DE102008013602A1

DE102008013602A1 - Verfahren zum Ansteuern einer Vielzahl von Ventilen und Steuerblock mit einer Vielzahl von Ventilen

Info

Publication number: DE102008013602A1
Application number: DE200810013602
Authority: DE
Inventors: Ingo Kallfass; Reiner Kunz; Gerhard Dr. Keuper; Gerold Müller
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-03-11
Filing date: 2008-03-11
Publication date: 2009-09-17
Anticipated expiration: 2028-03-12
Also published as: DE102008013602B4; US20090234508A1; US7878481B2

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Ansteuern einer Vielzahl von Ventilen bereitgestellt, wobei ein erstes Ventil (V1) von einem ersten Ansteuersignal (AS1) angesteuert wird und ein zweites Ventil (V2) von einem zweiten Ansteuersignal (AS2) angesteuert wird. Das erste Ansteuersignal (AS1) und das zweite Ansteuersignal (AS2) werden jeweils durch folgende Schritte erzeugt: - Erzeugen eines pulsweitenmodulierten Frequenzsignals (S1) der Frequenz f1 und eines Dithersignals (S2) der Frequenz f2, wobei f1 > f2 gilt, - Erzeugen des Ansteuersignals (AS1) durch Modulieren des Taktgrades des Frequenzsignals (S1) mit dem Dithersignal (S2), wobei die Dithersignale (S2) des ersten Ansteuersignals (AS1) und des zweiten Ansteuersignals (AS2) in zeitlichen Abständen miteinander synchronisiert werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern einer Vielzahl von Ventilen und einen Steuerblock mit einer Vielzahl von Ventilen, insbesondere für mobile Arbeitsmaschinen. Es ist aus der DE 10 2004 048 706 bekannt, ein Magnetventil mit einem pulsweitenmodulierten (PWM) Steuersignal anzusteuern.
Um zu vermeiden, dass der Anker des Magnetventils aufgrund von Haftreibung an einer bestimmten Position festsitzt, wird das Steuersignal mit einem niederfrequenten, sogenannten Dithersignal beaufschlagt. Dieses verändert den Tastgrad des Steuersignals, so dass ein Festsetzen des Ankers verhindert wird.
Die DE 10 2004 048 706 beschreibt das Problem einer unerwünschten Schwebung des Magnetstroms, die sogar das hydraulische System beschädigen kann. Aus diesem Grund werden das PWM-Steuersignal und das Dithersignal unabhängig von einer Hauptregelschleife erzeugt.
Zum Beispiel bei mobilen Arbeitsmaschinen werden mehrere Hydraulikventile oft in Steuerblöcken zusammengefasst. Dabei hat sich herausgestellt, dass niederfrequente Schwebungen mit einer Frequenz, üblicherweise im Sub-Hertz-Bereich, von beispielsweise etwa 0,1 Hz bis 0,001 Hz, auftreten. Diese Schwebungen sind gar nicht oder nur sehr schwer ausregelbar und führen zu unerwünschten Schwingungen des angesteuerten Verbrauchers. Als Ursache der Schwebungen werden toleranzbedingte Frequenzunterschiede in den Schwingquarzen der jeweiligen Ventilelektroniken vermutet.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Ansteuern einer Vielzahl von Hydraulikventilen bereitzustellen, bei dem die unerwünschte Schwebung reduziert wird. Es ist wei terhin Aufgabe der Erfindung, einen Steuerblock mit einer Vielzahl von Ventilen, bei dem die unerwünschte Schwebung reduziert wird, bereitzustellen.
Diese Aufgaben werden durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung stellt ein Verfahren zum Ansteuern einer Vielzahl von Ventilen bereit, wobei ein erstes Ventil von einem ersten Ansteuersignal angesteuert wird und ein zweites Ventil von einem zweiten Ansteuersignal angesteuert wird. Bei den Ventilen kann es sich um Hydraulikventile oder Pneumatikventile handeln. Das erste Ansteuersignal und das zweite Ansteuersignal werden jeweils durch folgende Schritte erzeugt. Zunächst wird ein pulsweitenmoduliertes Frequenzsignal der Frequenz f1 und ein Dithersignal der Frequenz f2 erzeugt, wobei f1 > f2 gilt.
Das Ansteuersignal wird durch Modulation des Taktgrades des Frequenzsignals mit dem Dithersignal erzeugt. Die Dithersignale des ersten Ansteuersignals und des zweiten Ansteuersignals werden in zeitlichen Abständen miteinander synchronisiert. Durch die Synchronisierung wird verhindert, dass sich zwischen den Dithersignalen zu große Phasenunterschiede ergeben und sich eine Schwebung ausbilden kann. Falls mehr als zwei Ventile vorgesehen sind, werden die Dithersignale aller Ventile miteinander synchronisiert. Synchronisieren bedeutet, dass die Signale in eine vorbestimmte Phasenlage zueinander gebracht werden. Die Dithersignale werden in zeitlichen Abständen synchronisiert.
Somit wird bei miteinander in einem Steuerblock vorgesehenen Ventilen dafür gesorgt, dass die unerwünschte Schwebung nicht entstehen kann und verhindert, dass die unerwünschte niederfrequente Schwebung den Verbraucher zum Schwingen anregt. Bei den bekannten Ventilblöcken der Mobilhydraulik kann eine Schwingung z. B. über einen gemeinsamen Steuerölversorgungskanal von einem Ventil auf benachbarte Ventile übersprechen. Ist dort ebenfalls eine Schwingungsanregung vorhanden, kann es zur Ausbildung einer niederfrequenten Schwebung kommen, die im Ölstrom der angesteuerten Verbraucher sichtbar ist. Die Beeinflussung der Schwingungsübertragung ist schwierig und aufwendig. Durch die erfindungsgemäße Synchronisierung der Dithersignale wird dagegen die Ursache der Schwebung, nämlich ein Auseinanderdriften der Ditherfrequenzen, wirkungsvoll unterdrückt.
Das Verfahren ist gegenüber einer Signalerzeugung vorteilhaft, bei der die Frequenz- und Dithersignale für jedes Ventil vollständig unabhängig von den anderen Ventilen erzeugt werden. Vorteile ergeben sich aber auch gegenüber einer zentralen Generierung der Dithersignale. So kann die Erzeugung des Dithersignals und des Frequenzsignals in die Ventilelektronik eines jeden Ventils integriert werden und das Ventil über eine einfache Schnittstelle bzw. einen Feldbus angesteuert werden. Der Steuerblock kann wesentlich einfacher konfiguriert und erweitert werden. Zudem muss bei der zentralen Generierung darauf geachtet werden, dass sich die Laufzeiten des Dithersignals zu den jeweiligen Ventilen nicht unterscheiden.
Falls das Signal zur Synchronisierung der Dithersignale aufgrund eines Kommandos von einem externen Steuergerät erzeugt wird, vereinfacht sich die Steuerung der einzelnen Ventilsteuerungen, die nur passiv auf das Synchronisierungskommando warten brauchen und dieses Kommando nicht auszulösen brauchen.
Alternativ wird das Signal zur Synchronisierung der Dithersignale von der Steuerung eines der Ventile erzeugt. Diese Steuerung stellt einen Master hinsichtlich des Dithertaktes dar. Dabei bedarf es keiner externen Steuerung.
In einer Ausführungsform werden das Frequenzsignal und das Dithersignal für das erste Ventil von einem ersten Quarz und das Frequenzsignal und das Dithersignal für das zweite Ventil von einem zweiten Quarz erzeugt. Quarze stellen generell Taktsignale mit sehr präzise Frequenzen zur Verfügung und sind daher besonders als Taktgeber für das Frequenzsignal und das Dithersignal geeignet.
Durch Ändern der Frequenz der Dithersignale auf eine Frequenz f3, f3 ≠ f2, während der Synchronisierung der Dithersignale erfolgt die Synchronisierung recht schnell, ohne dass der Taktgrad des Dithersignals verändert werden muss. Falls dagegen der Taktgrad des Dithersignals verändert würde, würde sich der Schieber des Ventils für eine längere Zeit aus seiner Mittellage wegbewegen.
Eine nach Empfang des Synchronisierungssignals ausgeführte Anpassung der Phase eines Dithersignals kann eine sehr schnelle Korrektur, jedoch unter Umständen eine merkliche Beeinflussung der angesteuerten Verbraucher bewirken.
Falls die Synchronisierung der Dithersignale in Abständen erfolgt, die einem Vielfachen der Ditherfrequenz f2 entsprechen, ist gewährleistet, dass die Synchronisation jeweils bei ähnlichen Phasenlagen des Dithersignals erfolgt. Damit dauert die Synchronisierung jeweils in etwa gleich lang. Das Vielfache beträgt beispielsweise 1000, so dass bei einer üblichen Ditherperiode von 7 Millisekunden etwa alle 7 Sekunden die Dithersignale synchronisiert werden. Vorzugsweise werden diese Synchronisationsabstände in Abhängigkeit von einem toleranzbedingten Frequenzunterschied der verwendeten Quarze vorgegeben. Die Synchronisationsabstände liegen zweckmäßiger Weise unterhalb einer durch den Frequenzunterschied bestimmten Schwebungsperiodendauer.
In einer Ausführungsform wird erst die Phasenlage des Dithersignals festgestellt und dann entschieden, ob eine Frequenz f3 > f2 oder eine Frequenz f3 < f2 eingestellt wird. Somit kann entschieden werden, ob durch eine Verlängerung oder eine Verkürzung der Periodendauer das Dithersignal am schnellsten synchronisiert wird.
In einer weiteren Ausführungsform werden die Ventile so synchronisiert, dass die Dithersignale jeweils zueinander Phasenabstände p = 360°/A haben, und A die Anzahl der Ventile ist. Damit werden die Ventile möglichst gleichmäßig zeitversetzt mit dem Dithersignal beaufschlagt, wodurch es weniger gegenseitige Beeinflussungen durch die gemeinsame Steuerölversorgung der Ventile gibt.
Die Erfindung stellt auch einen Steuerblock mit einer Vielzahl von Ventilen bereit. Der Steuerblock weist eine erste Schaltung zur Erzeugung eines ersten Ansteuersignals zum Ansteuern eines ersten Ventils und eine zweite Schaltung zur Erzeugung eines zweiten Ansteuersignals zum Ansteuern eines zweiten Ventils auf. Jeweils die erste Schaltung und die zweite Schaltung haben jeweils einen ersten Signalgenerator zum Erzeugen eines pulsweitenmodulierten Frequenzsignals der Frequenz f1 und einen zweiten Signalgenerator zum Erzeugen eines Dithersignals der Frequenz f2. Dabei gilt f1 > f2.
Ein Modulator dient zum Modulieren des Taktgrades des Frequenzsignals mit dem Dithersignal und zum Ausgeben des jeweils des ersten Ansteuersignals und des zweiten Ansteuersignals. Die Dithersignale des ersten und des zweiten Ventils werden in zeitlichen Abständen miteinander synchronisiert.
Die erste Schaltung und die zweite Schaltung bilden jeweils lokale Taktgeber für ein Ventil. Das lokale Vorsehen des Taktgebers hat den Vorteil, dass die Laufzeiten von der Sig nalgenerierung zum Ventil klein sind, so dass Laufzeitvariationen nicht beachtet zu werden brauchen. Zudem ist die Erzeugung des Dithersignals und des Frequenzsignals in die Ventilelektronik eines jeden Ventils integriert, so dass das Ventil über eine einfache Schnittstelle bzw. einen Feldbus angesteuert werden kann. Der Steuerblock kann wesentlich einfacher konfiguriert und erweitert werden.
Durch die Synchronisierung wird vermieden, dass eine Schwebung, die durch unterschiedliche Dithersignale erzeugt wird, die angesteuerten Verbraucher ebenfalls zu Schwingungen anregt.
Vorzugsweise erhalten die erste Schaltung und die zweite Schaltung jeweils einen Quarz, damit sie eine möglichst stabile Grundfrequenz für den ersten und den zweiten Signalgeneratoren bereitstellen. Besonders geeignet ist die Erfindung für Steuerblöcke, deren Ventile von einer gemeinsamen Ölversorgung versorgt werden.
Vorzugsweise sind zumindest in einer der Schaltungen, z. B. in der zweiten Schaltung Mittel zum Empfang eines Synchronisationssignals (K) vorhanden sowie mit diesen in Wirkverbindung stehende Mittel zur Beeinflussung von Phase bzw. Frequenz des Dithersignals (S2). Die Ventilelektronik, welche ein Ausführungsbeispiel für die Schaltung darstellt, besitzt z. B. einen Mikrokontroller. Dessen Kommunikationsschnittstelle sorgt für den Empfang des Synchronisationssignals. Weiter legt der Mikrokontroller die benötigte Synchronisationsmaßnahme fest und steuert die Erzeugung des Dithersignals entsprechend.
Bei Steuerblöcken, die Ventilblöcke mit jeweils einem Vorsteuerventil und einem von dem Vorsteuerventil angesteuerten Hauptventil aufweisen, wird das Vorsteuerventil von dem jeweiligen Ansteuersignal angesteuert.
Eine Synchronisierungsschaltung dient zum Erzeugen eines Kommandos zum Synchronisieren und in einer Ausführungsform wird diese Synchronisierungsschaltung in der ersten Schaltung oder in der zweiten Schaltung vorgesehen ist. Dabei dient die erste Schaltung als Master für die Ditherfrequenz der zweiten Schaltung. Das heißt, dass an Stelle einer zentralen Synchronisierungsschaltung die Ventilelektronik eines der Ventile die Aufgabe übernimmt, die Synchronisationssignale bereitzustellen.
Die Erfindung betrifft auch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Steuerblocks in einer mobilen Arbeitsmaschine wie einem Bagger oder einem landwirtschaftlichen Ar beitsgerät wie einem Traktor. Durch die Verwendung des Steuerblocks werden die unerwünschten Schwebungen in den mobilen Arbeitsmaschinen verhindert.
Die Erfindung wird nun mittels eines Ausführungsbeispiels, das in den Figuren dargestellt ist, erläutert. Dabei zeigt
1 eine Steuervorrichtung für eine Vielzahl von Ventilen,
2 Details der Vorrichtung nach 1,
3 Ansteuersignale für Ventile der Vorrichtung nach 1,
4 Signalverläufe der Ansteuersignale aus 3.
1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Vorrichtung 1 zum Ansteuern einer Vielzahl von Ventilen. Sie weist ein Steuergerät 2 sowie einen Steuerblock 3 auf. Der Steuerblock 3 weist einen ersten Ventilblock 5, einen zweiten Ventilblock 6, einen dritten Ventilblock 7, einen vierten Ventilblock 8 sowie ein Druckminderventil 4 auf. Die Ventilblöcke 5, 6, 7 und 8 sind jeweils in scheibenförmigen Ventilgehäusen, die nebeneinander angebracht sind, untergebracht. Die Ventilblöcke 5, 6, 7 und 8 werden aufgrund Ihrer baulichen Gestaltung oft auch als Ventilscheiben bezeichnet. Der beschriebene Aufbau ist typisch für hydraulische Steuerblöcke in mobilen Arbeitsmaschinen.
In jedem der Ventilgehäuse der Ventilblöcke 5, 6, 7 und 8 sind, in der 1 auf der linken Seite der Ventilgehäuse eingezeichnet, jeweils eine Digitalelektronik 27 sowie ein Vorsteuerventil 24 vorgesehen. Die Digitalelektronik 27 ist über den CAN (Controller Area Network)-Bus 10 mit dem Steuergerät 2 verbunden. Das Steuergerät 2 ist zudem mit dem Druckminderventil 4 über die elektrischen Leitungen 9 verbunden. Das einzelne Druckminderventil 4 versorgt die Ventilblöcke 5, 6, 7 und 8 mit dem Steueröldruck, so dass alle Ventilblöcke 5, 6, 7 und 8 gemeinsam an eine Steuerölversorgung angeschlossen sind.
2 zeigt Details des Ventilblocks 5 im Querschnitt, wobei zu beachten ist, dass in dem Steuerblock 3 die Ventilblöcke 6, 7 und 8 jeweils wie der Ventilblock 5 aufgebaut sind. Der Ventilblock 5 enthält die Digitalelektronik 27, das Vorsteuerventil 24, den Steuerkolben 23, die Rückstellfeder 22 sowie den Ventilschieber 21. Der Steuerkolben 23, die Rückstellfeder 22 und der Ventilschieber 21 sind Teil des Hauptventils, das von dem Vorsteuerventil 24 hydraulisch angesteuert wird.
Die Digitalelektronik 27 empfängt von dem CAN-Bus 10 Kommandos und steuert das elektrohydraulische Vorsteuerventil 24 über die elektrische Verbindungsleitung 28 an. Das Vorsteuerventil 24 steuert den Stellkolben 23 über die Ölzufuhrleitung 29 und die Ölrücklaufleitung 30 hydraulisch an, so dass dieser zusammen mit dem Ventilschieber 21 nach rechts oder links bewegt wird.
3 zeigt die Erzeugung der Ansteuersignale für die Vorsteuerventile 24. Das Vorsteuerventil 24 des Ventilblocks 5 ist hier mit V1 bezeichnet, während das Vorsteuerventil 24 des Ventilblocks 6 mit V2 bezeichnet ist. Diese werden jeweils mittels der elektrischen Signale AS1 für das Vorsteuerventil V1 und AS2 für das Vorsteuerventil V2 angesteuert. Die Generierung der Ansteuersignale AS1 und AS2 erfolgt in der Digitalelektronik 275 des Ventilblocks 5 und der Digitalelektronik 276 des Ventilblocks 6. Die Digitalelektronik 275 des Ventilblocks 5 weist einen ersten Signalgenerator 51 und einen zweiten Signalgenerator 52 auf, die jeweils von einem ersten Quarz Q1 angesteuert werden.
Der erste Signalgenerator 51 gibt ein Frequenzsignal S1 aus, während der zweite Signalgenerator 52 ein Dithersignal S2 ausgibt. Diese beiden Signale S1 und S2 werden in dem Modulator 53 zusammengeführt und als erstes Ansteuersignal AS1 von dem Modulator 53 ausgegeben. Der erste Signalgenerator 51 gibt ein Pulsweiten-moduliertes Frequenzsignal S1 mit einer Frequenz f1 von 2 oder 8 kHz aus, während der zweite Signalgenerator 52 das rechteckförmige Dithersignal S2 mit einer Frequenz f2 = 140 Hz erzeugt. Die Signalgeneratoren 51 und 52 erhalten ein Taktsignal mit einer festen Frequenz von dem Quarz Q1, um daraus durch Teilen der festen Frequenz die Signale S1 und S2 zu generieren.
In einer weiteren Ausführungsform empfängt der zweite Signalgenerator 52 sein Taktsignal nicht direkt von dem Quarz Q1, sondern von dem ersten Signalgenerator 51, um daraus mittels Teilens der Frequenz f1 des Frequenzsignals S1 das Dithersignal S2 zu erzeugen.
Die zweite Digitalelektronik 276 weist ebenfalls einen ersten Signalgenerator 61, einen zweiten Signalgenerator 62, einen zweiten Quarz Q2 und einen Modulator 63 auf. Zu beachten ist, dass die ersten Signalgeneratoren 51 und 61 zueinander baugleich sind, was genauso für die zweiten Signalgeneratoren 52 und 62, den ersten und den zweiten Quarz Q1 und Q2 sowie die Modulatoren 53 und 63 gilt.
Wegen der Baugleichheit der Elemente müssten das erste Ansteuersignal AS1 und das zweite Ansteuersignal AS2 eigentlich bezüglich Frequenz, Amplitude, Phase und Taktgrad gleich sein. Da der erste Quarz Q1 und der zweite Quarz Q2 als eigenständige Frequenzgeneratoren geringfügige herstellungsbedingte Abweichungen voneinander haben, kann dies zu Unterschieden des ersten Ansteuersignals AS1 zu dem zweiten Ansteuersignal AS2 führen. Es wird davon ausgegangen, dass dadurch der gemeinsame Vorsteueröldruck des Steuerblocks zu Schwingungen angeregt wird. Dies wiederum verursacht eine niederfrequente Schwingung im Ölstrom der durch die Ventilblöcke 5, 6, 7 und 8 angesteuerten Verbraucher im Frequenzbereich von 0,1 Hertz bis 0,001 Hertz.
Eine solche Schwingung, die auch als Schwebung bezeichnet wird, ist entweder gar nicht ausregelbar oder nur sehr schwer ausregelbar. Bei einem hohen Verstärkungsfaktor der Steuerkette ist die Schwebung auch am Verbraucher sichtbar. Beispielsweise tritt bei einem hydraulisch angetriebenen Gebläse eine unbeabsichtigte Variation der eingestellten Drehzahl auf.
Der Tastgrad des Ansteuersignals AS1 gibt an, ob und wie weit der Hauptschieber, der von dem ersten Ventil V1 angesteuert wird, von einer Mittellage wegbewegt wird. Beispielsweise bleibt bei einem Tastgrad von 50% der Hauptschieber in einer Mittellage. Bei einem Tastgrad von 60% wird er in eine erste Richtung und bei einem Tastgrad von 40% in eine zweite Richtung verschoben.
Um die Haftreibung zu verringern, wird in dem Modulator 53 der Tastgrad des ersten Ansteuersignals AS1 mit Hilfe des Dithersignals S2 variiert. Das Dithersignal S2 ist ein digitales, binäres Signal, das entweder den Wert 1 oder den Wert 0 hat. Bei dem Wert 0 wird der Tastgrad um einige Prozent verringert und bei einem Wert 1 wird der Tastgrad um den gleichen Betrag erhöht.
Beispielsweise hat das Frequenzsignal S1 einen Taktgrad von 50 Prozent, damit der Hauptventilschieber in einer Mittelposition bleibt. Das Dithersignal S2 ist ein periodisches Signal, das für eine halbe Taktperiode T auf den Wert 1 und anschließend eine halbe Taktperiode T den Wert 0 hat. Die Periodendauer T ergibt sich aus dem Kehrwert der Frequenz f2, die in diesem Beispiel bei 140 Hz liegt.
Im Modulator 53 wird der Taktgrad des Frequenzsignals S1 mittels des Dithersignals S2 moduliert. Ist der Wert des Dithersignals 1, wird der Taktgrad des ausgegebenen Ansteuersignals AS1 auf 52% gesetzt, wogegen der Taktgrad auf 48% eingestellt wird, wenn das Dithersignal S2 den Wert 0 aufweist. Das so modulierte Ansteuersignal AS1 bewirkt, dass der Hauptschieber um die Mittellage schwingt.
Um die gegenseitige Beeinflussung der Ventilblöcke 5 und 6 durch das Auseinanderdriften der Ansteuersignale AS1 und AS2 zu verhindern, werden die Dithersignale von Zeit zu Zeit synchronisiert. Dazu wird über den CAN-Bus 10 ein entsprechendes Kommando K an die zweiten Signalgeneratoren 52 und 62 ausgegeben.
4 zeigt die Signalverläufe der Signale nach 3 über der Zeit. Dabei ist im oberen Diagramm die Aktivität auf dem CAN-Bus 10 gezeigt. Das zweite Diagramm zeigt den Signalverlauf des Dithersignals S2 des ersten Ventilblocks 5, das dritte Diagramm den Signalverlauf des Dithersignals S2 des zweiten Ventilblocks 6 und das vierte Diagramm den entsprechenden Signalverlauf in dem dritten Ventilblock 7. In dem Zeitraum von 0 bis t1 sind die Dithersignale S2 der Ventilblöcke 5, 6, 7 zueinander nicht synchron, weil die Dithersignale S2 seit längerer Zeit separat generiert wurden.
Über den CAN-Bus 10 wird ein Kommando K an die zweiten Signalgeneratoren ausgegeben, das zum Zeitpunkt t1 von allen zweiten Signalgeneratoren empfangen und dekodiert ist.
Anschließend wird in jedem zweiten Signalgenerator festgestellt, wie die Phasenlage des Dithersignals in Bezug zum Synchronisierungssignal ist. Die Taktperiode T eines jeden Dithersignals ist in n gleichlange Zeitabschnitte unterteilt, wobei n eine natürliche Zahl größer 1 ist. Die Position innerhalb der Ditherperiode T wird durch den Zählerstand eines periodischen Zählers gekennzeichnet. Dazu läuft in jedem zweiten Signalgenerator 52 und 62 während jeder Periode T ein Zähler mit, der angibt, in welchem Schritt 1 bis n sich das Dithersignal S2 gerade befindet.
Zum Zeitpunkt t1 ist das Kommando K vom CAN-Bus 10 empfangen und in den jeweiligen zweiten Signalgeneratoren dekodiert. Der aktuelle Zählerstand zum Zeitpunkt t1 wird abgespeichert. In dem Ausführungsbeispiel wurde n zu 12 gewählt. Die Zähler für die Ventil blocke 5, 6 und 7 stehen auf 10, 1 bzw. 3. Jede Ventilelektronik nimmt nun eine Änderung seiner Ditherfrequenz nach Maßgabe der festgestellten Abweichung vor.
Der zweite Signalgenerator 62 des Ventilblocks 6 braucht nicht mehr zu synchronisiert werden, weil sein Zähler zum Zeitpunkt t1 auf 1 steht. Bei dem Dithersignal S2 des Ventilblocks 5 wird festgestellt, dass durch eine Verkürzung der Ditherperiode schneller als durch eine Verlängerung der Ditherperiode synchronisiert wird. Folglich wird in dem Zeitraum von t1 bis t2 die Periodendauer des Dithersignals verkürzt.
In 4 sind mit gestrichelten Linien das Dithersignal ohne Synchronisierung und mit den durchgezogenen Linien das Dithersignal mit Synchronisierung eingezeichnet.
Im Ventilblock 7 wird dagegen die Periode des Dithersignals S2 verlängert, bis das Dithersignal S2 synchronisiert ist. Dies ist im vorliegenden Beispiel zum Zeitpunkt t2 = t1 + 3·1/f2 der Fall. Ab diesen Zeitpunkt t2 sind die Dithersignale S2 der Ventilblöcke 5, 6 und 7 jeweils wieder synchronisiert. Ab t2 kehren die zweiten Signalgeneratoren wieder zu der ursprünglichen Frequenz f2 zurück. In jedem zweiten Signalgenerator wird nun die Phasenlage des Dithersignals nach der Synchronisierung in Bezug zu der Phasenlage vor dem Zeitpunkt t1 abgespeichert. Die so gebildete Phasendifferenz wird bei den folgenden Perioden des Dithersignals berücksichtigt.
Zu beachten ist, dass die Synchronisierung in so kurzen Abständen durchgeführt wird, dass die Phasenunterschiede der Dithersignale nicht zu groß werden. Die in 4 gezeigten Phasenunterschiede der Dithersignale S2 sind zur Veranschaulichung relativ groß gewählt.
Synchronisation bedeutet entweder, dass entweder die Dithersignale jeweils zueinander vordefinierte Phasenunterschiede haben oder dass bei allen Ventilen die Dithersignale gleichphasig eingestellt werden, mit anderen Worten die Phasen aller Dithersignale gleich sind.
Falls ein Phasenunterschied gewünscht wird, ist dieser vorteilhafter Weise so zu wählen, dass die Phasen der Dithersignale S2 für die einzelnen Ventilblöcke 5, 6, 7 und 8 gleichmäßig auf eine Ditherperiode vereilt werden. Dies bedeutet, dass der Phasenversatz abhängig von der Anzahl der Ventile, die im Betrieb sind, eingestellt wird. Falls der Steuerblock 3 zwei Ventilblöcke 5 und 6 aufweist, wird der Phasenversatz der Dithersignale S2 zu 180° eingestellt, d. h. das Dithersignal S2 des Ventilblocks 5 ist 180° phasenversetzt zum Dithersignal S2 des Ventilblocks 6.
Bei drei Ventilen sind die Dithersignale von einem zum nächsten Ventilblock jeweils um 120° zueinander phasenversetzt, bei vier Ventilblöcken beträgt der Phasenversatz von einem Ventilblock zum nächsten dann 90°. Der Phasenversatz wird in jedem zweiten Signalgenerator 52 oder 62 abgespeichert. Dieser gibt an, wie der Phasenunterschied zu einem externen Takt ist. Der Phasenversatz von einem Ventilblock zum nächsten Ventilblock wird somit im Allgemeinen gemäß der Rechenvorschrift 360°/A ausgerechnet, wobei A die Anzahl der Ventilblöcke ist. Es versteht sich, dass das vorgeschlagene Verfahren auch für Ventilblöcke verwendet werden kann, in dem nicht ein Vorsteuerventil und ein Hauptventil, sondern ein direkt gesteuertes elektrohydraulisches Ventil vorgesehen ist.
Das Kommando K auf dem CAN-Bus 10 muss nicht notwendigerweise synchron zur Ditherperiode oder zu einem Vielfachen der Ditherperiode sein. Die Abstände zwischen den Abständen können variieren. Es sind auch Lösungen möglich, bei denen das Master-Dithersignal oder ein Synchronisationssignal mit Zeitstempel verwendet werden. Beim Master-Dithersignal gibt die Digitalelektronik 27 einer der Ventilblöcke an die Digitalelektroniken 27 der anderen Ventilblöcke das Kommando K zum Synchronisieren.
In 4 ist gezeigt, dass die Verlängerung bzw. die Verkürzung der Periodendauer des Dithersignals S2 vorzugsweise symmetrisch erfolgt. Symmetrie bedeutet hier, dass auch während der Synchronisationsphase t1 bis t2 das Dithersignal insgesamt genauso lang auf dem hohen Pegel 1 wie auf dem niedrigen Pegel 0 sein soll, damit ein möglichst kleiner Einfluss auf den Ölstrom erfolgt. Außerdem soll die Veränderung der Periodendauer so klein gewählt werden, dass die Ditherfrequenz sich nur in einem für das Ventil zulässigen Bereich verändert.
Für die Synchronisation sind keine zusätzlichen Maßnahmen in den Ventilen oder in der Elektronik-Hardware erforderlich. Es ist nur eine für alle Ventile gültige Botschaft auf dem seriellen Bus notwendig. Diese muss so häufig erfolgen, dass die ungewollten Phasenverschiebungen der Dithersignale S2 rechtzeitig korrigiert werden und sich keine Schwebung ausbilden kann. Die Synchronisationsabstände werden also zweckmäßiger Weise unterhalb der Periodendauer der Schwebung gewählt. Die Schwebungsfrequenz kann aus der Fertigungstoleranz der verwendeten Quarze ermittelt werden.

1: Vorrichtung für Ventilsteuerung
2: Steuergerät
3: Steuerblock
4: Druckminderventil
5: erster Ventilblock
6: zweiter Ventilblock
7: dritter Ventilblock
8: vierter Ventilblock
9: elektrische Verbindung
10: CAN-Bus
21: Ventilschieber
22: Rückstellfeder
23: Stellkolben
24: Vorsteuerventil
27: Digitalelektronik
28: elektrische Verbindung
29: Steuerölzufuhr
30: Steuerölrücklauf
51: erster Signalgenerator
52: zweiter Signalgenerator
53: Modulator
61: erster Signalgenerator
62: zweiter Signalgenerator
63: Modulator
Q1: erster Quarz
Q2: zweiter Quarz
V1: erstes Ventil
V2: zweites Ventil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004048706 [0001, 0003]

Claims

Verfahren zum Ansteuern einer Vielzahl von Ventilen, wobei ein erstes Ventil (V1) von einem ersten Ansteuersignal (AS1) angesteuert wird, und ein zweites Ventil (V2) von einem zweiten Ansteuersignal (AS2) angesteuert wird, wobei das erste Ansteuersignal (AS1) und das zweite Ansteuersignal (AS2) jeweils durch folgende Schritte erzeugt werden: – Erzeugen eines pulsweitenmoduliertes Frequenzsignals (S1) der Frequenz f1 und eines Dithersignals (S2) der Frequenz f2, wobei f1 > f2 gilt, – Erzeugen des Ansteuersignals (AS1) durch Modulieren des Taktgrades des Frequenzsignals (S1) mit dem Dithersignal (S2), wobei die Dithersignale (S2) des ersten Ansteuersignals (AS1) und des zweiten Ansteuersignals (AS2) in zeitlichen Abständen miteinander synchronisiert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Signal (K) zur Synchronisierung der Dithersignale (S2) von einer Steuerung (275, 276) eines der Ventile erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Signal (K) zur Synchronisierung der Dithersignale (S2) von einer zentralen Steuerung (2) erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Frequenzsignal (S1) und das Dithersignal (S2) für das erste Ventil (V1) von einem ersten Quarz (Q1) erzeugt wird und das Frequenzsignal (S1) und das Dithersignal (S2) für das zweite Ventil (V2) von einem zweiten Quarz (Q2) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Dithersignal (S2) für das erste Ventil (V1) durch Teilen der Frequenz des Frequenzsignals (S1) für das erste Ventil (V1) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass während der Synchronisierung der Dithersignale (S2) die Frequenz zumindest eines der Dithersignale (S2) auf eine Frequenz f3, f3 ≠ f2, geändert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zu einem von dem Signal (K) zur Synchronisierung der Dithersignale abgeleiteten Zeitpunkt (t1) eine Anpassung einer Phase zumindest eines der Dithersignale (S2) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisierung der Dithersignale (S2) in zeitlichen Abständen erfolgt, die einem Vielfachen der Ditherfrequenz f2 entsprechen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisierung der Dithersignale (S2) in zeitlichen Abständen erfolgt, welche gemäß eines toleranzbedingten Frequenzunterschieds zwischen dem ersten Quarz (Q1) und dem zweiten Quarz (Q2) vorbestimmt sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei Synchronisierung der Dithersignale (S2) entsprechend der Phasenlage der Dithersignale (S2) entschieden wird, ob eine Frequenz f3 > f2 oder eine Frequenz f3 < f2 eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventile (V1, V2) so synchronisiert werden, dass die Dithersignale (S2) des ersten Ventils einen Phasenabstand p zu dem Dithersignal (S2) haben, der p = 360°/A beträgt, wobei A die Anzahl der Ventile (V1, V2) ist.
Steuerblock mit einer Vielzahl von Ventilen (V1, V2), folgendes aufweisend: – eine erste Schaltung (275) zur Erzeugung eines ersten Ansteuersignals (AS1) für ein erstes Ventil (V1), – eine zweite Schaltung (276) zur Erzeugung eines zweiten Ansteuersignals (AS2) zum Ansteuern eines zweiten Ventils (V1), wobei die erste Schaltung (275) und die zweite Schaltung (276) jeweils folgendes aufweisen: – einen ersten Signalgenerator (51) zum Erzeugen eines pulsweitenmodulierten Frequenzsignals (S1) der Frequenz f1, – einen zweiten Signalgenerator (52) zum Erzeugen eines Dithersignals (S2) der Frequenz f2, wobei f1 > f2 gilt, – und einen Modulator (53) zum Modulieren des Taktgrades des Frequenzsignals (S1) mit dem Dithersignal (S2) und zum Ausgeben des jeweiligen Ansteuersignals (AS1, AS2), wobei die zweiten Signalgeneratoren (52) des ersten Ansteuersignals (AS1) und des zweiten Ansteuersignals (AS2) in zeitlichen Abständen miteinander synchronisiert werden.
Steuerblock nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schaltung (275) und die zweite Schaltung (276) jeweils einen Quarz (Q1, Q2) zum Erzeugen einer stabilen Frequenz enthalten.
Steuerblock nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in der zweiten Schaltung (276) Mittel zum Empfang eines Synchronisationssignals (K) vorhanden sind sowie mit diesen in Wirkverbindung stehende Mittel zur Beeinflussung von Phase bzw. Frequenz des Dithersignals (S2).
Steuerblock nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventile (V1, V2) von einer gemeinsamen Ölversorgung versorgt werden.
Steuerblock nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilblöcke jeweils ein Vorsteuerventil (24) und ein Hauptventil (21, 22, 23) aufweisen und das Vorsteuerventil (24) von einem Ansteuersignal (AS1, AS2) angesteuert wird.
Steuerblock nach einem der Ansprüche 12 bis 16, gekennzeichnet durch eine Synchronisierungsschaltung zum Erzeugen eines Kommandos (K) zum Synchronisieren.
Steuerblock nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisierungsschaltung in der ersten Schaltung (275) oder in der zweiten Schaltung (276) vorgesehen ist.
Verwendung eines Steuerblocks nach einem der Ansprüche 12 bis 18 in einer mobilen Arbeitsmaschine.