DE102010003183A1

DE102010003183A1 - Erkennung und Vermeidung von schwingenden Ventilen

Info

Publication number: DE102010003183A1
Application number: DE201010003183
Authority: DE
Inventors: Jochen Zimmermann; Alexander Schoenbohm
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2010-03-23
Filing date: 2010-03-23
Publication date: 2011-09-29

Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren, bei dem eine Maßnahme zur Dämpfung von Schwingungen an einem analog geregelten, elektrisch steuerbaren Hydraulikventil (4) vornimmt, wobei die Dämpfungsmaßnahme situationsgerecht erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Oberbegriff von Anspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 11.
Analog geregelte, elektrisch ansteuerbare Hydraulikventile können in ungünstigen Situationen durch in den Hydraulikleitungen auftretende Druckwellen zu Schwingungen neigen. Diese Schwingungen treten meist nur in besonderen Betriebsbereichen auf, in denen sich infolge eines stetig wechselnden Kräfteungleichgewichts zwischen der auf den Stößel wirkenden Strömungskraft und der über die Ventilspule erzeugten magnetischen Kraft kein konstanter Zustand einstellen kann. Trifft die Anregungsfrequenz der Schwingung eine durch das mechanische, hydraulische und elektrische Gesamtsystem vorgegebene Eigenfrequenz des Ventils bzw. des Stößels, so wird dieser in eine kaum gedämpfte Resonanzschwingung versetzt. Derartige Resonanzschwingungen können sich nicht nur durch unangenehme Quietschgeräusche bemerkbar machen, sondern auch unerwünschte Druckschwingungen und Druckmodulationen im Hydrauliksystem verursachen. Auch eine Beschädigung des Hydraulikventils kann nicht ausgeschlossen werden.
Eine Möglichkeit, derartige Schwingungen zu vermeiden, wird in der DE 10 2004 008 796 A1 beschrieben. Hier wird eine konstante und permanente Schwingungsdämpfung am Stößel bewirkt, indem in der Ventilspule eine kontinuierliche Dämpfungsschwingung erzeugt wird. Die Frequenz der Dämpfungsschwingung darf dabei weder einem ganzzahligen Vielfachen noch einem ganzzahligen Bruchteil der Schwingungsfrequenz des Stößels entsprechen. Die durch die Dämpfungsschwingung erzeugte magnetische Kraft reicht jedoch alleine nicht aus, um eine tatsächliche Bewegung des Stößels zu bewirken. Somit wird in der Regel auch kein störender Einfluss auf die Hydraulik ausgeübt. Die erzeugte Kraft ist allerdings groß genug, um die unerwünschte Resonanzschwingung zu stören und damit zu dämpfen.
Aus der DE 10 2007 010 514 A1 geht ein Verfahren zur Kalibrierung von analogisierten Hydraulikventilen hervor, bei dem ein Bestandteil die periodische Anregung des Stößels mittels hydraulischer Druckschwankungen ist. Ähnlich wie in der zuvor beschriebenen DE 10 2006 007 157 A1 wird dabei der in die Ventilspule induzierte Strom bzw. die induzierte Spannung analysiert. Es ergibt sich somit ein Gleichstromsignal, dem ein gewisser Anteil an Wechselstrom überlagert ist. Über die Auswertung der Amplitude des Wechselstromanteils kann so eine Kalibrierung der Ventile vorgenommen werden.
Der Nachteil bisheriger Dämpfungsverfahren, wie z. B. des in der DE 10 2004 008 796 A1 beschrieben Verfahrens, ist in erster Linie darin zu sehen, dass hier eine periodische Dämpfungskraft permanent auf das Ventil wirkt. Es wird in keiner Weise berücksichtigt, ob die Dämpfung zu einem bestimmten Zeitpunkt überhaupt benötigt wird oder nicht. Ebenso wenig finden die Schwingungsfrequenz oder die Schwingungsamplitude bei der Dämpfungsmaßnahme Berücksichtigung. Ein weiterer Nachteil des in DE 10 2004 008 796 A1 beschrieben Verfahrens ist zudem, dass sich die periodische Dämpfungskraft mit einer äußeren Kraft überlagern kann und es auf diese Weise doch zu einer unerwünschten Ventilbewegung kommt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine auftretende Ventilschwingung effektiv und speziell an die jeweiligen Erfordernisse angepasst zu unterbinden. Um keine zusätzlichen Kosten zu verursachen, sollen hierzu keine weiteren Sensoren, Regler oder sonstigen Bauelemente verwendet werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch die hydraulische Kraftfahrzeugdruckregelvorrichtung gemäß Anspruch 11 gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Dämpfung von analog geregelten, elektrisch steuerbaren Hydraulikventilen zeichnet sich dadurch aus, dass alle durchgeführten Dämpfungsmaßnahmen situationsgerecht erfolgen.
Zweckmäßigerweise besteht die Dämpfungsmaßnahme darin, dass über den Vorsteuerstrom eines elektrischen Ansteuertreibers eine Magnetkraft erzeugt wird, die die Ventilschwingungen dämpft. Die Magnetkraft wird dabei in der Ventilspule erzeugt und wirkt auf den magnetischen Anker des Ventils. Um das Magnetfeld in der Spule zu erzeugen, bzw. an diespeziellen Situationserfordernisse anzupassen, wird vorzugsweise der Vorsteuerstrom eines elektrischen Ansteuertreibers jeweils gesondert eingestellt. Durch dieses Vorgehen ist eine effektivere Dämpfung möglich als bei bisher bekannten Verfahren, die ohne Berücksichtigung der vorliegenden Situation arbeiten. Die Dämpfung erfolgt dabei beispielsweise einfach über einen zusätzlichen Gleichstrom, der dem Vorsteuerstrom überlagert wird.
Vorzugsweise zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Schwingungsdämpfung dadurch aus, dass zumindest die Situationserkennung zur Dämpfung ohne Sensordaten über die aktuelle Position des Stößels arbeitet. Dadurch sind keine weiteren als die bei einem Hydrauliksystem ohnehin vorhandenen Sensoren, Regler oder sonstigen elektronischen oder mechanischen Komponenten für das Verfahren notwenig. Somit entstehen auch keine zusätzlichen Kosten bei der Herstellung, wodurch die Erfindung besonders leicht in bestehende Systeme integrierbar ist.
Die Situation zur Dämpfung wird bevorzugt über den in die Ventilspule induzierten Wechselstrom und/oder über die in die Ventilspule induzierte Wechselspannung detektiert. Insbesondere wird das Erfordernis zur Durchführung einer Dämpfungsmaßnahme durch ein Wechselstromsignal bzw. durch ein Wechselspannungssignal erkannt, welches durch eine Schwingung des Ventils in die Ventilspule induziert wird.
Vorzugsweise wird der Wechselstrom und/oder die Wechselspannung durch den Ansteuertreiber detektiert. Der Ansteuertreiber eines elektrohydraulischen Ventils verfügt hierzu vorzugsweise auch über eine geeignete Vorrichtung zum Messen des Spulenstroms bzw. der Spulenspannung.
Bei der Erfassung des Wechselstrom- bzw. Wechselspannungsanteils wird vorzugsweise die Amplitude des Wechselstrom- bzw. Wechselspannungsanteils analysiert. Besonders bevorzugt wird diese Analyse durch den Ansteuertreiber vorgenommen. Über die Analyse der Amplitude des Wechselstroms bzw. der Wechselspannung kann der Ansteuertreiber vorteilhafterweise einen geeigneten Wert für eine Anpassung des Vorsteuerstroms ermitteln, so dass die mechanische Schwingung des Ventils situationsgerecht gedämpft und abgestellt wird.
Besonders bevorzugt wird nur dann eine Maßnahme zur Dämpfung der Ventilschwingung getroffen, wenn zuvor durch die Situationserkennung eine mechanische Schwingung des Ventils festgestellt wurde.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform stellt die Dämpfungsmaßnahme eine über einen bestimmten Zeitraum kontinuierlich wirkende Kraft dar. Dies ist insofern von Vorteil, als dass die Dämpfungsmaßnahme beispielsweise eine Magnetkraft darstellen kann, welche durch einen vom Ansteuertreiber zur Verfügung gestellten Gleichstrom bewirkt werden kann.
Vorteilhafterweise wird die Dämpfung des schwingenden Ventils abhängig von den jeweiligen Gegebenheiten wie Frequenz der mechanischen Schwingung und/oder Amplitude der mechanischen Schwingung und/oder Stärke der Anregung geregelt. Dementsprechend kann die Dämpfungsmaßnahme an die speziellen Gegebenheiten angepasst und situationsgerecht getroffen werden.
Insbesondere ist es möglich, das Verfahren mit weiteren Verfahren zur Dämpfung und/oder Vermeidung von Schwingungen zu kombinieren. Beispielsweise ist eine Kombination mit dem in DE 10 2004 008 796 A1 beschriebenen Verfahren möglich. Somit werden mechanische Ventilschwingungen nicht nur gezielt gedämpft sobald sie auftreten, sondern werden auch vorgebeugt.
Die Erfindung betrifft außerdem eine hydraulische Kraftfahrzeugdruckregelvorrichtung, umfassend mindestens ein analog angesteuertes Hydraulikventil und mindestens einen Ansteuertreiber. Die Vorrichtung führt das beschriebene Verfahren zur Schwingungserkennung, Schwingungsanalyse und Schwingungsdämpfung durch.
Insbesondere zeichnet sich die hydraulische Kraftfahrzeugdruckregelvorrichtung dadurch aus, dass im Bereich des Ventils keine Sensoren zur aktuellen Positionsbestimmung des Stößels vorhanden sind. Somit werden keine Kosten für zusätzliche Sensoren verursacht.
Eine bevorzugte Verwendung des beschriebenen Verfahrens zur Erkennung und Vermeidung von Schwingungen und durch Schwingungen entstehende Quietschgeräusche an Hydraulikventilen ist in einem elektronischen Bremssystem eines Fahrzeugs.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand von Figuren.
Es zeigt
1 schematisch ein elektrohydraulisches System mit einer Ventilspule.
Das elektrohydraulische System in 1 besteht aus einer Ventilspule 7, welche einen magnetischen Anker 6 umgibt. Der magnetische Anker 6 ist mechanisch fest mit dem Ventilstößel 5 verbunden. Sowohl Ventilspule 7 als auch magnetischer Anker 6 und Ventilstößel 5 sind im Ventilgehäuse 4 untergebracht. Hydraulikleitungen 8 sind mit Ventilgehäuse 4 verbunden. Ansteuertreiber 1 ist über Leiterbahnen 3 mit Ventilspule 7 verbunden. Außerdem ist in Ansteuertreiber 1 ein Stromsensor 2 integriert. Dieses elektrohydraulische System ist z. B. Bestandteil eines elektronisch gesteuerten Kraftfahrzeugbremssystems. Ein elektronisch gesteuertes Kraftfahrzeugbremssystem kann beispielsweise die Funktionen Antiblockiersystem (ABS) und ggf. Elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP) umfassen.
Ansteuertreiber 1 regelt einen pulsweitenmodulierten Steuerstrom in Spule 7. Der Steuerstrom in Spule 7 bewirkt ein entsprechendes Magnetfeld, welches mit magnetischem Anker 6 wechselwirkt. Über den in Ansteuertreiber 1 integrierten Stromsensor 2 detektiert dieser bzw. eine Ansteuerlogik (nicht dargestellt) ggf. eine Strom- bzw. Spannungsschwingung. Wird ein Wechselstrom- oder Wechselspannungsanteil detektiert, so nimmt Ansteuertreiber 1 eine Analyse dieser Schwingung vor und regelt den Vorsteuerstrom entsprechend nach. Das vom Strom erzeugte Magnetfeld und die dadurch auf magnetischen Anker 6 resultierende Kraft wirken gezielt als Dämpfungsmaßnahme, um die Schwingung des Ventils 4 zu unterbinden.
Im Betrieb des elektrohydraulischen Systems kann es in bestimmten Betriebsbereichen des Hydraulikventils zu unerwünschten Schwingungen des Ventilstößels 5 kommen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn das Kräftegleichgewicht zwischen Strömungskraft und magnetischer Kraft am Ventilstößel 5 gestört ist. Beispielsweise kann eine von außen in die Hydraulikleitungen 8 des Systems induzierte Druckwelle Auslöser einer derartigen Schwingung sein. Eine Bewegung von Ventilstößel 5 und damit von magnetischem Anker 6 bewirkt eine Strom- und Spannungsinduktion in der Ventilspule 7. Eine periodische Schwingung des Stößels 5 macht sich somit als Wechselstromanteil bemerkbar, der dem Gleichstrom in der Spule 7 überlagert ist.
Soll Ansteuertreiber 1 nicht selbst über seinen internen Stromsensor eine Detektion und Analyse der Strom- bzw. Spannungsschwingung in der Ventilspule 7 durchführen, so ist es beispielsweise auch möglich, hierzu eine externe Logikschaltung zu verwenden. Diese Logikschaltung kann dann ihrerseits Ansteuertreiber 1 dazu veranlassen, eine Dämpfungsmaßnahme durchzuführen, oder beispielsweise auch selbstätig eine Dämpfungsmaßnahme durchführen.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann die Schwingung des Ventilstößels 5 auch mittels mechanischer Sensoren erfasst werden und diese Information in geeigneter Form, z. B. elektronisch, an den Ansteuertreiber 1 oder eine externe Logikschaltung weitergeleitet werden. Der Ansteuertreiber 1 oder die externe Logikschaltung leiten dann eine situationsgerechte Dämpfungsmaßnahme ein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102004008796 A1 [0003, 0005, 0005, 0017]
DE 102007010514 A1 [0004]
DE 102006007157 A1 [0004]

Claims

Verfahren, das eine Maßnahme zur Dämpfung von Schwingungen an einem analog geregelten, elektrisch steuerbaren Hydraulikventil (2) vornimmt, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsmaßnahme situationsgerecht erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsmaßnahme darin besteht, dass über den Vorsteuerstrom eines elektrischen Ansteuertreibers eine Magnetkraft erzeugt wird, die die Ventilschwingungen dämpft.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Erkennung der Situation zur Dämpfung ohne Sensordaten über die aktuelle Position des Ventilstößels (5) arbeitet.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Situation zur Dämpfung über den in die Ventilspule (3) induzierten Wechselstrom und/oder über die in die Ventilspule induzierte Wechselspannung detektiert wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselstrom und/oder die Wechselspannung durch den Ansteuertreiber detektiert wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitude des Wechselstroms und/oder der Wechselspannung analysiert wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass nur dann eine Maßnahme zur Dämpfung der Ventilschwingung getroffen wird, wenn zuvor durch die Situationserkennung eine mechanische Schwingung des Ventils (2) festgestellt wurde.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dämpfungsmaßnahme eine über einen bestimmten Zeitraum kontinuierlich wirkende Kraft darstellt.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfung des schwingenden Ventils (2) abhängig von den jeweiligen Gegebenheiten wie Frequenz der mechanischen Schwingung und/oder Amplitude der mechanischen Schwingung und/oder Stärke der Anregung geregelt wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mit weiteren Verfahren zur Dämpfung und/oder Vermeidung von Schwingungen kombiniert wird.
Hydraulische Kraftfahrzeugdruckregelvorrichtung, umfassend mindestens ein analog angesteuertes Hydraulikventil (2) und mindestens einen Ansteuertreiber (1), dadurch gekennzeichnet, dass ein Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10 durchgeführt wird.
Hydraulische Kraftfahrzeugdruckregelvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Ventils keine Sensoren zur aktuellen Positionsbestimmung des Stößels (5) vorhanden sind.