DE10003896A1

DE10003896A1 - Verfahren zur Steuerung eines Proportional-Magneten mit Haltefunktion

Info

Publication number: DE10003896A1
Application number: DE10003896A
Authority: DE
Inventors: Karlheinz Mayr; Markus Eisele; Robert Ingenbleek; Walter Kill; Hubert Remmlinger; Jochen Fischer; Bernd Fesler
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2000-01-29
Filing date: 2000-01-29
Publication date: 2001-08-02
Also published as: JP4684517B2; JP2003520934A; KR20020073568A; DE50111362D1; WO2001055807A1; US6891710B2; EP1254403A1; US20030011454A1; EP1254403B1

Abstract

Verfahren zur Steuerung eines Proportional-Magneten mit einem Magnetkern, einem Magnetanker, einer Magnetspule, zur Betätigung eines Steuerelementes in einem Schaltventil oder einem Proportional-Druckregelventil, insbesondere einem Druckregelventil für die Kupplungsbetätigung in einem automatischen Kraftfahrzeug-Getriebe, und mit einer elektronischen Steuervorrichtung, wobei der Magnetanker zwischen einem Regelbereich und einem Haltebereich mit einer magnetischen Halteposition des Magnetankers hin- und herbewegbar ist und ein definierter Übergang vom Regelbereich in die Halteposition ausführbar ist, wobei Mittel vorgesehen sind, welche die Bewegungen des Magnetankers erkennen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Proportional-Magneten mit einem Magnetkern, einem Magnetanker, einer Magnetspule, zur Betätigung eines Steu erelements in einem Schaltventil oder einem Proportional- Druckregelventil und einer elektronischen Steuervorrich tung. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung eines Proportional-Magneten in einem Proportio nal-Druckregelventil für die Kupplungsbetätigung in einem automatischen Kraftfahrzeuggetriebe, wobei der Magnetanker zwischen einem Regelbereich und einem Haltebereich mit ei ner magnetischen Halteposition des Magnetankers hin und her bewegbar ist und ein definierter Übergang vom Regelbereich in die Halteposition ausführbar ist.

Die Erfindung betrifft ferner einen Proportional- Magneten zur Durchführung des Verfahrens sowie ein Propor tional-Druckregelventil, welches einen vorgenannten Propor tional-Magneten enthält.

Ein Proportional-Magnet in der vorgenannten Bauweise für den Einsatz in einem Proportional-Druckregelventil ist beispielsweise aus der DE 199 04 901 der Anmelderin be kannt. In dieser Schrift ist ein Ventil beschrieben, wel ches als Vorsteuerventil zum Ansteuern von Kupplungen in automatischen Kraftfahrzeug-Schaltgetrieben verwendet wird (CE-Druckregler).

Ein ähnliches Proportional-Druckregelventil, welches ebenfalls einen Proportional-Magnet der oben genannten Bauart enthält, ist aus der DE 199 04 902 der Anmelderin be kannt. Dieses Dokument betrifft insbesondere Ventile, wel che als Direktsteuerventile zum Ansteuern von Kupplungen in automatischen Kraftfahrzeug-Schaltgetrieben verwendet wer den (ZF-Druckregler).

In den vorgenannten Anmeldungen sind somit entweder Proportional- oder Haltemagnete bzw. Schaltmagnete be schrieben, welche einen definierten Übergang vom Regelbe reich in einen Haltebereich bzw. in eine magnetische Halte position realisieren. Dieser definierte Übergang wird gemäß dem Stand der Technik dadurch erreicht, daß durch die an sich bekannte Magnet-Charakteristik mit großen Magnetkräf ten bei geringen Luftspalten zwischen dem Magnetanker und dem Magnetkern und durch eine entsprechende Magnetauslegung ein Spulenstrom bzw. ein "Schnappstrom" eingestellt werden kann, bei welchem der Regelbereich des Magneten schnell überfahren wird, d. h., daß der Magnetanker aus dem Regel bereich in die Halteposition "schnappt" und der Magnetanker im Bereich der hohen Magnetkraft in der Halteposition ge halten wird.

Eine Bewegung in entgegengesetzter Richtung, nämlich das Lösen des Proportional-Magneten aus dem Haltebereich bzw. der Halteposition und der Übergang in den Regelbe reich, war gemäß dem Stand der Technik bislang nicht in befriedigender Weise kontrollierbar.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren anzugeben, welches die Bewegungen des Magnetan kers erkennt und somit zum definierten Abschalten des Pro portional-Magneten bzw. zum Lösen eines mit diesem verbun denen Steuerelements eines Schalt- oder Proportional-Druckregelventils aus der Halteposition einsetzbar ist, um somit einen definierten Übergang von dem Haltebereich, insbeson dere der Halteposition, in den Regelbereich zu realisieren. Es ist weiterhin eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Proportional-Magnet zur Durchführung des Verfahrens sowie ein Proportional-Druckregelventil anzugeben, welches einen derartigen Proportional-Magneten enthält.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit einem Verfahren, einem Proportional-Magnet sowie mit einem Proportional- Druckregelventil mit den in den Ansprüchen 1, 19 und 26 angegebenen Merkmalen.

Erfindungsgemäß sind für das Verfahren zur Steuerung eines Proportional-Magneten Mittel vorgesehen, welche die Bewegungen des Magnetankers erkennen. Hiermit wird ein Ver fahren vorgeschlagen, welches vorteilhafterweise jede Bewe gung des Magnetankers in einem Proportional-Magneten detek tierbar macht. Somit kann sowohl eine Bewegung des Magne tankers von dem Regelbereich in die Halteposition als auch eine Bewegung in umgekehrter Richtung erkannt werden.

Die Erfindung basiert auf dem folgenden physikalischen Effekt, daß nämlich einerseits die Haltefunktion des Magnetankers in dem Bereich hoher Magnetkräfte und kleiner Luftspalte im Elektromagneten erfolgt; dieser Bereich ist elektrisch durch eine erhöhte Induktivität gekennzeichnet. Andererseits induziert das Lösen des Magnetankers von dem Magnetkern eine Spannung, welche über den Spulenwiderstand unmittelbar den Spulenstrom beeinflußt.

Da insbesondere bei einem Proportional-Druckregel ventil die Bewegungen des Magnetankers im wesentlichen den Bewegungen eines Steuerelements des Ventils entsprechen, werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhafter weise mehrere Anwendungen zur Steuerung eines Proportional- Magneten ermöglicht, welche im folgenden beschrieben sind.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird der Spu lenstrom nun als direktes Meßsignal in der elektrischen Steuervorrichtung zur Verfügung gestellt, so daß ohne zu sätzliche Sensorik die Wegänderung des Magnetankers erkannt werden kann. Die Detektion der Bewegung des Magnetankers ist somit vorteilhafterweise unabhängig von Bauteiltoleran zen und/oder Umgebungsbedingungen.

In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Mittel das Lösen des Magnetankers aus der Halteposition erkennen und der Magnet anker mittels der elektronischen Steuervorrichtung kontrol liert aus der Halteposition in den Regelbereich überführt wird. Dies erfolgt dadurch, daß der Zeitpunkt, in dem das Ablösen des Magnetankers von dem Magnetkern stattfindet, durch einen Anstieg des Spulenstroms von der elektronischen Steuervorrichtung erkannt wird. Die danach einsetzende Stromkorrektur fängt den Magnetanker während seines Ablöse vorgangs von dem Magnetkern ab, d. h., daß der Magnetanker unmittelbar nach dem Lösen von dem Magnetkern aus der Hal teposition durch die einsetzende Stromkorrektur kontrol liert in den Regelbereich des Proportional-Magneten über führt wird, bevor der durch das Proportional-Druckregel ventil zu steuernde hydraulische Druck einbricht.

Selbstverständlich wird durch die erfindungsgemäßen Mittel auch ein Durchschalten des Magnetankers vom Regelbe reich in die Halteposition erkannt, indem ein zugehöriger Duchschnapp-Grenzstrom detektiert wird, welcher wiederum zur Berechnung des Abfangstroms verwendet wird.

Vorteilhafterweise kann somit auch auf elektronischem Weg ein unbeabsichtigtes Durchschalten des Magnetankers, beispielsweise bei einem Hauptdruckeinbruch, vom Regel- in den Haltebereich erkannt und Gegenmaßnahmen eingeleitet werden.

In einer weiteren Ausbildung des Steuerverfahrens wird vorgeschlagen, daß in der elektronischen Getriebesteuerung eine Strom-Schwellwertvorgabe I_Schwell abspeicherbar ist, so daß beim Überschreiten dieser Vorgabe durch den Spulen strom vorteilhafterweise der Zeitpunkt des Lösens des Ma gnetankers von dem Magnetkern feststellbar ist.

Da der Spulenstrom üblicherweise geregelt wird, wirkt somit der Stromregler dem erfindungsgemäßen Effekt eigent lich entgegen, das bedeutet, daß der Strom-Sollwert I_Soll zur Auslösung der Abschaltfunktion derart zu wählen ist, daß der Regler in seiner unteren Stellgrößenbeschränkung bleibt. Dies entspricht de facto einem Abschalten des Reg lers, da der durch das Lösen des Magnetankers induzierte Stromanstieg kein weiteres Abregeln bewirkt. Erfindungsge mäß erfolgt nach dem Lösen des Magnetankers von dem Magnet kern eine geeignete Strom-Sollwertvorgabe, wobei dies vor teilhafterweise geschieht, bevor der von dem Proportional- Druckregelventil zu steuernde Druck einbricht, d. h., daß der Regeldruck auf einen Wert unterhalb des Kupplungs schließdruckes fällt.

Das Proportionalventil ist mit einem Schieberventil körper ausgebildet, welcher vorteilhafterweise eine derartige geometrische Auslegung der Überdeckungsverhältnisse seiner Steuerkanten aufweist, so daß mittels des erfin dungsgemäßen Verfahrens das Lösen des Magnetankers bereits festgestellt wird, und die kontrollierte Führung in den Regelbereich beginnt, bevor die Bewegung des Magnetankers bzw. des Ventilkörpers eine hydraulische Wirkung erzeugt.

Für ein Verfahren zur Steuerung eines Proportional- Druckregelventils mit einem Sitzventilkörper ist dieses für Getriebeanwendungen derart auszulegen, daß die beim Lösen des Ankers auftretende Druckänderung vorteilhafterweise oberhalb des Kupplungshaltedrucks liegt.

Zur Detektion der Bewegungen des Magnetankers sind prinzipiell verschiedene Realisierungsmöglichkeiten ein setzbar, die sich in Hardware- oder Software-Realisierungen sowie auch in Online- und Offline-Verfahren unterteilen lassen.

Zur Hardware-Realisierung des erfindungsgemäßen Ver fahrens wird vorgeschlagen, daß die Detektion vorteilhaf terweise mittels eines ASIC (Application Specific Integra ted Circuit) erfolgt.

In einer vorteilhaften Weiterbildung wird vorgeschla gen, daß einzelne Spitzenwerte des Spulenstroms detektiert werden und daß beim Lösen des Magnetankers der Spulenstrom sofort wieder auf einen Sollwert angehoben wird, der die Schaltelemente, beispielsweise die Kupplung in einem Ge triebe, auf einem sicheren Schließdruck hält.

Beim Lösen des Magnetankers von dem Magnetkern wird ein binäres Signal an die elektronische Steuervorrichtung, insbesondere die elektronische Getriebesteuerung, gegeben. Danach erfolgt durch die Steuervorrichtung eine geeignete, beispielsweise eine adaptive Vorgabe eines Strom-Sollwerts.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausbildung des Ver fahrens erfolgt eine Software-Realisierung der Detektion der Bewegung des Magnetankers mittels einer modellbasier ten Detektion. Dabei wird durch eine Differenz zwischen dem gemessenen Spulenstrom und einem mittels eines linearen Begleitmodells berechneten, simulierten Strom das Lösen des Magnetankers detektiert.

Alternativ erfolgt eine Software-Realisierung mittels einer beobachterbasierten Detektion der Ankergeschwindig keit. Dabei wird der nichtlineare Anteil der Bewegungsglei chung des Spulenstroms als Störgröße erfaßt und somit der Zeitpunkt des Lösens des Magnetankers erkannt.

Die beobachterbasierte Detektion gibt außerdem einen Schätzwert der Ankergeschwindigkeit an, welcher in einem überlagerten Regelkreis mit einer Stellgrößenbeschränkung zum "Abfangen" des Magnetankers, insbesondere bei einer Online-Realisierung, nutzbar ist.

Der maximale Spulenstrom, welcher eine Stellgröße des Geschwindigkeitsreglers darstellt, wird dabei auf den Pro portionalbereich, d. h. den Regelbereich, des Magneten be schränkt, damit der Magnetanker nicht wieder in die Halte position zurückschnappt.

Alternativ zu den vorgenannten Online-Verfahren ist eine Software-Realisierung für das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhafterweise auch in einem der nachfolgenden Off line-Verfahren einsetzbar.

So können beispielsweise die charakteristischen Para meter des Proportional-Magneten, wie z. B. das Zeitverhal ten des Abschaltvorgangs oder die Stromschwellwerte, wie insbesondere der Durchschnapp-Grenzstrom oder die Stromam plituden der Gegeninduktion, am Produktionsbandende nach Fertigstellung des Magneten bzw. des Proportional-Druck regelventils, einmal ermittelt und in der zugehörigen elek tronischen Steuervorrichtung, insbesondere der elektroni schen Getriebesteuerung, eingespeichert werden.

Alternativ hierzu kann jedoch auch bei jedem Motor start eines mit einem erfindungsgemäßen Proportional-Magnet ausgestatteten Kraftfahrzeugs der Proportional-Magnet gete stet werden, indem die Zeitspanne zwischen einem Spannungs signal und einem Stromanstieg ausgewertet wird. Dies ist besonders vorteilhaft, da sich diese charakteristischen Größen während der Lebensdauer eines Kraftfahrzeugs verän dern.

Die vorgenannten Ausbildungen und Vorteile des erfin dungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung eines Proportional- Magneten sind sinngemäß auch auf einen Proportional- Magneten selbst, welcher zur Durchführung des vorerwähnten Verfahrens verwendet wird, anwendbar.

Vorteilhafterweise sind der Proportional-Magnet, der Detektor und die Auslegung der Abschaltfunktion und der Stromregler sowie auch konstruktive Parameter des hydrauli schen Teilsystems und der Elektronik als mechatronisches Gesamtsystem aufeinander abgestimmt.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird ferner vorgeschlagen, ein Proportional-Druckregelven til mit einem Proportional-Magneten der vorbeschriebenen Art auszustatten. Dabei ist das Druckregelventil mit einem Schieberventilkörper ausgebildet und dieser weist eine der artige geometrische Auslegung des Überdeckungsverhältnisses seiner Steuerkanten auf, so daß das Lösen des Magnetankers bereits festgestellt wird und die kontrollierte Führung in den Regelbereich beginnt, noch bevor die Bewegung des Ma gnetankers bzw. des Steuerelements eine hydraulische Wir kung erzeugt.

In einer alternativen Ausbildung des Proportional- Druckregelventils ist dieses mit einem Sitzventilkörper ausgestattet, der wiederum geometrisch derart ausgelegt ist, daß der sich nach dem Lösen des Ankers einstellende hydraulische Druck größer ist als der Kupplungshaltedruck.

Weitere Ziele, Vorteile und Ausgestaltungen der Erfin dung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die in den Figuren näher dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvol ler Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen und deren Rück beziehung.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Magnetkraft-/Wegkennlinie mit Regel- und Haltebereich;

Fig. 2 die Induktivitäts-Kennlinie in Abhängigkeit vom Luftspalt;

Fig. 3 den Verlauf des Regeldrucks und des Spulen stroms während eines Abschaltvorgangs in Ab hängigkeit der Zeit als Meßdiagramm;

Fig. 4 bis 6 die Verläufe von Spannung, Strom, Druck und Weg während eines Abschaltvorgangs als Funk tion der Zeit;

Fig. 7 die Verläufe von hydraulischem Hauptdruck, Regeldruck und Regelstrom als Funktion der Zeit für den Übergang vom Regel- in den Hal tebereich;

Fig. 8 die Verläufe gemäß Fig. 7 bei einem Haupt druckeinbruch;

Fig. 9 einen Modellfolge-Detektor in schematischer Darstellung;

Fig. 10 einen Störgrößenbeobachter in schematischer Darstellung und

Fig. 11 ein 3/2-Wege-Proportional-Druckregelventil mit magnetischer Haltefunktion des Magnetan kers in CE-(Closed-End-)Ausführung im Längs schnitt.

Der Weg eines Magnetankers (Fig. 1) in einem Propor tional-Druckregelventil ist im wesentlichen in einen Regel bereich sowie einen Haltebereich unterteilbar, wobei die größte zurücklegbare Wegstrecke von beispielsweise ca. 5,3 mm der Endposition des Magnetankers an dem Magnet kern entspricht. Der Bereich von ca. 2 bis 4,5 mm wird als Regelbereich des Magneten bezeichnet. Bei einem konstanten Spulenstrom von beispielsweise 250 mA liegt die Magnetkraft im Regelbereich bei einem konstanten Wert um ca. 20 N. In dem Haltebereich oberhalb 4,5 mm Weg des Magnetankers steigt die Magnetkraft bis zur Anschlag- bzw. Halteposition überproportional an. Die Magnetkraft selbst folgt einem Hystereseverlauf, so daß ein Schließen und Öffnen des Ma gneten in etwa auf derselben Kurve verläuft.

Umgekehrt proportional zum Weg des Magnetankers nach Fig. 1 stellt sich ein Luftspalt (Fig. 2) zwischen der Stirnseite des Magnetankers und dem Magnetkern ein, d. h., der Bereich kleiner Luftspalte ist elektrisch durch eine erhöhte Induktivität gekennzeichnet, welche sich mit zuneh mendem Luftspalt, also mit dem Lösen des Ankers, reduziert. Das Lösen des Ankers induziert dann eine zeitabhängige Spannung, welche über den Spulenwiderstand unmittelbar den Spulenstrom beeinflußt.

Der Spulenstrom I_Spule verhält sich proportional zum Regeldruck P_Regel und wird in der elektronischen Steuer vorrichtung direkt als Meßsignal zur Verfügung gestellt, so daß ohne zusätzliche Sensorik die Wegänderung des Ankers gemäß Fig. 1 erkannt werden kann. Zu Beginn eines Abschalt vorgangs (Fig. 3) wird der Spulenstrom von einem nicht ge zeigten Maximalwert auf einen Minimalwert I_min reduziert, welcher bis zum Zeitpunkt t_2 durch eine pulsweiten-modu lierte Spulenspannung U_Spule erzeugt wird. In dem darge stellten modulierten Verlauf von I_Spule erfolgen in 10 msec fünf Perioden, so daß dies in diesem Beispiel einer Frequenz von 500 Hz entspricht. Während dieses Zeitraums bis zum Erreichen von t_2 verläuft der Regeldruck P_Regel konstant auf einem Wert von ca. 18 bar. Der Stromregler befindet sich in seiner unteren Stellgrößenbeschränkung, so daß dieser die Stellgröße nicht weiter zurücknehmen kann. Dies ist notwendig, damit ein durch Gegeninduktion verur sachter Stromanstieg, der detektiert werden soll, nicht durch den Regler abgeschwächt wird.

Die Bewegung des Ankers beim Abfallen des Magneten ist er findungsgemäß durch einen Anstieg des Spulenstroms infolge der nach dem Zeitpunkt t_2 einsetzenden Gegeninduktion er kennbar. Mit dem vorgeschlagenen Detektor wird diese Strom überhöhung abhängig von einem frei programmierbaren Schwellstrom I_Schwell erkannt, wodurch wiederum das ei gentliche - hier nicht dargestellte - Abfangen ausgelöst wird. Nach der Detektion des Schwellwertes wird der Spulen strom auf einen konstanten Sollwert I_Soll zurückgenommen.

In einem typischen Abschaltvorgang eines Proportional- Magneten (Fig. 4 bis 6) wird die zunächst konstante Spulen spannung U_Spule zum Zeitpunkt t_1 abgeschaltet. Zum selben Zeitpunkt t_1 (Fig. 5) beginnt auch die Reduktion des Spu lenstroms I_Spule bis zum Zeitpunkt t_2. In t_2 setzt die Gegeninduktion ein, so daß der Spulenstrom kurzzeitig über höht wird bis zum Zeitpunkt t_3. Anschließend wird der Spu lenstrom gemäß der Erfindung auf einem Wert I_Abfang abge fangen. Ohne die erfindungsgemäße Abfangfunktion würde der Spulenstrom auf einen Wert kleiner I_Abfang (gestrichelte Linie) fallen.

Der Ankerweg s (Fig. 6) bleibt bis zum Erreichen des Zeitpunkts t_2 konstant, d. h., daß der Anker sich auch nicht bewegt. Nach Erreichen von t_2, zu dem die Abfang funktion einsetzt, beginnt der Anker sich aus seiner Posi tion zu lösen, was durch den Abfall des Verlaufs des Anker wegs S nach t_2 erkennbar ist. Durch die Abfangfunktion wird der Anker bei einem Wert S_Regel eingefangen, der an schließend konstant gehalten wird. Ohne den erfindungsgemä ßen Eingriff in den Spulenstrom jedoch würde der Verlauf des Ankerwegs S entlang der gestrichelten Linie erfolgen.

Der hydraulische Regeldruck P_Regel des Proportional- Druckregelventils liegt zunächst auf einem konstanten Wert von beispielsweise 18 bar. Erst nachdem der Anker einen definierten Weg zurückgelegt hat, beispielsweise zum Zeit punkt t_4, beginnt auch der Druckeinbruch. Ohne einen Ein griff in die Druckregelung würde der hydraulische Regel druck P_Regel in etwa in einem Verlauf entlang der gestri chelten Linie abfallen. Durch einen Eingriff in den Spulen strom jedoch wird der Regeldruck somit auf einem Wert ober halb von z. B. 12 bar abgefangen.

Im Unterschied zu den vorgenannten Figuren beschreiben Fig. 7 und 8 die Signalverläufe beim Durchschalten des Ma gneten vom Regel- in den Haltebereich.

Der Verlauf des hydraulischen Hauptdrucks P_HD, des Regeldrucks P_Regel sowie des Regelstroms I_Regel ist in Fig. 7 dargestellt. Der hydraulische Hauptdruck P_HD, oder auch Systemdruck genannt, verbleibt üblicherweise auf einem konstanten Wert. Dagegen nimmt der Regeldruck P_Regel mit zunehmendem Regelstrom I_Regel ebenfalls zu, bis der Regel druck in etwa dem hydraulischen Hauptdruck entspricht. Zu diesem Zeitpunkt wird ein Durchschnapp-Grenzstrom I_Durch schnapp-Grenz erreicht. Der Regelstrom fällt infolge der Gegeninduktion kurzzeitig ab. Der vorgeschlagene Detektor kann anhand dieses Stromeinbruchs den Durchschnapp- Grenzstrom erkennen. Dieser Wert ist als Basis für die Be rechnung des Abfangstroms verwendbar. Anschließend wird der Regelstrom bis auf den Durchschnapp-Strom wieder erhöht, wobei der Durchschnapp-Strom oberhalb des Durchschnapp- Grenzstroms liegt. Nach dem Erreichen des Durchschnapp- Stroms wird der Regelstrom wieder stufenförmig reduziert bis auf den Wert eines Haltestroms I_Halte, welcher den Magnetanker eines Proportional-Druckregelventils in seiner Anschlagposition hält.

In einem kritischen Systemzustand (Fig. 8) ist es vor stellbar, daß beispielsweise der hydraulische Haupt druck P_HD einbricht. Dies ist durch den steilen Abfall und den anschließenden Wiederanstieg des Druckverlaufs gekenn zeichnet. Im Moment des Druckeinbruchs entsteht ein Un gleichgewicht zwischen Druckkraft und Magnetkraft und es kann zu einem ungewollten Übergang in die Haltefunktion kommen. Dieses Durchschnappen wird aber ebenfalls vom vor geschlagenen Detektor erkannt, so daß unmittelbar ein Ab fangvorgang eingeleitet werden kann.

Zur erfindungsgemäßen Detektion der Ankerbewegung im Schaltvorgang sind prinzipiell verschiedene Verfahren denk bar, wobei die Software-Realisierung in einer modellbasier ten Detektion mit einem linearen Begleitmodell (Fig. 9) oder in einer beobachterbasierten Detektion der Ankerge schwindigkeit mittels eines Störgrößenbeobachters (Fig. 10) ausführbar ist.

Bei der modellbasierten Detektion (Fig. 9) wird durch eine Eingangsspannung in eine reale Spule ein Spulenstrom erzeugt, wobei die Eingangsspannung von der induzierten Spannung im realen System überlagert ist. Die Auswirkung der Ankergeschwindigkeit auf den Spulenstrom ist dabei durch eine nichtlineare Bewegungsgleichung darstellbar. Ein lineares Begleitmodell berücksichtigt die induzierte Span nung nicht und liefert beim Abschalten der Eingangsspan nung, ausgehend vom Maximalstrom, den gleichen Stromverlauf wie die Messung, solange die Ankergeschwindigkeit Null ist. An der Differenz zwischen dem gemessenen und dem in dem linearen Modell simulierten Strom ist die Ankerbewegung, insbesondere das Losreißen des Ankers, detektierbar. Sowohl das lineare Begleitmodell als auch der Detektor sind in der elektronischen Getriebesteuerung EGS zusammengefaßt.

Fig. 10 beschreibt alternativ das Konzept des Störgrö ßenbeobachters, der aus dem gemessenen Spulenstrom und der Eingangsspannung die Ankergeschwindigkeit schätzt. Die Ge geninduktion wird hierbei als geschwindigkeitsabhängige Störgröße aufgefaßt, wobei diese Abhängigkeit im Beobachter beschrieben ist.

Das Druckregelventil 1 (Fig. 12) besteht im wesentli chen aus einem Ventilgehäuse 2 und einem Proportional- Magnet 3, wobei die Zu- und Ablauföffnungen 4, 5, 6 in dem unteren Teil des Ventilgehäuses 2 angeordnet sind. Ein Steuerelement 7 zum Öffnen und Schließen von Ventilsitz 16 und Schieberkante 17 ist mit einer Ankerstange 8 verbunden, welche eine Ankerachse 9 aufweist und wobei die Ankerstan ge 8 in einer Buchse 24 geführt ist und das eine Ende der Ankerstange 8 in den Innenraum eines Magnetankers 11 hin einragt. Der Magnetanker 11 bildet zusammen mit einem Ma gnetkern 10 und einer Magnetspule 12 den Proportional- Magnet 3.

Zur Verbindung des Steuerelements 7 mit dem Proportio nal-Magnet 3 ist eine Scheibe 21 an dem genannten Ende der Ankerstange 8 befestigt. Dieses Ende der Ankerstange 8 mit der Scheibe 21 ragt in eine im wesentlichen zylindrische Ausnehmung in den Magnetanker 11 hinein. Zwischen der Scheibe 21 und dem Boden der Ausnehmung in dem Anker 11 ist eine schraubenförmige Druckfeder 20 angeordnet. Dadurch wird eine starre Verbindung zwischen der Ankerstange 8 und dem Magnetanker 11 vermieden. In der hier gezeigten Dar stellung befindet sich der Magnetanker 11 in einer Endposi tion, und zwar der "oberen" Anschlagposition, so daß der Abstand 13 zwischen der Stirnseite 14 des Magnetankers 11 und der Stirnseite 15 des Magnetkerns 10 maximal ist. In der ersten Endposition, welche der Halteposition des Magnetankers 11 entspricht, beträgt der Abstand 13 ca. 0 bis 0,3 mm, bevorzugt ca. ≦ 0,1 mm.

Das Steuerelement 7 wird somit von dem Magnetanker 11 über die Druckfeder 20 und die Scheibe 21 einerseits in seine erste "untere" Endposition bewegt. In dieser - nicht gezeigten - Halteposition ist der Flachsitz 16 geschlossen, so daß der an der Zulauföffnung 4 anstehende hydraulische Druck über die drei Bohrungen 18 nicht zu der Ablauföff nung 6 gelangen kann. Ein Öffnen des Flachsitzes 16 wird dadurch erreicht, daß der Steuerstrom der Magnetspule redu ziert und dadurch auch die magnetische Haltekraft des Ma gnetankers 11 so weit zurückgenommen wird, daß der Magne tanker 11 von dem Magnetkern 10 gelöst wird. Anschließend wird der Steuerstrom sofort wieder hochgefahren (Schleifen ansteuerung), so daß der "Druckeinbruch" beim Abfallen des Ankers nicht im Feinregulierbereich spürbar wird. Auch kann der Flachsitz 16 dadurch geöffnet werden, indem der hydrau lische Hauptdruck innerhalb der Zulauföffnung 4 und des Ringkanals 18 so weit erhöht wird, so daß die hydraulische Kraft auf die "untere" Ringfläche des Flachsitzes 16 größer ist als die magnetische Haltekraft, welche den Anker 11 auf dem Magnetkern 10 festhält.

Das Proportional-Druckregelventil 1 ist beispielsweise mittels eines Koaxialsteckers 23 mit einer nicht gezeigten elektrischen Steuereinrichtung EGS verbunden.

Bezugszeichen

1

Proportional-Druckregelventil

2

Ventilgehäuse

3

Proportional-Magnet

4

Zulauföffnung

5

Arbeitsanschluß

6

Ablauföffnung

7

Steuerelement, Ventilkörper

8

Ankerstange

9

Ankerachse

10

Magnetkern

11

Magnetanker

12

Magnetspule

13

Abstand

14

Stirnseite Magnetanker

15

Stirnseite Magnetkern

16

Flachsitz

17

Schieberkante

16

Bohrung

19

Feder

20

Druckfeder

21

Scheibe

23

Koaxialstecker

24

Buchse
I_Spule Spulenstrom
I_min Mindeststrom
I_Schwell Schwellstrom
I_Abfang Abfangstrom
I_Regel Regelstrom
I_Durchschnapp_Grenz Durchschnapp-Grenzstrom
I_Halte Haltestrom
I_Soll Sollstrom
U_Spule Spulenstrom
P_Regel Regeldruck
P_HD Haltedruck
t_1 Zeitpunkt
t_2 Zeitpunkt
t_3 Zeitpunkt
t_4 Zeitpunkt
S Ankerweg
EGS elektronische Getriebesteuerung

Claims

1. Verfahren zur Steuerung eines Proportional-Magne ten (3) mit einem Magnetkern (10), einem Magnetanker (11) und einer Magnetspule (12), wobei der Proportional- Magnet (3) mit einer elektronischen Steuervorrichtung zur Betätigung eines Steuerelements (7) in einem Schaltventil oder einem Proportional-Druckregelventil (1), insbesondere einem Druckregelventil für die Kupplungsbetätigung in einem automatischen Kraftfahrzeug-Getriebe, verbunden ist und der Magnetanker (11) zwischen einem Regelbereich und einem Hal tebereich mit einer magnetischen Halteposition des Magnetankers (11) hin- und herbewegbar ist und ein defi nierter Übergang vom Regelbereich in die Halteposition aus führbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, welche die Bewegungen des Magnetan kers (11) erkennen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Spulenstrom (I_Spule) als di rektes Meßsignal in der elektronischen Steuervorrichtung, insbesondere einer elektronischen Getriebesteuerung (EGS) vorliegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die Mittel das Lösen des Ma gnetankers (11) aus der Halteposition erkennen und der Ma gnetanker (11) mittels der elektronischen Steuervorrichtung kontrolliert aus der Halteposition in den Regelbereich überführbar ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die Mittel das Durchschal ten des Magnetankers (11) vom Regelbereich in die Haltepo sition erkennen und mittels der elektronischen Steuervor richtung ein zugehöriger Durchschnapp-Grenzstrom (I_Durch schnapp_Grenz) detektiert und zur Berechnung des Abfang stromes (I_Abfang) verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die Mittel das unbeabsichtigte Durchschalten vom Regel- in den Haltebereich, beispielswei se bei einem Hauptdruckeinbruch, erkennen.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der elek tronischen Getriebesteuerung (EGS) eine Strom-Schwellwert vorgabe (I_Schwell) abspeicherbar ist, so daß beim Über schreiten dieser Vorgabe der Zeitpunkt des Lösens des Ma gnetankers (11) feststellbar ist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Lö sen des Magnetankers (11) von dem Magnetkern (10) eine Kor rektur des Spulenstroms (I_Spule) erfolgt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Propor tional-Druckregelventil (1) mit einem Schieberventilkörper ausgebildet ist und dieser eine derartige geometrische Auslegung der Überdeckungsverhältnisse seiner Steuerkanten aufweist, so daß das Lösen des Magnetankers (11) festge stellt wird und die kontrollierte Führung in den Regelbe reich beginnt, bevor die Bewegung des Magnetankers (11) bzw. des Ventilkörpers (7) eine hydraulische Wirkung er zeugt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Proportional- Druckregelventil mit einem Sitzventilkörper dieser geome trisch derart ausgelegt ist, daß der sich nach dem Lösen des Magnetankers (11) einstellende hydraulische Druck (P_Regel) größer ist als der Kupplungshaltedruck.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektion der Bewegung des Magnetankers (11) in Hardware oder in Software realisierbar ist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch ge kennzeichnet, daß die Hardware-Realisierung der Detektion mittels eines ASIC erfolgt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch ge kennzeichnet, daß einzelne Spitzenwerte des Spulenstroms (I_Spule) detektiert werden und beim Lösen des Magnetankers (11) der Spulenstrom (I_Spule) sofort wieder auf einen Sollwert (I_Soll) angehoben wird, der die Schal telemente, beispielsweise die Kupplungen in einem Getriebe, auf einem sicheren Schließdruck hält.

13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch ge kennzeichnet, daß einzelne Spitzenwerte des Spulenstroms (I_Spule) detektiert werden und beim Lösen des Magnetankers (11) ein binäres Signal an die elektronische Getriebesteuerung (EGS) erfolgt, welche danach eine geeignete, beispielsweise adaptive, Vorgabe eines Strom-Soll werts (I_Soll) vornimmt.

14. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch ge kennzeichnet, daß eine Software-Realisierung mittels einer modellbasierten Detektion erfolgt, wobei durch eine Differenz zwischen dem gemessenen Spulen strom (I_Spule_gemessen) und einem mittels eines linearen Begleitmodells berechneten, simulierten Strom (I_Spule_be rechnet) das Lösen des Magnetankers (11) detektierbar ist.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Detekti on der Bewegungen des Magnetankers (11) mittels eines Beob achters erfolgt.

16. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch ge kennzeichnet, daß eine Software-Realisierung mittels einer beobachterbasierten Detektion der Ankergesch windigkeit erfolgt, wobei der nichtlineare Anteil der Bewegungsgleichung des Spulenstroms (I_Spule_nichtlinear) als Störgröße erfaßt und der Zeitpunkt (t_2) des Lösens des Magnetankers (11) erkannt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch ge kennzeichnet, daß die beobachterbasierte De tektion einen Schätzwert der Ankergeschwindigkeit angibt, welche in einem überlagerten Regelkreis mit einer Stell größenbeschränkung zum "Abfangen" des Magnetankers (11), insbesondere bei einer Online-Realisierung, nutzbar ist.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Software- Realisierung in einem Offline-Verfahren einsetzbar ist.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch ge kennzeichnet, daß die charakteristischen Pa rameter, wie z. B. das Zeitverhalten des Abschaltvorgangs oder Stromschwellwerte, des Proportional-Magneten (11) am Produktions-Bandende nach Fertigstellung des Magneten ein mal ermittelt und in der zugehörigen elektronischen Getrie besteuerung (EGS) eingespeichert werden.

20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch ge kennzeichnet, daß bei jedem Motorstart eines mit dem Proportional-Magnet (3) ausgestatteten Kraftfahr zeugs der Proportional-Magnet (3) getestet wird, indem die Zeitspanne zwischen einem Spannungssignal und dem Stroman stieg (t_2 - t_1) ausgewertet wird.

21. Proportional-Magnet (3) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 20, mit einem Magnetkern (10), einem Magnetanker (11), einer Magnetspu le (12), wobei der Proportional-Magnet (3) mit einer elek tronischen Steuervorrichtung (EGS) zur Betätigung eines Steuerelements (7) in einem Schaltventil oder einem Propor tional-Druckregelventil (1), insbesondere einem Druckregel ventil für die Kupplungsbetätigung in einem automatischen Kraftfahrzeug-Getriebe, verbunden ist und der Magnetan ker (11) zwischen einem Regelbereich und einem Haltebereich mit einer magnetischen Halteposition des Magnetankers (11) hin- und herbewegbar ist und ein definierter Übergang vom Regelbereich in die Halteposition ausführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, welche die Bewegungen des Magnetankers (11) erkennen.

22. Proportional-Magnet nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel das Lösen des Magnetankers (11) aus der Halteposition erkennen und der Magnetanker (11) mittels der elektronischen Steuervorrich tung kontrolliert aus der Halteposition in den Regelbereich überführbar ist.

23. Proportional-Magnet nach Anspruch 21 oder 22, da durch gekennzeichnet, daß der Spulen strom (I_Spule) als direktes Meßsignal in der elektroni schen Steuervorrichtung, insbesondere einer Getriebesteue rung (EGS), zur Verfügung steht.

24. Proportional-Magnet nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß ein Beobachter für die Bewegung des Magnetankers (11) vorgese hen ist.

25. Proportional-Magnet nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Beobachter und die Auslegung der Abschaltfunktion und der Stromregler sowie konstruktive Parameter als mechatroni sches Gesamtsystem aufeinander abgestimmt sind.

26. Proportional-Magnet nach einem der Ansprüche 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektion der Bewegung des Magnetankers (11) in Hardware oder in Software realisierbar ist.

27. Proportional-Magnet nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß zur Hardware-Realisie rung der Detektion ein ASIC vorgesehen ist.

28. Proportional-Druckregelventil mit einem Proportio nal-Magnet nach einem der Ansprüche 21 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckregelven til (1) mit einem Schieberventilkörper ausgebildet ist und dieser eine derartige geometrische Auslegung der Überdec kungsverhältnisse seiner Steuerkanten aufweist, sodaß das Lösen des Magnetankers (11) festgestellt wird und die kon trollierte Führung in den Regelbereich beginnt, bevor die Bewegung des Magnetankers (11) bzw. des Steuerelements (7) eine hydraulische Wirkung erzeugt.

29. Proportional-Druckregelventil nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Verwendung des Druckregelventils (1) mit einem Sitzventil körper dieser geometrisch derart ausgelegt ist, daß der sich nach dem Lösen des Magnetankers (11) einstellende hy draulische Druck (P_Regel) größer ist als der Kupplungshal tedruck.