DE102009011303B4

DE102009011303B4 - Vorrichtung zur Ventilansteuerung für ein Verdecksystem eines Fahrzeugs und zugehöriges Verfahren

Info

Publication number: DE102009011303B4
Application number: DE102009011303.7A
Authority: DE
Inventors: Helmut Nigst; Markus Gross
Original assignee: Webasto SE
Current assignee: Webasto SE
Priority date: 2009-03-02
Filing date: 2009-03-02
Publication date: 2015-10-08
Anticipated expiration: 2029-03-03
Also published as: DE102009011303A1

Abstract

Vorrichtung zur Ventilansteuerung für ein Verdecksystem eines Fahrzeugs bestehend aus einer Vielzahl von Proportionalventilen (3, 4, 5) zur Betätigung von einzelnen Segmenten (A, B, C) des Verdecksystems, wobei die Proportionalventile (3, 4, 5) mittels eines Leitungssystems mit mindestens einer elektrisch angetriebenen Pumpe (1) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede Zuflußleitung eines Proportionalventils (3, 4, 5) eine Rückflußbegrenzung (7) und jede Abflußleitung eines Proportionalventils (3, 4, 5) eine spannungsabhängige Drosselung (4) aufweist, die so einstellbar ausgebildet ist, daß der durch die elektrisch angetriebene Pumpe (1) aufgebaute Druck im Leitungssystem im wesentlichen gleich bleibt, so daß sich eine synchrone Bewegung der Segmente (3, 4, 5) des Verdecksystems erzielen läßt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ventilansteuerung für ein Verdecksystem eines Fahrzeugs bestehend aus einer Vielzahl von Proportionalventilen zur Betätigung von einzelnen Segmenten des Verdecksystems, wobei die Proportionalventile mittels Leitungssystem mit mindestens einer elektrisch angetriebenen Pumpe verbunden sind, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Vorrichtung.
Aus dem Stand der Technik sind Ansteuerungselektroniken bekannt mit denen Proportionalventile der Hydraulik von Fahrzeugen, insbesondere Verdecksystemen von Cabrioverdecken so angesteuert werden, daß bei einer konstanten Bordspannung ein harmonischer Bewegungsablauf des Öffnens und Schließens eines Verdecksystems erfolgen kann. Hierzu wird insbesondere eine Proportionalventilansteuerung verwendet, die in Abhängigkeit von der Versorgungsspannung variabel angesteuert werden kann, jedoch bleibt die Pumpenversorgung ungeregelt; sie hängt vielmehr direkt an der vorgegebenen Versorgungsspannung des Bordnetzes, das in den meisten Fällen durch eine 12-Volt Batterie und einen Generator (Lichtmaschine) realisiert wird.
Aus DE 10 2006 041 629 A1 ist eine Vorrichtung zur hydraulischen Betätigung eines Aktuators eines Verdecks eines Cabriolet-Fahrzeugs bekannt, mit wenigstens einem Hydraulikmodul, welches mit einer Druckquelle verbunden ist.
Aus US 5 724 878 A ist eine hydraulische Antriebseinrichtung für ein Cabriolet bekannt, die einen Drucksensor aufweist.
Aus DE 10 2007 013 015 A1 ist eine Hydraulikanlage zum Öffnen und Schließen eines mehrere unabhängig voneinander bewegbare Bauteile umfassenden Cabrioverdecks bekannt, die zwei Hydraulikkreise zur Bewegung unterschiedlicher Bauteile des Verdecks aufweist.
Aufgrund unterschiedlicher Umstände weist die Bordspannung eines Kraftfahrzeugs keinen gleichbleibenden Spannungszustand auf. Das Spannungsniveau kann beispielsweise durch Temperatur, Alterung, Anzahl der Verbraucher und Leistungsfähigkeit der Batterie starken Schwankungen unterliegen. Im Besonderen hängt die Bordspannung davon ab, ob der Verbrennungsmotor, und damit der Generator, arbeitet. Im normalen Betriebszustand ist daher mit einer Spannung von 12 V ± 3 V für Kraftfahrzeuge mit einer Standardbatterie mit einer Nennspannung von 12 Volt zu rechnen.
Fällt die Versorgungsspannung an der Hydraulikpumpe ab, nimmt auch der Volumenstrom der Hydraulikpumpe ab. Dies ist auf die Proportionalität zwischen Spannung/Stromstärke und der Pumpleistung einer Hydraulikpumpe zurückzuführen. Eine Abnahme des Volumenstroms führt zu einem Abfall des Arbeitsdrucks im gesamten Hydrauliksystem mit der Folge, dass der Bewegungsablauf unterschiedlicher Hydraulikzylinder nicht mehr in gewünschter Weise, d. h. vorzugsweise synchron ausgeführt wird.
Insbesondere bei der Betätigung eines Verdecksystems bei dem mehrere Segmente des Verdecksystems, (z. B. Dachschalen und Verdeckkastendeckel) nicht nur aus optischen sondern auch aus funktionalen Gründen parallele, d. h. synchrone Bewegungen auszuführen hat, wirkt sich ein Druckausfall im Hydrauliksystem besonders nachteilig aus.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereit zu stellen, mit dem und anhand dessen es möglich ist, eine weitestgehend parallele und synchrone Ventilansteuerung für Verdecksysteme eines Fahrzeugs bereit zu stellen und zuverlässig aufrecht zu erhalten.
Diese Aufgabe wird durch die technischen Merkmale des Anspruchs 1 sowie durch das Verfahren nach den Merkmalen gemäß Anspruch 5 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 4 gekennzeichnet.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ventilansteuerung für ein Verdecksystem eines Fahrzeugs besteht aus einer Vielzahl von Proportionalventilen zur Betätigung von einzelnen Segmenten des Verdecksystems, wobei die Proportionalventile mittels eines Leitungssystems mit mindestens einer elektrisch angetriebenen Hydraulik-Pumpe verbunden sind, und jede Zuflussleitung eines Proportionalventils eine Rückflussbegrenzung sowie jede Abflussleitung eines Proportionalventils eine spannungsabhängende Drosselung aufweist, die so einstellbar ausgebildet ist, dass der durch die elektrische Pumpe aufgebaute Druck im Leitungssystem im wesentlichen gleich bleibt, so dass sich eine synchrone Bewegung der Segmente des Verdecksystems erzielen läßt.
Vorteilhafterweise werden die Vielzahl von Proportionalventilen paarweise betätigt.
Vorteilhafterweise bestimmt die elektrische Spannung V_P der mindestens einen elektrisch angetriebenen Pumpe die Spannung V_D für die spannungsabhängigen Drosselungen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stehen die elektrische Spannung V_P und Stromstärke I_P der mindestens einen elektrisch angetriebenen Pumpe und die Spannung V_D und damit I_D der Drosselung über ein Kernlinienfeld mit Stützstellen als Parameter und mathematischer Interpolation zwischen den Stützstellen derart zueinander in Beziehung, dass eine Verringerung der Spannung V_P zu einer Erhöhung der Spannung V_D führt. Der variable Effektivwert der Spannung V_D und damit der variable Wert I_D wird durch eine PWM Ansteuerung realisiert.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die synchrone, parallele Bewegung der Segmente über eine mathematischen Formel zwischen Versorgungsspannung (Messwert) zu Pulsweitenmodulation(PWM)-Ansteuer-Wert der Ventile spannungsunabhängig konstant gehalten.
Bei einer wiederum anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird über eine mathematische Formel, in die der Volumenstrom als Meßwert einfließt und der Drosselkennlinie, in die der PWM-Ansteuerwert einfließt, die synchrone, parallele Bewegung der Segmente konstant gehalten.
Bei einer wiederum anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mittels mathematischer Formeln, in die der Druckwert als Meßwert einfließt und der Drosselkennlinie, in die der PWM-Ansteuerwert einfließt, die synchrone, parallele Bewegung der Segmente, konstant gehalten.
Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Druck spannungsunabhängig konstant gehalten in dem der Druck über den Bewegungswinkel der Verdecksegmente gesteuert wird.
Bei der Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung hat sich die Verwendung eines Kennlinienfeldes mit Stützstellen als Parameter und mathematischer Interpolation zwischen den Stützstellen als besonders vorteilhaft erwiesen, da eine Parametrierbarkeit lediglich aufgrund der anliegenden elektrischen Spannung V_P an der elektrischen Pumpe möglich ist.
Das Diagramm in 2 veranschaulicht die Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens mittels Kennlinienfeld mit Stützstellen zum Betreiben eines Verdecksystems für Fahrzeuge mittels Hydraulik. In der nachfolgenden Darstellung wird die Stromstärke I_D über der Spannung V_P aufgetragen, wobei ein Spannungsfeld zwischen 8 Volt und 14 Volt, und eine Stromstärke I_D zwischen 0,2 und 1,0 A anliegt. Der angegebene Wert für die Stromstärke I_D ist Ventil abhängig und die angegebene Bandbreite von 0,2 A bis 1,0 A lediglich beispielhaft.
An ausgewählten Stellen, beispielsweise bei 8, 10, 12 und 14 Volt wird eine empirische Messung für die Bestimmung des richtigen Drosselstromes I_D des Drosselventils aufgetragen.
Die Kurve L₁₀₀ bezeichnet beispielsweise den Arbeitspunkt, bei dem ein hydraulisch betätigtes Segment durch die starke Drosselung nahezu zum Stillstand kommt, obwohl es angesteuert wird. Die Kurve L₈₀ bezeichnet eine starke Drosselung des Segmentes und die Kurve L₆₀ entspricht einer mittleren Drosselung etc.
Erfindungsgemäß wird somit eine Ventilsteuerung bereit gestellt mit dem Ziel, auch bei spannungsbedingtem abnehmendem Volumenstrom den erforderlichen Betriebsdruck über alle möglichen Betriebsspannungen aufrecht zu erhalten. Dies wird durch eine spannungsabhängige Ventilsteuerung erzielt. Hierbei wird folgende Beziehung zwischen der Spannung V_P und der Spannung V_D der Drosselung hergestellt: Je geringer die Spannung V_P und der daraus folgende Volumenstrom der Pumpe ist, um so höher wird die Spannung V_D am Ventil sein und den Rückfluß aus dem Hydraulikzylinder stärker drosseln. Durch eine größere Drosselung wird der Volumenstrom des Hydrauliköls im Leitungssystem reduziert, jedoch der Arbeitsdruck im Hydrauliksystem etwa konstant gehalten. In jedem Fall bleibt der Arbeitsdruck des Hydrauliksystems erfindungsgemäß so hoch, dass eine synchrone und parallele Bewegung der Segmente möglich bleibt.
Erfindungsgemäß wirkt sich diese Ventilsteuerung derart aus, dass bei allen Versorgungsspannungen der Bewegungsablauf des Schließens und Öffnens des Verdecksystems in harmonischer Weise erfolgt wobei die parallelen und synchronen Bewegungen aufrecht erhalten bleiben und lediglich die Dauer des Öffnens oder Schließvorgangs variiert. Denn der konstante Druck bedingt einen abnehmenden Volumenstrom der seinerseits zu einer Verlangsamung des Öffnens oder Schließvorgangs führt. Für den Benutzer führt ein Spannungsabfall in der Bordspannung lediglich zu einer Verlangsamung der Dachbewegung, wobei jedoch eine unerwünschte sequenzielle Bewegung unterbleibt.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird anhand der 2 näher erläutert. 2 zeigt den Hydraulik-Schaltplan für ein Fahrzeug mit einem faltbaren Hardtop, das aus drei Segmenten A, B und C besteht.
Das Hydrauliksystem wird mittels Pumpe 1 betrieben. Zum Schutz gegen Überdruck ist ein Überdruckventil 2 vorgesehen. Im vorliegenden Fall werden 6 Ventilbaugruppen und 6 Hydraulikzylinder 6a, 6b, 6'a, 6'b, 6''a, 6''b eingesetzt. Beispielhaft wird die erfindungsgemäße Steuerung an 2 Ventilbaugruppen und 2 Hydraulikzylindern erläutert. Die Pumpe 1 erzeugt einen Druck P₁, der sich nach der Spannung V_P richtet. Gemäß obiger Tabelle wird gemäß einem voreingestellten Leistungsniveau L_x ein Drosselstrom I_D empirisch bestimmt. Während der unterschiedlichen Bewegungsabläufe des Schließens und Öffnens des faltbaren Hardtops werden die gewünschten Leistungsniveaus L_X festgelegt. Die Wahl der Leistungsniveaus L_X richtet sich beispielsweise nach der gewünschten Geschwindigkeit eines Segments in einem Bewegungsablauf. So kann es beispielsweise wünschenswert sein, den Bewegungsablauf des Verriegelns mit einer sehr niedrigen Geschwindigkeit, d. h. hohe Drosselung (L₁₀₀) durchzuführen, während ein Zurückgleiten eines Dachsegments bei einer hohen Geschwindigkeit erfolgen soll (L₂₀). Abhängig von V_P wird der jeweilige Drosselstrom I_D bestimmt.
Bei der Steuerung der Ventilgruppen ist das Vorlaufventil 3, 3 ^I ... 3 ^V so eingestellt, dass das Hydrauliköl stets ungehindert in den Hydraulikzylinder 6a, 6b, 6'a, 6'b, 6''a, 6''b, strömen kann, während im Rücklaufventil 5, 5 ^I ... 5 ^V ein Rückschlagventil 7, 7 ^I–7 ^V, sowie eine variable Drosselung 4, 4 ^I ... 4 ^V vorgesehen ist.
Zur Aufrechterhaltung des im wesentlichen konstanten Drucks wird erfindungsgemäß der Drosselstrom I_D gemäß Leistungsniveau L_X eingestellt, welches sich empirisch aus der Pumpenspannung V_P ergibt.
Bezugszeichenliste

1: Hydraulikpumpe
2: Überdruckventil
3, 3^I-V: Vorlaufventil(e)
4, 4^I-V: Drossel(n)
5, 5^I-V: Rücklaufventil(e)
6...: Hydraulikzylinder
7, 7^I-V: Rückschlagventil

Claims

Vorrichtung zur Ventilansteuerung für ein Verdecksystem eines Fahrzeugs bestehend aus einer Vielzahl von Proportionalventilen (3, 4, 5) zur Betätigung von einzelnen Segmenten (A, B, C) des Verdecksystems, wobei die Proportionalventile (3, 4, 5) mittels eines Leitungssystems mit mindestens einer elektrisch angetriebenen Pumpe (1) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede Zuflußleitung eines Proportionalventils (3, 4, 5) eine Rückflußbegrenzung (7) und jede Abflußleitung eines Proportionalventils (3, 4, 5) eine spannungsabhängige Drosselung (4) aufweist, die so einstellbar ausgebildet ist, daß der durch die elektrisch angetriebene Pumpe (1) aufgebaute Druck im Leitungssystem im wesentlichen gleich bleibt, so daß sich eine synchrone Bewegung der Segmente (3, 4, 5) des Verdecksystems erzielen läßt.
Vorrichtung zur Ventilansteuerung nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Proportionalventilen (3, 4, 5) paarweise betätigt werden.
Vorrichtung zur Ventilansteuerung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die elektrische Spannung V_P der mindestens einen elektrisch angetriebenen Pumpe (1) die Spannung V_D für die spannungsabhängigen Drosselungen (4) bestimmt.
Vorrichtung zur Ventilansteuerung nach Anspruch 3, wobei die elektrische Spannung V_P der mindestens einen elektrisch angetriebenen Pumpe (1) und die Spannung V_D der Drosselungen (4) über ein Kennlinienfeld mit Stützstellen als Parameter und mathematischer Interpolation zwischen den Stützstellen derart zueinander in Beziehung stehen, daß eine Verringerung der Spannung V_P zu einer Erhöhung der Spannung V_D führt.
Verfahren zum Betreiben eines Verdecksystems für Fahrzeuge mittels Hydraulik und einer Vorrichtung zur Ventilansteuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bestehend aus den Schritten: – Messen der Spannung V_P an einer elektrischen Hydraulikpumpe (1); – Ermitteln eines Kennwertes L_D basierend auf einer empirisch ermittelten Datensammlung; – Übertragung des Kennwertes L_D auf ein Spannungsniveau V_D, das an spannungsabhängige Drosselungen (4) angelegt wird; – Anpassung des Spannungsniveaus V_D, das an die spannungsabhängigen Drosselungen (4) angelegt wird, wenn sich die Spannung V_P verändert.