DE10325446B3

DE10325446B3 - Method for detecting a fault in a piezoelectric actuator and drive circuit for a piezoelectric actuator, and piezoelectric actuator system

Info

Publication number: DE10325446B3
Application number: DE10325446A
Authority: DE
Inventors: Huang Victoria Yu
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-06-05
Filing date: 2003-06-05
Publication date: 2005-03-03
Anticipated expiration: 2023-06-06
Also published as: FR2855879A1; FR2855879B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Detektieren eines Fehlers bei einem Piezoaktor (1), insbesondere bei einem Piezoaktor (1) in einem Schallgeber, wobei mit der Kapazität des Piezoaktors (1) ein Schwingkreis mit einer Soll-Resonanzfrequenz gebildet ist, wobei mit Hilfe eines Pulssignales der Schwingkreis angeregt wird, wobei eine Schwingfrequenz des Schwingkreises gemessen wird, wobei die Anzahl der Schwingungen des Schwingkreises in einer vorbestimmten Zeitdauer gemessen wird, wobei die gemessene Anzahl der Schwingungen mit einer Referenzanzahl verglichen wird und ein Fehler festgestellt wird, wenn die gemessene Schwingfrequenz von der Soll-Resonanzfrequenz abweicht.The invention relates to a method for detecting a fault in a piezoelectric actuator (1), in particular in a piezoactuator (1) in a sound generator, wherein with the capacitance of the piezoelectric actuator (1) a resonant circuit is formed with a nominal resonant frequency, with the aid of a Pulse signals of the resonant circuit is excited, wherein an oscillation frequency of the resonant circuit is measured, wherein the number of oscillations of the resonant circuit is measured in a predetermined period of time, wherein the measured number of oscillations is compared with a reference number and an error is detected when the measured oscillation frequency of deviates from the nominal resonance frequency.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Detektieren eines Fehlers bei einem Piezoaktor, insbesondere bei einem Piezoaktor in einem Schallgeber. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Ansteuerschaltung für einen Piezoaktor in einem Schallgeber, sowie ein Piezoaktorsystem.The The invention relates to a method for detecting an error in a piezoelectric actuator, in particular in a piezoelectric actuator in a sounder. The The invention further relates to a drive circuit for a Piezoelectric actuator in a sounder, and a piezoelectric actuator system.

Piezoaktoren werden in der Automobiltechnik vielfältig verwendet. Z. B. werden Piezolautsprecher für Martinshörner und Sirenen verwendet. Das Überprüfen der korrekten Funktion von, Piezoaktoren während des laufenden Betriebs ist ein wichtiges Element für die frühzeitige Fehlererkennung.piezo actuators are widely used in automotive engineering. For example Piezo speaker for sirens and sirens used. Checking the Correct functioning of piezo actuators during operation is an important element for the early one Error detection.

Die Funktionsfähigkeit von Piezoaktoren wird auf herkömmliche Weise durch Spannungs- und Stromüberwachung des Piezoaktors vorgenommen. Z. B. werden der Spitzentreiberstrom, der Spannungsabfall des Transformators und ähnliches gemessen und daraus der Zustand des Piezoaktors ermittelt. Diese Methoden haben jedoch Nachteile bezüglich ihrer Zuverlässigkeit, Leistungsaufnahme usw.The operability of piezo actuators is based on conventional Way through voltage and current monitoring made of the piezoelectric actuator. For example, the peak driver current, measured the voltage drop of the transformer and the like and from it the state of the piezoelectric actuator is determined. However, these methods have Disadvantages regarding their reliability, Power consumption etc.

Aus der WO 98/11 666 A1 ist ein Kontrollsystem für einen Piezoaktor in einem Schallgeber bekannt, das einen Wandlerschaltkreis zur Umwandlung eines Ansteuersignals in ein Signal zur Aktivierung des Schallgebers und eine Ansteuerschaltung zur Erzeugung des Ansteuersignals enthält. In der Ansteuerschaltung ist ein Mikroprozessor integriert, um das Ansteuersignal auf Grundlage eines Eingangssignals anzupassen, so dass der Schallgeber einen vorgegebenen Schalldruckpegel erzeugt.Out WO 98/11 666 A1 is a control system for a piezoelectric actuator in one Sounder known to be a converter circuit for conversion a drive signal into a signal for activating the sounder and a drive circuit for generating the drive signal. In the drive circuit is a microprocessor integrated to the drive signal based an input signal, so that the sounder a generated predetermined sound pressure level.

Aus der DE 100 64 183 A1 ist ein Verfahren zum Untersuchen eines piezoelektrischen Keramikelements bekannt, mit dem ein innerer Defekt, der bei einer gewöhnlichen Temperatur nicht erfassbar ist, genau und verlässlich erfasst werden kann. Dazu wird die Temperatur des piezoelektrischen Keramikelements erhöht, eine piezoelektrische Phasencharakteristik oder Impedanzcharakteristik des piezoelektrischen Keramikelements gemessen, wenn das piezoelektrische Keramikelement die erhöhte Temperatur aufweist, und die gemessene Phasencharakteristik oder Impedanzcharakteristik mit einer Standardcharakteristik verglichen.From the DE 100 64 183 A1 For example, a method of inspecting a piezoelectric ceramic element is known, which can accurately and reliably detect an internal defect which is not detectable at an ordinary temperature. For this, the temperature of the piezoelectric ceramic element is increased, a piezoelectric phase characteristic or impedance characteristic of the piezoelectric ceramic element is measured when the piezoelectric ceramic element has the elevated temperature, and the measured phase characteristic or impedance characteristic is compared with a standard characteristic.

Aus der DE 196 21 449 C2 ist schließlich ein Verfahren zum Betreiben eines Piezoelements als Vibrationsresonator bekannt, bei dem ein Fehlersignal detektierbar ist, indem durch Parallelschalten eines Widerstandes zum Piezoelement im Falle einer Beschädigung die Resonanzfrequenz des gesamten Schwingkreises auf einen außerhalb eines vorgegebenen Standardbereichs liegenden Wert verschoben wird.From the DE 196 21 449 C2 Finally, a method for operating a piezoelectric element as a vibration resonator is known in which an error signal is detectable by the resonance frequency of the entire resonant circuit is shifted to a value outside of a predetermined standard range by connecting a resistor in parallel to the piezoelectric element in case of damage.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein neues Verfahren zum Detektieren eines Fehlers bei einem Piezoaktor zur Verfügung zu stellen. Es ist weiterhin eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ansteuerschaltung für einen Piezoaktor zur Verfügung zu stellen, mit der ein Fehler in dem Piezoaktor erkannt werden kann.task It is the object of the present invention to provide a novel method for detecting to provide a fault with a piezoelectric actuator. It is still An object of the present invention is a drive circuit for one Piezo actuator available to make, with the error in the piezoelectric actuator are detected can.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach Anspruch 1, die Ansteuerschaltung nach Anspruch 7 sowie das Piezoaktorsystem nach Anspruch 8 gelöst.These The object is achieved by the method according to claim 1, the drive circuit according to claim 7 and the piezoelectric actuator system according to claim 8.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Further advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Detektieren eines Fehlers bei einem Piezoaktor vorgesehen. Der Piezoaktor ist so beschaltet, dass mit der Kapazität des Piezoaktors ein Schwingkreis mit einer Soll-Schwinggröße gebildet wird. Mit Hilfe eines Pulssignals wird der Schwingkreis angeregt, wobei eine Schwinggröße des Schwingkreises gemessen wird und die gemessene Schwinggröße mit der Soll-Schwinggröße verglichen wird. Ein Fehler wird festgestellt, wenn die Schwinggröße von der Soll-Schwinggröße abweicht.According to one The first aspect of the present invention is a method for detecting an error in a piezoelectric actuator provided. The piezoelectric actuator is connected so that with the capacity of the piezoelectric actuator, a resonant circuit formed with a desired vibration magnitude becomes. With the aid of a pulse signal, the resonant circuit is excited, wherein an oscillation variable of the resonant circuit is measured and compared the measured vibration magnitude with the desired vibration magnitude becomes. An error is detected when the vibration magnitude deviates from the desired vibration magnitude.

Auf diese Weise kann eine Kapazitätsänderung des Piezoaktors festgestellt werden. Die Kapazität des Piezoaktors ändert sich, wenn ein Defekt an dem Piezoaktor auftritt. Dadurch, dass sich im Wesentlichen alle möglichen Defekte an einen Piezoaktor in einer Kapazitätsänderung bemerkbar machen, sind somit auch alle Effekte mit dem vorgeschlagenen Verfahren feststellbar. Durch die Änderung der Kapazität ändert sich die Resonanzfrequenz des mit der Kapazität gebildeten Schwingkreises. Wird der Schwingkreis mit Hilfe eines Pulssignals angeregt, so schwingt der Schwingkreis im Normalfall mit seiner Resonanzfrequenz nach. Die Resonanzfrequenz des Schwingkreises ergibt sich aus den Kapazitäten und Induktivitäten und zeigt somit an, ob die Kapazität des Piezoaktors unverändert oder aufgrund eines Fehlers verändert ist.On this way can be a capacity change the piezoelectric actuator are detected. The capacity of the piezoelectric actuator changes, if a defect occurs on the piezoelectric actuator. Because of that Essentially all possible Defects to a piezoelectric actuator in a capacitance change are noticeable thus also all effects with the proposed method detectable. By the change the capacity changes the resonant frequency of the resonant circuit formed with the capacitance. If the resonant circuit is excited by means of a pulse signal, then oscillates the resonant circuit normally with its resonance frequency. The resonant frequency of the resonant circuit results from the capacitances and inductances and indicates whether the capacity of the Piezo actuator unchanged or changed due to an error is.

Die Schwinggröße kann beispielsweise die Periodendauer der Schwingung, die Schwingfrequenz, die Anzahl von Schwingungen in einer vorbestimmten Zeitdauer oder die Zeitdauer für eine vorgegebene Anzahl von Schwingungen sein.The Oscillation size can For example, the period of the oscillation, the oscillation frequency, the number of oscillations in a predetermined period of time or the time period for be a predetermined number of vibrations.

Die Schwinggröße wird vorzugsweise festgestellt, indem die Anzahl der Schwingungen des Schwingkreises während eines vorbestimmten Zeitfenster nach dem Anregen durch das Pulssignal gemessen wird. Die gemessene Anzahl der Schwingungen wird mit einer durch die Soll-Schwinggröße angegebenen Referenzanzahl verglichen, die angibt, wie viele Schwingungen innerhalb der vorbestimmten Zeitdauer der Schwingkreis aufweisen müsste, wenn der Piezoaktor fehlerfrei ist.The vibration magnitude is preferably fixed is set by the number of oscillations of the resonant circuit is measured during a predetermined time window after the excitation by the pulse signal. The measured number of oscillations is compared with a reference number indicated by the target oscillation quantity, which indicates how many oscillations would have to be present within the predetermined period of time of the oscillation circuit if the piezoactuator is free from errors.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass so auf einfache Weise die Funktionsfähigkeit des Piezoaktors überprüft werden kann.The inventive method has the advantage of being so easy to function the piezoelectric actuator to be checked can.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Fehler festgestellt wird, wenn die gemessene Anzahl von Schwingungen von der Referenzanzahl um mehr als einen Toleranzbetrag abweicht. Auf diese Weise kann ein Toleranzbereich vorgesehen sein, wobei erst eine Abweichung um mehr als den Toleranzbetrag zu einem Erkennen eines Fehlers führt. Durch das Vorsehen des Toleranzbetrages können Bauteiltoleranzen ausgeglichen werden, so dass leicht voneinander abweichende Kapazitäten des Piezoaktors nicht sofort zu einem Erkennen eines Fehlers führen. Erst eine Änderung der Kapazität des Piezoaktors um einen bestimmten Wert führt zu einer Abweichung der gemessenen Anzahl der Schwingungen von der Referenzanzahl um mehr als einen Toleranzbetrag.Preferably is provided that the error is detected when the measured Number of oscillations from the reference number by more than one Tolerance amount deviates. This allows a tolerance range be provided, wherein only a deviation by more than the tolerance amount leads to a recognition of an error. By providing the Tolerance amount can Component tolerances are balanced, making it easy for each other different capacities of the piezoelectric actuator does not immediately lead to a recognition of an error. First a change the capacity of the piezoelectric actuator by a certain value leads to a deviation of the measured number of oscillations from the reference number by more as a tolerance amount.

Vorzugsweise kann die Schwinggröße durch das Messen einer Zeitdauer bestimmt werden. Dazu wird ein Schwellenwert zum Feststellen einer Schwingungsflanke definiert, wobei die Zeitdauer zwischen zwei festgestellten Schwingungsflanken gemessen wird. Damit kann ein Fehler festgestellt werden, wenn die gemessene Zeitdauer von einer durch die Soll-Schwinggröße bestimmten Referenzzeitdauer um mehr als einen Toleranzbetrag abweicht.Preferably can the vibration magnitude through the Measuring a period of time to be determined. This will be a threshold defined for detecting a vibration edge, wherein the time period between two detected vibration edges is measured. So that can an error is detected when the measured time period of one determined by the desired vibration magnitude Reference period differs by more than a tolerance amount.

Vorzugsweise wird der Piezoaktor über ein induktives Bauelement, insbesondere über einen Transformator angesteuert, wobei der Schwingkreis durch eine Induktivität des induktiven Bauelementes und die Kapazität des Piezoaktors gebildet wird.Preferably the piezo actuator is over an inductive component, in particular driven by a transformer, wherein the resonant circuit by an inductance of the inductive component and the capacity the piezoelectric actuator is formed.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Ansteuerschaltung für einen Piezoaktor vorgesehen. Die Ansteuerschaltung weist einen Signalausgang auf, um die für den Normalbetrieb des Piezoaktors verwendeten Ansteuersignale auszugeben. Über den Signalausgang ist ein Pulssignal ausgebbar, um einen mit dem Piezoaktor gebildeten Schwingkreis anzuregen, so dass der Schwingkreis gemäß einer Soll-Resonanzfrequenz schwingt. Die Ansteuerschaltung weist einen Signaleingang auf, um die Schwingungen des Schwingkreises zu empfangen. Die Ansteuerschaltung misst eine Schwinggröße des Schwingkreises und stellt durch Vergleichen mit einer Soll-Schwinggröße einen Fehler fest, wenn die gemessene Schwinggröße und die Soll-Schwinggröße voneinander abweichen.According to one Another aspect of the present invention is a drive circuit for one Provided piezoelectric actuator. The drive circuit has a signal output on to the for to output the normal operation of the piezoelectric actuator used drive signals. On the Signal output is a pulse signal can be output to one formed with the piezoelectric actuator Stimulate resonant circuit, so that the resonant circuit according to a Target resonance frequency oscillates. The drive circuit has a signal input to the vibrations to receive the resonant circuit. The drive circuit measures an oscillation variable of the resonant circuit and detects an error by comparing with a desired swing magnitude when the measured vibration magnitude and the desired vibration magnitude from each other differ.

Die erfindungsgemäße Ansteuerschaltung hat den Vorteil, dass auf eine aufwendigere Strom- und Spannungsmessung zur Überwachung der Funktionsfähigkeit des Piezoaktors verzichtet werden kann und stattdessen auf einfache Weise über eine Messung der Schwingungsanzahl ein Fehler erkannt werden kann.The has drive circuit according to the invention the advantage that on a more complex current and voltage measurement for monitoring the functionality can be dispensed with the piezoelectric actuator and instead to simple Way about one Measuring the number of oscillations an error can be detected.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Piezoaktorsystem mit einer Ansteuerschaltung wie zuvor beschrieben und mit einem Piezoaktor, der über ein induktives Bauelement ansteuerbar ist, vorgesehen. Der durch den Piezoaktor und die Induktivität des induktiven Bauelements gebildete Schwingkreis ist mit dem Signaleingang der Ansteuerschaltung verbunden.According to one Another aspect of the present invention is a piezoelectric actuator system with a drive circuit as described above and with a Piezo actuator, over an inductive component is controlled, provided. The through the piezoelectric actuator and the inductance of the inductive component formed Oscillation circuit is connected to the signal input of the drive circuit.

Vorzugsweise ist die Ansteuerschaltung über ein Hochpassfilter mit dem Schwingkreis verbunden, mit dem Gleichanteile von dem Transformator herausgefiltert werden können, und mit den in dem Transformator auftretende Überspannungen in der Ansteuerschaltung begrenzt werden können. Das Hochpassfilter dient daher zum Schutz der Ansteuerschaltung vor Überspannungen.Preferably is the drive circuit via a High-pass filter connected to the resonant circuit, with the DC components can be filtered out of the transformer, and with those in the transformer occurring overvoltages can be limited in the drive circuit. The high pass filter is used therefore to protect the drive circuit from overvoltages.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen durch mehrere Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:The Invention will be described below with reference to the accompanying drawings by several embodiments explained in more detail. It demonstrate:

1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Piezoaktorsystems; 1 a block diagram of an embodiment of a piezoelectric actuator according to the invention;

2 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Piezoaktorsystems; 2 a block diagram of another embodiment of a piezoelectric actuator according to the invention;

3a berechnete Signalverläufe der Schwingungen des Schwingkreises bei einem fehlerfreien und bei einem fehlerbehafteten Piezoaktors; 3a Calculated signal waveforms of the oscillations of the resonant circuit in a fault-free and faulty piezoelectric actuator;

3b berechnete Signalverläufe bei begrenzten Schwingungsamplituden; und 3b calculated signal curves at limited vibration amplitudes; and

4 gemessene Signalverläufe der Schwingungen des Schwingkreises bei einem fehlerfreien und bei einem fehlerbehafteten Piezoaktor. 4 Measured signal curves of the oscillations of the resonant circuit in a fault-free and faulty piezoelectric actuator.

Die 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Piezoaktorsystems zum Ansteuern eines Piezoaktors 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, beispielsweise für einen Schallgeber in einem Martinshorn. Der Piezoaktor 1 wird vorzugsweise über ein in duktives Bauelement 2, das eine Induktivität aufweist, angesteuert.The 1 shows a block diagram of a piezoelectric actuator system for driving a piezoelectric actuator 1 according to an embodiment of the invention, for example for a sound generator in a siren. The piezo actuator 1 is preferably an in Duct element 2 , which has an inductance, driven.

Der Piezoaktor 1 bildet mit dem induktiven Bauelement 2 einen Sounderschaltkreis 16, so dass der Piezoaktor 1 als Schallgeber betrieben werden kann. Der Sounderschaltkreis 16 wird mit Hilfe einer Ansteuerschaltung 3, die als Mikroprozessor ausgeführt sein kann, betrieben. Die Ansteuerschaltung 3 weist einen Signalausgang 4 auf, über den ein Ansteuersignal an einen Steuereingang eines Transistors 5, vorzugsweise dem Basiseingang, angelegt wird. Anstelle des Transistors 5 kann auch ein beliebig anderes elektronischen Schaltelement, beispielsweise ein MOSFET oder ein Relais, eingesetzt werden. Der Transistor 5 ist im Wesentlichen in Reihe mit dem induktiven Bauelement 2 geschaltet, so dass eine Verstärkung des an dem Ausgang 4 der Ansteuerschaltung 3 anliegenden Signal auf das induktive Bauelement erfolgt.The piezo actuator 1 forms with the inductive component 2 a sounder circuit 16 so that the piezo actuator 1 can be operated as a sounder. The sounder circuit 16 is using a drive circuit 3 , which can be designed as a microprocessor operated. The drive circuit 3 has a signal output 4 on, via which a drive signal to a control input of a transistor 5 , preferably the base input, is applied. Instead of the transistor 5 It is also possible to use any other electronic switching element, for example a MOSFET or a relay. The transistor 5 is essentially in series with the inductive component 2 switched so that a gain of the output 4 the drive circuit 3 applied signal is applied to the inductive component.

Die Ansteuerschaltung 3 ist in der Lage, ein Signal zum Ansteuern des Piezoaktors 1 zu generieren. Das Signal wird über den Signalausgang 4 an den Basiseingang des Transistors 5 ausgegeben. Das Signal führt zu einer Widerstandsänderung des Transistors 5, insbesondere zu einem Durchschalten oder Sperren des Transistors 5, so dass eine resultierende, sich ändernde Spannung an dem induktiven Bauelement 2 anliegt. Die sich ändernde Spannung bewirkt in dem Sounderschaltkreis 16, dass der Piezoaktor 1 in geeigneter Weise als Schallgeber angesteuert wird, und ein hörbares akustisches Signal ausgibt. Die Ansteuerschaltung 3 weist weiterhin einen Signaleingang 6 auf, der über einen Rückführungsschaltkreis 17 mit dem induktiven Bauelement 2 in Verbindung steht. Der Signaleingang 6 ist mit einer Messschaltung in der Ansteuerschaltung 3 verbunden.The drive circuit 3 is able to send a signal to drive the piezo actuator 1 to generate. The signal is sent via the signal output 4 to the base input of the transistor 5 output. The signal leads to a resistance change of the transistor 5 , in particular for turning on or off the transistor 5 , so that a resulting, changing voltage across the inductive component 2 is applied. The changing voltage causes in the sounder circuit 16 that the piezo actuator 1 is suitably controlled as a sounder, and outputs an audible acoustic signal. The drive circuit 3 also has a signal input 6 on, via a feedback circuit 17 with the inductive component 2 communicates. The signal input 6 is with a measuring circuit in the drive circuit 3 connected.

Die Ansteuerschaltung 3 gibt zum Testen des Piezoaktors 1 ein Pulssignal aus, mit dem der Piezoaktor 1 über das induktive Bauelement 2 und den Transistor 5 angesteuert wird. Dadurch wird der durch das induktive Bauelement 2 und dem Piezoaktor 1 gebildete Schwingkreis angeregt. Der Schwingkreis schwingt mit einer Eigenfrequenz, die durch die Kapazität des Piezoaktors 1 und die Induktivität des induktiven Bauelementes 2 bestimmt ist. Das Schwingen des Schwingkreises in dem Sounderschaltkreis 16 wird über die Rückführschaltung 17 der Ansteuerschaltung zur Verfügung gestellt. Die Rückführschaltung 17 nimmt im Wesentlichen eine Signalumwandlung vor, um das empfangene Signal in geeigneter Weise an die Ansteuerschaltung 3 weiterzugeben.The drive circuit 3 gives to test the piezo actuator 1 a pulse signal with which the piezoelectric actuator 1 via the inductive component 2 and the transistor 5 is controlled. As a result, the through the inductive component 2 and the piezo actuator 1 formed resonant circuit excited. The resonant circuit oscillates at a natural frequency, which is due to the capacity of the piezoelectric actuator 1 and the inductance of the inductive component 2 is determined. The oscillation of the resonant circuit in the sounder circuit 16 is via the feedback circuit 17 the drive circuit provided. The feedback circuit 17 Essentially, a signal conversion is performed to suitably receive the received signal to the drive circuit 3 pass.

Von dem Signaleingang 6 werden die Schwingungen des Schwingkreises nach dem Anregen durch das Pulssignal erfasst. Die Ansteuerschaltung 3 definiert eine Spannungsschwelle, die durch die Potentiale der Schwingungen des Schwingkreises in Folge über- und unterschritten wird. Die Ansteuerschaltung 3 misst nun die Zeitdauer zwischen einem Überschreiten und einem Unterschreiten bzw. zwischen einem Unterschreiten und einem Überschreiten der vorgegebenen Spannungsschwelle. Die gemessene Zeitdauer wird mit einer in der Ansteuerschaltung 3 vorgegebenen Referenzzeitdauer verglichen. Es kann selbstverständlich auch die Zeitdauer zwischen zwei oder einer größeren festgelegten Anzahl von aufeinanderfolgenden Über- bzw. Unterschreitungen der Spannungsschwelle gemessen werden. Weicht die gemessene Zeitdauer um mehr als einen vorbestimmten Toleranzbetrag von der Referenzzeitdauer ab, so wird ein Fehler festgestellt, der zur Anzeige an eine Anzeigeeinheit 18 ausgegeben wird. Das Erkennen der Schwingungen kann beispielsweise über einen Interupt-Eingang der als Mikrocontroller ausgebildeten Ansteuerschaltung 3 erfolgen. Dazu ist es notwendig, die Potentiale der Schwingungen so zu begrenzen, dass an dem Interupt-Eingang keine Überspannung oder Unterspannung anliegt.From the signal input 6 the oscillations of the resonant circuit are detected after being excited by the pulse signal. The drive circuit 3 defines a voltage threshold which is exceeded and undershot by the potentials of the oscillations of the oscillatory circuit. The drive circuit 3 now measures the time between an exceeding and falling below or between falling below and exceeding the specified voltage threshold. The measured time duration is with one in the drive circuit 3 predetermined reference period compared. Of course, it is also possible to measure the time duration between two or a larger specified number of consecutive exceeding or falling below the voltage threshold. If the measured time period deviates from the reference time duration by more than a predetermined tolerance amount, an error is detected that is to be displayed to a display unit 18 is issued. The detection of the oscillations can, for example, via an interrupt input of the designed as a microcontroller drive circuit 3 respectively. For this purpose, it is necessary to limit the potentials of the oscillations so that there is no overvoltage or undervoltage at the interrupt input.

In 2 ist ein Blockschaltbild eines Piezoaktorsystems zum Ansteuern eines Piezoaktors 1 gemäß einer weiteren Aus führungsform der Erfindung dargestellt. Gleiche Bezugszeichen stellen gleiche Elemente des Piezoaktorsystems dar.In 2 is a block diagram of a piezo actuator system for driving a piezoelectric actuator 1 according to another embodiment of the invention. Like reference numerals represent like elements of the piezoelectric actuator system.

Das in 2 dargestellte Piezoaktorsystem weist den Piezoaktor 1 auf, der über einen Transformator 19 mit einer Induktivität angesteuert wird. Der Transformator 19 dient dazu, die zur Ansteuerung des Piezoaktors 1 notwendigen Spannungen bereit zu stellen. Während üblicherweise die bereitgestellte Versorgungsspannung V_DD in Kraftfahrzeugen etwa 12 Volt beträgt, liegen die zum Ansteuern des Piezoaktors 1 notwendigen Spannungen im Bereich bis 200 Volt. Der Transformator 19 ermöglicht es also, eine Spannungswandlung zu betreiben, mit der die zur Verfügung gestellte Versorgungsspannung V_DD erhöht werden kann.This in 2 shown piezoelectric actuator system has the piezoelectric actuator 1 up, over a transformer 19 is driven with an inductance. The transformer 19 serves to control the piezoelectric actuator 1 necessary tensions. While usually the provided supply voltage V _DD in motor vehicles is about 12 volts, which are for driving the piezoelectric actuator 1 necessary voltages in the range up to 200 volts. The transformer 19 thus makes it possible to operate a voltage conversion, with which the supply voltage V _DD provided can be increased.

Eine Primärspule 14 des Transformators 19 ist in Reihe mit dem Transistor 5 zwischen den Versorgungspotentialen geschaltet. D. h. ein erster Anschluss der Primärspule 14 des Transformators 19 ist mit dem hohen Versorgungsspannungspotential V_DD verbunden. Ein zweiter Anschluss der Primärspule 14 des Transformators 19 ist mit einem ersten Anschluss, vorzugsweise einem Kollektoranschluss des Transistors 5 verbunden. Ein zweiter Anschluss, vorzugsweise der Emitteranschluss des Transistors 5 ist mit einem zweiten Versorgungsspannungspotential, vorzugsweise einem Massepotential V_GND verbunden.A primary coil 14 of the transformer 19 is in series with the transistor 5 switched between the supply potentials. Ie. a first terminal of the primary coil 14 of the transformer 19 is connected to the high supply voltage potential V _DD . A second connection of the primary coil 14 of the transformer 19 is connected to a first terminal, preferably a collector terminal of the transistor 5 connected. A second terminal, preferably the emitter terminal of the transistor 5 is connected to a second supply voltage potential, preferably a ground potential V _GND .

Die Ansteuerschaltung 3 weist einen Signalgenerator 12 auf, um im Normalbetrieb gemäß in der Ansteuerschaltung vorgegebenen Sollwerte oder gemäß einem oder mehreren über einen Sollwerteingang 13 empfangenen Sollwerte ein Signal zum Ansteuern des Piezoaktors 1 zu generieren. Vorzugsweise ist der Signalgenerator 12 als ein Generator für ein pulsweitenmoduliertes Signal ausgebildet.The drive circuit 3 has a signal generator 12 in order, in normal operation according to predetermined in the drive circuit setpoints or according to one or more of a setpoint input 13 received setpoints a signal to drive the piezoelectric actuator 1 to generate. Preferably, the signal generator 12 is designed as a generator for a pulse width modulated signal.

Die Ansteuerschaltung 3 gibt zum Ansteuern des Piezoaktors 1 im Normalbetrieb Signale von dem Signalgenerator 12 an den Basiseingang des Transistors 5 über den Signalausgang 4 aus.The drive circuit 3 gives to drive the piezoelectric actuator 1 in normal operation, signals from the signal generator 12 to the base input of the transistor 5 via the signal output 4 out.

Diese führen zu einer Widerstandsänderung des Transistors 5, insbesondere zu einem Durchschalten oder Sperren des Transistors 5, so dass eine resultierende, sich ändernde Spannung über der Primärspule 14 des Transformators 19 anliegt. Die Spannungsänderung an der Primärspule 14 bewirkt in der Sekundärspule 15 des Transformators 19 eine Spannungsänderung, die entsprechend dem Verhältnis der Windungszahlen von Primärspule 14 und Sekundärspule 15 erhöht ist. Mit Hilfe des so entstehenden Spannungsimpulses wird der Piezoaktor 1 angesteuert.These lead to a resistance change of the transistor 5 , in particular for turning on or off the transistor 5 , leaving a resulting, changing voltage across the primary coil 14 of the transformer 19 is applied. The voltage change at the primary coil 14 causes in the secondary coil 15 of the transformer 19 a voltage change corresponding to the ratio of the number of turns of the primary coil 14 and secondary coil 15 is increased. With the help of the resulting voltage pulse is the piezoelectric actuator 1 driven.

Die Ansteuerschaltung 3 ist so ausgestaltet, dass der Signaleingang 6 mit dem zweiten Anschluss der Primärspule 14 des Transformators 19 über einen Kondensator 7 und einen Widerstand 8 in Verbindung steht. Der Signaleingang 6 ist mit einer Testschaltung 9, die in der Ansteuerschaltung 3 vorgesehen ist, verbunden. Die Testschaltung 9 ist ebenfalls mit dem Signalausgang 4 der Ansteuerschaltung 3 verbunden, um zum Testen des Piezoaktors 1 ein Pulssignal auszugeben, mit dem der Piezoaktor 1 über den Transformator 19 und den Transistor 5 angesteuert wird.The drive circuit 3 is designed so that the signal input 6 with the second terminal of the primary coil 14 of the transformer 19 over a capacitor 7 and a resistance 8th communicates. The signal input 6 is with a test circuit 9 which are in the drive circuit 3 is provided connected. The test circuit 9 is also with the signal output 4 the drive circuit 3 connected to test the piezoelectric actuator 1 to output a pulse signal with which the piezo actuator 1 over the transformer 19 and the transistor 5 is controlled.

Der Piezoaktor 1 bildet mit der Sekundärspule 15 des Transformators 19 einen Schwingkreis, der durch das Pulssignal angeregt wird. Nach der Anregung schwingt der Schwingkreis mit einer Eigenfrequenz und einer von den Widerstände der Verbindungsleitungen und von dem internen Widerstand der Sekundärspule 15 abhängigen Dämpfung nach. Das Schwingen des Schwingkreises wird über die Primärspule 14 des Transformators 19 und über den Widerstand 8 und den Kondensator 7 an den Signaleingang 6 der Ansteuerschaltung 3 weitergegeben. Der Widerstand 8 bildet mit dem Kondensator 7 einen Hochpassfilter und begrenzt Überspannungen am Signaleingang 6.The piezo actuator 1 forms with the secondary coil 15 of the transformer 19 a resonant circuit, which is excited by the pulse signal. After excitation, the resonant circuit oscillates at a natural frequency and one of the resistances of the interconnecting lines and by the internal resistance of the secondary coil 15 dependent attenuation after. The oscillation of the resonant circuit is via the primary coil 14 of the transformer 19 and about the resistance 8th and the capacitor 7 to the signal input 6 the drive circuit 3 passed. The resistance 8th forms with the capacitor 7 a high-pass filter and limited overvoltages at the signal input 6 ,

Von dem Signaleingang 6, der mit der Testschaltung 9 in Verbindung steht, werden die Schwingungen des Schwingkreises nach dem Anregen durch das Pulssignal erfasst. Die Testschal tung 9 misst nun die Anzahl der Schwingungen innerhalb einer im Wesentlichen frei wählbaren, vorgegebenen Zeitdauer. Die vorbestimmte Zeitdauer beginnt im Wesentlichen gleichzeitig oder unmittelbar nach dem Pulssignal und endet spätestens, bevor die Schwingungen des angeregten Schwingkreises so schwach werden, dass sie nicht mehr über den Signaleingang 6 detektierbar sind.From the signal input 6 that with the test circuit 9 is connected, the oscillations of the resonant circuit are detected after being excited by the pulse signal. The test circuit 9 now measures the number of oscillations within a substantially arbitrary, predetermined period of time. The predetermined period of time begins substantially at the same time or immediately after the pulse signal and ends at the latest before the oscillations of the excited oscillatory circuit become so weak that they are no longer accessible via the signal input 6 are detectable.

Die gemessene Anzahl der Schwingungen während der vorbestimmten Zeitdauer wird mit einer in einem Speicherelement 10 gespeicherten Referenzwert, der der Testschaltung 9 zur Verfügung gestellt wird, verglichen. Weicht die gemessene Anzahl der Schwingungen um mehr als einen vorbestimmten Toleranzbetrag von der Referenzanzahl ab, so wird ein Fehler festgestellt und über einen Fehlerausgang 11 an eine zentrale Steuereinheit, z. B. über einen geeigneten Datenbus (CAN o. ä.) weitergegeben.The measured number of oscillations during the predetermined period of time is compared with one in a memory element 10 stored reference value of the test circuit 9 is compared. If the measured number of oscillations deviates from the reference number by more than a predetermined tolerance amount, then an error is detected and an error output 11 to a central control unit, e.g. B. via a suitable data bus (CAN o. Ä.) Passed.

Tritt ein Fehler in dem Piezoaktor 1 auf, so ändert sich dessen Kapazität. Mögliche Fehler können beispielsweise Leitungsunterbrechungen an Zuführleitungen oder ein Brechen des häufig aus einem Keramikmaterial gebildeten Piezoaktors 1 sein. Solche Fehler führen zu einer drastischen Änderung der Kapazität, so dass sich die Eigenfrequenz des mit dem Piezoaktor 1 gebildeten Schwingkreises ändert. Da sich aufgrund von Parameterschwankungen der verwendeten Bauteile, insbesondere des verwendeten Transformators 19 und des Piezoaktors 1, die Eigenfrequenz des Schwingkreises in einem gewissen Rahmen unterschiedlich ist, kann in einem Initialisierungsvorgang zunächst die Referenzanzahl bestimmt werden und diese in dem Speicherelement 10 abgespeichert werden.If an error occurs in the piezo actuator 1 its capacity changes. Possible errors may be, for example, line breaks on supply lines or breaking of the piezoelectric actuator, which is often formed from a ceramic material 1 be. Such errors lead to a drastic change in the capacitance, so that the natural frequency of the piezoelectric actuator with the 1 formed resonant circuit changes. As a result of parameter fluctuations of the components used, in particular of the transformer used 19 and the piezo actuator 1 , the natural frequency of the resonant circuit is different within a certain range, the reference number can first be determined in an initialization process and this in the memory element 10 be stored.

Zum Feststellen der Referenzanzahl wird ebenso, wie zum Feststellen eines Fehlers ein Pulssignal von der Testschaltung 9 generiert und über den Signalausgang 4 der Ansteuerschaltung 3 an den Basiseingang des Transistors 5 angelegt. Damit wird der Schwingkreis angeregt und über den Widerstand 8 und den Kondensator 7 die resultierende Anzahl von Schwingungen gemessen. Ist bekannt, dass sowohl Transformator 19 als auch Piezoaktor 1 funktionsfähig sind, wird die gemessene Anzahl als eine Referenzanzahl, in dem Speicherelement 10 gespeichert. Bei nachfolgenden Testvorgängen kann nun durch Vergleichen mit der Referenzanzahl ein Fehler festgestellt werden, wenn die gemessene Anzahl von Schwingungen von der Referenzanzahl um einen Toleranzbetrag abweicht. Aufgrund von Alterungserscheinungen können sich die Induktivität des Transformators 19 sowie die Kapazität des Piezoaktors 1 über die Zeit ändern, wobei der Toleranzbetrag vorzugsweise so gewählt ist, dass die Parameteränderungen aufgrund der Alterung der Bauteile innerhalb des von dem Toleranzbetrag bestimmten Bereiches liegt.To determine the reference number, as well as to detect an error, a pulse signal from the test circuit 9 generated and via the signal output 4 the drive circuit 3 to the base input of the transistor 5 created. This stimulates the resonant circuit and the resistance 8th and the capacitor 7 the resulting number of vibrations measured. Is known that both transformer 19 as well as piezoelectric actuator 1 are functional, the measured number is counted as a reference number in the memory element 10 saved. In subsequent tests, an error can now be determined by comparing with the reference number if the measured number of oscillations deviates from the reference number by a tolerance amount. Due to aging phenomena, the inductance of the transformer can become 19 as well as the capacity of the piezoelectric actuator 1 change over time, wherein the tolerance amount is preferably selected so that the parameter changes due to the aging of the components is within the range determined by the tolerance amount.

In 3a sind die Signalverläufe einer Schwingung des Schwingkreises dargestellt. Das Pulssignal wird durch den Signalverlauf S1 dargestellt. Damit keine Störung der Schwingung des Schwingkreises auftritt, wird während der Messung der Anzahl der Schwingungen keine weitere Flanke des Pulssignals angelegt. Der Signalverlauf S2 stellt das Signal bei einem fehlerfreien Piezoaktor und der Signalverlauf S3 stellt das resultierende Signal bei einem fehlerbehafteten Piezoaktor da. Man erkennt die Schwingungen des Schwingkreises aufgrund der Signaländerung des Pulssignals S1. Bei einem fehlerfreien Piezoaktor 1 führt das Pulssignal nur zu einem Schwingen des Schwingkreises mit einer niedrigen Frequenz, während ein fehlerhafter Piezoaktor ein schnelleres Schwingen innerhalb der vorbestimmten Zeitdauer zwischen einem ersten Zeitpunkt T1 und einem zweiten Zeitpunkt T2 bewirkt. Der Unterschied der Schwingungsanzahl ergibt sich aus einer erheblichen verkleinerten Kapazität eines defekten Piezoaktors, die zu einer Erhöhung der gemessenen Frequenz führt. Eine Erhöhung der Frequenz bewirkt eine größere Anzahl von Schwingungen des Schwingkreises innerhalb der vorbestimmten Zeitdauer.In 3a are the waveforms of a Oscillation of the resonant circuit shown. The pulse signal is represented by the signal S1. So that no disturbance of the oscillation of the resonant circuit occurs, no further edge of the pulse signal is applied during the measurement of the number of oscillations. The signal curve S2 represents the signal at a faultless piezoelectric actuator and the signal curve S3 represents the resulting signal in the case of a faulty piezoelectric actuator. One recognizes the oscillations of the resonant circuit due to the signal change of the pulse signal S1. For a faultless piezo actuator 1 The pulse signal only causes the resonant circuit to vibrate at a low frequency, while a faulty piezoactuator causes faster oscillation within the predetermined time period between a first time T1 and a second time T2. The difference in the number of oscillations results from a significant reduced capacity of a defective piezoelectric actuator, which leads to an increase in the measured frequency. An increase in the frequency causes a greater number of oscillations of the resonant circuit within the predetermined period of time.

In 3b sind die Signalamplituden der Signalverläufe der Signale S2 und S3 begrenzt, so dass diese einem Mikroprozessor zur Verfügung gestellt werden können, ohne die Funktionsfähigkeit des Mikroprozessors durch anliegende Überspannungen zu gefährden. Das Schwellenpotential V_T ist als gestrichelte Linie eingezeichnet.In 3b the signal amplitudes of the waveforms of the signals S2 and S3 are limited, so that they can be made available to a microprocessor without endangering the functionality of the microprocessor by applied overvoltages. The threshold potential V _T is shown as a dashed line.

In 4 sind gemessene Signalverläufe der Signale S1, S2, S3 dargestellt. Der Signalverlauf S2 bei dem fehlerfreien Piezoaktor zeigt eine deutlich verlangsamte Schwingfrequenz gegenüber dem Signalverlauf S3 bei einem fehlerbehafteten Piezoaktor 1.In 4 measured signal waveforms of the signals S1, S2, S3 are shown. The signal curve S2 in the error-free piezoelectric actuator shows a significantly slowed oscillation frequency compared to the signal curve S3 in a faulty piezoelectric actuator 1 ,

Claims

Method for detecting a fault in a piezoelectric actuator ( 1 ), in particular in a piezoelectric actuator ( 1 ) in a sound generator, with the capacity of the piezoelectric actuator ( 1 ) An oscillating circuit is formed with a nominal resonant frequency, characterized in that by means of a pulse signal of the resonant circuit is excited, wherein an oscillation variable of the resonant circuit is measured, and an error is detected when the measured oscillation variable deviates from the desired oscillation variable.

Method according to claim 1, characterized in that that as a vibration quantity, the number determines the vibrations within a predetermined time window is, wherein the number of oscillations corresponding to one of the desired vibration magnitude Reference number is compared to determine the error.

Method according to claim 2, characterized in that the existence Error is detected when the measured number of vibrations differs from the reference number by more than one tolerance amount.

A method according to claim 1, characterized in that the vibration magnitude is determined by measuring a time duration, wherein a threshold value (V _T ) is defined for detecting a vibration edge, wherein the time duration between two vibration edges is measured.

Method according to claim 4, characterized in that that an error is detected when the measured time period from one by the desired swing magnitude at the determined reference time period deviates by more than one tolerance amount.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the piezoelectric actuator ( 1 ) via an inductive component ( 2 ), in particular via a transformer ( 19 ) is driven, wherein the resonant circuit by the inductance of the inductive component ( 2 ) and the capacity of the piezoelectric actuator ( 1 ) is formed.

Drive circuit ( 3 ) for a piezoelectric actuator, wherein a signal output ( 4 ) is provided to the for the normal operation of the piezoelectric actuator ( 1 ) output drive signals, characterized in that via the signal output ( 4 ) a pulse signal can be output to one with the piezoelectric actuator ( 1 ) oscillate, so that the resonant circuit oscillates according to a nominal resonant frequency, wherein the drive circuit ( 3 ) a signal input ( 6 ) to receive the oscillations of the resonant circuit, wherein the drive circuit ( 3 ) measures an oscillation amount of the oscillation circuit and detects an error by comparing with a target oscillation quantity if the measured oscillation quantity and the target oscillation quantity deviate from each other.

Piezo actuator system with a drive circuit ( 3 ) according to claim 7 and with a piezoelectric actuator ( 1 ), which via an inductive component ( 2 ) is controllable, whereby by the piezoelectric actuator ( 1 ) and the inductance of the inductive component ( 2 ) formed with the signal input ( 6 ) of the drive circuit ( 3 ) connected is.

A piezoactuator system according to claim 8, wherein the drive circuit ( 3 ) via a high-pass filter ( 7 . 8th . 17 ) is connected to the resonant circuit.