PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102005048016A1 12.04.2007
Titel Verfahren und Vorrichtung zur Regelung oder Steuerung eines Aktuators
Anmelder Robert Bosch GmbH, 70469 Stuttgart, DE
Erfinder Gustmann, Martin, 71701 Schwieberdingen, DE
DE-Anmeldedatum 07.10.2005
DE-Aktenzeichen 102005048016
Offenlegungstag 12.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.04.2007
IPC-Hauptklasse G05B 15/00(2006.01)A, F, I, 20051007, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B60R 16/02(2006.01)A, L, I, 20051007, B, H, DE   H02P 7/00(2006.01)A, L, I, 20051007, B, H, DE   
Zusammenfassung Vorgeschlagen werden ein Verfahren und eine Vorrichtung (10) zur Regelung oder Steuerung eines Aktuators (12) mittels eines Steuergeräts (14), wobei das Steuergerät (14) und der Aktuator (12) über eine Versorgungsquelle (18, 19) mit einer Versorgungsgröße (V) versorgt werden und das Steuergerät (14) den Aktuator (12) über eine Steuergröße (St) ansteuert. Das Verfahren und die Vorrichtung (10) sind dadurch gekennzeichnet, dass die Steuergröße (St) durch das Steuergerät (14) verringert wird, wenn die Versorgungsgröße (V) einen definierten Schwellenwert (Th) unterschreitet. Dazu weist das Steuergerät (14) ein Vergleichsmittel (24) auf, das die Versorgungsgröße (V) mit dem definierten Schwellenwert (Th) vergleicht.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Regelung oder Steuerung eines Aktuators nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.

Steuergeräte zur Regelung oder Steuerung von Aktuatoren erfordern für ihre Energieversorgung definierte Minimalvoraussetzungen, wie zum Beispiel eine Mindestspannung oder ein Mindeststrom, während der Aktuator im Allgemeinen auch noch unterhalb dieser Minimalvoraussetzungen arbeiten kann. Ein kurzzeitiges oder zu heftiges Ansteuern des Aktuators kann schnell eine für das Steuergerät nicht mehr zulässige Unterspannung hervorrufen, die zum Ausfall des gesamten Systems und/oder zur Fehlansteuerung des Aktuators führt.

Aus der JP-A-11268599 ist ein Regel- oder Steuerkreis bekannt mit einem Steuergerät, das von einer fahrzeugeigenen Energiequelle versorgt wird, mit einer Treibereinheit, die einen Aktuator in Abhängigkeit von dem Steuergerät ansteuert, sowie mit einem Relaisschalter, der zwischen den Aktuator und die Energiequelle geschaltet ist und der von dem Steuergerät angesteuert wird, um den Aktuator zu aktivieren oder zu deaktivieren. Das Steuergerät weist ein Mittel zur Spannungsüberwachung der Energiequelle zwischen dem Relaisschalter und dem Aktuator auf, um in Abhängigkeit von der überwachten Spannung den Relaisschalter zu öffnen oder zu schließen und damit den Aktuator zu deaktivieren oder zu aktivieren.

In der JP-A 10255639 ist ein Schaltkreis-Unterbrecher offenbart, der in Gestalt eines Kolbens, der durch einen Elektromagneten geführt wird, auf einen Aktuator wirkt und einen Schaltkreis unterbricht, wenn eine gemessene Versorgungsspannung einer Referenzspannung entspricht oder diese unterschreitet.

Vorteile der Erfindung

Gegenüber dem Stand der Technik weisen das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Regelung oder Steuerung eines Aktuators mittels eines Steuergeräts, wobei das Steuergerät und der Aktuator über eine Versorgungsquelle mit einer Versorgungsgröße versorgt werden, und das Steuergerät den Aktuator über eine Steuergröße ansteuert den Vorteil auf, dass die Steuergröße durch das Steuergerät verringert wird, wenn die Versorgungsgröße einen definierten Schwellenwert unterschreitet. Auf diese Weise können Minimalanforderungen eingehalten werden, so dass infolge eines geringeren Energieverbrauchs durch den Aktuator die Funktionalität des Gesamtsystems, das unter anderem aus der Versorgungsquelle, dem Steuergerät und dem Aktuator besteht, bei einer drohenden Überlast zwar eingeschränkt aber vor einem vollständigen Ausfall geschützt wird, da die Versorgungsgröße oberhalb eines für das Steuergerät notwendigen Minimalwertes verbleibt.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Versorgungsgröße, die eine Versorgungsspannung und/oder ein Versorgungsstrom sein kann, zu bestimmten Zeitpunkten, insbesondere zyklisch, gemessen und mit dem definierten Schwellenwert mittels eines Vergleichsmittels des Steuergeräts, beispielsweise eines Komparators oder Mikroprozessors, verglichen wird.

Im Falle einer Regelung wird in vorteilhafter Weise eine Istgröße des Aktuators gemessen und an das Steuergerät übergeben, wobei die Regelung bei Unterschreiten der Versorgungsgröße unter den definierten Schwellenwert nicht mehr auf der Istgröße des Aktuators sondern auf der gemessenen Versorgungsgröße basiert. Bei einer drohenden Unterversorgung, beispielsweise durch eine Unterspannung, gewinnt somit die gemessene Versorgungsgröße gegenüber der Istgröße des Aktuators die dominierende Rolle zur Bestimmung der Steuergröße durch das Steuergerät, so dass ein Unterschreiten der Versorgungsgröße unter den für das Steuergerät notwendigen Minimalwert vermieden werden kann.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich durch die in den abhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmale sowie aus der Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung.

Zeichnung

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der 1 und 2 beispielhaft erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen in den Figuren auf gleiche Bestandteile mit einer gleichen Funktionsweise hindeuten. Es zeigen

1: ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Regelung oder Steuerung eines Aktuators und

2: ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Regelung oder Steuerung eines als Elektromotor ausgebildeten Aktuators.

Beschreibung

1 zeigt eine Vorrichtung 10 zur Regelung oder Steuerung eines Aktuators 12 mittels eines Steuergeräts 14, das den Aktuator 12 über eine Steuergröße St ansteuert. Aktuator 12 und Steuergerät 14 sind über Verbindungsleitungen 16, die beispielsweise Bestandteil eines Bussystems sind, mit einer Versorgungsquelle 18 verbunden. Die Versorgungsquelle 18 – beispielsweise eine Batterie 19 eines Kraftfahrzeugs – kann als Spannungs- oder Stromquelle 20 mit einem Innenwiderstand 22 ausgebildet sein und versorgt den Aktuator 12 und das Steuergerät 14 über die Verbindungsleitungen 16 mit einer Versorgungsgröße V, beispielsweise einer Versorgungsspannung U und/oder einem Versorgungsstrom I.

Dem Steuergerät 14 werden im Falle einer Regelung eine Sollgröße So sowie eine am Aktuator 12 gemessene Istgröße Is zugeführt. Dabei erfolgt die Regelung des Aktuators 12 im normalen Betrieb derart, dass das Steuergerät 14 mit Hilfe eines Vergleichsmittels 24, beispielsweise eines Komparators 25 und/oder eines Mikroprozessors 26, die gemessene Istgröße Is mit der vorgegebenen Sollgröße So vergleicht und die resultierende Steuergröße St in Abhängigkeit von der Abweichung zwischen Sollgröße So und Istgröße Is mittels eines Reglers, der beispielsweise als PI-Regler, PID-Regler oder dergleichen ausgebildet und ein Bestandteil des Mikroprozessors 26 sein kann, nachführt.

Gleichzeitig vergleicht das Steuergerät 14 mit Hilfe des Komparators 24 und/oder des Mikroprozessors 26 die gemessene Versorgungsgröße V mit einem vorgegebenen Schwellenwert Th, wobei die Messung der Versorgungsgröße V zu bestimmten Zeitpunkten, insbesondere zyklisch erfolgt. Kommt es nun – beispielsweise infolge einer zu heftigen Ansteuerung des Aktuators 16, der Aktivierung eines anderen Verbrauchers mit sehr hohem Leistungsbedarf oder einer zeitweisen Erhöhung des Innenwiderstands 22 der Versorgungsquelle 18 zu einem Einbruch der Versorgungsgröße V unter den definierten Schwellenwert Th, so regelt das Steuergerät 14 die Steuergröße St nicht mehr anhand der Abweichung zwischen gemessenen Istgröße Is des Aktuators und Sollgröße So, sondern auf Grundlage der gemessenen Versorgungsgröße V. Erst, wenn die Versorgungsgröße V den Schwellenwert Th wieder erreicht bzw. diesen überschritten hat, erfolgt die Regelung wieder anhand der am Aktuator gemessenen Istgröße Is. Auf diese Weise kann es zwar passieren, dass der Aktuator im Falle einer Unterversorgung nicht mehr die vorgegebene Sollgröße erreicht und insbesondere das dynamische Verhalten leidet, andererseits ist die Funktionalität des Steuergeräts 14 sichergestellt und im Unterschied zum eingangs erwähnten Stand der Technik immer noch ein eingeschränkter Betrieb des Aktuators 12 möglich.

In 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, wobei der Aktuator 12 nun als Elektromotor 28 ausgebildet ist, der auf eine drehbare Welle 30 wirkt. Mittels eines Sensors 32, beispielsweise eines Hall-Sensors 34 oder dergleichen, wird die Motordrehzahl des Elektromotors 28 gemessen und als Istwert Is an das Steuergerät 14 übergeben. Dem Steuergerät 14 ist nun die Sollgröße So als ein Sollmotordrehzahlwert vorgegeben, so dass das Steuergerät 14 im Falle einer Abweichung zwischen Ist- und Sollmotordrehzahl eine entsprechende Regelung der an den Elektromotor 28 übergebenen Steuergröße St vornimmt. Natürlich kann die Regelung oder Steuerung des Elektromotors 28 auch auf einem Motordrehmoment, einem Motorstrom und/oder einer Motorspannung basieren. In diesem Fall könnten lediglich ein anderer Sensor 32 und eine an die gemessene Istgröße Is bzw. die vorgegebene Sollgröße So angepasste Regelung innerhalb des Steuergeräts 14 erforderlich sein. Im Folgenden soll jedoch weiterhin von der Motordrehzahl ausgegangen werden.

Neben der Istgröße Is in Gestalt der Motordrehzahl wird auch noch die von der Versorgungsquelle 18 bereitgestellte Versorgungsgröße V als Versorgungsspannung U gemessen und an das Steuergerät 14 übergeben. Dabei kann die Messung der Versorgungsspannung U zu bestimmten Zeitpunkten unregelmäßig oder zyklisch erfolgen. Im Falle unregelmäßiger Zeitpunkte können diese beispielsweise von bestimmten Ereignissen, wie dem Zu- oder Abschalten eines weiteren Verbrauchers, einer übermäßig großen Steuergröße St oder dergleichen abhängen. Ergibt sich mittels des Komparators 25 und/oder des Mikroprozessors 26 des Steuergeräts 14, dass die Versorgungsspannung U den definierten Schwellenwert Th unterschritten hat, so schaltet das Steuergerät 14 zur Sicherstellung eines zwar eingeschränkten aber zuverlässigen Betriebs des Gesamtsystems von der bisherigen Drehzahlregelung solange auf eine Spannungsregelung, bis der Schwellenwert Th wieder erreicht ist.

Es sei abschließend noch darauf hingewiesen, dass das gezeigte Ausführungsbeispiel weder auf die 1 und 2 noch auf die genannten Steuer- und Regelgrößen bzw. den verwendeten Aktuator 12 beschränkt ist. So können das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung für alle denkbaren Ausgestaltungen von Aktuatoren angewendet werden. Weiterhin sei angemerkt, dass der Schwellenwert Th sowohl vorher festgelegt als auch adaptiv, beispielsweise über Selbsttests des Steuergeräts 14, definiert werden kann. Vorzugsweise kann die Erfindung für eine elektrische Bremse innerhalb eines hochzuverlässigen Teilbordnetzes eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden; sie ist jedoch nicht auf diese Anwendung eingeschränkt.


Anspruch[de]
Verfahren zur Regelung oder Steuerung eines Aktuators (12) mittels eines Steuergeräts (14), wobei das Steuergerät (14) und der Aktuator (12) über eine Versorgungsquelle (18, 19) mit einer Versorgungsgröße (V) versorgt werden, und das Steuergerät (14) den Aktuator (12) über eine Steuergröße (St) ansteuert, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuergröße (St) durch das Steuergerät (14) verringert wird, wenn die Versorgungsgröße (V) einen definierten Schwellenwert (Th) unterschreitet. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsgröße (V) durch das Steuergerät (14) zu bestimmten Zeitpunkten gemessen und mit dem definierten Schwellenwert (Th) verglichen wird. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsgröße (V) zyklisch gemessen wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer Regelung eine Istgröße (Is) des Aktuators (12) gemessen und an das Steuergerät (14) übergeben wird, wobei die Regelung bei Unterschreiten der Versorgungsgröße (V) unter den definierten Schwellenwert (Th) nicht mehr auf der Istgröße (Is) des Aktuators (12) sondern auf der gemessenen Versorgungsgröße (V) basiert. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsgröße (V) eine Versorgungsspannung (U) und/oder ein Versorgungsstrom (I) ist. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (12) ein Elektromotor (28) ist. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (28) mittels einer Motordrehzahl, eines Motordrehmoments, eines Motorstroms und/oder einer Motorspannung geregelt oder gesteuert wird. Vorrichtung (10) zur Regelung oder Steuerung eines Aktuators (12), mit einem Steuergerät (14), das den Aktuator (12) über eine Steuergröße (St) ansteuert, und mit einer Versorgungsquelle (18, 19), die das Steuergerät (14) und den Aktuator (12) mit einer Versorgungsgröße (V) versorgt, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (14) ein Vergleichsmittel (24) enthält, das die Versorgungsgröße (V) mit einem definierten Schwellenwert (Th) vergleicht, wobei das Steuergerät (14) die Steuergröße (St) verringert, wenn die Versorgungsgröße (V) den definierten Schwellenwert (Th) unterschreitet. Vorrichtung (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergleichsmittel (24) ein Komparator (25) und/oder ein Mikroprozessor (26) ist. Vorrichtung (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (14) die Versorgungsgröße (V) zu bestimmten Zeitpunkten misst. Vorrichtung (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (14) die Versorgungsgröße (V) zyklisch misst. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer Regelung eine Istgröße (Is) des Aktuators (12) an das Steuergerät (14) zurückgeführt ist, wobei das Steuergerät bei Unterschreiten der Versorgungsgröße (V) unter den definierten Schwellenwert (Th) die Regelung nicht mehr auf Grundlage der Istgröße (Is) des Aktuators (12) sondern der gemessenen Versorgungsgröße (V) durchführt. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsgröße (V) eine Versorgungsspannung (U) und/oder ein Versorgungsstrom (I) ist. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (12) ein Elektromotor (28) ist. Vorrichtung (10) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung oder Steuerung des Elektromotors (28) mittels einer Motordrehzahl, eines Motordrehmoments, eines Motorstroms und/oder einer Motorspannung erfolgt.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com