阅读说明：本技术 用于对能够借助于线圈来运动的部件进行操控的方法和装置以及磁阀 (Method and device for controlling a component that can be moved by means of a coil, and magnetic valve ) 是由 T.贝格尔 D.赛勒-图尔 M.希尔施 C.奥特 T.毛克 于 2018-05-02 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于对能够借助于线圈(104)来运动的部件(102)进行操控的方法。在此,对流经所述线圈(104)的电流和/或施加在所述线圈(104)上的电压进行采样,以用于产生线圈信号(112)。在另一个步骤中,在使用所述线圈信号(112)的情况下求取至少一个代表着所述部件(102)的颤动运动的运动参数(116)。最后,可选通过所述运动参数(116)与至少一个目标值(120)的比较来改变用于产生颤动运动的抖动信号(122)的至少一个信号参数,以用于使所述颤动运动与所述目标值(120)相匹配。(The invention relates to a method for controlling a component (102) that can be moved by means of a coil (104). In this case, the current flowing through the coil (104) and/or the voltage applied to the coil (104) is sampled for generating a coil signal (112). In a further step, at least one motion parameter (116) representing a wobbling motion of the component (102) is determined using the coil signal (112). Finally, at least one signal parameter of a dither signal (122) used for generating a dithered motion may optionally be changed by a comparison of the motion parameter (116) with at least one target value (120) for matching the dithered motion with the target value (120).)

用于对能够借助于线圈来运动的部件进行操控的方法和装置 以及磁阀

技术领域

本发明涉及根据独立权利要求所述类型的一种装置或一种方法。一种计算机程序也是本发明的主题。

背景技术

已知无位移传感器的以电磁方式来操纵的阀，所述阀的阀芯或者电枢在运行中能够执行小的周期性的颤动运动-也被称为抖动运动，以用于降低通过静摩擦或者滞后所引起的干扰效应。如果所述颤动运动太大，那么这可能导致不受欢迎的大的泄漏或者大的能耗。相反，如果所述颤动运动太小或者电枢甚至停止不动，那么滞后性能和阀的动力就会明显变差。用于这样的阀的典型的实例是液压的调压阀或者是无位移测量的简单的液压的连续式阀。

发明内容

面临这种背景，用这里所介绍的方案来介绍按照主权利要求所述的一种用于对能够借助于线圈来运动的部件进行操控的方法、此外一种使用这种方法的装置、一种电磁阀以及最后一种相应的计算机程序。通过在从属权利要求中所列举的措施能够实现在独立权利要求中所说明的装置的有利的拓展方案和改进方案。

介绍一种用于对能够借助于线圈来运动的部件、比如电磁阀进行操控的方法，其中所述方法包括以下步骤：

对流经线圈的电流和/或施加在线圈上的电压进行采样和滤波，以用于产生线圈信号；并且

在使用所述线圈信号的情况下求取至少一个代表着所述部件的颤动运动的运动参数。

在可选的改变步骤中，通过所述运动参数与至少一个目标值的比较来改变用于产生颤动运动的抖动信号的至少一个信号参数，以用于使所述颤动运动与所述目标值相匹配。

“线圈”能够是指用于产生磁场的、形成电感的电结构元件。“部件、比如阀件”能够是指用于直接地或者间接地将比如电磁阀打开或者关闭的部件。所述部件比如能够构造为棒形或者冲头形并且以能移动的方式布置在所述线圈的里面或上面。另外，所述部件比如能够与复位弹簧相耦合。在电磁阀的使用情况中，所述电磁阀比如能够是直接控制的、预控制的、强制控制的或者压力控制的液压的或者气动的阀。所述电磁阀也能够作为驱动磁体与液压部件的结构上的组合来构成。

所述采样和滤波能够用两种方法来实施。在第一种方法中，用低通滤波器以大于抖动频率、典型地比最大出现的抖动频率大了1.5倍的极限频率对线圈信号（电流及电压测量或者电流测量以及所计算的电压信号）进行平滑处理并且此后对其进行采样。有利的是每个抖动周期用20到40个点进行PWM同步的采样，有利的是每个抖动周期30个点的数值。随后为了准备求取而对这个信号进行数字式滤波，以用于产生所述信号的导数。在这种情况下，有利的是相应于抖动频率的滤波角频率。

在第二种方法中，每个PWM周期用至少7个采样点直接地并且PWM同步地对线圈信号进行采样。通过滑顺的平均值形成精确地在一个PWM周期的长度上进行滤波。随后，为了准备求取而对这个信号进行数字式滤波，以用于产生信号的导数。在这种情况下，又有利的是相应于抖动频率的滤波角频率。

“运动参数”比如能够是指所述部件的在颤动运动中的速度或者位移。“抖动信号的信号参数”能够是抖动信号的幅度、频率或者信号形状。抖动信号能够比如通过脉宽调制来产生并且具有任意的周期性的信号形状。“目标值”比如能够是关于颤动运动的速度预先给定或者抖动信号的最大幅度。

为了比如驱动电磁阀，在线圈上典型地施加具有3.125kHz的矩形的脉宽调制的电压信号，用所述电压信号来产生取决于时间的电流基础信号。也能够考虑处于500Hz与5kHz之间的PWM频率。通过对于电压信号的脉宽的调节，向基础信号加调制具有处于30Hz到250Hz的范围内的频率的周期性的抖动信号。也能够考虑将30Hz到250Hz的频率范围内的低频PWM直接用作抖动信号。

这里所介绍的方案基于以下认识，即：为了无传感器地确定并且调节电磁阀、比如液压阀中的比如磁电枢的运动状态，能够对线圈电流和/或线圈电压进行采样并且将其换算为相应的运动参数、像比如速度或者位移。物理的模型方程式包含线圈上的电压和流经线圈的电流。这二者按照一种实施方式应该已知，以用于确定运动状态。能够对线圈上的电压进行采样或者能够从电池电压和脉宽调制的占空程度中计算线圈上的电压。借助于这样的方法，能够在不借助于额外的传感器的情况下检测磁电枢的颤动运动并且以合适的方法使其与目标预先给定相匹配。由此，在调节颤动运动时有利地考虑到当前的液压负载的影响或者老化效应、比如提高的摩擦。所述方法证实特别有利，如果所述部件的密封间隙中的沉积物阻碍了抖动运动。通过采样、求取及改变这些步骤，能够不断地如此对抖动参数进行调整，从而在不取决于阀的污染程度的情况下出现所期望的抖动运动。

比如能够在采样步骤中，用取决于信号的PWM频率和/或PWM周期的采样率对电流和/或电压进行采样。在此，能够每个PWM周期对电流和/或电压至少采样七次。比如能够对电流进行采样并且从电池电压和脉宽调制信号的占空程度中计算电压。能够用低通滤波器对线圈信号进行滤波，所述低通滤波器的极限频率大于最大的出现的抖动频率。能够对线圈信号或者经过预滤波的线圈信号进行数字式低通滤波，其中滤波的极限频率处于抖动信号的数量级中，以用于产生线圈信号或者经过预滤波的线圈信号的时间导数。

按照一种实施方式，取代对于电池电压U_batt的测量而PWM同步地从占空比和二极管电压中计算所施加的电压。

按照另一种实施方式，能够在改变步骤中通过对PWM信号的占空程度进行调整这种方式来改变信号参数。由此能够特别有效地产生抖动信号。

此外有利的是，在求取步骤中在使用至少一个模仿颤动运动的模型函数的情况下求取运动参数。“模型函数”能够是指基于比如通过经验获取的物理模型的函数方程式，所述函数方程式用于根据时间来描述运动参数。由此能够以高的精度和可靠性用较小的计算开销来求取运动参数。

此外，能够在平均步骤中对线圈信号求平均，以用于产生经过平均的线圈信号。与此相对应，能够在求取步骤中在使用经过平均的线圈信号的情况下求取运动参数。比如所述经过平均的线圈信号能够代表着电流和/或电压平均值。由此，能够降低方法的误差偏向。

按照另一种实施方式，能够在求取步骤中作为运动参数来求取速度或者作为补充方案或者替代方案求取部件的位移。由此，能够以小的计算开销和足够的精度来求取运动参数。

能够在改变步骤中作为信号参数来改变抖动信号的幅度或者作为补充方案或者替代方案改变抖动信号的频率。由此能够精确地、有效地并且灵活地使抖动信号与目标值相匹配。

这种方法比如能够以软件或者硬件方式或者以由软件和硬件构成的混合形式比如在控制器中来实施。

此外，这里所介绍的方案提供一种装置，该装置构造用于在相应的机构中实施、操控或者实现这里所介绍的方法的一种变型方案的步骤。通过本发明的这种以装置的形式实现的实施变型方案，也能够快速而有效地解决本发明的任务。

为此，所述装置能够具有至少一个用于对信号或者数据进行处理的计算单元、至少一个用于存储信号或数据的存储单元、至少一个相对于传感器或者执行器的用于从传感器中读入传感器信号或者用于将数据信号或者控制信号输出给所述执行器的接口和/或至少一个用于读入或者输出数据的通信接口，它们被嵌入到通信协议中。计算单元比如能够是信号处理器、微控制器等，其中存储单元能够是闪存盘、EPROM或者磁性存储单元。通信接口能够构造用于，无线地并且/或者有线地读入或者输出数据，其中能够读入或者输出有线的数据的通信接口能够比如以电或者光学的方式从相应的数据传输线中读入这些数据或者将其输出到相应的数据传输线中。

“装置”在此能够是指电设备，该电设备处理传感器信号并且据此输出控制信号和/或数据信号。所述装置能够具有接口，该接口能够按照硬件和/或软件方式来构成。在按照硬件方式构成时，接口比如能够是所谓的系统ASIC的一部分，所述系统ASIC包含所述装置的各种功能。但是也可能的是，接口是自身的集成电路或者至少部分地由离散的结构元件所构成。在按照软件方式构成时，接口能够是软件模块，所述软件模块比如除了其它软件模块之外也处于微控制器上。

此外，这里所介绍的方案提供一种具有以下特征的电磁阀：

至少一个线圈；

至少一个能够借助于所述线圈来运动的部件；以及

按照前述实施方式所述的装置。

一种具有程序代码的计算机程序产品或者计算机程序也是有利的，所述程序代码能够被存储在能机读的载体或者存储介质、比如半导体存储器、硬盘存储器或者光学存储器上并且尤其在所述程序产品或者程序在计算机或者装置上被执行时用于实施、实现并且/或者操控按照前面所描述的实施方式之一所述的方法的步骤。

附图说明

本发明的实施例在附图中示出并且在以下描述中进行详细解释。其中：

图1示出了按照一种实施例的电磁阀的示意图；

图2示出了方程图，该方框图用于描绘在操控按照一种实施例的电磁阀的部件时的流程；并且

图3示出了按照一种实施例的方法的流程图。

在以下对本发明的有利的实施例所作的描述中，为在不同的附图中所示出的并且类似地起作用的元件使用相同的或者类似的附图标记，其中放弃对于这些元件的重复描述。

根据以下附图示范性地借助于电磁阀对这里所描述的方案进行描述。

具体实施方式

图1示出了按照一种实施例的电磁阀100的示意图。电磁阀100包括用于打开或者关闭电磁阀100的部件102。部件102-也被称为电枢或者阀芯-能够借助于线圈104以电磁的方式来运动。为此，线圈104被连接到电池106上。部件102构造用于借助于线圈104被置于颤动运动中，通过所述颤动运动能够降低部件102的静摩擦。为了操控部件102，电磁阀100包括一带有采样单元110的装置108，所述采样单元构造用于用预先给定的采样率对线圈原信号111进行采样-所述线圈原信号按实施例代表着流经线圈104的电流I（t）并且/或者也代表着施加到线圈104上的电压U（t）-并且作为线圈信号112通过可选的求平均单元138来传送给装置108的求取单元114。求取单元114构造用于：在使用线圈信号112的情况下求取至少一个运动参数116、比如部件102在抖动运动中的速度或者位移。求取单元114被连接到比如以抖动调节器的形式构成的改变单元118上，所述改变单元构造用于从求取单元114处接收运动参数116并且将其与至少一个目标值120、比如速度目标值进行比较并且按运动参数116与目标值120之间的、在比较时所求取的偏差来如此改变为了产生部件102的颤动运动所必需的抖动目标信号121的至少一个信号参数、比如其频率或者幅度，使得颤动运动接近于目标值。

按照在图1中所示出的实施例，将由改变单元118在使用运动参数116的情况下调整的抖动信号121通过加法机构提供给电磁阀100的电流调节器124，所述电流调节器构造用于使对于流经线圈104的实际电流的测量126与目标电流122相匹配。目标电流122由抖动目标信号121和目标电流平均值128所组成。作为这种调整的结果，电流调节器124产生尤其基于抖动目标信号121的脉宽调制信号130，该脉宽调制信号用于产生部件102的颤动运动。示范性地按照图1在使用具有所连接的放大器134的分流器132的情况下测量126实际电流。电流调节器124示范性地通过场效应晶体管136与分流器132相连接。

在一种实施例中，所有过程110-118在108中根据通过电流调节器124提供的脉宽调制信号130的周期-也被称为PWM周期-来进行，尤其也求取运动参数116。对于线圈原信号111的采样和对于改变单元118中的变化的计算与PWM周期的相关性用划虚线的连接线来勾画出来。

在另一种实施例中，所有过程110-118根据通过改变单元118产生的抖动信号121的周期来进行。在这种实施例中，采样单元110与前置的低通滤波器相组合。在此，每个抖动周期在比如30个点上对经过低通滤波的线圈原信号111进行采样。对于线圈信号111的采样与抖动周期的相关性用改变单元118与采样单元110之间的划点虚线的连接线来勾画出来。

按照在图1中所示出的实施例，装置108具有可选的求平均单元138，该求平均单元构造用于从采样单元110处接收线圈信号112并且根据线圈信号112、比如电流I（t）或者电压U（t）来实施求平均。作为求平均的结果，求平均单元138将经过平均的线圈信号140输出给求取单元114，其中求取单元114构造用于借助于经过平均的线圈信号140来求取运动参数116。

如可以从图1中看出的一样，比如首先在合适的物理模型的基础上在使用相应的模型函数的情况下在求取单元114的相应的计算单元144中求取运动参数116。结合计算单元144所示出的正弦状的变化曲线是一种用于典型的速度变化曲线的实例。从这种计算中产生的并且代表着颤动运动的速度变化曲线146进入到求取单元114的另一计算单元148中，该另一计算单元最后在使用信号146的情况下作为每个抖动周期的有待与目标值进行比较的实际-峰值速度来计算运动参数116。

图2示出了方框图，该方框图用于描绘在操控按照一种实施例的电磁阀、比如前面借助于图1所示出的电磁阀的部件102时的流程。示出了具有控制机构200的电磁阀的一种示范性的配置，所述控制机构预先给定用于电流调节器124的电流目标值128。电流调节器124通过典型地脉宽调制的电压202的产生用于使特定的电流126流经线圈104。电流126产生力204并且因此产生部件102、比如电枢-阀芯-复合体的运动205，其特征在于特定的速度和特定的位移。

也被称为识别件的求取单元114从各组成线圈信号112的电压202和电流126的、所测量的大小中获取关于部件102的实际的运动状态的信息。

在求取单元114上沿着信号流动方向连接着加法机构，在该加法机构中将对部件的运动状态进行描述的参数116与在方框206中所确定的抖动预先给定值进行比较。

这个被称为抖动单元的方框206在考虑到工作点、像比如温度和电流平均值的情况下求取用于引起部件102的所期望的颤动运动的所期望的特性、像比如周期性的抖动预先给定信号120的频率、幅度或者信号形状。

在也被称为调整件的改变单元118中产生信号121，该信号控制电流调节器124中的电流信号126中的抖动份额的产生。这样做的方法是，改变单元118适当地扩大或者缩小信号121的参数、比如幅度。最后使用121，以用于朝所期望的方向改变部件102的运动状态。

如已经提到的一样，比如在使用对电枢运动对流经线圈104的电流的反作用加以考虑的模型方程式的情况下识别部件102的运动。这种模型方程式-前面也被称为模型函数-具有以下形式：

并且描绘了线圈电流I及其时间导数和线圈104上的电压U及其时间导数以及电枢位置s和电枢速度v之间的关联。这个函数通常是非线性的并且取决于磁路的状态。可以特别容易地计算电枢运动状态，如果该函数在电磁阀的工作范围内仅仅稍许取决于v或者稍许取决于s。在这种情况下，能够忽略所述相关性并且为前述模型方程式求解出s或者v，从而可以从已知的参量-电流或电压及其导数-中计算每个时刻的位移或者速度。

从位移或者速度的、关于时间的如此计算的变化曲线中确定当前的颤动运动的强度。如果颤动运动的强度太大或者太小，则要相应地对叠加的周期性的抖动目标信号121进行调整，以用于将颤动运动的强度调节到所期望的数值。

如果模型方程式的不仅与s而且与v的相关性都不是小到能忽略，则利用以下事实，即：对于特定的电流平均值和已知的电流平均值历史来说总是存在类似的力并且因此始终在电磁阀中存在类似的升程，这能够为模型方程式求解出v。在计算v时由此能够获得的精度在大多数情况下足以用于设定部件102的所期望的颤动运动。

改变单元118使用颤动运动的特征参量、比如颤动运动的最大幅度，以用于在调节的意义上对抖动目标信号121的至少一个信号参数、比如其幅度或者频率进行调整。来自调节技术的领域的各种变型方案是可能的：

-两点式调节、三点式调节或者类似的简单的方案，其比如具有死区和P-循环（颤动运动在一定的范围内可接受并且不需要调整）；

-PID调节器，该PID调节器作为调节偏差来使用颤动运动的目标特征参量与实际特征参量之间的差异；并且

-在根据其他环境参数来调节抖动信号参数的（预）控制机构中对参数或特性曲线进行调整。

调整件的、与电流调节器124的动态相比缓慢的设计是有利的，以用于避免与电流调节器124之间的不受欢迎的相互影响。这比如通过对于所计算的运动参数116的滤波来进行。

对于电压202或者电流126的采样比如借助于处理器用很高的采样率来进行。只有这种高的采样率能够有效地向用于计算电枢的速度的物理模型供给相应的经过采样的数值，从而能够作为用于抖动调节的预先给定来计算电枢速度并且将其成功地用于进行抖动调节。

图3示出了按照一种实施例的方法300的流程图。用于对电磁阀的能够借助于线圈来运动的部件进行操控的方法300比如能够通过如前面借助于图1和2所描述的一样的装置来实施。在此，在步骤310中通过以足够高的采样率对线圈电流或者施加在线圈上的电压采样这种方式来产生线圈信号。在另一步骤320中，在使用线圈信号的情况下求取至少一个代表着所述部件的颤动运动的运动参数、比如所述部件的在颤动运动中的速度或者位移。尤其在以关于部件运动的相应的函数方程式的形式构成的物理模型的基础上求取运动参数。在另一步骤330中，对用于产生颤动运动的抖动信号进行调整，所述抖动信号比如通过脉宽调制来产生。在此，将所述运动参数与至少一个预先给定的目标值、比如速度预先给定进行比较并且通过对于抖动信号的至少一个信号参数的相应的调节来使颤动运动接近于目标值。

如果一种实施例包括第一特征和第二特征之间的“与/或”关联，那么这可以解读为，该实施例根据一种实施方式不仅具有第一特征而且具有第二特征，并且根据另一种实施方式要么仅仅具有第一特征要么仅仅具有第二特征。