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Patent Searching and Data


Title:
METHOD FOR ADJUSTING AN ACTUATOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2001/079662
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an actuator (5) which is impinged by a force in one end position and is displaced into the other end position by an adjusting device (54) that is controlled using a pulse duration modulated signal. According to said invention, if a quasi-stationary condition is identified, in which despite repeated control intervention the actual position of the actuator lies outside a targeted range around the desired position, the retaining pulse duty factor which is used by the adjusting device (54) to maintain the actuator (5) in one position is modified based on the distance from the desired position. If a drift is identified, the drift behaviour is determined and the retaining pulse duty factor is modified according to said drift behaviour.

Inventors:
KUNZ FRANZ (DE)
STOWASSER WOLFGANG (DE)
Application Number:
PCT/DE2001/001222
Publication Date:
October 25, 2001
Filing Date:
March 30, 2001
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
KUNZ FRANZ (DE)
STOWASSER WOLFGANG (DE)
International Classes:
F01L1/34; F01L1/46; F01L13/00; F02D13/02; G05D3/12; (IPC1-7): F01L1/34
Foreign References:
EP0518528A11992-12-16
US5172659A1992-12-22
US5152261A1992-10-06
US4909194A1990-03-20
DE19737999A11999-03-04
Attorney, Agent or Firm:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Postfach 22 16 34 München, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Verfahren zur Regelung eines zwischen zwei Endstellungen beweglichen Stellgliedes, das in eine Endstellung beauf schlagt ist und durch Betätigung einer Verstelleinheit zur anderen Endstellung hin bewegbar ist, bei welchem Verfahren die Istlage des Stellgliedes abtastend gemessen wird, das Stellglied durch pulsbreitenmodulierte Ansteuerung der Verstelleinheit in eine Sollage geregelt und durch Ansteuerung mit einem Haltetastverhältnis in der Soll lage gehalten wird, wobei ein Regeleingriff mit vom Hal tetastverhältnis abweichender Pulsbreitenmodulation nur dann erfolgt, wenn eine Mindestverstellung des Stell gliedes erforderlich ist, und das Haltetastverhältnis korrigiert wird, wenn trotz wiederholtem Regeleingriff dauerhaft eine Abweichung zwischen Sollage und Istlage gemessen wird, bis die Ab weichung einen Schwellwert unterschreitet.
2. Verfahren zur Regelung eines zwischen zwei Endstellungen beweglichen Stellgliedes, das in eine Endstellung beauf schlagt ist und durch Betätigung einer Verstelleinheit zur anderen Endstellung hin bewegbar ist, bei welchem Verfahren die Istlage des Stellgliedes abtastend gemessen wird, das Stellglied durch pulbreitenmodulierte Ansteuerung der Verstelleinheit in eine Sollage geregelt und durch Ansteuerung mit einem Haltetastverhältnis in der Soll lage gehalten wird, wobei ein Regeleingriff mit vom Hal tetastverhältnis abweichender Pulsbreitenmodulation nur dann erfolgt, wenn eine Mindestverstellung des Stell gliedes erforderlich ist, und bei einer Drift der Istlage zwischen wiederholten Re geleingriffen ein Driftbetrag aus der maximalen Abwei chung zwischen Istlage und Sollage und eine Driftzeit bestimmt und daraus eine Korrektur des Haltetastverhält nisses ermittelt wird.
3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass ein Defekt des Stellgliedes erkannt wird, wenn die Korrektur des Halte tastverhältnisses über eine gewisse Pulsbreitenmodulation hinaus und/oder fortlaufend über eine gewisse Zeitdauer hin weg nötig ist.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass ein Re geleingriff nur eine gewisse maximale Änderung der Pulsbrei tenmodulation bewirkt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die maximale Änderung der Pulsbreitenmodulation abhängig von der durch den Regelein griff zu bewirkenden Verstellung der Istlage ist.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass Verstellungen der Istlage, die über einem Grenzwert liegen, gesteuert bewirkt werden und dass nach diesem Steuerungseingriff die Regelung auf die Sol lage fortgeführt wird.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass bei der Re gelung auf die Sollage kein Integralanteil berücksichtigt wird.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche zum Regeln eines Nockenwellenphasenstellers einer Brennkraftmaschine, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Istlage des Nockenwellenphasenstellers durch Abtastung der Lage der Nockenwelle erfolgt, wobei pro Umdrehung der Nockenwelle ein oder zweimal gemessen wird.
9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche zum Regeln eines Nockenwellenphasenstellers einer Brennkraftmaschine, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Halte tastverhältnis einem Basiskennfeld entnommen wird, welches ü ber Betriebsparametern der Brennkraftmaschine aufgespannt ist, und dass die Korrektur des Haltetastverhältnisses einem Adaptionskennfeld entnommen wird, welches über der konstanten Abweichung zwischen Sollage und Istlage nach Anspruch 1 und/oder der Driftzeit und dem Driftbetrag nach Anspruch 2 aufgespannt ist.
Description:
Beschreibung Verfahren zur Regelung eines Stellgliedes Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines zwi- schen zwei Endstellungen beweglichen Stellgliedes, das in ei- ne Endstellung beaufschlagt ist und durch eine Verstellein- heit zur anderen Endstellung hin bewegbar ist.

Stellglieder der hier in Rede stehenden Art, die in eine End- stellung beaufschlagt sind, und durch eine Verstelleinheit in die andere Endstellung hin bewegt werden können, muss man al- so durch aktive Betätigung der Verstelleinheit in einer Sol- lage halten. Aus einer gehaltenen Lage kann entweder durch Aussetzen der Betätigung der Verstelleinheit eine Verstellung in die eine Endstellung oder durch verstärkte Betätigung der Verstelleinheit eine Verstellung zur anderen Endstellung hin bewirkt werden. Eine bequeme Weise der Betätigung einer sol- chen Verstelleinheit, die beispielsweise elektromagnetisch arbeiten kann, ist die Ansteuerung mit einem pulsbreitenmodu- lierten Signal. Je nach Tastverhältnis der Pulsbreitenmodula- tion erfolgt eine Verstellung in die eine oder andere End- stellung. Soll das Stellglied in einer Lage gehalten werden, muss die Verstelleinheit mit einem Haltetastverhältnis ange- steuert werden.

Die beschriebenen Stellglieder finden beispielsweise bei Vor- richtungen zur Nockenwellenphasenverstellung bei Brennkraft- maschinen Anwendung. Ein solcher Nockenwellenphasensteller ist beispielsweise in der DE 43 40 614 C2 beschrieben. Er ist ein typisches Beispiel für ein Stellglied, das durch eine Verstelleinheit beeinflusst wird, bei dem Totzeiten und ver- zögertes Ansprechen eine Begrenzung der maximal erreichbaren Regelgeschwindigkeit und mithin eine entsprechende Paramet- risierung des zugehörigen Reglers erfordern.

Aufgrund dieser Totzeiten und des verzögerten Ansprechens kann man den die Istlage des Stellgliedes regelnden Regler nicht mit einem Integralanteil ausstatten, da sich ansonsten ein instabiles System ergäbe. Stattdessen lässt man eine ge- wisse maximale Regelabweichung zu, unterhalb derer der Regler nicht aktiv wird.

Dieses Vorgehen führt jedoch bei solchen Fällen zu Schwierig- keiten, in denen die Istlage des Stellgliedes nicht kontinu- ierlich gemessen werden kann, sondern nur eine Abtastung mög- lich ist. Dann treten Fälle auf, bei denen trotz wiederholtem Regeleingriff nicht die Sollage erreicht wird, sondern ein quasistationärer oder driftender Zustand des Stellgliedes festzustellen ist, in dem das Stellglied eine konstante Re- gelabweichung oder eine kontinuierliche Bewegung auf eine Endstellung hin zeigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Regelung eines Stellgliedes der beschriebenen Art anzugeben, mit dem eine genaue Regelung auf eine Sollage erreicht werden kann, ohne dass quasistationäre oder driftende Zustände auf- treten.

Die Aufgabe wird durch eines der Verfahren gemäss den Ansprü- chen 1 oder 2 gelöst.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das Halte- tastverhältnis natürlich nur in den seltensten Fällen für al- le Betriebszustände des Stellgliedes gleich ist. Zwar kann man ein Stellglied so auslegen, dass das Haltetastverhältnis für alle Istlagen des Stellgliedes gleich ist, jedoch lässt sich dies nicht für alle Betriebsbedingungen, beispielsweise Temperaturen, Versorgungsspannungen, Hydraulikdrücke o. ä. er- reichen. Hat das Haltetastverhältnis nicht genau den Wert, der nötig ist, um das Stellglied in einer Istlage zu halten, wird es sich auf eine Endstellung hin bewegen. Somit ist ein fehlerhaftes Haltetastverhältnis Ursache für einen quasista-

tionären oder driftenden Zustand ist. Ein quasistationärer Zustand wird dann festgestellt, wenn trotz wiederholtem Re- geleingriff dauerhaft eine Mindestregelabweichung überschrit- ten wird. Dann wird das Haltetastverhältnis verändert, bis die Regelabweichung unter einen Schwellwert fällt.

Im Fall des driftenden Zustandes des Stellgliedes wird das Driftverhalten bestimmt, und das Haltetastverhältnis entspre- chend korrigiert, bis die Sollage in einem gewünschten Rahmen genau eingehalten wird.

Der Unterschied zwischen quasistationärem und driftendem Zu- stand ist durch den Fehler im Haltetastverhältnis bedingt.

Bei einem relativ großen Fehler des Haltetastverhältnisses wird sich ein quasistationärer Zustand einstellen. Das Stell- glied driftet zwischen den Zeitpunkten der abtastenden Mes- sung der Istlage so schnell aus der zulässigen Regelabwei- chung, dass trotz wiederholten Regeleingriffen eine konstante Regelabweichung gemessen wird. Im driftenden Zustand ist da- gegen der Fehler des Haltetastverhältnisses relativ kleiner.

Hier erfolgt die Bewegung des Stellgliedes aus der Sollage so langsam, dass eine oder mehrere Messungen eine Istlage inner- halb der zulässigen Regelabweichung zeigen. Dies ermöglicht es, das Driftverhalten zu bestimmen und daraus die nötige Korrektur des Haltetastverhältnisses genau zu berechnen.

Da das Haltetastverhältnis nicht nur durch Betriebsumstände des Stellgliedes korrekturbedürftig sein kann, sondern sich auch durch einen Defekt des Stellgliedes als änderungsbedürf- tig darstellen kann, wird ein Defekt des Stellgliedes er- kannt, wenn die Veränderung des Haltetastverhältnisses über eine gewissen Pulsbreitenmodulation hinaus nötig erscheint.

Das Stellglied ist auch defekt, wenn wiederholt eine Korrek- tur des Haltetastverhältnisses über eine Zeitdauer hinweg nö- tig ist, also während der Regelung über einen längeren Zeit- raum kein festes Haltetastverhältnis gefunden werden kann, bei dem die zulässige Regelabweichung eingehalten wird.

Aufgrund der Totzeiten und des verzögerten Ansprechsverhal- tens des Stellgliedes möchte man natürlich den Regler sehr schwingungssicher auslegen. Andererseits benötigt man in man- chen Anwendungen, beispielsweise bei den erwähnten Nockenwel- lenphasenstellern eine schnelle Nachführung in eine neue Sol- lage. Diese an und für sich widersprechenden Zielvorgaben können in einer bevorzugten Weiterbildung dadurch erreicht werden, indem große Sprünge der Sollage durch eine Vorsteue- rung erreicht werden und der Regler nur in einem schmalen Be- reich um die jeweilige Sollage aktiv ist. Dabei kann man dem Regler nur eine gewisse maximale Änderung der Pulsbreitenmo- dulation gestatten, was sich positiv auf die Stabilität aus- wirkt. Vorzugsweise ist diese maximale Änderung abhängig von der zu bewirkenden Verstellung der Istlage, was auch bei re- lativ großen Totzeiten zu einer nicht schwingenden Hinführung der Istlage auf die Sollage führt.

Bei einem Stellglied, das als Nockenwellenphasensteller aus- gebildet ist, erfolgt die Abtastung der Lage der Nockenwelle und damit die Bestimmung der Lage des Stellgliedes in der Re- gel ein-oder zweimal pro Umdrehung der Nockenwellen, indem eine an der Nockenwelle befestigte Halbkreisscheibe abgefühlt wird. Für einen solchen Nockenwellenphasensteller kann man die Wahl des Haltetastverhältnisses zweistufig gestalten. Zum einen wird ein Grundwert für das Haltetastverhältnis einem Basiskennfeld entnommen, das Betriebsparameter der Brenn- kraftmaschine berücksichtigt, beispielsweise Betriebstempera- tur, Öldruck, Batteriespannung o. ä. Zum andern kann die er- wähnte Korrektur des Haltetastverhältnisses einem Adaptions- kennfeld entnommen werden, das über der konstanten Regelab- weichung oder über einem oder mehreren das Driftverhalten kennzeichnenden Parametern aufgespannt ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der Zeichnung zeigt : Fig. 1 eine Schemadarstellung einer Brennkraftmaschine mit Nockenwellenphasenverstellung, Fig. 2 eine Nockenwelle mit aufgeschnittenem mechanischem Verstellteil, Fig. 3 ein Blockschaltbild des Regelkreises zur Nocken- wellenphasenverstellung, Fig. 4 den Zusammenhang zwischen Pulsbreitenmodulations- verhältnis und Verstellgeschwindigkeit des Stell- gliedes, Fig. 5 der dem Regler zugängliche Variationsbereich der Pulsbreitenmodulation als Funktion der Regelab- Weichung, und Fig. 6 Zeitreihen der Istlage des Stellglieds. bis 8 In den Figuren sind Elemente gleicher Konstruktion und Funk- tion mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Eine in Figur 1 schematisch dargestellte Brennkraftmaschine umfasst einen Zylinder 1 mit einem Kolben 11 und einer Pleu- elstange 12. In der Schemazeichnung der Fig. 1 ist nur ein Zylinder dargestellt, natürlich handelt es sich bei einer Brennkraftmaschine in der Regel um eine Mehrzylinderbrenn- kraftmaschine. Die Pleuelstange 12 ist mit einem Kolben 11 und einer Kurbelwelle 2 verbunden. Ein erstes Zahnrad 21 sitzt auf der Kurbelwelle 2 und ist über eine Kette 21a mit einem zweiten Zahnrad 31 gekoppelt, das eine Nockenwelle 3

antreibt. Die Nockenwelle 3 hat Nocken 32,33, die die Gas- wechselventile 41,42 betätigen.

Zum Verstellen der Stellung bzw. Phase der Nockenwelle 3 ge- genüber der Kurbelwelle 2 ist ein Stellglied 5 vorgesehen. Es hat ein mechanisches Verstellteil 51, das über Hydrauliklei- tungen 52,53 von einem elektromagnetisch betätigten Zwei/Drei-Wegeventil 54 bestellt wird. Das Ventil 54 ist über eine Hochdruck-Hydraulikleitung 54 und eine Niederdruck- Hydraulikleitung 56 mit einem Ölreservoir verbunden, und eine nicht dargestellte Ölpumpe sorgt für die Erzeugung des Dru- ckes in der Hochdruck-Hydraulikleitung 55.

Über ein Ansteuersignal TVAN_S steuert ein Steuergerät 6 das Ventil 54 an. Das Steuergerät 6 gibt das Ansteuersignal TVANS dabei abhängig von den Werten diverser Sensoren 71 bis 74 vor. Dabei handelt es sich um Sensoren zum Messen der Drehzahl N, des Kurbelwellenwinkels der Kurbelwelle 2, der Nockenwellenstellung NWIST, der von der Brennkraftmaschine angesaugten Luftmasse MAF und der Temperatur TOEL des Öls, dass das Verstellteil 51 treibt. Natürlich ist diese Sensor- bestückung nur beispielhaft zu verstehen.

Figur 2 zeigt die Nockenwelle 3 mit dem mechanischen Ver- stellteil 51 als Teilschnittbild. Das mechanische Verstell- teil 51 wird vom zweiten Zahnrad 31 angetrieben, in dem form- schlüssig ein drittes Zahnrad 511 sitzt. Dieses dritte Zahn- rad 511 hat einen Innenschrägverzahnung, die in eine zugeord- nete Aussenschrägverzahnung eines Zahnkranzes 512 eingreift, der im dritten Zahnrad 511 sitzt. Dieser Zahnkranz hat eine Bohrung mit einer Geradverzahnung, die in eine entsprechende Verzahnung eines vierten Zahnrades 513 eingreift. Damit ist erreicht, dass unabhängig von der axialen Lage des Zahnrades 512 das vierte Zahnrad 513, das an der Nockenwelle 3 ange- bracht ist, seine axiale Lage nicht ändert, obwohl der Zahn- kranz 512 mit dem vierten Zahnrad 513 drehfest verbunden ist.

Abhängig vom Öldruck in den Hydraulikleitungen 52,54 wird nun der Zahnkranz 512 axial zur Nockenwelle verschoben. Be- dingt durch das Ineinandergreifen der Aussenschrägverzahnung des Zahnkranzes 512 und der Innenschrägverzahnung des dritten Zahnrades 511 erfolgt eine Verdrehung der Nockenwelle 3 ge- genüber dem dritten Zahnrad 511, das drehfest mit dem zweiten Zahnrad 31 verbunden ist.

Eine Feder 514 beaufschlagt den Zahnkranz 512 von der Nocken- welle 3 weg und damit die Verstellung der Phase der Nocken- welle 3 auf eine Endstellung hin. Durch den Öldruck in den Hydraulikleitungen 52,53 kann eine durch gestrichelte Dar- stellung schematisch in Fig. 2 angedeutete Verstellung der Phase des Nockens 32 gegenüber dem die Nockenwelle 3 antrei- benden zweiten Zahnrad 31 erreicht werden.

Die Stelleinrichtung 5 bewirkt somit eine Phasenverstellung der Nockenwelle 3 relativ zur Kurbelwelle 2. Die Phase kann innerhalb eines vorgegebenen Bereiches kontinuierlich ver- stellt werden. Wenn sowohl die Nockenwelle 3, die zur Betäti- gung der Einlass-Gaswechselventile dient, als auch eine No- ckenwelle zur Betätigung der Auslass-Gaswechselventile ent- sprechend mit einem Stellglied 5 versehen sind, kann man den Hubbeginn und das über die Nockenform vorgegebene Hubende der Gaswechselventile variieren.

Für das Verständnis der Erfindung ist die Funktionsweise des Ventils 54 nur insofern von Interesse, als die Bestromung des Elektromagneten 57 den Druck auf den Zahnkranz 512 gegen die Feder 514 einstellt. Wird der Elektromagnet 57 nicht bestromt, wirkt kein Druck auf den Zahnkranz 512, weshalb der Feder 514 keine Kraft entgegensteht und der Zahnkranz 512 in seine axiale Endstellung von der Nockenwelle 3 weggedrückt wird. Dies entspricht einer Endstellung des Nockenwellenpha- senverstellbereiches. Wird der Elektromagnet 57 maximal bestromt, wird die andere Endstellung des Nockenwellenphasen- verstellbereiches erreicht.

Zur Bestromung wird der Elektromagnet 57 mit dem Ansteuersig- nal TVAN S pulsbreitenmoduliert angesteuert.

Um das Stellglied 5 in einer bestimmten Lage zu halten, wird das Ansteuersignal TVANS mit einem Haltetastverhältnis puls- breitenmoduliert. Das Haltetastverhältnis ist dabei so ge- wählt, dass der auf den Zahnkranz 512 wirkende Druck in der Hydraulikleitung 52 genau die Kraft der Feder 514 in einer gewünschten Lage des Zahnkranzes 512 kompensiert. Die Feder 514 ist so ausgelegt, dass die von ihr ausgeübte Kraft für jede Lage des Zahnkranzes 512 gleich ist. Dann ist das Halte- tastverhältnis für alle Nockenwellenphasenstellungen gleich.

Das Haltetastverhältnis liegt beispielsweise in der Nähe von 50 %. Natürlich kann das Haltetastverhältnis auch von der No- ckenwellenphasenstellung abhängen, wovon im folgenden aber nicht ausgegangen wird.

Um die Nockenwellenphasenstellung von einer bestimmten Lage in eine andere zu bringen, wird bei einer Verstellung, die eine Druckerhöhung bedeutet, der Elektromagnet 57 stärker bestromt. Eine stärkere Bestromung kann zwar je nach Kon- struktion auch eine Minderung des Drucks in der Hydrauliklei- tung 52 zur Folge haben, im folgenden wird jedoch davon aus- gegangen, dass eine stärkere Bestromung des Elektromagneten 57 eine Erhöhung des Drucks in der Leitung 52 bewirkt.

Fig. 3 zeigt als Blockschaltbild den Regelkreis zur Nocken- wellenphasenverstellung. Das Steuergerät 6 weist einen Regler 61 auf. Es misst weiter über den Sensor 72 die Stellung der Nockenwelle 3, indem eine am zweiten Zahnrad 31 angebrachte Halbkreisscheibe abgefühlt wird. Das Signal NWIST des Sensors 73 wird im Steuergerät 6 in eine Istlage I des Stellgliedes 5 umgewandelt, da letztlich nur diese für den Regler 61 von In- teresse ist. Der Regler 71 gibt das Ansteuersignal TVAN_S an das Magnetventil 54 aus. Das Ansteuersignal ist mit einem Verhältnis P pulsbreitenmoduliert. Das Magnetventil 54 be-

wirkt eine Verstellung des Stellgliedes 5 gegen die Kraft der Feder 514.

Da das Magnetventil 54 den hydraulischen Fluss zum mechani- schen Verstellteil 51 steuert, ist die dabei bewirkte Ver- stellgeschwindigkeit nicht linear abhängig vom Verhältnis P der Pulsbreitenmodulation. Der Zusammenhang ist in Fig. 4 aufgetragen. Bei einem Pulsbreitenmodulationsverhältnis P von Null wird eine maximale Verstellgeschwindigkeit v von 100 % erreicht, in diesem Fall erfolgt die Verstellung ausschliess- lich durch die Feder 514. Bei einem maximalen Pulsbreitenmo- dulationsverhältnis P von 100 %, d. h. bei dauerhafter Bestro- mung des Magnetventils 54 erfolgt die Verstellung mit maxima- ler Geschwindigkeit v zur anderen Endlage hin. Bei einem Ver- hältnis P der Pulsbreitenmodulation von h wird das Stellglied 5 gehalten, weshalb dieses Verhältnis h als Haltetastverhält- nis bezeichnet wird. Kleine Abweichungen vom Haltetastver- hältnis h führen zu einer relativ kleinen Verstellgeschwin- digkeit. Die Form der Kurve der Fig. 4 erlaubt es, den Regler 61 dadurch stabil auszulegen, indem ihm nur ein eingeschränk- ter Bereich des Verhältnisses P der Pulsbreitenmodulation um das Haltetastverhältnis h freigegeben wird. Dies ist in Fig.

5 dargestellt, in der die dem Regler zugestandene Variation dP des Verhältnisses P als Funktion der Regelabweichung d aufgetragen ist, welche sich aus der Betragsdifferenz zwi- schen Sollage S und Istlage I ergibt. Bei einer Regelabwei- chung d = 0 beträgt die dem Regler zugestandene Variation dP = 5 %. Sie steigt mit zunehmender Regelabweichung auf einen Maximalwert von beispielsweise 15 %. Durch diese Auslegung des Reglers 61 wird ein stabiles Regelverhalten erreicht. Um dennoch eine hohe Stellgeschwindigkeit gewährleisten zu kön- nen, wird der Regler 61 vom Steuergerät 6 bei grossen Sprün- gen der Sollage S durch eine Vorsteuerung unterstützt. Dazu verändert das Steuergerät 6 das Verhältnis P der Pulsbreiten- modulation des Ansteuersignals TVANS um ein gewisses Mass für eine gewisse Zeitdauer, bis der zu vollführende Solla- gensprung zu einem gewissen Grade, beispielsweise 80 % ausge-

führt ist. Die restliche Änderung der Sollage wird dann dem Regler 61 überlassen, der aufgrund seiner in Fig. 5 darge- stellten Auslegung die neue Sollage schwingungsfrei erreicht.

Um den Regler 61 stabil auszulegen, ist zusätzlich zur in Fig. 5 beschriebenen Begrenzung der Variation dP vorgesehen, dass der Regler 61 nur bei gewissen Mindest-Regelabweichungen dmin einen Regeleingriff vornimmt, worauf später noch einge- gangen wird.

Das Haltetastverhältnis h muss, wie oben erwähnt, so gewählt werden, dass das Stellglied 5 seine Istlage hält. Dazu muss die Kraft der Feder 514 durch den Druck in der Hydrauliklei- tung 52 kompensiert werden. Bei einem Stellglied 5, das nicht durch eine Feder 514, sondern durch die Betätigungskräfte der Nocken 32,33 in die eine Endstellung beaufschlagt ist, müs- sen diese Kräfte kompensiert werden.

Das Haltetastverhältnis h hängt von verschiedenen Betriebs- größen ab. Dies ist zum einen die Temperatur und der Druck des Hydraulikfluides in den Hydraulikleitungen 51,53,55 und 56. Zum anderen wirkt sich die Batteriespannung bei der Bestromung des Elektromagneten 57 aus. Das Haltetastverhält- nis h wird deshalb abhängig von diesen Betriebsparametern ei- nem Kennfeld entnommen. Es liegt beim Fall des hier beschrie- benen Magnetventils 54 in der Nähe von 50 %. Bei einer nicht- hydraulischen, sondern rein elektromagnetischen Betätigung wird es dagegen weitab davon, beispielsweise bei 4 % liegen.

Wenn das Haltetastverhältnis h dem Kennfeld entnommen wurde, kann sich dennoch eine dauerhafte Regelabweichung d einstel- len, wie in Fig. 6 zu sehen ist. Fig. 6 zeigt die Istlage I des Stellgliedes und damit der Nockenwellenphase als Zeitrei- he. Die gestrichelte Linie zeigt die Sollage S. Die strich- punktierte Linie zeigt die zulässige Regelabweichung, Kurve 8 stellt die tatsächliche Istlage I des Stellgliedes 5 dar, die zu den Messpunkten 10 abgetastet wird. Da die Abtastfrequenz

aufgrund der Abtastung des Halbscheibenrades am zweiten Zahn- rad 31 von der Drehzahl der Nockenwelle abhängt, liegen die Messpunkte 10 im dargestellten Fall zu weit auseinander, um den tatsächlichen Verlauf der Kurve 8 wiederzugeben. Es wird unterabgetastet, das Abtasttheorem ist nicht erfüllt. Dadurch ergibt sich die gestrichelt dargestellte Kurve 9 als schein- bare Lage des Stellgliedes 5. Mit dmin ist die Mindest- Regelabweichung eingetragen, unter der aus Stabilitätsgründen kein Regeleingriff vorgenommen wird.

Im dargestellten Fall ist das Haltetastverhältnis h falsch, deshalb bewegt sich das Stellglied 5 aus der Sollage weg. Zum Zeitpunkt to sei der Anschaulichkeit halber angenommen, dass die Istlage I der Sollage S gleiche. Aufgrund des falschen Haltetastverhältnisses h bewegt sich das Stellglied aus der Sollage S. Erst bei der zweiten Messung der Istlage stellt der Regler 61 zum Zeitpunkt tl fest, dass ein Regeleingriff nötig ist, da die Mindest-Regelabweichung dmin überschritten wurde. Zum Regeleingriff wird das Magnetventil 54 kurzzeitig mit einem Verhältnis P der Pulsbreitenmodulation bestromt, das sich vom Haltetastverhältnis h unterscheidet. Das Stell- glied 5 wird dadurch zwar in den Bereich der zulässigen Re- gelabweichung, hier sogar die Sollage S, gebracht, jedoch ist bis zum nächsten Messpunkt bereits wieder die zulässige Re- gelabweichung überschritten. Erst am darauffolgenden Mess- punkt zum Zeitpunkt t2 hat der Regler 61 Gelegenheit zu einem Regeleingriff, da erst dann wieder die Mindest- Regelabweichung dmin überschritten ist. Es ergibt sich also durch die Lage der Messpunkte 10 eine Schwebung in einem qua- sistationären Zustand, bei dem keiner der Messpunkte 10 in- nerhalb der zulässigen Regelabweichung um die Sollage S liegt. Dieser quasistationäre Zustand außerhalb der zulässi- gen Regelabweichung wird nicht verlassen, obwohl der Regler zu den Zeitpunkten tl, t2, t3, t4 usw. Regeleingriffe vor- nimmt, da der Fehler des Haltetastverhältnisses h so groß ist, dass bis zur nächsten Messung die Istlage I bereits wie-

der deutlich von der Sollage S abweicht und die zulässige Re- gelabweichung überschritten ist.

Um diesen quasistationären Zustand zu vermeiden bzw. zu ver- lassen, wird nun das Haltetastverhältnis h verändert, wenn das Steuergerät 6 feststellt, dass trotz eines Reglereingrif- fes zum Zeitpunkt tl der nächste Messpunkt außerhalb der zu- lässigen Regelabwecihung liegt. Dies ist in Fig. 7 darge- stellt. Die Zeitreihe der Fig. 7 unterscheidet sich bis zum ersten Messpunkt nach dem Zeitpunkt tl nicht von der Zeitrei- he der Fig. 6. Stellt das Steuergerät mit dem ersten Mess- punkt nach dem Regeleingriff zum Zeitpunkt tl fest, dass die Istlage I außerhalb der zulässigen Regelabweichung S liegt, wird zum Zeitpunkt tel das Haltetastverhältnis h verändert, in diesem Fall verkleinert. Diese Verkleinerung des Halte- tastverhältnisses h führt zur Verminderung der Drift, mit der sich die Istlage I von der Sollage S wegbewegt. Jedoch wird zum Zeitpunkt t2 die Mindest-Regelabweichung dmin überschrit- ten, was zu einem erneuten Regeleingriff führt. Nun kann mit einer weiteren Korrektur das Haltetastverhältnis h weiter verändert werden, wodurch sich die Istlage I noch langsamer von der Sollage S wegbewegt. Diese weitere Korrektur des Hal- tetastverhältnisses h erfolgt zum Zeitpunkt te2, zu dem sich ergibt, dass die zulässige Regelabweichung wiederum über- schritten wird. Dies ist aufgrund der Korrektur zum Zeitpunkt tel, bei der das Haltetastverhältnis h schon besser an den wirklichen Wert angenähert wurde, nicht mit der ersten Mes- sung nach dem Zeitpunkt t2 der Fall, sondern erst mit der zweiten Messung. Erst nach dieser Messung wird zum Zeitpunkt te2 eine Korrektur des Haltetastverhältnisses vorgenommen.

Mit dieser zweiten Korrektur zum Zeitpunkt te2 ist der Fehler des Haltetastverhältnisses so gering, dass die Drift des Hal- tetastverhältnisses langsam gegen die Abtastrate der Messung des Sensors 72 liegt, die zur Beabstandung der Messpunkte 10 führt. Es gibt somit nach einem Regeleingriff, der immer dann anfällt, wenn die Mindest-Regelabweichung dmin überschritten

ist, immer einige Messpunkte 10, die innerhalb der zulässigen Regelabweichung liegen. Ein quasistationärer Zustand außer- halb dieser Regelabweichung tritt also nicht mehr auf.

Dieser Zustand, bei dem eine langsame Drift festgestellt wird, ist in Fig. 8 dargestellt. Dann ist es möglich, die Driftgeschwindigkeit bzw. das Driftverhalten der Istlage I genau zu bestimmen, da mehrere Messpunkte 10 innerhalb der zulässigen Regelabweichung liegen. Die Kurve 8 der Fig. 10 kann als Fortsetzung der Kurve 8 der Fig. 7 aufgefasst wer- den, wenn man sie ab dem Zeitpunkt te2 betrachtet. Der in Fig. 8 dargestellte Driftzustand der Istlage I kann jedoch auch unabhängig vom vorherigen Zustand der Fig. 7 vorliegen.

Er ist immer dann gegeben, wenn das Haltetastverhältnis h re- lativ nahe am Zielwert ist, aber dennoch fehlerhaft zu groß oder zu klein. Da in diesem Driftfall die Messpunkte 10 dicht genug liegen, um das Abtasttheorem annähernd zu erfüllen, kann man das Driftverhalten aus der Lage der Messpunkte 10 ermitteln und daraus unmittelbar eine Korrektur des Halte- tastverhältnisses wie folgt bestimmen : D = [I (t3)-I (te2) I/I (t3-t. 2) * I (t3) Dabei ist I (t) die Istlage zur Zeit t, te2 der Zeitpunkt zu dem die zulässige Regelabweichung und t3 der Zeitpunkt, zu dem dmin überschritten ist. Der durch diese Gleichung gegebe- ne Driftfaktor D kann direkt zur multiplikativen Korrektur des Haltetastverhältnisses h verwendet werden. Er drückt die prozentuale Steigung der in Fig. 8 dargestellten Drift aus.

Er ermöglicht eine Feinkorrektur des Haltetastverhältnisses h in den Fällen, in denen die Drift bestimmt werden kann, d. h. wenn die Drift langsam gegen die Abtastrate der Messungen des Sensors 72 ist.

Die Korrektur des Haltetastverhältnisses h, die anhand der Figuren 6 mit 8 beschrieben wurde, kann auch durch Zugriff auf ein Kennfeld erreicht werden, in dem die Korrektur des

Haltetastverhältnisses h als Funktion der Abweichung im qua- sistationären Fall der Fig. 6 bzw. des Driftverhaltens im Fall der Fig. 8 abgelegt ist. Dieses Kennfeld macht die Be- rechnung des Driftfaktors D nach oben bezeichneter Gleichung entbehrlich. In dieses Kennfeld kann beispielsweise eine Zeitdauer eingegeben werden. Dabei kann es sich um die Zeit- dauer handeln, die zwischen dem Start des Haltemodus mit dem Haltetastverhältnis h und dem erstmaligen Erreichen oder Ü- berschreiten der Mindestabweichung dmin verstreicht. Aus die- ser Zeit kann dann mittels des Kennfeldes der entsprechende Korrekturfaktor für das Haltetastverhältnis h bestimmt wer- den.