Title:
Verfahren zur Adaption eines Dither-Signals für einen elektromagnetischen Aktor und Steuergerät
Document Type and Number:
Kind Code:
A1

Abstract:

Bereitgestellt wird ein Verfahren zur Adaption eines Dither-Signals für einen elektromagnetischen Aktor , wobei in einem ersten Schritt (S1) ein aufgrund eines Dither-Signals erzeugter Verlauf des Ankers des Aktors abhängig von zumindest einem gemessenen Stromverlauf des Ankers bestimmt und eine Kenngröße daraus ermittelt wird, die zur Beurteilung der Wirksamkeit des Dither-Signals dient. In einem zweiten Schritt (S2) erfolgt ein Vergleich der ermittelten Kenngröße mit einem vorgegebenen Sollwert, und in einem dritten Schritt (S3) wird zumindest ein Parameter des Dither-Signals abhängig von dem Vergleich zwischen Kenngröße und Sollwert angepasst. Ferner wird ein entsprechendes Steuergerät bereitgestellt. embedded image





Inventors:
Kiltz, Lothar (88212, Ravensburg, DE)
Application Number:
DE102017202076A
Publication Date:
08/09/2018
Filing Date:
02/09/2017
Assignee:
ZF FRIEDRICHSHAFEN AG, 88046 (DE)
International Classes:
H01F7/18; F16K31/06; G05F1/625
Claims:
Verfahren zur Adaption eines Dither-Signals für einen elektromagnetischen Aktor, wobei
- in einem ersten Schritt (S1) ein aufgrund des Dither-Signals erzeugter Verlauf des Ankers des Aktors abhängig von zumindest einem gemessenen Stromverlauf und/oder einem gemessenen Spannungsverlauf des Ankers bestimmt und daraus eine Kenngröße ermittelt wird, die zur Beurteilung der Wirksamkeit des Dither-Signals dient, und
- in einem zweiten Schritt (S2) ein Vergleich der ermittelten Kenngröße mit einem vorgegebenen Sollwert erfolgt, und
- in einem dritten Schritt (S3) zumindest ein Parameter des Dither-Signals abhängig von dem Vergleich zwischen Kenngröße und Sollwert angepasst wird.

Verfahren nach Anspruch 1, wobei die mittlere Leistung des Dither-Signals erhöht wird, wenn erfasst wurde, dass die durch die Kenngröße definierte Wirksamkeit des Dither-Signals kleiner als der Sollwert ist, und die mittlere Leistung des Dither-Signals verringert wird, wenn erfasst wurde, dass die durch die Kenngröße definierte Wirksamkeit des Dither-Signals größer als der Sollwert ist.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Verlauf des Ankers des Aktors zumindest eines aus dem Positionsverlauf des Ankers, dem Geschwindigkeitsverlauf des Ankers oder dem Verlauf der bewegungsinduzierten Spannung umfasst.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bestimmen der Kenngröße zur Beurteilung der Wirksamkeit des Dither-Signals durch Bestimmen der Amplitude des Verlaufs des Aktors bei einer für das Dither-Signal charakteristischen Frequenz erfolgt, oder wobei das Bestimmen der Kenngröße zur Beurteilung der Wirksamkeit des Dither-Signals durch Schätzung der in einem Frequenzbereich enthaltenen Leistung erfolgt.

Verfahren nach Anspruch 4, wobei der bestimmte Frequenzbereich außerhalb des Frequenzbereichs liegt, in dem der Teil des Ansteuersignals des Aktors, welches zur Einstellung des Arbeitspunktes genutzt wird, deutliche Frequenzanteile besitzt.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kenngröße eine aus dem Spannungs-Strom-Verlauf des Aktors aufgrund des Dither-Signals bewegungsinduzierte Spannung, eine aufgrund des Dither-Signals resultierende Spitze-zu-Spitze-Differenz, die mittlere Leistung oder eine Amplitude einer für das Dither-Signal charakteristischen Frequenz der Ankergeschwindigkeit oder der bewegungsinduzierten Spannung ist.

Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bestimmen des Sollwerts als eine Funktion abhängig von Arbeitspunkt und Umgebungsbedingungen erfolgt.

Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Bestimmen des Sollwerts als eine Funktion abhängig von Spulenspannung, Spulenstrom, Druck, Volumenstrom, Ankerposition, Fluidtemperatur oder Umgebungstemperatur erfolgt, und/oder wobei der Sollwert basierend auf einer vorgegebenen Kennlinie oder einem vorgegebenen Kennfeld bestimmt oder als konstant vorgegeben wird.

Computerprogrammprodukt, das dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.

Steuergerät, auf dem das Computerprogrammprodukt nach Anspruch 9 ausgeführt wird.

Description:

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Adaption eines Dither-Signals für einen elektromagnetischen Aktor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein entsprechendes Steuergerät.

Bei elektromagnetischen Aktoren, insbesondere bei Hydraulik- oder Pneumatikventilen, ist es üblich, demjenigen Ansteuersignal der Magnetspule (Spannung oder Strom), welches dem gewünschten Arbeitspunkt entspricht, ein sogenanntes Dither-Signal zu überlagern, welches eine höhere Frequenz aufweist als das Ansteuersignal. Als Dither wird also die Modulation bzw. Überlagerung des Ansteuersignals mittels einer Schwingung einer bestimmten Frequenz bzw. eines bestimmten Frequenzbereichs bezeichnet. Der Arbeitspunkt ist z.B. die Aktorposition, der Volumenstrom, der Massenstrom und/oder der Druck. Das Dither-Signal hat die Aufgabe, den (Magnet-)Anker des Aktors dauernd in Bewegung zu halten, wodurch die Reibung reduziert wird und somit das Ansprechverhalten des Aktors und die erzielbare Stellgenauigkeit bzw. Regelgüte verbessert werden. Ein derartiges Dither-Signal ist üblicherweise entweder periodisch, z.B. sinus-, dreieck- oder rechteckförmig, oder stochastisch.

Die Ermittlung der Parameter des Dither-Signals erfolgt bisher anhand einzelner Exemplare des Aktors oder des Aktors zusammen mit dem von ihm angesteuerten mechatronischen System in aufwändigen Messreihen und anschließender Abspeicherung im Speicher der elektrischen Steuerung. Somit ist eine Adaption des Dither-Signals während des laufenden Betriebs des Aktors nicht möglich.

Deshalb ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren zur Adaption eines Dither-Signals für einen elektromagnetischen Aktor während des Betriebs bereitzustellen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Erfahrungsgemäß muss bei der Ermittlung der Dither-Parameter in Messreihen darauf geachtet werden, einen anwendungsspezifisch guten Kompromiss aus hinreichender Reibungsreduktion und nicht zu großer unerwünschter Anregung des angesteuerten mechatronischen Systems durch das Dither-Signal zu erzielen. Dies ist insbesondere bei Aktoren wichtig, die selbst eine Regelfunktion realisieren, insbesondere Druckregelventile. Es ist auch in dem Fall wichtig, wenn bereits geringe dynamische Regelfehler zu einer deutlichen unerwünschten dynamischen Anregung des angesteuerten Systems führen können, z.B. bei mittels Druckregelventilen angesteuerten Reibkupplungen oder Reibbremsen in Getrieben. Hier kann eine kleine Änderung des wirksamen Drucks auf den Kolben der Reibbeläge zu einer großen Änderung des übertragenen Momentes und so zu einem Ruckeln oder Durchrutschen des Getriebes führen.

Jedoch variiert die Reibung des Aktors zwischen einzelnen Aktorexemplaren infolge Toleranzen im Material, der Geometrie, der Oberflächenstruktur und der Fertigung üblicherweise deutlich, was ebenso für das vom Aktor angesteuerte Folgesystem gilt. Außerdem variieren die Dynamik des Aktors und des vom Aktor angesteuerten Systems stark in Abhängigkeit des Arbeitspunktes z.B. infolge einer temperaturabhängig stark variierenden Fluidviskosität oder einer druckabhängig stark variierenden Steifigkeit des angesteuerten mechatronischen Systems, z.B. infolge im Öl enthaltener nicht gelöster Luft. Auch ändert sich die Reibung des Aktors und des angesteuerten Systems über die Lebensdauer, z.B. infolge Abrasion der Reibpartner oder Anlagerung von Sedimenten.

Zusammenfassend sollten zumindest Teile der nachfolgend aufgeführten Nachteile bisher verwendeter Verfahren verbessert werden. Ein solcher Nachteil ist, dass erhöhte Entwicklungskosten durch aufwändige Ermittlung der Dither-Parameter entstehen. Auch entstehen erhöhte Stückkosten, da nicht exemplarindividuelle Dither-Parameter engere Material-, Geometrie- und Fertigungstoleranzen erfordern. Ferner entstehen erhöhte Gewährleistungskosten, da entweder mit steigender Lebensdauer intolerable Schwingungen angeregt werden, die die Lebensdauer des Aktors oder Systems reduzieren oder diese schädigen, oder es wird zu Beginn der Lebensdauer eine schlechtere Funktionsqualität infolge erhöhter Reibung in Kauf genommen, damit die Dither-Parameter mit steigender Lebensdauer keine Schwingungen anregen.

Aus den Nachteilen ergibt sich das Ziel, für jedes Aktorexemplar bzw. für jede hergestellte Kombination aus Aktor und vom Aktor angesteuerten mechatronischen System eine individuelle Wahl der Dither-Parameter bereitzustellen. Dies sollte bevorzugt bei hohen Anforderungen an die Stell- bzw. Regelgenauigkeit möglichst für jeden Arbeitspunkt funktionieren.

Allerdings ist eine für jeden Aktor individuelle Offline-Ermittlung geeigneter Dither-Parameter über den gesamten Arbeitsbereich, insbesondere über den gesamten Temperaturbereich, sehr aufwändig und daher üblicherweise, vor allem in einer Serienproduktion, nicht leistbar. Außerdem ist eine hinreichend genaue Prognose der Veränderung der dynamischen exemplarindividuellen Eigenschaften des Aktors oder des angesteuerten mechatronischen Systems über die Lebensdauer nicht möglich. Daher kann es passieren, dass die zu Beginn der Lebensdauer gewählten Dither-Parameter mit steigender Lebensdauer immer schlechter zum Aktor oder zum angesteuerten mechatronischen System passen und somit z.B. mit zunehmender Lebensdauer immer stärkere Schwingungen angeregt werden, die zum Produktionszeitpunkt noch nicht abzusehen waren.

Durch das nachfolgend beschriebene Verfahren wird eine einfache, sensorunabhängige Adaption bzw. Anpassung des Dither-Signals für einen elektromagnetischen Aktor während des Betriebs bereitgestellt.

Es wird ein Verfahren zur Adaption eines Dither-Signals für einen elektromagnetischen Aktor bereitgestellt, wobei in einem ersten Schritt ein aufgrund des Dither-Signals erzeugter Verlauf des Ankers des Aktors abhängig von zumindest einem gemessenen Stromverlauf des Ankers bestimmt und eine Kenngröße daraus ermittelt wird, die zur Beurteilung der Wirksamkeit des Dither-Signals dient. In einem zweiten Schritt erfolgt ein Vergleich der ermittelten Kenngröße mit einem vorgegebenen Sollwert, und in einem dritten Schritt wird zumindest ein Parameter des Dither-Signals abhängig von dem Vergleich zwischen Kenngröße und Sollwert angepasst.

Parameter des Dither-Signals bzw. Dither-Parameter sind Parameter, die zur Charakterisierung und Einstellung des Dither-Signals verwendet werden, z.B. die mittlere Leistung, die Spitze-Spitze-Spannungs- oder Spitze-Spitze-Stromdifferenz, die Grundfrequenz oder das Leistungsdichtespektrum, also die Verteilung der mittleren Leistung über den Frequenzbereich.

Das Dither-Signal wird also prinzipiell arbeitspunktabhängig adaptiert, und zwar ohne zusätzliche Sensoren, welche eine Ankerposition, Ankergeschwindigkeit oder Ankerbeschleunigung erfassen. Somit werden weniger Bauteile benötigt, was die Fehleranfälligkeit verringert, d.h. das System robuster macht. Durch zusätzliche Ermittlung des Spannungsverlaufs kann aus dem Zusammenhang zwischen Spulenspannung und Spulenstrom der Verlauf des Aktors als induzierte Spannung noch besser bestimmt werden. Durch das vorgeschlagene Verfahren kann eine individuelle, echtzeitfähige Adaption des Dither-Signals für jedes Aktorexemplar individuell erfolgen. Somit wird eine gleichbleibende Funktionsqualität über die gesamte Lebensdauer des Systems gewährleistet.

In einer Ausführung wird die mittlere Leistung des Dither-Signals erhöht, wenn erfasst wurde, dass die durch die Kenngröße definierte Wirksamkeit des Dither-Signals kleiner als der Sollwert ist, und die mittlere Leistung des Dither-Signals wird verringert, wenn erfasst wurde, dass die durch die Kenngröße definierte Wirksamkeit des Dither-Signals größer als der Sollwert ist.

Durch die geeignete Bestimmung der Kenngröße zur Beurteilung der Wirksamkeit des Dither-Signals und des damit zu vergleichenden Sollwerts kann eine einfache Entscheidung getroffen werden, wann das Dither-Signal bzw. die (mittlere) Leistung des Dither-Signals erhöht oder verringert wird. Ferner kann der bzw. die geeigneten anzupassenden Parameter zur Durchführung der Maßnahme bestimmt werden.

In einer Ausführung umfasst der Verlauf des Ankers des Aktors zumindest eines aus dem Positionsverlauf des Ankers, dem Geschwindigkeitsverlauf des Ankers oder dem Verlauf der bewegungsinduzierten Spannung. Je nach ermittelten Eingangsgrö-ßen, d.h. Strom, Spannung oder Strom und Spannung, können unterschiedliche charakteristische Verläufe des Ankers ermittelt werden. Die Adaption des Dither-Signals erfolgt dann basierend auf dem ermittelten Verlauf.

In einer Ausführung erfolgt das Bestimmen der Kenngröße zur Beurteilung der Wirksamkeit des Dither-Signals durch Bestimmen der Amplitude des Verlaufs des Aktors bei einer für das Dither-Signal charakteristischen Frequenz. In einer Ausführung erfolgt das Bestimmen der Kenngröße zur Beurteilung der Wirksamkeit des Dither-Signals durch Schätzung der in einem Frequenzbereich enthaltenen Leistung. Bevorzugt liegt der ausgewertete Frequenzbereich außerhalb des Frequenzbereichs, in dem der Teil des Ansteuersignals des Aktors, welches zur Einstellung des Arbeitspunktes genutzt wird, deutliche Frequenzanteile besitzt.

Durch die Möglichkeit, unterschiedlichste Verfahren zur Bestimmung der Kenngröße zur Beurteilung der Wirksamkeit des Dither-Signals zu verwenden, kann individuell für jede Anwendung entschieden werden, welches Verfahren das geeignetste oder am besten verfügbare Verfahren ist. Vorteilhaft bei der Bestimmung der Kenngröße zur Beurteilung der Wirksamkeit des Dither-Signals ist, dass prinzipiell aus dem Strom-Spannungs-Verlauf der Magnetspule des Magnetankers, d.h. dem Zusammenhang zwischen Reibung des Ankers und bewegungsinduzierter Spannung, auf die Wirksamkeit des Dither-Signals geschlossen werden kann.

In einer Ausführung ist die Kenngröße eine aus dem Spannungs-Strom-Verlauf des Aktors aufgrund des Dither-Signals bewegungsinduzierte Spannung, eine aufgrund des Dither-Signals resultierende Spitze-zu-Spitze-Differenz, die mittlere Leistung oder eine Amplitude einer für das Dither-Signal charakteristischen Frequenz der Ankergeschwindigkeit oder der bewegungsinduzierten Spannung. Je nach verwendbaren vorhandenen Signalen kann so eine geeignete, im laufenden Betrieb einfach zu messende Kenngröße zum Vergleich verwendet werden.

In einer Ausführung erfolgt das Bestimmen des Sollwerts als eine Funktion abhängig von Arbeitspunkt und Umgebungsbedingungen. Bevorzugt erfolgt das Bestimmen des Sollwerts als eine Funktion abhängig von Spulenspannung, Spulenstrom, Druck, Volumenstrom, Ankerposition, Fluidtemperatur oder Umgebungstemperatur. Bevorzugt wird der Sollwert basierend auf einer vorgegebenen Kennlinie oder einem vorgegebenen Kennfeld bestimmt oder ist als konstant vorgegeben.

Durch die Möglichkeit, unterschiedlichste Verfahren zur Bestimmung des Sollwerts zu verwenden kann individuell für jede Anwendung entschieden werden, welches Verfahren das geeignetste oder am besten verfügbare Verfahren ist.

Vorgeschlagen wird ferner ein Computerprogrammprodukt, das dazu eingerichtet ist, das Verfahren auszuführen.

Vorgeschlagen wird ferner ein Steuergerät, auf dem das beschriebene Computerprogrammprodukt ausgeführt wird. Durch die Möglichkeit, das Verfahren z.B. als Algorithmus auf einem bereits vorhandenen oder zusätzlichen Steuergerät auszuführen, können Bauraum und zusätzliche Komponenten wie Sensoren eingespart werden. Das Steuergerät kann also bereits vorhandene oder abrufbare Informationen derart verwerten, dass abhängig von dem Verlauf des Spulenstroms und/oder der Spulenspannung eine individuelle, echtzeitfähige Adaption des Dither-Signals erfolgen kann. Somit wird eine gleichbleibende Funktionsqualität auch über die gesamte Lebensdauer des Systems gewährleistet.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungsgemäße Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

  • 1 zeigt ein Ablaufdiagramm des Verfahrens gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.

Ein wirksames Dither-Signal ist dadurch gekennzeichnet, dass es den Magnetanker des angesteuerten mechatronischen Systems in Bewegung hält. Der Anker hat also zu fast jedem Zeitpunkt eine nicht verschwindende Geschwindigkeit. Diese bewirkt gemäß dem Faraday'schen Induktionsgesetz eine ständige Änderung des magnetischen Flusses des Elektromagneten und wird somit im Zusammenhang zwischen Spulenspannung und Spulenstrom als bewegungsinduzierte Spannung sichtbar. Bei einer hohen Reibung führt dasselbe Dither-Signal nur zu geringeren Ankergeschwindigkeiten und entsprechend zu geringeren bewegungsinduzierten Spannungen als bei einer niedrigen Reibung. Daher kann anhand des Spannungs-Strom-Verlaufs der Magnetspule prinzipiell auf die Wirksamkeit des Dithers geschlossen werden.

Die Dither-Parameter werden gemäß dem Verfahren der Erfindung vom elektrischen Steuergerät des Aktors arbeitspunktabhängig geeignet adaptiert. Dies geschieht durch Verwenden der Verläufe der Spulenspannung und/oder des Spulenstroms, also ohne dedizierte Sensoren z.B. für die Ankerposition, Ankergeschwindigkeit oder Ankerbeschleunigung. Hierdurch wird eine gleichbleibende Funktionsqualität zwischen verschiedenen Exemplaren des Aktors bzw. des vom Aktor angesteuerten mechatronischen Systems auch über die Lebensdauer der Aktors bzw. des angesteuerten mechatronischen Systems erreicht.

Grundgedanke der Erfindung ist, dass aus dem Spannungs-Strom-Verlauf des Aktors die aufgrund des Dither-Signals bewegungsinduzierte Spannung bzw. die aufgrund des Dither-Signals resultierende Spitze-zu-Spitze-Differenz oder die mittlere Leistung oder eine entsprechende andere Größe, z.B. die Amplitude einer für das Dither-Signal charakteristischen Frequenz der Ankergeschwindigkeit oder der bewegungsinduzierten Spannung, rekonstruiert und als Kenngröße zum Vergleich mit einem korrespondierenden Sollwert verwendet werden kann.

Die Frequenz kann dabei z.B. die Grundfrequenz eines periodischen Dither-Signals oder ein ganzzahliges Vielfaches hiervon sein. Mit dieser Kenngröße kann die Wirksamkeit des Dither-Signals beurteilt werden. Die Kenngröße wird dann mit einem oder mehreren zugehörigen, ggf. vom Arbeitspunkt und Umgebungsbedingungen abhängigen Sollwerten verglichen. Ein vom Arbeitspunkt abhängiger Sollwert kann z.B. ein vom mittleren Solldruck bei einem Druckregelventil oder dem mittleren Spulenstrom der Magnetspule abhängiger Wert sein. Ein von Umgebungsbedingungen abhängiger Sollwert kann ein von einer Öltemperatur bei einem hydraulischen Ventil abhängiger Wert sein.

Weicht die rekonstruierte Kenngröße, also der Effekt des Dither-Signals, vom Sollwert ab, so wird zumindest ein Parameter des Dither-Signals, z.B. die mittlere Leistung bei einem stochastischen Dither-Signal oder die Spitze-zu-Spitze-Spannung bzw. der Spitze-zu-Spitze-Strom bei einem deterministischen Dither-Signal, also z.B. einem sinus-, dreieck- oder rechteckförmigen Dither-Signal, angepasst. Das heißt z.B. dass bei zu geringem Dither-Effekt die mittlere Leistung des Dither-Signals erhöht und bei einem zu großen Dither-Effekt die mittlere Leistung des Dither-Signals verringert wird. Das Verfahren kann auf einem elektrischen Steuergerät z.B. als Computerprogramm ausgeführt werden, wobei das Steuergerät dazu eingerichtet sein kann, die Spulenspannung und auch den Spulenstrom zu erfassen oder übermittelt zu bekommen, um den Verlauf des Ankers zu bestimmen.

Das in 1 als Ablaufdiagramm gezeigte Verfahren zur Adaption eines Dither-Signals für einen elektromagnetischen Aktor gemäß der Erfindung umfasst mehrere nachfolgend beschriebene Schritte.

In einem ersten Schritt S1 wird ein aufgrund eines Dither-Signals erzeugter Verlauf des Ankers des Aktors abhängig von zumindest einem gemessenen Stromverlauf der Magnetspule ohne dedizierte Sensoren für die Ankerposition oder die Ankergeschwindigkeit bestimmt. Das heißt, dass aus dem Stromverlauf und dem Spannungsverlauf, wenn verfügbar, entweder der Positionsverlauf des Ankers oder dessen Geschwindigkeitsverlauf oder der Verlauf der bewegungsinduzierten Spannung rekonstruiert werden kann. Dies kann durch ein elektrisches Steuergerät erfolgen. Hierzu sind verschiedene echtzeitfähige Verfahren bekannt, beispielsweise modellbasierte Diagnoseverfahren oder Beobachter-basierte Ansätze.

In einem Unterschritt wird aus dem zuvor rekonstruierten Verlauf der Ankerposition, der Ankergeschwindigkeit oder der bewegungsinduzierten Spannung eine Kenngröße ermittelt bzw. rekonstruiert, die zur Beurteilung der Wirksamkeit des Dither-Signals dient bzw. herangezogen werden kann. Hierzu können ebenfalls verschiedene bekannte Verfahren eingesetzt werden. Beispielsweise kann die Amplitude bei einer für das Dither-Signal charakteristischen Frequenz, etwa der Grundfrequenz oder einer ganzzahligen Vielfachen hiervon, mit Hilfe einer Kurzzeit-Fouriertransformation oder bekannten echtzeitfähigen Parameteridentifikations-verfahren als Kenngröße ermittelt werden. Alternativ kann die in einem Frequenzbereich enthaltene Leistung mit bekannten Verfahren geschätzt und als Kenngröße verwendet werden, beispielsweise durch Schätzung des Leistungs-dichtespektrums und numerische Integration über den interessierenden Frequenzbereich.

Die in diesem Verarbeitungsschritt ausgewertete Frequenz bzw. der ausgewertete Frequenzbereich sollte dabei vorteilhaft außerhalb des Frequenzbereichs liegen, in dem der Teil des Ansteuersignals des Aktors, welches zur Einstellung des Arbeitspunktes genutzt wird, deutliche Frequenzanteile besitzt. Dies stellt in der Praxis häufig keine Einschränkung dar, da das Dither-Signal in den meisten Fällen erst bei höheren Frequenzen wirksam ist, während die Arbeitspunktüberführung eine Tiefpasscharakteristik besitzt.

In einem zweiten Schritt S2 erfolgt ein Vergleich des Werts der ermittelten Kenngröße der Wirksamkeit des Dither-Signals mit einem vorgegebenen Sollwert. Der Sollwert kann für den gesamten Arbeitsbereich des Aktors konstant oder unterschiedlich sein oder als im Speicher des elektrischen Steuergerätes hinterlegte Kennlinie oder als ein Kennfeld oder als sonstige Funktion je nach Arbeitspunkt und Umgebungsbedingungen, z.B. Spulenspannung, Spulenstrom, Druck, Volumen-strom, Ankerposition, Fluidtemperatur oder Umgebungstemperatur.

In einem dritten Schritt S3 wird zumindest ein Parameter des Dither-Signals abhängig von dem Vergleich zwischen Kenngröße und Sollwert angepasst. Je nach Abstand zwischen dem rekonstruierten Dither-Effekt, also der Kenngröße, und dem Sollwert wird die (mittlere) Leistung des Dither-Signals vergrößert oder verringert, also adaptiert. Dies erfolgt z.B. mittels eines Regleralgorithmus oder durch Adaption eines im Speicher des elektrischen Steuergerätes hinterlegten Kennfeldes, einer Kennlinie oder den Parametern einer sonstigen Funktion, mit der aus Arbeitspunkt und Umgebungsbedingungen der Sollwert für den betreffenden Parameter des Dither-Signals errechnet wird.

Die Adaption der Parameter, um z.B. eine Erhöhung oder Verringerung der (mittleren) Leistung des Dither-Signals zu erreichen, erfolgt dabei möglichst derart, dass die Über- bzw. Unterschreitung des Sollwerts dadurch rückgängig gemacht wird. Beachtet wird dabei, dass kein Überschwingen in die eine oder andere Richtung resultiert, sondern möglichst der vorgegebene Sollwert eingehalten wird.

Zur Adaption können entsprechende bekannte Regler-Verfahren verwendet werden, beispielsweise Proportional- oder Proportional-Integral-Regler. Ebenso sind bekannte echtzeitfähige Adaptionsverfahren verwendbar, z.B. Least-Mean-Square-Algorithmus oder rekursive Least-Squares-Parameteridentifikation.

Durch das vorgeschlagene Verfahren der Adaption der Ditherparameter bei mechatronischen Systemen mit elektromagnetischen Aktoren wird eine Verringerung der Entwicklungs-, Stück- und Gewährleistungskosten, eine Erhöhung der Lebensdauer und gleichmäßigere Funktionsqualität über die Lebensdauer erzielt.

Zusätzlich wird mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung der sogenannte Silting-Effekt reduziert. Bei Ventilen, insbesondere hydraulischen Ventilen in Längsschieberbauweise, ändert sich die Reibung im Betrieb ständig, da sich in den Spalten zwischen dem Ventilkolben und dem Ventilgehäuse eingeschwemmte Schmutzpartikel anlagern. Dieser Effekt ist auch als Silting bekannt. Sofern keine geeigneten Gegenmaßnahmen getroffen werden, kann dies dazu führen, dass das Ventil kontinuierlich schwergängiger wird und somit an Stellgenauigkeit bzw. Regelgüte einbüßt. Insbesondere können ursprünglich leichtgängige Ventile nach und nach ein immer ausgeprägteres sogenanntes Stick-Slip-Verhalten aufweisen, was insbesondere bei Druckregelventilen zu nicht oder nur schwer tolerierbaren Druckschwingungen infolge der Ausbildung stabiler Grenzzyklen führen kann. Dies ist besonders kritisch bei Reibkupplungen oder Reibbremsen, die mittels Druckregelventilen angesteuert werden, da hier bereits leichte Variationen des Kupplungsdrucks zu einer deutlichen Variation des übertragbaren Drehmomentes führen und so die Kupplung sogar durchrutschen kann.

Bisher wird bei elektromagnetischen Ventilen zur Reduzierung des Silting-Effekts die Leistung des Dither-Signals zyklisch oder ereignisgesteuert für kurze Zeiträume erhöht. Hierdurch werden die durch den Dither, also die überlagerte Schwingung, erzeugten Mikrobewegungen des Ventilkolbens derart vergrößert, dass sich die angelagerten Schmutzpartikel wieder lösen und das Ventil wieder leichtgängig wird. Dieses Verfahren besitzt den Nachteil, dass seine Parameter a priori in aufwändigen Untersuchungen für jede Applikation ermittelt werden müssen. Hierbei kann den exemplarabhängigen Streuungen einer Serienfertigung nur unzureichend Rechnung getragen werden, oder es sind sehr eng tolerierte und somit teure Komponenten erforderlich, damit die an wenigen Exemplaren und nur an einer Teilmenge der relevanten Arbeitspunkte und Umgebungsbedingungen erprobte Anti-Silting-Strategie über die gesamte Serienproduktion hinreichend gute Ergebnisse liefert.

Dieser Nachteil wird durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Adaption des Dithersignals überwunden. Das heißt, dass hier auch die Bekämpfung eines durch die Umgebung des Exemplars verursachten, schwierig vorherzusehenden Effektes als vorteilhafter, unerwarteter Nebeneffekt auftritt.

Auch hier werden zusätzlich Entwicklungs-, Stück- und Gewährleistungskosten verringert, sowie die Lebensdauer erhöht und eine gleichmäßigere Funktionsqualität über die Lebensdauer durch die entsprechend dosierte, an das Aktorexemplar angepasste Anti-Silting-Maßnahme, welche durch die Adaption des Dither-Signals ermöglicht ist, erreicht.

Das vorgeschlagene Verfahren kann als ein Computerprogramm(produkt) ausgeführt sein, das basierend auf bereitgestellten Daten die entsprechenden Verarbeitungsschritte durchführt.

Das Computerprogramm(produkt) kann wiederum auf einem oder mehreren Steuergeräten ausgeführt werden. Das Steuergerät kann dabei die benötigten Daten bzw. Informationen selbst generieren oder von anderen Einrichtungen empfangen und dann gemäß dem beschriebenen Verfahren verarbeiten. Das Verfahren ist dabei vorteilhafterweise bei mechatronischen Systemen mit elektromagnetischen Aktoren in Fahrzeugen einsetzbar.