereichs
die Veränderung
der Sollbahn SB und/oder des Wegsensorsignals S derart vorgenommen,
dass während
des selben Arbeitsspiels ein frühzeitiger Schließvorgang
des Gaswechselventils 2 erreicht wird und im folgenden
Arbeitsspiel (ohne Mitteln der Messgrößen über mehrere Arbeitsspiele)
der maximale Hub erhöht
und so ein späterer
Schließzeitpunkt
wieder eingestellt wird. Für
den Fall, einer Überschreitung
des Sollwertes außerhalb
des vorbestimmten Bereichs erfolgt die Veränderung der Sollbahn SB und/oder
des Wegsensorsignals S derart, dass während des selben Arbeitsspiels
ein verzögerter
Schließvorgang
des Gaswechselventils 2 erreicht wird und im folgenden
Arbeitsspiel (ohne Mitteln der Messgrößen über mehrere Arbeitsspiele)
der maximale Hub reduziert und wieder ein früherer Schließzeitpunkt
eingestellt wird. Hierdurch erfolgt im wesentlichen eine schnelle
Verschiebung der Schließsteuerkante
der vorgegebenen Sollbahn SB.
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6 zeigt
den linearen Zusammenhang zwischen dem Signal S des Wegsensors (welches die
Position des Rotors abbildet) und dem tatsächlich eingestellten Rotorwinkel
RW des Elektromotors 4. Im fehlerfreien Idealfall stellt
sich beispielsweise eine Kennlinie gemäß K1 mit Ursprung im Nullpunkt
ein. Liegt nunmehr ein fehlerbehaftetes Wegsensorsignal S vor, stellt
sich in der Regel eine Kennlinie/Gerade gemäß K2 oder K3 ein, die jeweils
um einen Punkt auf der fehlerfreien Geraden verdreht ist. Wie bereits vorstehend
erläutert
kann durch rechnerische Korrektur – beispielsweise, durch Multiplikation
mit einem Korrekturfaktor und Addition eines offset (allg.: Sensor_korrektur
= Sensor_ist × Korrekturfaktor
+ offset) – jede fehlerbehaftete
Kennlinie wieder in eine fehlerfreie Kennlinie überführt werden. Anhand der korrigierten
Kennlinie kann der Wegsensor wieder fehlerfreie Signale an die Regeleinrichtung 20 liefern. Alternativ
zur Korrektur der Wegsensorsignale S kann auch die Sollbahn SB für die Regelung
des Rotors angepasst oder beide Korrekturmöglichkeiten zu Teilen durchgeführt werden.