用于确定电磁阀的切换时刻的方法与流程

1.本发明涉及一种用于确定电磁阀的切换时刻的方法以及一种用于实施该方法的计算单元和一种用于实施该方法的计算机程序。


背景技术：

2.电磁阀包括电磁线圈和磁衔铁，通过给线圈通电来提升或者说吸引所述磁衔铁并且由此打开流动开口，通常为此要施加一定的电压。所述电磁阀通常用在燃料喷射器中。在那里，电磁阀通常用于打开或关闭燃料用的流动开口。


技术实现要素：

3.根据本发明提出了一种具有独立权利要求特征的、用于确定电磁阀的切换时刻的方法以及一种用于实施该方法的计算单元和计算机程序。有利的设计方案是从属权利要求和以下描述的主题。
4.正如开头已经阐述的那样，本发明致力于确定电磁阀的切换时刻。对于表示向电磁线圈施加电压或者断开电压的触发时刻的了解通常不允许推断出实际打开流动开口的那个时刻、即切换时刻。这例如是因为，电流必须首先在电磁线圈中建立，或者是因为磁衔铁由于所存在的流体而必须克服的阻力例如可能会根据电磁阀中的弹簧的压力或强度而发生变化。反之，可以根据流过电磁线圈的电流曲线识别切换时刻，因为衔铁的运动会导致电流曲线的急剧波动或者说曲折(knick)。
5.为了进行分析，例如可以建立电流曲线的二阶时间导数，因为借此可以将这种斜率作为零点(nullstelle)。同样可以仅仅形成一阶时间导数，然后在其中查找最大值。然而，这最终也意味着电流曲线的二次微分。然而，因为在对信号(比如像电流曲线的信号)进行微分时，信号中的干扰或者说叠加实际信号的干扰同样也会被微分，这可能导致最终有待分析的信号质量不佳，进而导致错误识别。在进行这种操作时，还必须设置大量参数才能获得尽可能准确的结果。这使得其难以适用于特定情况。
6.在本发明的上下文中规定，针对对于电磁线圈中的电流曲线来说特有的信号曲线，在这里特别优选地考虑电流曲线的一阶时间导数的情况下，确定多个相应彼此不同的时间段，每个时间段分别具有相同的预定的时间长度。通过以下方式有利地确定所述多个时间段，即依次连续的时间段的起始时刻分别偏移相同的持续时间。然而，所述时间段的时间长度优选比所提到的、时间段的起始时刻所偏移的持续时间更长。因此时间段发生重叠。此外优选地，在信号曲线的预定范围内确定所述时间段，在所述信号曲线中例如预估切换时间。因此例如可以考虑使也可以被称为窗口的一时间段从信号曲线的指定区域开始向后一直推移一定的持续时间。
7.然后在每个时间段内分别确定信号曲线的最小值和最大值以及所属的时刻；为此确定最大值和最小值之间的差值以及所属时刻之间的差值的乘积。特别地，时间段内的信号曲线的绝对最小值和最大值将被视为最小值和最大值。在考虑笛卡尔坐标系的情况下，
乘积可以看作是矩形的面积，其中最小值点和最大值点对角线相对置。然后，例如可以将该矩形视为具有对应于最大值和最小值之间的差值的竖直边长以及对应于最小值和最大值之间的时间间隔的水平边长的矩形。在这种情况下，最终是否所有有待考虑的时间段都要事先确定然后针对乘积进行检查，或者是否总要首先确定一时间段并且随后再确定乘积，都是无关紧要的。
8.根据对应于乘积或者说面积的最大值的那个时间段的最小值和最大值的时刻来确定切换时刻。优选地，根据最小值和最大值的时刻的平均值、例如算术平均值来确定切换时刻。特别地，切换时刻甚至被确定为最小值和最大值的时刻的平均值。事实证明，这样的平均值非常精确地对应于所查找的时刻。
9.实际上，电磁阀的切换时刻通常通过相对于触发时刻、也就是电压施加到电磁线圈上的那个时刻的延迟来指示。
10.所提出的、确定特定值和乘积或面积的过程引起查找信号曲线的最大斜率，这也与切换时刻相关。这尤其是因为矩形的对应于最大值和最小值之间的差值的竖直边长对乘积有特殊贡献。与确定二阶时间导数(或者说两次微分)的方法相反，这里不需要进一步的微分，也就是说，如果电流曲线的一阶时间导数用作信号曲线的基础，则只需要对电流曲线进行一次微分。因此，所基于的信号的质量受到的影响较小，这引起了更精确的结果。为了确定信号曲线的正斜率，正如在操纵电磁阀时根据物理关系所引起的那样，此外还应注意，应确保最大值在时间上处于最小值之后或者说仅考虑这样的情况。
11.另一个优点是，最终只需要指定或者说选择时间段的时间长度作为所述方法的参数。由于这对于所有时间段都是相同的，因此基本上只需要指定一个参数，这使得所述方法明显更容易或无论如何更容易适应特定情况(具有特定电磁阀或特定应用)。对于时间段的这种时间长度来说应当注意的是，其是最大或最长的，从而可以覆盖最陡的斜率，该斜率在用于切换时刻的信号曲线中被预估(这例如可以根据比较测试或实验测试来确定)。
12.例如可以考虑将两个彼此连续的时间窗口的时间间隔作为其他参数，如果这不是根据信号曲线所基于的两个测量点的间距来选择的。
13.在此优选地，电磁阀例如作为切换阀用于操纵燃料喷射器。以此方式，最终根据切换时刻可以重新推断燃料喷射器的打开时刻。
14.特别是在编程方面被设置根据本发明的计算单元、例如机动车的控制器来执行根据本发明的方法。
15.以具有用于执行所有方法步骤的程序代码的计算机程序或计算机程序产品的形式实施根据本发明的方法是有利的，因为这导致特别低的成本，特别是当执行的控制器还用于其他任务并且因此无论如何都可以使用时。用于提供计算机程序的合适的数据载体特别是磁存储器、光存储器和电存储器，例如像硬盘、闪存、eeprom、dvd等。程序也可以通过计算机网络(因特网、内联网等)进行下载。
16.本发明的其他优点和实施例从以下描述和附图中得出。
附图说明
17.根据实施例在附图中示意性地示出本发明并且接下来参照附图进行描述。
18.图1示意性地示出了可以执行根据本发明的方法的电磁阀；
19.图2示出了电磁阀的电磁线圈中的电流的时间导数的典型曲线，以便在优选的实施方式中阐述根据本发明的方法；
20.图3示出了在操纵电磁阀以更好地对图2中的曲线进行分类时变量的典型曲线。
具体实施方式
21.在图1中示意性地示出了电磁阀100，其例如用于燃料喷射器101并且在其中可以执行根据本发明的方法。电磁阀100具有带有电磁线圈111的电磁体110，该电磁线圈例如可以设计为环形。在例如通过设计为控制器的计算单元180施加电压u时，电流i在电磁线圈111中流动。
22.此外设有磁衔铁120，该衔铁此外还用作阀针，通过该阀针可以关闭或打开流动开口150。此外设有弹簧130，该弹簧作用在磁衔铁120上，并且在没有给电磁线圈111通电进而没有磁力的情况下，将衔铁120压入或压靠向流动开口150并且将其关闭。在其背离衔铁的一侧上，所述弹簧130可以抵靠在电磁阀100的合适的部件上。
23.当给电磁线圈111通电时，磁力被建立起来并且所述磁衔铁120克服弹簧130的弹力被提升并且沿电磁线圈111或电磁体110的方向被牵引。在此释放所述流动开口150。在给所述电磁线圈相应地通电时，磁衔铁120可以被提升到止动件115。
24.图2示出了电流的时间导数的典型的信号曲线v(或者说电磁阀的电磁线圈中的电流曲线)，以便在优选的实施方式中阐述根据本发明的方法。为此目的，在时间t上绘制时间导数di/dt。为此需要注意的是，原则上，差值di、也即两个彼此连续的测量值之间的差值对于所提出的方法来说是足够的，并且可以任意缩放x轴。
25.在所示出的实施例中，在曲线v的起始时刻t'a和结束时刻t'e之间的范围中执行对切换时刻的查找，例如因为在该范围内预估切换时刻。为此，确定了具有相同时间长度δt的多个时间段(或窗口或时间间隔)。例如，这些时间段在t'a至t'e的范围内均匀地并且重叠地分布。两个这样的时间段t
a,1
和t
a,2
以示例性的方式示出，它们相对于其起始时刻具有距离δt'。
26.实际上，信号曲线v例如可以作为缓冲存储器中的一系列测量点(或者说测量点的时间导数)而存在。在这种情况下，例如每个测量点(由采样率得出的距离)可以用作时间段的起始时刻。不言而喻，为此只能使用每隔一个、每隔两个或每隔三个测量点。然后可以将时间长度选择为两个测量点彼此之间的距离的倍数。
27.现在为每个时间段确定曲线的最小值和最大值。这将在下面参考时间段t
a,2
进行阐述。最小值(di/dt)
min
位于时刻t
min
处，而最大值(di/dt)
max
位于时刻t
max
处。现在(在乘积的计算的范围中)确定具有对角线角点的矩形r，该角点由具有最小值和最大值的信号曲线点定义，并且将矩形的面积fr确定为所需的乘积。
28.以此方式，可以针对每个时间段得到矩形的乘积或者说面积的值。在此选择面积值最大的那个时间段作为所查找的时间段。然后在那里根据时刻t
min
和t
max
的平均值确定切换时刻ts。
29.以此方式，可以容易且精确地找到切换时刻，而无需形成电流曲线的二阶时间导数或者说无需电流曲线的所基于的信号的两次微分，但不必承受对信号的质量的过度损害。
30.在图3中显示了在时间t上、更确切地说在更长的时间间隔内操纵电磁阀时变量的典型曲线，以便更好地对图2中的曲线进行分类。除了图2中的信号曲线v(表示di/dt)之外，还有作为电磁阀或其电磁线圈的触发信号的电压曲线u、电磁线圈中的电流曲线i、电磁阀的阀针的行程曲线h以及乘积或者说面积的曲线fr，正如参考图2所阐述的那样。
31.对此，当时间段沿x轴贯穿或在时间上向后推移时，曲线fr对应于乘积的曲线。从这里可以看出，乘积的最大值非常精确地表示电磁阀的切换时刻ts，其最终与达到最大行程的时刻完全一致。