Title:
Verfahren zum Bestimmen eines Endes einer Bewegung eines Aktors einer elektromagnetischen Aktorvorrichtung ansprechend auf eine Betätigung, Verfahren zum Steuern einer elektromagnetischen Aktorvorrichtung, Steuergerät und Aktorsystem für ein Fahrzeug
Document Type and Number:
Kind Code:
A1

Abstract:

Es wird ein Verfahren zum Bestimmen eines Endes einer Bewegung eines Aktors (122) einer elektromagnetischen Aktorvorrichtung (110) ansprechend auf eine Betätigung vorgeschlagen. Dabei weist die elektromagnetische Aktorvorrichtung (110) eine elektrische Spule (124) zum Bewegen des Aktors (122) auf. Das Verfahren weist einen Schritt des Einlesens eines an der Spule (124) anliegenden elektrischen Signals (125) zum Bewegen des Aktors (122) von einer Schnittstelle zu der Spule (124) auf. Auch weist das Verfahren einen Schritt des Auswertens eines Verlaufs des elektrischen Signals (125) auf, um eine Änderungscharakteristik (135) des elektrischen Signals (125) zu detektieren, die einen Aufprall des Aktors (122) an einem Anschlag (126, 128) in einer Endposition repräsentiert. Zudem weist das Verfahren einen Schritt des Ermittelns einer Beschleunigungsänderung des Aktors (122) an dem Anschlag (126, 128) unter Verwendung der detektierten Änderungscharakteristik (135) auf.





Inventors:
Kiltz, Lothar (88212, Ravensburg, DE)
Szabo, Tomas, Dr. (88213, Ravensburg, DE)
Application Number:
DE102016212800A
Publication Date:
01/18/2018
Filing Date:
07/13/2016
Assignee:
ZF FRIEDRICHSHAFEN AG, 88046 (DE)
International Classes:
H01F7/18
Claims:
1. Verfahren (200) zum Bestimmen eines Endes einer Bewegung eines Aktors (122) einer elektromagnetischen Aktorvorrichtung (110) ansprechend auf eine Betätigung, wobei die elektromagnetische Aktorvorrichtung (110) eine elektrische Spule (124) zum Bewegen des Aktors (122) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren (200) zumindest folgende Schritte aufweist:
Einlesen (210) eines an der Spule (124) anliegenden elektrischen Signals (125) zum Bewegen des Aktors (122) von einer Schnittstelle zu der Spule (124);
Auswerten (220) eines Verlaufs des elektrischen Signals (125), um eine Änderungscharakteristik (135) des elektrischen Signals (125) zu detektieren, die einen Aufprall des Aktors (122) an einem Anschlag (126, 128) in einer Endposition repräsentiert; und
Ermitteln (230) einer Beschleunigungsänderung des Aktors (122) an dem Anschlag (126, 128) unter Verwendung der detektierten Änderungscharakteristik (135).

2. Verfahren (200) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (220) des Auswertens ein transienter Verlauf eines an der Spule (124) anliegenden elektrischen Stroms (125) ausgewertet wird.

3. Verfahren (200) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (220) des Auswertens der Verlauf des elektrischen Signals (125) ausgewertet wird, um als Änderungscharakteristik (135) eine sprungförmige Änderung in einer zeitlichen Ableitung des elektrischen Signals (125) zu detektieren, wobei im Schritt (230) des Ermittelns die Beschleunigungsänderung unter Verwendung einer Sprunghöhe und/oder eines Vorzeichens der sprungförmigen Änderung in der zeitlichen Ableitung des elektrischen Signals (125) ermittelt wird.

4. Verfahren (200) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (220) des Auswertens der Verlauf des elektrischen Signals (125) ausgewertet wird, um als Änderungscharakteristik (135) eine sprungförmige Änderung in einer zweiten zeitlichen Ableitung des elektrischen Signals (125) zu detektieren, wobei im Schritt (230) des Ermittelns die Beschleunigungsänderung unter Verwendung einer Sprunghöhe und/oder eines Vorzeichens der sprungförmigen Änderung in der zweiten zeitlichen Ableitung des elektrischen Signals (125) ermittelt wird.

5. Verfahren (200) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (220) des Auswertens das elektrische Signal (125) mittels einer zeitlich differenzierenden Filtereinrichtung gefiltert wird.

6. Verfahren (300) zum Steuern einer elektromagnetischen Aktorvorrichtung (120), wobei die elektromagnetische Aktorvorrichtung (120) einen Aktor (122) und eine elektrische Spule (124) zum Bewegen des Aktors (122) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren (300) zumindest folgende Schritte aufweist:
Empfangen (310) eines Bewegungssignals (137), das ein nach dem Verfahren (200) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche bestimmtes Ende einer Bewegung des Aktors (122) repräsentiert; und
Erzeugen (320) des elektrischen Signals (125) zum Bewegen des Aktors (122) zur Ausgabe an eine Schnittstelle zu der Spule (124) unter Verwendung des Bewegungssignals (137).

7. Verfahren (300) gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (320) des Erzeugens ein elektrisches Signal (125) erzeugt wird, das geeignet ist, um in einem an die Spule angelegten Zustand eine Beschleunigungsänderung des Aktors (122) an dem Anschlag (126, 128) zu minimieren.

8. Verfahren (300) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (320) des Erzeugens ein elektrisches Signal (125) erzeugt wird, das geeignet ist, um in einem an die Spule (124) angelegten Zustand die Bewegung des Aktors (122) zu verlangsamen, wenn ein Betrag der Beschleunigungsänderung einen Schwellenwert überschreitet und ein Vorzeichen der Beschleunigungsänderung einem erwarteten Vorzeichen der Beschleunigungsänderung an dem Anschlag (126, 128) entspricht, und zu verschnellen, wenn ein Vorzeichen der Beschleunigungsänderung sich von einem erwarteten Vorzeichen der Beschleunigungsänderung an dem Anschlag (126, 128) unterscheidet.

9. Verfahren (200; 300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der Schritte (210, 220, 230; 310, 320) wiederholt ausgeführt werden und/oder zumindest einige der Schritte (210, 220, 230; 310, 320) kontinuierlich ausgeführt werden.

10. Steuergerät (130), das ausgebildet ist, um die Schritte eines Verfahrens (200; 300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche auszuführen.

11. Aktorsystem (110) für ein Fahrzeug (100), dadurch gekennzeichnet, dass das Aktorsystem (110) folgende Merkmale aufweist:
zumindest eine elektromagnetische Aktorvorrichtung (120); und
ein Steuergerät (130) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Steuergerät (130) signalübertragungsfähig mit der zumindest einen Aktorvorrichtung (120) verbindbar oder verbunden ist.

12. Computerprogrammprodukt mit Programmcode zur Durchführung eines Verfahrens (200; 300) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Steuergerät (130) ausgeführt wird.

Description:

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bestimmen eines Endes einer Bewegung eines Aktors einer elektromagnetischen Aktorvorrichtung ansprechend auf eine Betätigung, auf ein Verfahren zum Steuern einer elektromagnetischen Aktorvorrichtung, auf ein Steuergerät, auf ein Aktorsystem für ein Fahrzeug und auf ein entsprechendes Computerprogrammprodukt.

Es kann insbesondere für schnell schaltende elektromagnetische Aktoren unter anderem eine Endlagendämpfung softwarebasiert realisiert sein. Diese kann auch als „Soft landing”-Verfahren bzw. Verfahren zur sanften Erreichung der Endlage bezeichnet werden.

Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung ein verbessertes Verfahren zum Bestimmen eines Endes einer Bewegung eines Aktors einer elektromagnetischen Aktorvorrichtung ansprechend auf eine Betätigung, ein verbessertes Verfahren zum Steuern einer elektromagnetischen Aktorvorrichtung, ein verbessertes Steuergerät, ein verbessertes Aktorsystem für ein Fahrzeug und ein verbessertes Computerprogrammprodukt gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.

Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann insbesondere durch ein Analysieren eines elektrischen Signals, zum Beispiel eines elektrischen Spulenstroms, ein Aufprall eines elektromagnetischen Aktors, insbesondere eines schnell schaltenden Aktors, an einem Anschlag bzw. in einer Endlage erkannt werden und somit eine Endlagendämpfung realisiert oder zumindest verbessert werden. Es kann beispielsweise daher eine adaptive ”Soft-Landing”-Steuerung für schaltende elektromagnetische Aktoren erzielt werden, wobei eine Adaption anhand des elektrischen Signals, beispielsweise des Spulenstroms erfolgen kann. Genauer gesagt kann insbesondere eine Adaption einer Spannungs- bzw. Stromtrajektorie einer Ansteuerung für schaltende elektromagnetische Aktoren, beispielsweise Schaltventile oder Aktoren für Schaltklauen, erzielt werden. Dabei kann beispielsweise aus einem Verlauf des Spulenstroms auf einen durch eine Beschleunigungsänderung charakterisierten Aufprallimpuls des Aktors geschlossen und bei einem zu hohen Impuls die Spannungs- bzw. Stromtrajektorie angepasst werden.

Vorteilhafterweise können gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung insbesondere kostenintensive, wartungsintensive und bauraumintensive, gegebenenfalls konstruktiv schwierig und aufwendig darstellbare mechanische Endlagendämpfungen eingespart werden. Somit kann beispielsweise darauf verzichtet werden, zur Verringerung eines Impulses vor Erreichen einer Endlage konstruktive Maßnahmen zu ergreifen, zum Beispiel Federn oder andere elastische Elemente oder, im Falle fluidischer Systeme, selektiv wirksame Dämpfungsblenden, über die Öl verdrängt und somit eine Aktorgeschwindigkeit verringert werden kann. Dennoch kann eine Geräuschentwicklung reduziert werden und eine Abnutzung des Aktors verhindert oder zumindest verlangsamt werden, auch wenn bei schnell schaltenden Aktorvorrichtungen, beispielsweise Schaltventile oder Aktoren für Schaltklauen, eine bewegte Masse beim Erreichen eines mechanischen Anschlags einen hohen Impuls besitzt. Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann insbesondere eine Ansteuerstrategie zur Reduktion des Aufprallimpulses bei elektromagnetisch betätigten Aktoren realisiert werden, wobei eine bewegte Masse des Aktors eine mechanische Endlage mit verringerter oder vernachlässigbarer Geschwindigkeit erreichen kann. Somit kann die Endlagendämpfung beispielsweise bauraumneutral und mit wenigen oder ohne zusätzliche Bauteile erreicht werden und prinzipiell für beliebige elektromagnetisch angetriebene, schnell schaltende Aktoren einsetzbar sein.

Vorteilhafterweise kann insbesondere auch der Herausforderung begegnet werden, dass eine Spannungs- bzw. Stromtrajektorie zur Ansteuerung der Aktorvorrichtung stark von dynamischen Eigenschaften des angesteuerten Aktors und von einer zur Verfügung stehenden elektrischen Leistung abhängen kann und somit die Spannungs- oder Stromtrajektorie genau auf eine Aktordynamik und eine Versorgung abzustimmen ist. Dies kann auch beispielsweise bei schnell schaltenden elektromagnetischen Aktoren erzielt werden, bei denen üblicherweise aus Bauraum- und Wirkungsgradgründen Elektromagnete mit einer näherungsweisen Flachankercharakteristik eingesetzt werden können, deren Kraft und somit die Aktorbeschleunigung auch bei konstantem Spulenstrom stark von der Aktorposition abhängen kann. Sofern bei einer Aktorvorrichtung keine unüblich starke Rückstellfeder verwendet wird, kann ferner insbesondere auch verhindert werden, dass infolge des in offener Wirkungskette instabilen Systems der Aktor mit einem hohen Impuls die Endlage erreichen kann.

Da insbesondere eine Aktordynamik sowohl infolge Serienstreuungen als auch bei einem einzelnen Aktorexemplar zeitlich variieren kann, beispielsweise infolge temperaturabhängiger und zusätzlich oder alternativ geometrieabhängiger Reibung oder Temperaturabhängigkeit eines Spulenwiderstandes, kann somit verglichen mit einer Vorgabe immer derselben Spannungs- oder Stromtrajektorie für alle Exemplare eines Aktors und für alle Schaltzeitpunkte eine wenig variierende bis konstante und wirksame Ansteuerung erreicht werden.

Auch kann beispielsweise darauf verzichtet werden, eine Reduktion eines Aufprallimpulses bei schnell schaltenden elektromagnetischen Aktoren mit Hilfe einer Positionsregelung, insbesondere einer Trajektorienfolgeregelung, zu unternehmen. Somit kann ein Aufwand, der benötigt würde, um hierfür eine Aktorposition transient in hoher Genauigkeit zu überwachen, und daher eine dedizierte Positionssensorik oder eine elektronisch anspruchsvolle Rekonstruktion der Aktorposition aus der Spulenspannung und dem Spulenstrom eingespart werden. Auch in dieser Hinsicht kann die vorgeschlagene Endlagendämpfung insbesondere aus Bauraum- bzw. Kostengründen vorteilhaft und günstig praktisch darstellbar sein.

Es wird ein Verfahren zum Bestimmen eines Endes einer Bewegung eines Aktors einer elektromagnetischen Aktorvorrichtung ansprechend auf eine Betätigung vorgestellt, wobei die elektromagnetische Aktorvorrichtung eine elektrische Spule zum Bewegen des Aktors aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zumindest folgende Schritte aufweist:
Einlesen eines an der Spule anliegenden elektrischen Signals zum Bewegen des Aktors von einer Schnittstelle zu der Spule;
Auswerten eines Verlaufs des elektrischen Signals, um eine Änderungscharakteristik des elektrischen Signals zu detektieren, die einen Aufprall des Aktors an einem Anschlag in einer Endposition repräsentiert; und
Ermitteln einer Beschleunigungsänderung des Aktors an dem Anschlag unter Verwendung der detektierten Änderungscharakteristik.

Das Verfahren kann unter Verwendung eines Steuergerätes ausgeführt werden. Dabei kann das Verfahren unter Verwendung eines Steuergerätes ausgeführt werden, das ausgebildet sein kann, um die Aktorvorrichtung zu steuern. Die Aktorvorrichtung kann insbesondere eine mechatronische Aktorvorrichtung sein. Beispielsweise kann die Aktorvorrichtung auch Teil eines Fahrzeugs oder Kraftfahrzeugs sein. Der Aktor kann relativ zu der Spule beweglich angeordnet sein. Der Aktor kann ein ferromagnetisches Material aufweisen. Das an der Spule anliegende elektrische Signal ist geeignet, um eine Bewegung des Aktors zu bewirken. Somit kann die Betätigung unter Verwendung des elektrischen Signals ausführbar sein. Bei einer Betätigung kann der Aktor mittels des an der Spule anliegenden elektrischen Signals zwischen einer Startposition und der Endposition bewegt werden. Die Startposition kann auch als Ausgangsposition, Betriebsposition oder erste Betriebsposition bezeichnet werden. Die Endposition kann auch als Endlage oder zweite Betriebsposition bezeichnet werden. Eine Position des Aktors in Anlage gegen den Anschlag kann die Endposition, Endlage oder zweite Betriebsposition repräsentieren. Das an der Spule anliegende elektrische Signal kann abgegriffen und zusätzlich oder alternativ mittels eines Messwiderstands erfasst werden. Zusätzlich oder alternativ zu der Beschleunigungsänderung kann auch eine Geschwindigkeitsänderung des Aktors an dem Anschlag ermittelt werden.

Gemäß einer Ausführungsform kann im Schritt des Auswertens ein transienter Verlauf eines an der Spule anliegenden elektrischen Stroms ausgewertet werden. Somit kann zumindest ein an der Spule anliegender elektrischer Strom als das elektrische Signal ausgewertet werden. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass beispielsweise kein weiteres Sensorsignal benötigt wird und die Bewegungsbestimmung unter Verwendung des ohnehin vorhandenen elektrischen Signals auf einfache und zuverlässige Weise durchgeführt werden kann.

Ferner kann im Schritt des Auswertens der Verlauf des elektrischen Signals ausgewertet werden, um als Änderungscharakteristik eine sprungförmige Änderung in einer zeitlichen Ableitung des elektrischen Signals zu detektieren. Hierbei kann im Schritt des Ermittelns die Beschleunigungsänderung unter Verwendung einer Sprunghöhe und zusätzlich oder alternativ eines Vorzeichens der sprungförmigen Änderung in der zeitlichen Ableitung des elektrischen Signals ermittelt werden. Eine nahezu sprungförmige Beschleunigungsänderung oder Geschwindigkeitsänderung bei einer Kollision des Aktors mit dem Anschlag kann zu einer nahezu sprungförmigen Änderung einer elektromotorischen Kraft führen. Die nahezu sprungförmige Änderung der elektromotorischen Kraft kann zu einer sprungförmigen Änderung in der zeitlichen Ableitung des elektrischen Signals führen. Aus einer Sprunghöhe der zeitlichen Ableitung des elektrischen Signals kann auf eine Kollisionsgeschwindigkeit des Aktors geschlossen werden. Aus dem Vorzeichen der Änderung der zeitlichen Ableitung des elektrischen Signals kann auf eine Bewegungsrichtung vor der Kollision geschlossen werden. Aus der Bewegungsrichtung kann beispielsweise ferner auf den Endanschlag, mit die Kollision erfolgt ist, bzw. von zwei Endanschlägen eines linearen Bewegungsweges des Aktors geschlossen werden. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass der Aufprall des Aktors unaufwendig, sicher und genau erkannt und quantifiziert werden kann.

Insbesondere kann im Schritt des Auswertens der Verlauf des elektrischen Signals ausgewertet werden, um als Änderungscharakteristik eine sprungförmige Änderung in einer zweiten zeitlichen Ableitung des elektrischen Signals zu detektieren. Hierbei kann im Schritt des Ermittelns die Beschleunigungsänderung unter Verwendung einer Sprunghöhe und zusätzlich oder alternativ eines Vorzeichens der sprungförmigen Änderung in der zweiten zeitlichen Ableitung des elektrischen Signals ermittelt werden. Die zweite zeitliche Ableitung des elektrischen Signals kann eine angenäherte oder approximierte zweite zeitliche Ableitung sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine Quantifizierung der Kollision einfach und zuverlässig realisiert werden kann.

Auch kann im Schritt des Auswertens das elektrische Signal mittels einer zeitlich differenzierenden Filtereinrichtung gefiltert werden. Hierbei kann die Filtereinrichtung ein näherungsweise zweifach differenzierendes Filter oder eine andere näherungsweise zweifach zeitlich differenzierende Filtereinrichtung oder andere Einrichtung zur Sprungrekonstruktion in differenzierten Signalen aufweisen. Aus einer Amplitude des Ausgangssignals der differenzierenden Filtereinrichtung kann auf eine Sprunghöhe der Ableitung und eine Sprungrichtung in der zeitlichen Ableitung des elektrischen Signals und somit auf eine Kollisionsgeschwindigkeit und Kollisionsrichtung des Aktors geschlossen werden. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass ein Auftreffen des Aktors an dem Anschlag exakt und unter Einsatz gut bekannter Einrichtungen und Prozesse der Signalauswertung bestimmt werden kann.

Es wird auch ein Verfahren zum Steuern einer elektromagnetischen Aktorvorrichtung vorgestellt, wobei die elektromagnetische Aktorvorrichtung einen Aktor und eine elektrische Spule zum Bewegen des Aktors aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zumindest folgende Schritte aufweist:
Empfangen eines Bewegungssignals, das ein nach Ausführungsform des vorstehend genannten Verfahrens bestimmtes Ende einer Bewegung des Aktors repräsentiert; und
Erzeugen des elektrischen Signals zum Bewegen des Aktors zur Ausgabe an eine Schnittstelle zu der Spule unter Verwendung des Bewegungssignals.

Somit kann das Verfahren zum Steuern vorteilhaft in Verbindung mit einer Ausführungsform des vorstehend genannten Verfahrens zum Bestimmen ausgeführt werden. Das Verfahren zum Steuern kann unter Verwendung eines Steuergerätes ausgeführt werden, das ausgebildet sein kann, um die Aktorvorrichtung zu steuern. Das Bewegungssignal kann im Rahmen des Verfahrens zum Bestimmen unter Verwendung der ermittelten Beschleunigungsänderung generiert und zusätzlich oder alternativ bereitgestellt werden.

Gemäß einer Ausführungsform kann im Schritt des Erzeugens ein elektrisches Signal erzeugt werden, das geeignet ist, um in einem an die Spule angelegten Zustand eine Beschleunigungsänderung des Aktors an dem Anschlag zu minimieren. Zusätzlich oder alternativ kann im Schritt des Erzeugens ein elektrisches Signal erzeugt werden, das geeignet ist, um in einem an die Spule angelegten Zustand eine Geschwindigkeitsänderung des Aktors an dem Anschlag zu minimieren. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine Sprunghöhe der zeitlichen Ableitung des Spulenstroms und somit eine Aufprallgeschwindigkeit des Aktors bei der Kollision möglichst gering gehalten und somit ein Verschleiß der Aktorvorrichtung minimiert bzw. reduziert werden kann.

Genauer gesagt kann im Schritt des Erzeugens ein elektrisches Signal erzeugt werden, das geeignet ist, um in einem an die Spule angelegten Zustand die Bewegung des Aktors zu verlangsamen, wenn ein Betrag der Beschleunigungsänderung einen Schwellenwert überschreitet und ein Vorzeichen der Beschleunigungsänderung einem erwarteten Vorzeichen der Beschleunigungsänderung an dem Anschlag entspricht, und zu verschnellen, wenn ein Vorzeichen der Beschleunigungsänderung sich von einem erwarteten Vorzeichen der Beschleunigungsänderung an dem Anschlag unterscheidet. Somit kann im Schritt des Erzeugens ein elektrisches Signal erzeugt werden, das geeignet ist, um eine Kollisionsgeschwindigkeit bei einer Kollision mit einem für die Bewegung des Aktors vorgesehenen Endanschlag zu minimieren und eine erneute Kollision mit einem Anschlag an der Startposition durch unbeabsichtigte Zurückbewegung des Aktors ohne Erreichen des Endanschlags zu verhindern. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Bewegung des Aktors zuverlässig und genau gesteuert werden kann, um eine definierte und sichere Bewegung zu erreichen.

Auch können zumindest einige der Schritte einer Ausführungsform eines der vorstehend genannten Verfahren wiederholt ausgeführt werden. Zusätzlich oder alternativ können zumindest einige der Schritte einer Ausführungsform eines der vorstehend genannten Verfahren kontinuierlich ausgeführt werden. Auch können die Schritte der jeweiligen Verfahren insbesondere zyklisch wiederholt ausgeführt werden. Beispielsweise können der Schritt des Einlesens des elektrischen Signals und der Schritt des Auswertens kontinuierlich ausgeführt werden, wobei der Schritt des Ermittelns, der Schritt des Empfangens und zusätzlich oder alternativ der Schritt des Erzeugens ansprechend auf Auslöseereignisse wiederholt ausgeführt werden können. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine Kenntnis der Kollision des Aktors mit dem Anschlag zur Adaption zukünftiger Schaltvorgänge genutzt werden kann, um dieselben zu optimieren.

Es wird ferner ein Steuergerät vorgestellt, das ausgebildet ist, um die Schritte einer Ausführungsform des vorstehend genannten Verfahrens auszuführen.

Somit sind das Verfahren zum Bestimmen und zusätzlich oder alternativ das Verfahren zum Steuern mittels des Steuergerätes vorteilhaft ausführbar. Das Steuergerät kann ein elektrisches Gerät sein, das elektrische Signale, beispielsweise Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuersignale ausgibt. Das Steuergerät kann eine geeignete Schnittstelle oder mehrere geeignete Schnittstellen aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein können. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil einer integrierten Schaltung sein, in der Funktionen des Steuergerätes umgesetzt sind. Die Schnittstellen können auch eigene, integrierte Schaltkreise sein oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.

Es wird zudem ein Aktorsystem für ein Fahrzeug vorgestellt, wobei das Aktorsystem folgende Merkmale aufweist:
zumindest eine elektromagnetische Aktorvorrichtung; und
eine Ausführungsform des vorstehend genannten Steuergeräts, wobei das Steuergerät signalübertragungsfähig mit der zumindest einen Aktorvorrichtung verbindbar oder verbunden ist.

Bei dem Aktorsystem kann es sich insbesondere um ein mechatronisches System handeln. Bei dem Fahrzeug kann es sich um ein Kraftfahrzeug handeln. Das Steuergerät kann beispielsweise unter anderem ausgebildet sein, um eine Endlagendämpfung bzw. sogenannte Softlanding-Steuerung schnell schaltender elektromagnetischer Aktoren in dem Fahrzeug oder dergleichen zu bewirken.

Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programm auf einem Computer oder einem Steuergerät ausgeführt wird.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Aktorsystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung für ein Fahrzeug;

2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und

3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Steuern gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Aktorsystems 110 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung für ein Fahrzeug 100. Bei dem Aktorsystem 110 handelt es sich um ein mechatronisches System. Das Aktorsystem 110 ist hierbei in dem Fahrzeug 100 angeordnet. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel kann das Aktorsystem 110 auch unabhängig bzw. getrennt von dem Fahrzeug 100 und somit in einem anderen Gesamtsystem angeordnet und für ein solches vorgesehen sein. Anders ausgedrückt ist das Aktorsystem 110 insbesondere für ein Fahrzeug 100 vorgesehen.

Lediglich beispielhaft ist das Aktorsystem 110 in dem Fahrzeug 100 für schnell schaltende Pneumatikventile für ein Getriebe, für eine elektromagnetisch angesteuerte Klauenkupplung, insbesondere ein Klauentrennelement, oder dergleichen vorgesehen.

Das Aktorsystem 110 weist zumindest eine elektromagnetische Aktorvorrichtung 120 auf. Gemäß dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist das Aktorsystem 110 beispielhaft lediglich eine elektromagnetische Aktorvorrichtung 120 auf. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel kann das Aktorsystem 110 eine Mehrzahl von elektromagnetischen Aktorvorrichtungen 120 aufweisen. Ferner weist das Aktorsystem 110 ein Steuergerät 130 auf. Das Steuergerät 130 ist signalübertragungsfähig mit der Aktorvorrichtung 120 verbunden. Dabei ist das Steuergerät 130 ausgebildet, um die Aktorvorrichtung 120 zumindest zu steuern.

Die elektromagnetische Aktorvorrichtung 120 weist einen Aktor 122, eine elektrische Spule 124, einen ersten Anschlag 126 an einer Betriebsposition bzw. Startposition oder Ausgangsposition und einen zweiten Anschlag 128 bzw. Endanschlag 128 an einer Endlage oder Endposition auf. Der Aktor 122 ist beweglich angeordnet. Dabei ist der Aktor 122 zwischen dem ersten Anschlag 126 und dem zweiten Anschlag 128 bewegbar. Die elektrische Spule 124 ist ausgebildet, um bei einer Betätigung der Aktorvorrichtung 120 eine Bewegung des Aktors 122 zu bewirken. Dabei ist an die elektrische Spule 124 ein elektrisches Signal 125 anlegbar, um den Aktor 122 zu bewegen. In der Darstellung von 1 ist der Aktor 122 zwischen der Betriebsposition und der Endlage angeordnet gezeigt. Anders ausgedrückt ist der Aktor 122 in 1 während einer Bewegung von der Betriebsposition zu der Endlage dargestellt.

Das Steuergerät 130 ist ausgebildet, um das elektrische Signal 125 an die elektromagnetische Aktorvorrichtung 120 auszugeben, um die Aktorvorrichtung 120 zu betätigen. Anders ausgedrückt ist das Steuergerät 130 ausgebildet, um das elektrische Signal 125 an die elektrische Spule 124 anzulegen, um den Aktor 122 zu bewegen bzw. eine Bewegung des Aktors 122 zu bewirken. Bei dem elektrischen Signal 125 handelt es sich beispielsweise um einen elektrischen Strom.

Gemäß dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist das Steuergerät 130 ausgebildet, die Aktorvorrichtung 120 zu steuern und ein Ende einer Bewegung des Aktors 122 der Aktorvorrichtung 120 ansprechend auf eine Betätigung zu bestimmen. Das Steuergerät 130 weist hierbei eine Einleseeinrichtung 132, eine Auswerteeinrichtung 134, eine Ermittlungseinrichtung 136, eine Empfangseinrichtung 138 und eine Versorgungseinrichtung 140 auf.

Die Einleseeinrichtung 132 ist ausgebildet, um das an der elektrischen Spule 124 anliegende bzw. an dieselbe angelegte elektrische Signal 125 von einer Schnittstelle zu der elektrischen Spule 124 einzulesen. Das mittels der Einleseeinrichtung 132 eingelesene elektrische Signal 125 wird hierbei insbesondere von einer Schnittstelle zu einem Abgriff oder einem Messwiderstand eingelesen.

Die Auswerteeinrichtung 134 ist ausgebildet, um einen Verlauf des mittels der Einleseeinrichtung 132 eingelesenen elektrischen Signals 125 auszuwerten. Genauer gesagt ist die Auswerteeinrichtung 134 ausgebildet, um den Verlauf des elektrischen Signals 125 auszuwerten, um eine Änderungscharakteristik 135 des elektrischen Signals 125 zu detektieren, die einen Aufprall des Aktors 122 an dem zweiten Anschlag 128 bzw. Endanschlag 128 in der Endposition repräsentiert. Ferner ist die Auswerteeinrichtung 134 ausgebildet, um die Änderungscharakteristik 135 in Gestalt eines Signals für die Ermittlungseinrichtung 136 bereitzustellen.

Die Ermittlungseinrichtung 136 ist ausgebildet, um unter Verwendung der Änderungscharakteristik 135 eine Beschleunigungsänderung bzw. eine Geschwindigkeitsänderung des Aktors 122 an dem zweiten Anschlag 128 bzw. Endanschlag 128, anders ausgedrückt bei einem Aufprall des Aktors 122 auf den Endanschlag 128, zu ermitteln. Auch ist die Ermittlungseinrichtung 136 ausgebildet, um ein Bewegungssignal 137, welches die ermittelte Beschleunigungsänderung und somit das Ende der Bewegung des Aktors 122 repräsentiert, zu generieren und/oder an die Empfangseinrichtung 138 auszugeben.

Die Empfangseinrichtung 138 ist ausgebildet, um das Bewegungssignal 137 von der Ermittlungseinrichtung 136 zu empfangen. Ferner ist die Empfangseinrichtung 138 ausgebildet, um das Bewegungssignal 137 an die Erzeugungseinrichtung 140 und/oder an eine Speichereinrichtung des Steuergerätes 130 weiterzuleiten.

Die Erzeugungseinrichtung 140 ist ausgebildet, um das elektrische Signal 125 zum Bewegen des Aktors 122 zur Ausgabe an eine Schnittstelle zu der elektrischen Spule 194 zu erzeugen. Dabei ist die Versorgungseinrichtung 140 ausgebildet, um das elektrische Signal 125 unter Verwendung des Bewegungssignals 137 zu erzeugen. Insbesondere ist die Versorgungseinrichtung 140 ausgebildet, um das elektrische Signal 125 unter Verwendung des Bewegungssignals 137 zu erzeugen, sofern ein Bewegungssignal 137 mittels der Empfangseinrichtung 138 empfangen wurde. Auf diese Weise kann eine Charakteristik des elektrischen Signals 125 fortlaufend dadurch an eine Charakteristik der Aktorvorrichtung 120 angepasst werden, dass fortlaufend Bewegungssignale 137 bei der Erzeugung des elektrischen Signals 125 berücksichtigt werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird das elektrische Signal 125 somit fortlaufend erzeugt, wobei die Charakteristik des elektrischen Signals 125 immer dann angepasst wird, wenn ein neues Bewegungssignal 137 empfangen wird. Die Charakteristik des elektrischen Signals 125 kann beispielsweise eine Flankensteilheit, Amplitude oder Frequenz des elektrischen Signals 125 betreffen.

Die Auswerteeinrichtung 134 ist insbesondere ausgebildet, um einen transienten Verlauf eines an der elektrischen Spule 124 anliegenden elektrischen Stroms 125 auszuwerten. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Auswerteeinrichtung 134 ausgebildet sein, um den Verlauf des elektrischen Stroms 125 bzw. des elektrischen Signals 125 unter Verwendung einer zeitlichen Ableitung zu filtern. Dabei kann die Auswerteeinrichtung 134 eine zeitlich differenzierende Filtereinrichtung aufweisen oder als eine zeitlich differenzierende Filtereinrichtung ausgeführt sein.

Dabei kann die Auswerteeinrichtung 134 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausgebildet sein, um den Verlauf des elektrischen Stroms 125 bzw. des elektrischen Signals 125 auszuwerten, um als Änderungscharakteristik 135 eine sprungförmige Änderung in einer zeitlichen Ableitung, insbesondere einer zweiten zeitlichen Ableitung, des elektrischen Signals zu detektieren. Dementsprechend kann die Ermittlungseinrichtung 136 ausgebildet sein, um die Beschleunigungsänderung bzw. Geschwindigkeitsänderung des Aktors 122 beim Auftreffen auf den zweiten Anschlag 128 unter Verwendung einer Sprunghöhe und/oder eines Vorzeichens der sprungförmigen Änderung in der jeweiligen zeitlichen Ableitung des elektrischen Signals 125 zu ermitteln.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Erzeugungseinrichtung 140 ausgebildet, um ein elektrisches Signal 125 zu erzeugen, das geeignet ist, um in einem an die elektrische Spule 124 angelegten Zustand eine Beschleunigungsänderung bzw. Geschwindigkeitsänderung des Aktors 122 an dem zweiten Anschlag 128 bzw. Endanschlag 128 zu minimieren. Dabei kann die Erzeugungseinrichtung 140 ausgebildet sein, um das elektrische Signal 125 so zu erzeugen, dass in einem an die elektrische Spule 124 angelegten Zustand des elektrischen Signals 125 die Bewegung des Aktors 122 verlangsamt wird, wenn ein Betrag der Beschleunigungsänderung bzw. Geschwindigkeitsänderung einen Schwellenwert überschreitet und wenn ein Vorzeichen der Änderung einem erwarteten Vorzeichen der Änderung an dem Endanschlag 128 entspricht. Ferner kann die Erzeugungseinrichtung 140 ausgebildet sein, um das elektrische Signal 125 so zu erzeugen, dass in einem an die elektrische Spule 124 angelegten Zustand des elektrischen Signals 125 die Bewegung des Aktors 122 verschnellt wird, wenn ein Vorzeichen der Beschleunigungsänderung sich von einem erwarteten Vorzeichen der Beschleunigungsänderung an dem Endanschlag 128 unterscheidet.

2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 200 zum Bestimmen eines Endes einer Bewegung eines Aktors einer elektromagnetischen Aktorvorrichtung ansprechend auf eine Betätigung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 200 zum Bestimmen ist hierbei in Verbindung mit dem Aktorsystem aus 1 oder einem ähnlichen Aktorsystem durchführbar. Dabei ist das Verfahren 200 zum Bestimmen unter Verwendung des Steuergerätes aus 1 oder eines ähnlichen Steuergerätes ausführbar.

Bei dem Verfahren 200 zum Bestimmen wird in einem Schritt 210 des Einlesens ein an der elektrischen Spule anliegendes elektrisches Signal zum Bewegen des Aktors von einer Schnittstelle zu der elektrischen Spule eingelesen. Nachfolgend wird in einem Schritt 220 des Auswertens ein Verlauf des im Schritt 210 des Einlesens eingelesenen elektrischen Signals ausgewertet. Dabei wird der Schritt 220 des Auswertens ausgeführt, um eine Änderungscharakteristik des elektrischen Signals zu detektieren, die einen Aufprall des Aktors an einem Anschlag in einer Endposition repräsentiert. Nachfolgend wird in einem Schritt 230 des Ermittelns eine Beschleunigungsänderung des Aktors an dem Anschlag unter Verwendung der im Schritt 220 des Auswertens detektierten Änderungscharakteristik ermittelt.

Insbesondere wird im Schritt 220 des Auswertens ein transienter Verlauf eines an der Spule anliegenden elektrischen Stroms ausgewertet. Ferner wird gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung im Schritt 220 des Auswertens der Verlauf des elektrischen Signals ausgewertet, um als Änderungscharakteristik eine sprungförmige Änderung in einer zeitlichen Ableitung des elektrischen Signals zu detektieren. Hierbei wird nachfolgend im Schritt 230 des Ermittelns die Beschleunigungsänderung unter Verwendung einer Sprunghöhe und/oder eines Vorzeichens der sprungförmigen Änderung in der zeitlichen Ableitung des elektrischen Signals ermittelt.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel können zumindest einige der Schritte 210, 220 und/oder 230 wiederholt ausgeführt werden. So kann beispielsweise der Schritt 230 des Ermittelns immer dann ausgeführt werden, wenn im Schritt 220 des Auswertens eine Änderungscharakteristik detektiert wird. Zusätzlich oder alternativ können zumindest einige der Schritte 210, 220 und/oder 230 kontinuierlich ausgeführt werden. Beispielsweise können der Schritt 210 des Einlesens und der Schritt 220 des Auswertens kontinuierlich ausgeführt werden.

3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 300 zum Steuern gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 300 ist ausführbar, um eine elektromagnetische Aktorvorrichtung zu steuern. Hierbei ist das Verfahren 300 in Verbindung mit der Aktorvorrichtung aus 1 oder einer ähnlichen Aktorvorrichtung bzw. dem Aktorsystem aus 1 oder einem ähnlichen Aktorsystem durchführbar. Das Verfahren 300 zum Steuern ist unter Verwendung des Steuergerätes aus 1 oder eines ähnlichen Steuergerätes ausführbar. Ferner ist das Verfahren 300 zum Steuern in Verbindung mit dem Verfahren zum Bestimmen aus 2 oder einem ähnlichen Verfahren ausführbar.

Das Verfahren 300 Steuern weist einen Schritt 310 des Empfangens eines Bewegungssignals auf, welches das gemäß dem Verfahren zum Bestimmen aus 2 oder einem ähnlichen Verfahren bestimmte Ende der Bewegung des Aktors repräsentiert. Nachfolgend wird in einem Schritt 320 des Erzeugens unter Verwendung des im Schritt 310 des Empfangens empfangenen Bewegungssignals das elektrische Signal zum Bewegen des Aktors zur Ausgabe an eine Schnittstelle zu der elektrischen Spule erzeugt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann zumindest einer der Schritte 310 und 320 des Verfahrens 300 zum Steuern wiederholt und/oder kontinuierlich ausgeführt werden.

Insbesondere wird im Schritt 320 des Erzeugens ein elektrisches Signal erzeugt, das geeignet ist, um in einem an die Spule angelegten Zustand eine Beschleunigungsänderung des Aktors an dem Anschlag zu minimieren.

Unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 werden Ausführungsbeispiele und Hintergründe sowie Vorteile derselben nachfolgend mit anderen Worten und/oder zusammenfassend nochmals erläutert.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann eine vereinfachte Schaltfolge für eine Spulenspannung bzw. einen Spulenstrom, letzteres bei Ansteuerung des Aktors 122 mit einer unterlagerten Stromregelung, als elektrisches Signal 125 verwendet werden. Eine solche Schaltfolge wechselt beispielsweise zwischen Perioden konstant hoher Spulenspannung bzw. konstant hohen Spulenstroms und Perioden konstant niedriger Spulenspannung bzw. niedrigen Spulenstroms.

Je nach beabsichtigter Bewegungsrichtung des Aktors 122 während des Schaltvorgangs kann Perioden hoher bzw. niedriger Spulenspannung oder hohen bzw. niedrigen Spulenstroms eine Information darüber zugeordnet werden, ob es sich um eine Beschleunigung des Aktors 122 in eine gewünschte Bewegungsrichtung oder eine Verzögerung entgegen der beabsichtigten Bewegungsrichtung handelt. Im Folgenden werden Perioden stückweise konstanter Spulenspannungen als Beschleunigungsperioden bzw. Verzögerungsperioden bezeichnet, wobei je nach Bewegungsrichtung des Aktors 122 die Perioden hoher Spulenspannung bzw. hohen Spulenstroms entweder Beschleunigungs- oder Verzögerungsperioden darstellen können.

Wird der Aktor 122 während eines Schaltvorgangs verhältnismäßig zu sehr beschleunigt und entsprechend zu wenig verzögert, so weist er beim Erreichen der Endlage bzw. des Endanschlags 128 einen hohen Impuls auf. In diesem Fall kann gemäß einem Ausführungsbeispiel anhand der in dem Verfahren 200 zum Bestimmen bestimmten Bewegungseigenschaft des Aktors 122 bei erneuter Durchführung des Schaltvorgangs die Beschleunigung des Aktors 122 anteilig reduziert und/oder entsprechend die Verzögerung des Aktors 122 anteilig erhöht werden.

Dies kann gemäß einem Ausführungsbeispiel insbesondere durch Variation der Dauer der Beschleunigungsperiode(n), der Dauer der Verzögerungsperiode(n), der Spulenspannung(en), des Spulenstroms bzw. der Spulenströme während der Beschleunigungsperiode(n), der Spulenspannung(en) bzw. des Spulenstroms bzw. der Spulenströme während der Verzögerungsperiode(n) oder durch eine Kombination dieser Maßnahmen erfolgen.

Die Herausforderung, die somit adressiert und gemeistert werden kann, besteht in der Generierung eines Signals, des Bewegungssignals 137, aus welchem auf einen unerwünscht hohen Aufprallimpuls des Aktors 122 geschlossen werden und somit eine zielgerichtete Korrektur der anteiligen Beschleunigung bzw. Verzögerung des Aktors 122 während des nächsten gleichartigen Schaltvorgangs durchgeführt werden kann.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird hierzu eine Auswertung des transienten Spulenstroms 125 des elektromagnetischen Aktors 122 durchgeführt. Entsprechend dem Faraday'schen Induktionsgesetz genügt dieser näherungsweise der Differentialgleichung L(x, i)·di/dt = u – R·i – K(x, i)·dx/dt,wobei x eine Aktorposition bzw. Position des Aktors 122 bezeichnet, i den Spulenstrom 125, u eine Spulenspannung, R einen Ohm'schen Widerstand der Spule 124, L eine im Allgemeinen positions- und stromabhängige differentielle Induktivität des Aktors 122, also eine partielle Ableitung eines verketteten magnetischen Flusses des Aktors 122 nach dem Spulenstrom 125, K eine im Allgemeinen positions- und stromabhängige partielle Ableitung des verketteten magnetischen Flusses des Aktors 122 nach der Position des Aktors 122, di/dt eine zeitliche Ableitung des Spulenstroms 125 und dx/dt eine Aktorgeschwindigkeit bzw. Geschwindigkeit des Aktors 122, also die zeitliche Ableitung der Aktorposition. Das Produkt K(x, i)·dx/dt wird auch als elektromotorische Kraft bezeichnet und entspricht der elektrischen Spannung, die der Spule 124 infolge der Bewegung des Aktors 122 induziert wird.

Die Nutzung und Auswertung des Spulenstroms 125 zur Generierung eines Indikators für den Aufprallimpuls ist besonders vorteilhaft, da der Strom 125 unter Umständen ohnehin zur Ansteuerung des Aktors 122 gemessen wird. In diesem Fall kann das bereits vorhandene Sensorsignal genutzt werden. Ist dies nicht der Fall, kann die elektrische Steuerung bzw. das Steuergerät 130 des Aktors 122 preisgünstig und nahezu bauraumneutral um eine Strommessung erweitert werden, beispielsweise durch Hinzufügen eines Messwiderstands in eine Ansteuerleitung des Aktors 122 und Messung eines Spannungsabfalls über dem Messwiderstand. Überdies sind auch andere kostengünstige und bauraumeffiziente Messverfahren für den Spulenstrom 125 denkbar.

Beim Auftreffen des Aktors 125 auf dem mechanischen Endanschlag 128 kann in guter Näherung in der Regel davon ausgegangen werden, dass die gesamte Bewegungsenergie des Aktors 122 entweder nahezu instantan abgebaut wird oder der Aktor 122 prellt, also sich das Vorzeichen der Aktorgeschwindigkeit nahezu instantan umkehrt. In beiden Fällen ändert sich die Geschwindigkeit nahezu sprungförmig, wobei die Sprunghöhe betraglich umso größer ist, je größer der Betrag der Geschwindigkeit des Aktors 122 unmittelbar vor der Kollision mit dem Endanschlag 128 war.

Die nahezu sprungförmige Geschwindigkeitsänderung bei der Kollision des Aktors 122 mit dem Endanschlag 128 führt zu einer nahezu sprungförmigen Änderung der elektromotorischen Kraft und somit nach dem Faraday'schen Induktionsgesetz zu einer nahezu sprungförmigen Änderung der zeitlichen Ableitung des Spulenstroms 125. Da eine Sprunghöhe der elektromotorischen Kraft bis auf eine Skalierung mittels K(x, i) mit einer Sprunghöhe der Geschwindigkeit des Aktors 122 übereinstimmt, ist auch die Sprunghöhe der elektromotorischen Kraft und somit eine Sprunghöhe der zeitlichen Ableitung des Spulenstroms 125 betraglich umso größer, je höher der Betrag der Aktorgeschwindigkeit unmittelbar vor der Kollision war. Außerdem ist eine Richtung der sprungförmigen Änderung der elektromotorischen Kraft und somit das Vorzeichen der resultierenden sprungförmigen Änderung der zeitlichen Ableitung des Spulenstroms 125 eindeutig durch die Bewegungsrichtung des Aktors 122 vor der Kollision festgelegt. Aus der Sprunghöhe der zeitlichen Ableitung des Spulenstroms 125 kann also auf die Kollisionsgeschwindigkeit des Aktors 122 geschlossen werden und aus dem Vorzeichen der Änderung der zeitlichen Ableitung des Spulenstroms 25 auf die Bewegungsrichtung vor der Kollision und aus der Bewegungsrichtung ggf. auf den jeweiligen Anschlag 126 oder 128, hier den Endanschlag 128, mit die Kollision erfolgt ist.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann eine Abfolge von Beschleunigungs- und Verzögerungsperioden verändert werden, um eine Aufprallgeschwindigkeit des Aktors 122 möglichst gering zu halten. Entsprechend der vorherigen Erläuterung kann dies auch so betrachtet werden, dass die Sprunghöhe der zeitlichen Ableitung des Spulenstroms 125 bei der Kollision möglichst gering gehalten werden soll. Daher kann die zeitliche Änderung des Spulenstroms 125 als Grundlage einer zielgerichteten automatischen Adaption der Abfolge von Beschleunigungs- und Verzögerungsperioden des Aktors 122 anhand des Bewegungssignals 137 genutzt werden.

Es wird daher die Sprunghöhe der zeitlichen Ableitung des Stroms 125 zumindest näherungsweise ermittelt. Ist diese Sprunghöhe zu groß, hat aber das der beabsichtigten Bewegungsrichtung entsprechende Vorzeichen, so bedeutet dies, dass der Aktor 122 den beabsichtigten mechanischen Anschlag, hier beispielsweise den Endanschlag 128, erreicht hat, allerdings mit einer zu hohen Geschwindigkeit. In diesem Fall wird die Steuerfolge über das erzeugte elektrische Signal 125 beispielsweise derart angepasst, dass die Beschleunigung des Aktors 122 während der Bewegung anteilig oder absolut reduziert wird und seine Verzögerung anteilig oder absolut erhöht wird.

Hat die Sprunghöhe das falsche Vorzeichen, so hat der Aktor 122 die gewünschte Endlage, hier beispielsweise den Endanschlag 128, nicht erreicht, sondern ist nach einer anfänglichen Bewegung wieder mit dem ursprünglichen mechanischen Anschlag, hier beispielsweise dem ersten Anschlag 126, kollidiert, wie es durch den gestrichelten Richtungspfeil 1 dargestellt ist. In diesem Fall wird die Beschleunigung anteilig oder absolut erhöht und die Verzögerung anteilig oder absolut reduziert.

Zur Ermittlung der Sprunghöhe der zeitlichen Ableitung des Spulenstroms 125 aus dem gemessenen Spulenstrom 125 mittels der Auswerteeinrichtung 134 sind zahlreiche Methoden denkbar bekannt. Beispielsweise wird auf das Stromsignal i bzw. das elektrische Signal 125 ein näherungsweise zweifach differenzierendes Filter mit der Laplace-Übertragungsfunktion G(s) = s^2/b(s) angewandt, wobei b(s) ein Hurwitz-Polynom mindestens zweiten Grades im Ableitungsoperator s ist. Ein derartiges Filter kann entweder mit diskreten analogen elektronischen Bauelementen realisiert sein, wobei in einem Verarbeitungsablauf nachfolgenden Einrichtungen, beispielsweise einer Aktorsteuerung, ein Ausgangssignal des Filters zugeführt werden kann, oder auch näherungsweise numerisch in der Echtzeitsteuerung des Aktors 122 nachgebildet sein. In diesem Fall wird ein Sprung in der zeitlichen Ableitung des Spulenstroms 125 eine Impulsantwort eines Tiefpassfilters G0(s) = 1/b(s) anregen, wobei eine Amplitude der Impulsantwort näherungsweise proportional zu einer Sprunghöhe der zeitlichen Ableitung des Spulenstroms 125 und zum Koeffizienten K(x, i) der elektromotorischen Kraft im Faraday'schen Induktionsgesetz ist. Aus der Amplitude des Ausgangssignals des differenzierenden Filters G(s) kann daher auf eine Sprunghöhe der Ableitung und eine Sprungrichtung in der zeitlichen Ableitung des Spulenstroms 125 und somit auf die Kollisionsgeschwindigkeit und Kollisionsrichtung des Aktors 122 geschlossen werden.

Hierzu kann in dem Steuergerät 130 beispielsweise auch ein Kennfeld K(x, i) hinterlegt sein und durch Division der wie zuvor beschrieben rekonstruierten Sprunghöhe der zeitlichen Ableitung des Spulenstroms 125 durch K(x0, i0), wobei x0 eine Position des jeweiligen Anschlags, hier des Endanschlags 128, bezeichnet und i0 einen repräsentativen Spulenstrom 125 während der Kollision, die Sprunghöhe der Aktorgeschwindigkeit und somit die Kollisionsgeschwindigkeit näherungsweise bestimmt werden.

Alternativ können im Schritt 220 des Auswertens bzw. in der Auswerteeinrichtung 134 beliebige andere näherungsweise zweifach zeitlich differenzierende Filter auf den Spulenstrom 125 angewandt werden oder sonstige bekannte Methoden zur Sprungrekonstruktion in differenzierten Signalen genutzt werden.

In einer praktischen Anwendung kann gemäß einem Ausführungsbeispiel eine zweckmäßige Schaltfolge für den Aktor 122 im Allgemeinen von den Umgebungsbedingen abhängen, die sich auf eine Stromaufbaudynamik oder die Bewegungsgleichung des Aktors 122 auswirken und somit ein Übertragungsverhalten des Aktors 122 von der Spulenspannung bzw. dem Spulenstrom 125 zur Aktorposition beeinflussen. So kann beispielsweise eine Reibung des Aktors 122 von der Temperatur abhängen, wie beispielsweise wenn der Aktor 122 auf einem Ölfilm mit temperaturabhängiger Viskosität gleitet, der elektrische Widerstand der Aktorvorrichtung 120 kann über die Temperatur variieren und in mobilen Anwendungen kann davon ausgegangen werden, dass eine zur Ansteuerung der Aktorvorrichtung 120 nutzbare Versorgungsspannung zeitlich variiert.

Daher können in dem Steuergerät 130 auch Kennlinien oder Kennfelder für mehrere unterschiedliche Konfigurationen von Schaltfolgen hinterlegt sein, aus denen arbeitspunktabhängig, insbesondere temperaturabhängig und/oder versorgungsspannungsabhängig, eine situativ geeignete Schaltfolge ausgewählt oder durch geeignete Kombination verschiedener hinterlegter Schaltfolgen, beispielsweise eine Linearkombination benachbarter Schaltfolgen, ausgewählt werden kann.

In diesem Fall kann bei jeder Adaption der Schaltfolgenparameter entweder nur eine jeweils gültige Schaltfolge oder anteilig in der Kennlinie bzw. den Kennfeldern hinterlegte situativ relevante Schaltfolge, also beispielsweise die entsprechende Linearkombination von Schaltfolgenparametern, angepasst werden.

Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder” Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so kann dies so gelesen werden, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.

Bezugszeichenliste

100
Fahrzeug
110
Aktorsystem
120
Aktorvorrichtung
122
Aktor
124
elektrische Spule
125
elektrisches Signal; Spulenstrom
126
erster Anschlag
128
zweiter Anschlag
130
Steuergerät
132
Einleseeinrichtung
134
Auswerteeinrichtung
135
Änderungscharakteristik
136
Ermittlungseinrichtung
137
Bewegungssignal
138
Empfangseinrichtung
140
Erzeugungseinrichtung
200
Verfahren zum Bestimmen
210
Schritt des Einlesens
220
Schritt des Auswertens
230
Schritt des Ermittelns
300
Verfahren zum Steuern
310
Schritt des Empfangens
320
Schritt des Erzeugens