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    • 专利摘要:
    Ein piezoelektrischer Aktor eines Einspritzventils wird durch Vorgabe einer Steuerkurve (k), auf der die maximalen Amplituden DOLLAR I1 des das Stellglied ansteuernden Stromes (I) liegen, angesteuert. Hierbei wird ein zu Beginn oder am Ende einer Lade- oder Entladephase langsam ansteigender bzw. abfallender Ladungsverlauf und somit eine über der Zeit linear steuerbare Ladungsmenge im Stellglied erreicht. Weiter wird so ein Überschwingen des Aktors verhindert.A piezoelectric actuator of an injection valve is controlled by specifying a control curve (k) on which the maximum amplitudes DOLLAR I1 of the current driving the actuator (I) are located. Here, a charge at the beginning or at the end of a charging or discharging slowly rising or falling charge profile and thus over the time linearly controllable amount of charge in the actuator is achieved. Furthermore, such an overshoot of the actuator is prevented.
    公开号:DE102004009614A1
    申请号:DE200410009614
    申请日:2004-02-27
    公开日:2005-09-22
    发明作者:Christian Georg Dr. Augesky
    申请人:Siemens AG；
    IPC主号:F02D41-20
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ansteuerneines piezoelektrischen Stellglieds, insbesondere eines piezoelektrischen Aktorsfür einEinspritzventil einer Brennkraftmaschine.TheThe invention relates to a method and a device for drivinga piezoelectric actuator, in particular a piezoelectric actuatorfor aInjection valve of an internal combustion engine.
    [0002] BeimAnsteuern kapazitiver Stellglieder, d. h. beim Auf- und/oder Entladenkapazitiver Stellglieder, werden an die Ansteuerelektronik des Stellgliedserhebliche Anforderungen gestellt. So müssen dabei Spannungen im Bereichvon mehreren 100 V und kurzzeitige Ströme zum Laden und Entladen von mehrals 10 A bereitgestellt werden. Die Ansteuerung erfolgt meist inBruchteilen von Millisekunden. Gleichzeitig sollte während dieserAnsteuerphasen der Strom und die Spannung dem Stellglied kontrolliertzugeführtwerden.At theDriving capacitive actuators, d. H. when loading and / or unloadingCapacitive actuators are to the control electronics of the actuatorconsiderable demands. So there must be tension in the areaof several 100 V and short-term currents for charging and discharging morebe provided as 10A. The control is usually inFractions of milliseconds. At the same time should be during thisDriving phases of the current and the voltage controls the actuatorsuppliedbecome.
    [0003] EineAusführungsformeines kapazitiven Stellglieds stellt ein piezoelektrischer Aktordar, wie er zur Betätigungeines Einspritzventils Verwendung findet. Ein solches Einspritzventilwird in Brennkraftmaschinen zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraumeingesetzt. Hier werden sehr hohe Anforderungen an ein exaktes undreproduzierbares Öffnenund Schließender Ventile und damit auch an die Ansteuerung des Aktors gestellt.Um zukünftigeAbgasemissionsgrenzwerte einhalten zu können, erhöht sich die Anzahl der Kraftstoffeinspritzungpro Verbrennungstakt. Dadurch werden die Einspritzzeiten und somitauch die Ansteuerzeiten fürden piezoelektrischen Aktor immer kürzer, was zusätzlicheAnforderungen an die Ansteuerelektronik des Aktors stellt.Aembodimenta capacitive actuator provides a piezoelectric actuatorhow he worksan injection valve is used. Such an injection valveis used in internal combustion engines for injecting fuel into a combustion chamberused. Here are very high demands on a precise andreproducible openingand closingthe valves and thus also to the control of the actuator.To futureTo be able to comply with exhaust emission limits, the number of fuel injection increasesper combustion cycle. As a result, the injection times and thusalso the driving times forthe piezoelectric actuator getting shorter, which is additionalRequirements for the control electronics of the actuator provides.
    [0004] Beieiner bekannten Schaltungsanordnung ( DE 199 44 733 A1 ) wird ein piezoelektrischerAktor von einem Ladekondensator übereinen Transformator geladen. Hierzu wird ein auf der Pri märseite des Transformatorsangeordneter Ladeschalter mit einem pulsweitenmodulierten Steuersignalangesteuert. Der Lade- undauch der Entladeschalter sind dort als steuerbare Halbleiterschalterausgeführt.Dem piezoelektrischen Aktor werden zum Laden oder Entladen vorgegebeneEnergiepakete zugeführtbzw. entnommen.In a known circuit arrangement ( DE 199 44 733 A1 ), a piezoelectric actuator is charged by a charging capacitor through a transformer. For this purpose, a charging switch arranged on the primary side of the transformer is driven with a pulse-width-modulated control signal. The charging and discharging switches are designed there as a controllable semiconductor switch. The piezoelectric actuator are supplied or removed for charging or discharging predetermined energy packets.
    [0005] WerdenEnergiepakete benötigt,die kleiner als die vorgegebenen Energiepakete sind, so benötigt diebekannte Schaltungsanordnung zur zeitlichen Mittelung der dem piezoelektrischenAktor zugeführtenund wieder entnommenen Energie ein stark wirksames Ausgangsfilter.Weiter werden hier identische Lade- und Entladeströme vorausgesetzt, sofern die Steuerkennliniedes Aktors keine Unstetigkeitsstellen aufweisen soll.BecomeEnergy packages needed,which are smaller than the given energy packages, so neededknown circuit arrangement for time averaging the piezoelectricActuator suppliedand again taken energy a powerful effective output filter.Furthermore, identical charge and discharge currents are assumed here, provided that the control characteristicthe actuator should have no points of discontinuity.
    [0006] Esist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zumAnsteuern eines kapazitiven Stellglieds zu schaffen, die sich durcheine hohe Auflösungund Reproduzierbarkeit auszeichnen.ItThe object of the invention is a method and a device forActivation of a capacitive actuator to create, througha high resolutionand reproducibility.
    [0007] DieseAufgabe wird erfindungsgemäß durch einVerfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, sowie durch eineVorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst.TheseThe object is achieved by aMethod with the features of claim 1, and by aDevice solved with the features of claim 10.
    [0008] Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wirddas Stellglied in zumindest drei Schritten mit jeweils einer vorgegebenenZeitdauer aufgeladen. Währendjeder dieser zumindest drei Zeitdauern fließt beim Aufladen des Stellgliedsein Strom in das Stellglied.According to the inventive method isthe actuator in at least three steps, each with a predeterminedDuration charged. Whileeach of these at least three periods of time flows when charging the actuatora current in the actuator.
    [0009] Während derersten Zeitdauer wird eine Amplitude des Stroms von einem vorgegebnenMinimum auf ein vorgegebenes Maximum erhöht. Während der zweiten Zeitdauerwird die Amplitude des Stroms in etwa konstant gehalten. Schließlich wirdwährend derdritten Zeitdauer die Amplitude des Stroms von einem vorgegebenenmaximalen Strom auf einen ebenfalls vorgegebenen Endwert reduziert.During thefirst time duration, an amplitude of the current is predetermined by oneMinimum increased to a predetermined maximum. During the second periodthe amplitude of the current is kept approximately constant. Finally willduring thethird period of time, the amplitude of the current of a predeterminedreduced maximum current to a likewise predetermined final value.
    [0010] Dieerfindungsgemäße Vorrichtungweist eine Steuervorrichtung und eine Endstufe auf, wobei die Endstufe über einSteuersignal der Steuervorrichtung angesteuert wird. Die Steuervorrichtungstellt für eineerste vorgegebene Zeitdauer ein Steuersignal zur Verfügung, daswährenddieser ersten Zeitdauer von einem vorgegebenen Minimum auf ein vorgegebenesMaximum ansteigt. Füreine zweite vorgegebene Zeitdauer, die auf die erste Zeitdauer folgt,stellt die Steuervorrichtung ein weitestgehend konstantes Steuersignalzur Verfügung.Für einedritte vorgegebene Zeitdauer stellt die Steuervorrichtung ein Steuersignalzur Verfügung,das sich überdie dritte vorgegebene Zeitdauer von dem vorgegebenen Maximum aufeinen vorgegebenen Endwert verringert.Theinventive devicehas a control device and a power amplifier, wherein the power amplifier via aControl signal of the control device is driven. The control devicerepresents for onefirst predetermined period of time, a control signal availablewhilethis first period of time from a predetermined minimum to a predetermined oneMaximum increases. Fora second predetermined time period following the first time periodthe control device provides a largely constant control signalto disposal.For onethird predetermined period of time, the control device provides a control signalto disposal,that overthe third predetermined period of time from the predetermined maximumreduced a predetermined final value.
    [0011] EntsprechendeAnnahmen gelten auch für dasEntladen eines Stellglieds. Hierbei wird während der ersten Zeitdauerebenfalls die maximale Amplitude des Stroms von einem Minimum aufein Maximum erhöht.Währendder zweiten Zeitdauer wird die Amplitude konstant gehalten und während derdritten Zeitdauer wird die Amplitude des Stroms von einem Maximumauf einen ebenfalls vorgegebenen Endwert erniedrigt. Hierbei istder Entladestrom so gerichtet, dass sich die im Aktor gespeicherteEnergie verringert.AppropriateAssumptions also apply to thatUnloading an actuator. This is during the first period of timealso the maximum amplitude of the current from a minimuma maximum is increased.Whilethe second time period, the amplitude is kept constant and during thethird period of time, the amplitude of the current from a maximumlowered to a likewise predetermined final value. Here isthe discharge current is directed so that stored in the actuatorEnergy is reduced.
    [0012] Durchdie erfindungsgemäße Ansteuerung desStellglieds wird ein weicher Anfangs- und Endverlauf der dem Stellgliedzugeführtenelektrischen Ladung erreicht. Da beispielsweise bei einem piezoelektrischenStellglied die diesem zugeführteLadung proportional zu dessen Wegänderung und Kraftänderungist, wird durch eine langsame Änderungder Ladung überder Zeit im Anfangs- und Endverlaufs des Aufladens oder Entladensein Überschwingendes Stellglieds verhindert. Hierdurch werden störende mechanische oder akustischeEffekte reduziert.By controlling the actuator according to the invention, a soft start and end course of the electric charge supplied to the actuator is achieved. For example, in a piezo electric actuator, the charge to which it is supplied is proportional to its displacement and force change, overshooting of the actuator is prevented by a slow change in charge over time in the initial and final stages of charging or discharging. As a result, disturbing mechanical or acoustic effects are reduced.
    [0013] EineSteuerung des Lade- oder Entladestroms ist ausschließlich für die Zeitdauerdes Ladens oder Entladens erforderlich.AControl of the charging or discharging current is exclusively for the durationrequired for loading or unloading.
    [0014] VorteilhafteWeiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.advantageousFurther developments of the invention are specified in the subclaims.
    [0015] Ineiner ersten bevorzugten Ausführungsformist ein Einstellen der dem Stellglied zugeführten Ladung ohne eine Änderungder gesamten Ladezeitdauer möglich.Hier werden lediglich die Steigungen in der ersten und in der drittenZeitdauer des Ladens bzw. Entladens verändert. Durch eine Anpassungder Steigung lässtsich die Linearitätder Ansteuerung beeinflussen.Ina first preferred embodimentis an adjustment of the charge applied to the actuator without a changethe entire charging period possible.Here are only the slopes in the first and in the thirdTime of loading or unloading changed. By an adaptationthe slope leavesthe linearityinfluence the control.
    [0016] Ineiner weiteren bevorzugten Ausführungsformwird die dem Stellglied zugeführteLadungsmenge durch eine Änderungder zweiten Zeitdauer variiert. Auf diese Weise kann trotz einerQuantisierung, wie sie beispielsweise durch eine getaktete Endstufehervorgerufen wird, das Stellglied linear gesteuert werden. Dieerste und/ oder dritte Zeitdauer bleibt hierbei unverändert, wodurchdie Abschaltrampe nur zeitlich verschoben wird und das Abschaltverhaltengleich bleibt.Ina further preferred embodimentis the supplied to the actuatorAmount of charge due to a changethe second time period varies. That way, despite oneQuantization, as for example by a clocked output stageis caused, the actuator can be controlled linearly. Thefirst and / or third time duration remains unchanged, therebythe shutdown ramp is only shifted in time and the shutdownstays the same.
    [0017] Solässt sichein weiter linearer Steuerbereich erzielen. Hierbei sind Änderungenvon 10 bis 100 % in Bezug auf die Energie oder 20 bis 100 % in Bezugauf die Zeit möglich.Ein Linearitätsfehlerkleiner 0,5 % ist so realisierbar. Unterschiedliche Lade- und Entladeströme habenkeinen Einfluss auf die Linearitätdes Steuerverfahrens.Solet yourselfachieve a further linear taxation area. Here are changesfrom 10 to 100% in terms of energy or 20 to 100% in termspossible at the time.A linearity errorless than 0.5% is so feasible. Have different charging and discharging currentsno influence on the linearityof the tax procedure.
    [0018] Ineiner bevorzugten Ausführungsformhat das der Endstufe zugeführteSteuersignal einen vorbestimmten Ausgangsstrom zur Folge. Das Steuersignallässt sichdurch eine analoge oder eine digitale Schaltung erzeugen. Unabhängig vonder Ansteuerung der Endstufe selbst ist so die Form des dem StellgliedzugeführtenStroms einstellbar.Ina preferred embodimenthas fed that to the power ampControl signal results in a predetermined output current. The control signallet yourselfthrough an analog or a digital circuit. Independent ofthe control of the power amplifier itself is the shape of the actuatorsuppliedCurrent adjustable.
    [0019] Vorteilhafterweiseentspricht die maximale Amplitude des Stroms während der zweiten Zeitdauerund das Maximum der dritten Zeitdauer in etwa dem vorgegebenen Maximumder ersten Zeitdauer.advantageously,corresponds to the maximum amplitude of the current during the second time periodand the maximum of the third time period about the predetermined maximumthe first period.
    [0020] Ineinem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispielentspricht die Einhüllendeder maximalen Amplituden überdie drei vorgegebenen Zeitdauern in etwa der Form eines Trapezes.Ina further preferred embodimentcorresponds to the envelopethe maximum amplitude overthe three predetermined time periods in the shape of a trapezoid.
    [0021] Ineiner weiteren bevorzugten Ausführungsformhandelt es sich bei dem Lade- und/oder Entladestrom um einen intermittierendenStrom, der beispielsweise durch eine getaktete Strom- oder Spannungsquellezur Verfügunggestellt wird.Ina further preferred embodimentIf the charging and / or discharging current is an intermittentPower, for example, by a pulsed current or voltage sourceto disposalis provided.
    [0022] Weiterkann der Strom aus einer Folge von Pulsen zusammengesetzt werden,deren maximale Amplitude jeweils auf einem für diese Zeitdauer vorgegebenenPunkt der Hüllkurveliegt.Furtherthe current can be composed of a sequence of pulses,whose maximum amplitude is in each case given on a for this period of timePoint of the envelopelies.
    [0023] Inbevorzugter Weise eignen sich fürdiese Pulse Dreieckspulse.Inpreferably are suitable forthese pulses are triangular pulses.
    [0024] Ineiner weiteren bevorzugten Ausführungsformdes Verfahrens wird das Stellglied nicht lückend angesteuert, d. h. dieAmplitude des Stroms steigt nach Erreichen eines vorgegebenen Minimumswieder ohne Pause an.Ina further preferred embodimentof the method, the actuator is not controlled gap, d. H. theAmplitude of the current increases after reaching a predetermined minimumagain without a break.
    [0025] DieErfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahmeauf die schematischen Zeichnungen weiter beschrieben. Es zeigen:TheInvention will now be described with reference to exemplary embodiments with referenceto the schematic drawings further described. Show it:
    [0026] 1 einAusführungsbeispieleines Verlaufs des einem Stellglied zugeführten Stroms und der darausresultierenden Ladung des Stellglieds über der Zeit, 1 an embodiment of a course of the current supplied to an actuator and the resulting charge of the actuator over time,
    [0027] 2 einweiteres Ausführungsbeispieleines dem Stellglied zugeführtenStromverlaufs, 2 a further embodiment of a current supplied to the actuator,
    [0028] 3 einBlockschaltbild einer Vorrichtung zum Ansteuern eines kapazitivenStellglieds, 3 a block diagram of a device for driving a capacitive actuator,
    [0029] 4a einerstes Ausführungsbeispieleiner Steuereinheit, und 4a a first embodiment of a control unit, and
    [0030] 4b einzweites Ausführungsbeispieleiner Steuereinheit. 4b a second embodiment of a control unit.
    [0031] Die 1 und 2 zeigenden Verlauf eines einem Stellglied zugeführten Stroms I. In 1 istzusätzlichdie durch den Strom I in das Stellglied eingespeicherte LadungsmengeQ als Funktion der Zeit t aufgetragen.The 1 and 2 show the course of a current supplied to an actuator I. In 1 In addition, the amount of charge Q stored in the actuator by the current I is plotted as a function of time t.
    [0032] Beidem Stellglied handelt es sich hier um ein kapazitives, insbesondereein piezoelektrisches Stellglied P, wie es zum Betätigen einesEinspritzventils verwendet wird. Solche Einspritzventile finden beispielsweisebei Brennkraftmaschinen Anwendung.atthe actuator is a capacitive, in particulara piezoelectric actuator P, as used to actuate aInjector is used. Such injectors find, for examplein internal combustion engines application.
    [0033] Derobere Teil der 1 zeigt den Verlauf des demStellglied zugeführtenStroms I. Hierbei schließensich dreieckförmigeStrompulse PU mit einer Pulsdauer Tp einander an. Die maximalenAmplituden Î1bis Înfolgen hierbei einer Steuerkurve k.The upper part of the 1 shows the course of the actuator I supplied current I. This is followed by triangular current pulses PU with egg ner pulse duration Tp to each other. The maximum amplitudes Î1 to În in this case follow a control curve k.
    [0034] DerVerlauf der Steuerkurve k entspricht hier einem Trapez. Während einerersten Zeitdauer T1 steigen die maximalen Amplituden În des StromsI von einem vorgegebenen Minimum ÎminT1, hier 0, auf ein vorgegebenesMaximum ÎmaxT1an. Dieses Maximum ÎmaxT1wird aufgrund einer gewünschten LadungQ des Stellglieds P am Ende der Ladephase (T1+T2+T3) aus einem vorgegebenenKennlinienfeld gewählt.Das Kennlinienfeld kann beispielsweise die Zuordnung verschiedenerParameter der Brennkraftmaschine, wie z.B. Drehzahl und/ oder Lastzur benötigtenKraftstoffmenge und somit zur gewünschten Ladung Q enthalten.Dieses Kennlinienfeld kann beispielsweise experimentell oder auchrechnerisch ermittelt werden. Die Wegänderung Δd am Stellglied P entsprichthierbei der dem Stellglied P zugeführten Ladung Q. Für die LadungQ gilt Q = ∫I(dt).Of theCourse of the cam k here corresponds to a trapezoid. During onefirst time period T1, the maximum amplitudes În of the current increaseI from a predetermined minimum ÎminT1, here 0, to a given minimumMaximum ÎmaxT1at. This maximum ÎmaxT1is due to a desired chargeQ of the actuator P at the end of the charging phase (T1 + T2 + T3) from a predeterminedCharacteristic field selected.The characteristic field can, for example, the assignment of differentParameters of the internal combustion engine, such as Speed and / or loadto the requiredFuel quantity and thus the desired charge Q included.This characteristic field, for example, experimentally orbe determined by calculation. The path change Δd on the actuator P correspondsHere, the charge P supplied to the actuator P. For the chargeQ holds Q = ∫I (dt).
    [0035] Imunteren Teil der 1 ist der zeitliche Verlaufder im Stellglied P eingespeicherten Ladung Q über der Zeit t aufgetragen.Währendder ersten Zeitdauer T1 steigt die im Stellglied P gespeicherteLadungsmenge Q proportional zu t2 an.In the lower part of the 1 the time profile of the charge Q stored in the actuator P is plotted over the time t. During the first time period T1, the amount of charge Q stored in the actuator P increases in proportion to t 2 .
    [0036] Während einerzweiten Zeitdauer T2 bleibt die maximale Amplitude der StrompulsePU konstant. Es folgen hier Strompulse PU mit einer maximalen Amplitude ÎT2 undeiner Pulsbreite Tp direkt aufeinander. Hier entspricht ÎT2 in etwadem maximalen Strom ÎmaxT1der Zeitdauer T1. Währenddieser Zeitdauer T2 steigt die dem Stellglied P zugeführte LadungsmengeQ proportional mit Zeit t an.During onesecond period T2 remains the maximum amplitude of the current pulsesPU constant. Here follow current pulses PU with a maximum amplitude ÎT2 anda pulse width Tp directly on each other. Here ÎT2 is roughly equivalentthe maximum current ÎmaxT1the period T1. WhileDuring this period T2, the amount of charge supplied to the actuator P increasesQ proportional to time t.
    [0037] Imletzten Abschnitt T3 reduziert sich die Amplitude In der StrompulsePU von einem vorgegebenen Maximum ÎmaxT3 bis auf einen ebenfallsvorgegebenen Endwert ÎminT3,hier 0. Hier entspricht ÎmaxT3in etwa der maximalen Amplitude ÎmaxT1, die in der ZeitdauerT1 auftritt. Die dem Stellglied P zugeführte Ladungsmenge Q verhält sichwährend dieserZeitdauer T3 proportional zu (t3–t)2.In the last section T3, the amplitude In the current pulses PU decreases from a predetermined maximum ÎmaxT3 to a likewise predetermined final value ÎminT3, here 0. Here, ÎmaxT3 roughly corresponds to the maximum amplitude ÎmaxT1 that occurs in the time period T1. The amount of charge Q supplied to the actuator P during this period T3 is proportional to (t 3 -t) 2 .
    [0038] DieZeitdauern T1 und T3 werden hier so gewählt, dass hinreichend vielePulse PU in T1 oder T3 vorhanden sind. Dementsprechend wird eineSchaltfrequenz
    [0039] Vorzugsweisesollten etwa 5 bis 10 Pulse innerhalb der ansteigenden bzw. abfallendenFlanke der Kurve verlaufen. Dementsprechend muss die Schaltfrequenzft einer das Stellglied ansteuernden Endstufe E ausgewählt werden.Durch die geeignete Wahl der Pulsbreite Tp wird eine ausreichendeMittelung der durch die Pulsbreite Tp hervorgerufenen Quantisierungermöglichtund die Ladungsmenge überder gesamten Ladezeit T1+T2+T3 linear gesteuert.Preferablyshould be about 5 to 10 pulses within the rising or fallingFlank of the curve. Accordingly, the switching frequencyft of the actuator controlling output stage E are selected.By the appropriate choice of the pulse width Tp is a sufficientAveraging the quantization caused by the pulse width Tpallowsand the amount of charge overthe entire charging time T1 + T2 + T3 linearly controlled.
    [0040] DiePulsbreite Tp kann währendder Zeitdauer T1, T2 und T3 des Ansteuerns konstant bleiben.ThePulse width Tp can duringthe duration T1, T2 and T3 of the drive remain constant.
    [0041] Umeine lineare Steuerung der Wegänderung Δd am StellgliedP zu Erreichen, wird die dem Stellglied zugeführte Ladungsmenge hauptsächlich durcheine Änderungder zweiten Zeitdauer T2 erreicht. Hierbei wird die abfallende Rampe,die die Hüllkurveder Amplituden Î während derdritten Zeitdauer T3 bildet, zeitlich verschoben, die dritte ZeitdauerT3 bleibt unverändert.Arounda linear control of the path change Δd on the actuatorP to reach the amount of charge supplied to the actuator is mainly bya changereaches the second time period T2. Here, the sloping ramp,the envelopethe amplitudes Î during thethird time period T3 forms, with a time shift, the third time periodT3 remains unchanged.
    [0042] Einealternative Ausführungsformdes das Stellglied P ansteuernden Stroms I ist in 2 dargestellt.Hier wird die Pulsbreite Tp währendder Zeitdauer T3 reduziert und somit die Schaltfrequenz ft erhöht.An alternative embodiment of the current I driving the actuator P is shown in FIG 2 shown. Here, the pulse width Tp is reduced during the period T3, and thus the switching frequency ft is increased.
    [0043] 3 zeigtein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispielseiner Vorrichtung zum Ansteuern eines Stellglieds. Das Stellglied,hier ein piezoelektrisches Stellglied P, ist über eine Induktivität L miteiner Endstufe E verbunden. Die Endstufe E liefert einen das piezoelektrischeStellglied überdie InduktivitätL aufladenden Strom I. Die Endstufe E kann als herkömmlicherSchaltwandler, beispielsweise als Buck-Boost-, als Flyback-, oderals SEPIC-Konverter ausgeführtsein. Die Endstufe E liefert abhängigvon einer Steuerspannung UST, die von einer Steuereinheit ST bereitgestelltwird, den das piezoelektrische Stellglied P auf- oder entladendenStrom I. Die in 3 eingezeichnete Richtung desStroms I zeigt die Stromrichtung bei einem Ladevorgang. 3 shows a block diagram of an embodiment of an apparatus for driving an actuator. The actuator, here a piezoelectric actuator P, is connected via an inductance L with an output stage E. The output stage E supplies a piezoelectric actuator via the inductance L charging current I. The output stage E can be designed as a conventional switching converter, for example as a buck-boost, as a flyback, or as a SEPIC converter. The output stage E supplies depending on a control voltage UST, which is provided by a control unit ST, the piezoelectric actuator P charging or discharging current I. The in 3 drawn direction of the current I shows the current direction during a charging process.
    [0044] 4a zeigtein erstes Ausführungsbeispiel einerSteuereinheit ST. Diese weist einen Digital-Analog-Wandler, vorzugsweiseeinen schnellen multiplizierenden Digital-Analog-Wandler D/A1 mit einem nachgeschaltetenTiefpassfilter R1',C1' auf. Dem Digital-Analog-WandlerD/A1 wird an einem Digitaleingang Din einen Vorgabewert X zugeführt und aneinem weiteren Eingang Ref eine die maximale Amplitude Îmax desStroms I vorgebende Steuerspannung UÎmax. Die angelegte SteuerpannungUÎmaxwird dann mit dem eingestellten Digitalwert X multipliziert undam Ausgang als Steuerspannung UST ausgege ben, so dass der Digital-Analog-Wandlerwie ein genaues digitales Potentiometer arbeitet. Sowohl der VorgabewertX, als auch die maximale Amplitude werden von einem Mikrocontroller μC bereitgestellt.Hierbei wird die Steuerspannung UÎmax aus der digitalen Informationdes Mikrocontrollers μC durcheinen zweiten Digital-Analog-Wandler D/A2 erzeugt. Über dasaus dem Widerstand R1' unddem Kondensator C1' gebildeteTiefpassfilter wird das so erzeugte Steuersignal UST der EndstufeE zugeführt. Sokann die Hüllkurvek vorgegeben werden, ohne dass die zeitliche Ansteuerung des AktorsP durch die Endstufe verändertwird. 4a shows a first embodiment of a control unit ST. This has a digital-to-analog converter, preferably a fast multiplying digital-to-analog converter D / A1 with a downstream low-pass filter R1 ', C1' on. The digital-to-analog converter D / A1 is supplied to a digital input Din a default value X and at a further input Ref a the maximum amplitude Îmax of the current I predetermined control voltage UÎmax. The applied control voltage UÎmax is then multiplied by the set digital value X and output at the output as control voltage UST, so that the digital-to-analog converter operates like an accurate digital potentiometer. Both the default value X and the maximum amplitude are provided by a microcontroller .mu.C. Here, the control voltage UÎmax is generated from the digital information of the microcontroller μC by a second digital-to-analog converter D / A2. About the formed from the resistor R1 'and the capacitor C1' low-pass filter is so generated control signal UST the final stage E supplied. Thus, the envelope k can be specified without the timing of the actuator P is changed by the power amplifier.
    [0045] 4b zeigtein Ausführungsbeispieleiner aus analogen Bauelementen aufgebauten Schaltungsanordnungzum Erzeugen des Steuersignals UST. Die dort gezeigte Schaltungsanordnungweist einen einerseits mit Masse GND verbundenen LadekondensatorC1 auf, der andererseits übereinen Spannungsbegrenzer B mit dem Ausgang UST der Schaltungsanordnungverbunden ist. 4b shows an embodiment of a built-up of analog components circuit arrangement for generating the control signal UST. The circuit arrangement shown there has a charging capacitor C1 connected on the one hand to ground GND and, on the other hand, to the output UST of the circuit arrangement via a voltage limiter B.
    [0046] DerSpannungsbegrenzer B ist am nicht invertierenden Eingang + mit einerder zu begrenzenden Spannung entsprechenden Spannung U/2 verbunden.Der invertierende Eingang – istmit der Masse abgewandten Seite des Kondensators C1 verbunden. DerAusgang UST des Spannungsbegrenzers B ist ebenfalls mit diesem Anschlussdes Kondensators C1 elektrisch verbunden. Der Kondensator C1 ist weiter über einenWiderstand R5 und einen Auswahlschalter S1 (bei SchalterstellungEntladen "E") mit der VersorgungsspannungU elektrisch verbunden. In einer zweiten Schalterstellung Laden "L" des Schalters S1 ist der KondensatorC1 überden Widerstand R5 mit dem Ausgang eines als invertierenden Spannungsverstärkers geschaltetenOperationsverstärkersOP verbunden. Der Operationsverstärker OP ist mit seinem nichtinvertierenden Eingang + mit Masse GND und mit seinem invertierendenEingang – über einenWiderstand R3 mit der hier durch einen Spannungsteiler R1, R2 (R1=R2)halbierten Versorgungsspannung U verbunden. Der Ausgang des Ope rationsverstärkers OPist übereinen weiteren Widerstand R4 auf seinen invertierenden Eingang rückgekoppelt.Of theVoltage limiter B is at the non-inverting input + with aconnected to the voltage to be limited corresponding voltage U / 2.The inverting input - isconnected to the ground facing away from the capacitor C1. Of theOutput UST of voltage limiter B is also connected to this connectionof the capacitor C1 electrically connected. The capacitor C1 is further on aResistor R5 and a selector switch S1 (with switch positionDischarge "E") with the supply voltageU electrically connected. In a second switch position charging "L" of the switch S1 is the capacitorC1 overthe resistor R5 connected to the output of an inverting voltage amplifieroperational amplifierOP connected. The operational amplifier OP is not with hisinverting input + to ground GND and to its invertingEntrance - over oneResistor R3 with the here by a voltage divider R1, R2 (R1 = R2)halved supply voltage U connected. The output of the operational amplifier OPis overfed back another resistor R4 to its inverting input.
    [0047] Hierwird die Rampe des Steuersignals UST dadurch erzeugt, dass der KondensatorC1 in der Schalterstellung L geladen und anschließend in SchalterstellungE entladen wird. Durch den Strombegrenzer B wird erreicht, dassdie Entladespannung des Kondensators C1 so begrenzt wird, dass die SteuersignalUST sich im linearen Bereich der Entladespannung des KondensatorsC1 befindet. Anstelle des RC-Glieds R5, C1 kann jedoch auch einidealer Integrator verwendet werden.Herethe ramp of the control signal UST is generated by the capacitorC1 loaded in the switch position L and then in switch positionE is unloaded. By the current limiter B is achieved thatthe discharge voltage of the capacitor C1 is limited so that the control signalTaxes in the linear range of the discharge voltage of the capacitorC1 is located. However, instead of the RC element R5, C1 can also beideal integrator can be used.
    权利要求:
    Claims (10)
    [1]
    Verfahren zum Ansteuern eines Stellglieds, insbesondereeines piezoelektrischen Stellglieds, das die folgenden Schritteaufweist: – dasStellglied wird in zumindest drei Schritten mit jeweils einer vorgegebenenZeitdauer (T1, T2, T3) durch einen Strom (I) auf- oder entladen, – während derersten Zeitdauer (T1) wird die maximale Amplitude (În) desStroms (I) von einem vorgegebenen Minimum (ÎminT1) auf ein vorgegebenes erstesMaximum (ÎmaxT1)erhöht, – während derzweiten Zeitdauer (T2) wird die maximale Amplitude (În) desStroms (I) in etwa konstant gehalten, und – während der dritten Zeitdauer(T3) wird die maximale Amplitude (În) des Stroms (I) von einemweiteren vorgegebenen Maximum (ÎmaxT3)auf ein weiteres vorgegebenes Minimum (ÎminT3) erniedrigt.Method for driving an actuator, in particulara piezoelectric actuator, the following stepshaving:- theActuator is in at least three steps, each with a predeterminedPeriod of time (T1, T2, T3) by a current (I) charged or discharged,- during thefirst time duration (T1) is the maximum amplitude (În) of theCurrent (I) from a predetermined minimum (ÎminT1) to a predetermined firstMaximum (ÎmaxT1)elevated,- during thesecond period (T2), the maximum amplitude (În) of theCurrent (I) kept approximately constant, and- during the third period(T3) becomes the maximum amplitude (În) of the current (I) of onefurther predetermined maximum (ÎmaxT3)lowered to another predetermined minimum (ÎminT3).
    [2]
    Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass das erste Maximum (ÎmaxT1)entsprechend einer dem Stellglied (p) zuzuführenden Ladungsmenge (Q) gewählt wird.Method according to claim 1, characterized in thatthat the first maximum (ÎmaxT1)is selected according to an amount of charge (Q) to be supplied to the actuator (p).
    [3]
    Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,dass die zweite Zeitdauer (T2) entsprechend einer dem Stellglied(p) zuzuführendenLadungsmenge (Q) gewähltwird.Method according to one of claims 1 or 2, characterizedthat the second time duration (T2) corresponding to a the actuator(p) to be suppliedCharge quantity (Q) selectedbecomes.
    [4]
    Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,dass das erste Maximum (ÎmaxT1)und/oder die zweite Zeitdauer (T2) in Abhängigkeit von von einer vorgegebenenLängenänderung(Δd) auseinem Kennlinienfeld ausgelesen werden.Method according to one of claims 2 or 3, characterizedthat the first maximum (ÎmaxT1)and / or the second time duration (T2) as a function of a predetermined onechange in length(Δd) offbe read out of a characteristic field.
    [5]
    Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass die maximalen Amplituden (În) auf einer Hüllkurve(k) liegen, die überdie drei vorgegebenen Zeitdauern (T1, T2, T3) in etwa die Form einesTrapezes aufweist.Method according to one of the preceding claims, characterizedcharacterized in that the maximum amplitudes (În) on an envelope(k) lie overthe three predetermined time periods (T1, T2, T3) in the approximate shape of aTrapezes has.
    [6]
    Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass der Strom (I) intermittierend ist.Method according to one of the preceding claims, characterizedcharacterized in that the current (I) is intermittent.
    [7]
    Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,dass der Strom (I) aus einer Folge von Pulsen (PU) zusammengesetztwird, wobei die maximale Amplitude (Î) jeweils dem maximalen Stromdes jeweiligen Pulses (PU) entspricht.Method according to Claim 6, characterizedthe current (I) is composed of a sequence of pulses (PU)is, where the maximum amplitude (Î) respectively the maximum currentof the respective pulse (PU) corresponds.
    [8]
    Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,dass die Pulse (PU) die Form eines Dreiecks aufweisen.Method according to claim 7, characterized in thatthe pulses (PU) have the shape of a triangle.
    [9]
    Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet,dass Amplituden (În)des Stroms (I) nach Erreichen eines vorgegebenen Minimums ohne Pauseansteigen.Method according to one of claims 3 to 4, characterizedthat amplitudes (În)of the current (I) after reaching a predetermined minimum without pauseincrease.
    [10]
    Vorrichtung zum Ansteuern eines Stellglieds, insbesondereeines piezoelektrischen Stellglieds, die aufweist: – eine Endstufe(E), die einen Steuereingang (UST) aufweist, und – eine Steuervorrichtung(ST), die eine Steuerspannung (UST) zum Betreiben der Endstufe (E)bereitstellt, wobei das Steuersignal (UST) während einer ersten vorgegebenenZeitdauer (T1) von einem vorgegebenen Minimum (ÎminT1) auf ein vorgegebenes Maximum(ÎmaxT1)ansteigt, währendeiner zweiten vorgegebenen Zeitdauer (T2) konstant bleibt und während einerdritten vorgegebenen Zeitdauer (T3) von einem vorgegebenen Maximum(ÎmaxT3)auf einen vorgegebenen Endwert (ÎminT3) abfällt.Device for driving an actuator, in particular a piezoelectric actuator, comprising: - an output stage (E) having a control input (UST), and - a control device (ST) having a control voltage (UST) for operating the output stage (E) wherein the control signal (UST) during a first predetermined period of time (T1) from a predetermined minimum (ÎminT1) to a predetermined maximum (ÎmaxT1) increases, during a second predetermined period of time (T2) remains constant and during a third predetermined period of time (T3) from a predetermined maximum (ÎmaxT3) to a predetermined final value (ÎminT3) drops.
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