DE102012112841B4 - Control method and control device for an electromagnet - Google Patents
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Abstract
Spannungsbasiertes Verfahren zur Steuerung eines Stromverlaufs durch einen Elektromagneten (126), insbesondere zur Steuerung einer Betriebsstellung eines elektromagnetischen Hydraulikventils (100), wobei der Elektromagnet (126) zum Antreiben eines Aktors (122) mit Strompulsen (10) entsprechend einer gewünschten Aktorstellung mittels Vorgabe von Spannungspulsen (24) mit wenigstens einem vorgebbaren Pulsparameter beaufschlagt wird, wobei den Spannungspulsen (24) Überlagerungspulse (26) überlagert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulslänge (30, 34) der Überlagerungspulse (26) kleiner als die Pulslänge (20, 22) der Spannungspulse (24) ist, um den Verlauf der den Spannungspulsen (24) zugeordneten Strompulse (10) einzustellen, insbesondere um eine vorgebbare Flankensteilheit der Strompulse (10) einzustellen, wobei die Pulslänge (20, 22, 30, 34) und/oder Pulshöhe (21, 23, 31, 35) der Spannungspulse (24) und/oder der Überlagerungspulse (26) aus einer Gleichheit einer zeitlich integrierten Fläche unter einer positiven und einer negativen Halbwelle einer vorgebbaren Pulsfrequenz, bezogen auf eine vorgebbare Reglerspannung (14), bestimmt werden.Voltage-based method for controlling a current profile through an electromagnet (126), in particular for controlling an operating position of an electromagnetic hydraulic valve (100), wherein the electromagnet (126) is used to drive an actuator (122) with current pulses (10) corresponding to a desired actuator position by specifying Voltage pulses (24) are subjected to at least one predeterminable pulse parameter, with superposition pulses (26) being superimposed on the voltage pulses (24), characterized in that the pulse length (30, 34) of the superposition pulses (26) is smaller than the pulse length (20, 22) of the voltage pulses (24) in order to adjust the course of the current pulses (10) assigned to the voltage pulses (24), in particular in order to set a predeterminable edge steepness of the current pulses (10), the pulse length (20, 22, 30, 34) and/or Pulse height (21, 23, 31, 35) of the voltage pulses (24) and/or the superposition pulses (26) from an equality of a time-integrated area under a positive and a negative half-wave of a predeterminable pulse frequency, based on a predeterminable controller voltage (14), be determined.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein spannungsbasiertes Verfahren zur Steuerung eines Stromverlaufs durch einen Elektromagneten, insbesondere zur Steuerung einer Betriebsstellung eines elektromagnetischen Hydraulikventils entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Berechnung einer Dauer und Höhe von Überlagerungspulsen zur Anwendung in einem derartigen Verfahren sowie eine Steuervorrichtung zur Steuerung des Betriebs eines Elektromagneten, insbesondere zur Steuerung eines elektromagnetischen Hydraulikventils.The present invention relates to a voltage-based method for controlling a current profile through an electromagnet, in particular for controlling an operating position of an electromagnetic hydraulic valve according to the preamble of
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
Aus der
Entwicklungen in der Getriebetechnik betreffen elektromagnetische Hydraulikventile für komfortabel reibschlüssig zu koppelnde Getriebekupplungen, insbesondere Anfahr-/Schaltkupplungen oder Synchronisierungen, die den Einsatz bei nur wenig bis gar keinen Getriebeölwechseln ermöglichen. Überdies sollen solche Hydraulikventile bei Verwendung von schlechter Getriebeölqualität, beispielsweise in Entwicklungsländern eingesetzt werden. Dafür werden üblicherweise Hydraulikventile mit besonders engen Luftspalten der antreibenden Elektromagnete eingesetzt, um den hemmenden Einfluss möglicher Schmutzpartikel im Öl zu verringern. Derartige Hydraulikventile weisen eine erhöhte Reibung auf, was im Proportionalstellbetrieb zu einem hohen Aufwand der elektronischen Steuerung führt, die in den meisten Fällen stromgeregelt durchgeführt wird. Eine qualitativ hochwertige Stromregelung ist in einem Kraftfahrzeug nur ungenügend realisierbar, da keine ideale Spannungsquelle zur Verfügung steht, um einen gewünschten Stromverlauf vorgeben zu können. Des Weiteren erfordert eine strombasierte Regelung eines Elektromagneten einen hohen Halbleiteraufwand mit entsprechenden Hardwarekosten und impliziert eine hohe Fehleranfälligkeit.Developments in transmission technology concern electromagnetic hydraulic valves for transmission clutches that can be conveniently coupled with friction, in particular starting/shift clutches or synchronizers, which enable use with little to no transmission oil changes. In addition, such hydraulic valves should be used when poor transmission oil quality is used, for example in developing countries. For this purpose, hydraulic valves with particularly narrow air gaps in the driving electromagnets are usually used in order to reduce the inhibiting influence of possible dirt particles in the oil. Such hydraulic valves have increased friction, which in proportional control operation leads to a high level of effort for the electronic control, which in most cases is carried out in a current-controlled manner. High-quality current control cannot be sufficiently implemented in a motor vehicle because no ideal voltage source is available to be able to specify a desired current curve. Furthermore, current-based control of an electromagnet requires a high level of semiconductor effort with corresponding hardware costs and implies a high susceptibility to errors.
Aus der
In der
Die
Schließlich beschreibt die
Ausgehend von dem oben dargestellten Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Steuerung eines Stromverlaufs durch einen Elektromagneten, ein Verfahren zur Berechnung einer Dauer und Höhe von Überlagerungspulsen zur Anwendung in einem derartigen Verfahren sowie eine Steuervorrichtung zur Steuerung des Betriebs eines Elektromagneten vorzuschlagen, wobei die genannten Verfahren und die Steuervorrichtung insbesondere für schwergängige elektromagnetische Hydraulikventile mit hoher Reibung, z.B. hoher Haft- oder Gleitreibung eingesetzt werden können, so dass ein sicherer Betrieb solcher hysteresebehafteten elektromagnetischen Aktoren auch bei einem hohen Systemreibungskoeffizienten bei minimalem Wartungsaufwand und minimaler Ausfallrate gewährleistet werden kann. Eine hohe Systemreibung kann beispielsweise durch ein enges Lagerspiel der verschieblichen mechanischen Teile des Aktuators bewirkt werden, oder durch eine Querkraft, mit dem ein Ankermagnet an eine Wandung des Aktuatorgehäuses gezogen wird. Derartige Reibungskräfte sind insbesondere dann erhöht, wenn ein Luftspalt zwischen dem Ankermagneten und einer magnetischen Trennschicht eines umgebenden Polrohrs des Aktuators sehr gering sind, d.h. nur ein geringes mechanisches Spiel gegeben ist.Based on the prior art presented above, it is the object of the invention to propose a method for controlling a current profile through an electromagnet, a method for calculating a duration and height of superposition pulses for use in such a method, and a control device for controlling the operation of an electromagnet , wherein the mentioned methods and the control device can be used in particular for stiff electromagnetic hydraulic valves with high friction, e.g. high static or sliding friction, so that safe operation of such hysteresis-afflicted electromagnetic actuators can be guaranteed even with a high system coefficient of friction with minimal maintenance effort and minimal failure rate . A high system friction can be caused, for example, by a tight bearing clearance of the displaceable mechanical parts of the actuator, or by a transverse force with which an armature magnet is pulled onto a wall of the actuator housing. Such frictional forces are increased in particular when an air gap between the armature magnet and a magnetic separating layer of a surrounding pole tube of the actuator is very small, i.e. there is only a small mechanical play.
Diese Aufgabe wird durch ein spannungsbasiertes Verfahren zur Steuerung eines Stromverlaufs durch einen Elektromagneten nach der Lehre des Anspruchs 1, ein Verfahren zur Berechnung einer Dauer und Höhe von Überlagerungspulsen zur Anwendung in einem derartigen Verfahren sowie eine Steuervorrichtung zur Steuerung des Betriebs eines Elektromagneten nach den weiteren nebengeordneten Ansprüchen gelöst. Die abhängigen Ansprüche schlagen vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung vor.This task is achieved by a voltage-based method for controlling a current profile through an electromagnet according to the teaching of
OFFENBARUNG DER ERFINDUNGDISCLOSURE OF INVENTION
In einem ersten erfindungsgemäßen Aspekt wird ein spannungsbasiertes Verfahren zur Steuerung eines Stromverlaufs durch einen Elektromagneten, insbesondere zur Steuerung einer Betriebsstellung eines elektromagnetischen Hydraulikventils, vorgeschlagen, wobei der Elektromagnet zum Antreiben eines Aktors mit Strompulsen entsprechend einer gewünschten Aktorstellung, bzw. Einhaltung einer gewünschten Einstellposition mittels Vorgabe von Spannungspulsen mit wenigstens einem vorgebbaren Pulsparameter beaufschlagt wird. In dem erfindungsgemäßen Verfahren werden den Spannungspulsen Überlagerungspulse überlagert, deren Pulslänge kleiner als die Pulslänge der Spannungspulse ist, um den Verlauf des den Spannungspulsen zugeordneten Strompulsen einzustellen, insbesondere um eine vorgebbare Flankensteilheit der Strompulse einzustellen.In a first aspect according to the invention, a voltage-based method for controlling a current profile through an electromagnet, in particular for controlling an operating position of an electromagnetic hydraulic valve, is proposed, wherein the electromagnet is used to drive an actuator with current pulses corresponding to a desired actuator position, or maintaining a desired setting position by means of a specification of voltage pulses is applied with at least one predeterminable pulse parameter. In the method according to the invention, superposition pulses are superimposed on the voltage pulses, the pulse length of which is smaller than the pulse length of the voltage pulses, in order to adjust the course of the current pulses assigned to the voltage pulses, in particular in order to set a predeterminable edge steepness of the current pulses.
Demzufolge kann die elektrische Ansteuerung von Elektromagneten, wie sie beispielsweise zum Betrieb von elektromagnetischen Hydraulik- oder Druckregelventilen eingesetzt wird, über eine Regelung der Eingangsspannung an dem Elektromagneten erfolgen. Diese Spannungsregelung stellt geringere Anforderungen an die Hardware einer Steuervorrichtung als eine Stromstärkenregelung und kann selbst bei schwankender Versorgungsspannung mit ausreichend hoher Qualität durchgeführt werden. Damit ist die Steuervorrichtung kostengünstig, die Regelungseigenschaften, wie z.B. Strompulsformen, sind jedoch nur indirekt einstellbar, da die Induktivität und der ohmsche Widerstand der Magnetspule des Elektromagneten durch ihren Tiefpasscharakter die Strompulsformen beeinflussen und zu einer Verrundung einer eigentlich gewünschten Rechteckform, wie bei einer Pulsweitenmodulation häufig angewandt, führen. Ein derartig geglätteter Stromverlauf weist für einen präzisen Betrieb des Elektromagneten, z.B. in einem Hydraulik- oder Druckregelventil, gewisse Einschränkungen auf. Die vorgeschlagene Erfindung ermöglicht mit Einsatz einer kostengünstigen Steuervorrichtung mit einer Spannungsregelung das qualitativ hochwertige Verhalten einer Stromstärkenregelung zu erreichen. Dabei hat eine Spannungsregelung gegenüber einer Stromstärkenregelung den ausgezeichneten Vorteil, dass sie einer Steuerung ähnlicher ist als eine Stromstärkenregelung, da der Einfluss der Rückkopplung geringer ist. Steuerungen sind deutlich einfacher handhabbarer im Betrieb als Regelungen, weisen keine Instabilitäten auf und sind somit robuster und weniger fehleranfällig.As a result, the electrical control of electromagnets, such as those used to operate electromagnetic hydraulic or pressure control valves, can be carried out by regulating the input voltage at the electromagnet. This voltage regulation places lower demands on the hardware of a control device than current intensity regulation and can be carried out with sufficiently high quality even when the supply voltage fluctuates. The control device is therefore cost-effective, but the control properties, such as current pulse shapes, can only be adjusted indirectly, since the inductance and the ohmic resistance of the magnetic coil of the electromagnet influence the current pulse shapes due to their low-pass character and lead to a rounding of an actually desired rectangular shape, as is often the case with pulse width modulation applied, lead. Such a smoothed current curve has certain limitations for precise operation of the electromagnet, for example in a hydraulic or pressure control valve. The proposed invention makes it possible to achieve high-quality behavior of current control using a cost-effective control device with voltage regulation. A voltage control has the excellent advantage over a current control in that it is more similar to a control than a current control because the influence of the feedback is smaller. Controls are much easier to operate than regulations, have no instabilities and are therefore more robust and less prone to errors.
Das erfindungsgemäße Verfahren schlägt eine Erzeugung einer Spannungsüberlagerung (Dither) zur Ansteuerung von Elektromagneten, insbesondere beim Einsatz in elektromagnetischen Hydraulik- oder Druckregelventilen vor, wobei die Spannungsüberlagerungen in Form von Überlagerungspulsen über einen Spannungspuls vor, der eine grundsätzlichen Betriebszustand des Elektromagneten definiert. Mit anderen Worten wird unter Verwendung einer spannungsgesteuerten Überlagerung von Überlagerungspulsen über einen Grundspannungspuls ein für die Ansteuerung von Elektromagneten günstiger Stromverlauf erzeugt. Durch die gesteuerte Spannungsüberlagerung wird ein Stromverlauf mit einstellbarer, insbesondere hoher Kantensteilheit des resultierenden Strompulses, z.B. eines rechteckförmigen Stromverlaufs, erreicht. Bevorzugt kann mit einer derartigen spannungsbasierten Steuerung ein Druckregelventil für ein Kupplungsgetriebe betrieben werden, wobei im Falle einer Doppelkupplung ein ungewünschter Schaltruck vermieden und ein sauberer, weicher Gangwechsel vorgenomen werden kann. Derartige Druckregelventile weisen einen hohen Reibungskoeffizienten auf, wobei die Regelbewegungen des Ankermagneten klein sind, so dass eine präzise, schnell arbeitende Ansteuerung vorteilhaft ist.The method according to the invention proposes generating a voltage superimposition (dither) for controlling electromagnets, in particular when used in electromagnetic hydraulic or pressure control valves, with the voltage superimpositions in the form of superposition pulses over a voltage pulse that defines a basic operating state of the electromagnet. In other words, using a voltage-controlled superimposition of superposition pulses over a basic voltage pulse, a current curve that is favorable for driving electromagnets is generated. Through the controlled voltage superposition, a current curve with an adjustable, in particular high edge steepness of the resulting current pulse, for example a rectangular current curve, is achieved. Preferably, a pressure control valve for a clutch transmission can be operated with such a voltage-based control, whereby in the case of a dual clutch, an undesirable switching jerk can be avoided and a clean, smooth gear change can be carried out. Such pressure control valves have a high coefficient of friction, with the control movements of the armature magnet being small, so that precise, fast-acting control is advantageous.
Häufig wird zur Ansteuerung von Elektromagneten die Pulsweitenmodulation verwendet, um einen mittleren Stromverlauf, der über das sogenannte Tastverhältnis variiert werden kann, einzustellen. Dabei ist das Tastverhältnis bei einer festen Pulsfrequenz üblicherweise definiert als das Verhältnis der Pulslänge bei einer Spannung, beispielsweise eine Referenzspannung, zur Pulslänge bei einer zweiten Spannung, beispielsweise Spannung null innerhalb der Taktzeit.Pulse width modulation is often used to control electromagnets in order to set an average current curve, which can be varied via the so-called duty cycle. The duty cycle at a fixed pulse frequency is usually defined as the ratio of the pulse length at one voltage, for example a reference voltage, to the pulse length at a second voltage, for example zero voltage within the cycle time.
Für eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Ansteuerung eines Elektromagneten hat sich eine vorteilhafte Spannungsregelung als mindestens zweistufige, insbesondere vierstufige Spannungsüberlagerung erwiesen. Dabei kann, um den Verlauf der ansteigenden und/oder abfallenden Flanken günstig zu beeinflussen, eine entsprechende Steuervorrichtung einen hochfrequenten Spannungsverlauf abgeben. Dieser führt zu einer hohen Umladegeschwindigkeit, bzw. einem hochfrequenten Stromverlauf innerhalb der Induktivität der Magnetspule, an den erwünscht steilen Flanken der Strompulse. Anschließend kann auf ein Tastverhältnis zurückgeschaltet, das einem mittleren Strompuls für den Rest der Spannungshalbwelle entspricht, d.h. ein niederfrequenter Spannungsverlauf kann zur Erzeugung einer konstanten Stromhöhe entsprechend einer gewünschten Magnetfeldstärke des Elektromagneten bzw. Stellung des Proportionalventils eingestellt werden. So kann mit einer mehrstufigen, insbesondere vierstufigen Spannnungsüberlagerung mittels einer Spannungssteuerung ein gewünschter, insbesondere rechteckähnlicher Stromverlauf durch den Elektromagneten erreicht werden. Durch Kenntnis der Frequenzeigenschaft des Elektromagneten kann durch eine hochfrequente gesteuerte Spannungsanregung ein gewünschter Stromverlauf eingestellt werden. Hierzu kann beispielsweise eine Frequenzanalyse, insbesondere einer FFT oder DFT (Fast bzw. Diskrete Fourier Transformation) des elektromagnetisch-mechanischen Systems vorgenommen werden, um für die Einstellung eines gewünschten Stromverlaufs durch den Elektromagneten bzw. Schaltverhaltens durch das Elektroventil eine entsprechende Spannungssignalform aufzufinden, und diese durch Kombination eines Spannungspulses und Überlagerungspulses vorzugeben.For an improved control of an electromagnet compared to the prior art, an advantageous voltage control has proven to be at least two-stage, in particular four-stage, voltage superposition. In order to favorably influence the course of the rising and/or falling edges, a corresponding control device can emit a high-frequency voltage curve. This leads to a high recharging speed, or a high-frequency current curve within the inductance of the magnetic coil, on the desired steep edges of the current pulses. You can then switch back to a duty cycle that corresponds to an average current pulse for the rest of the voltage half-wave, i.e. a low-frequency voltage curve can be set to generate a constant current level corresponding to a desired magnetic field strength of the electromagnet or position of the proportional valve. Thus, with a multi-stage, in particular four-stage, voltage superposition by means of a voltage control, a desired, in particular rectangular-like current curve can be achieved through the electromagnet. By knowing the frequency characteristics of the electromagnet, a desired current curve can be set using high-frequency controlled voltage excitation. For this purpose, for example, a frequency analysis, in particular an FFT or DFT (Fast or Discrete Fourier Transformation) of the electromagnetic-mechanical system can be carried out in order to find a corresponding voltage signal form for setting a desired current profile through the electromagnet or switching behavior through the electrovalve, and this by combining a voltage pulse and a superposition pulse.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann ein aufgrund einer hohen mechanischen Reibung bewirkte Hystereseeigenschaft eines elektromagnetischen Aktors gemildert werden, wobei die benötigt Ansteuerenergie deutlich verringert und somit der Wirkungsgrad verbessert und die Energieaufnahme des Aktors verringert werden kann. Die Ansprechgeschwindigkeit des Aktors wird erhöht und somit eine höhere Schaltdynamik erreicht. Da die Energieaufnahme herabgesetzt werden kann, wird die Lebensdauer erhöht, wobei aufgrund des verbesserten dynamischen Verhaltens eine hohe Regelgüte und Wiederholbarkeit von Schaltvorgängen erreicht werden kann.By means of the method according to the invention, a hysteresis property of an electromagnetic actuator caused by high mechanical friction can be mitigated, whereby the required control energy can be significantly reduced and thus the efficiency can be improved and the energy consumption of the actuator can be reduced. The response speed of the actuator is increased and thus higher switching dynamics are achieved. Since the energy consumption can be reduced, the service life is increased, and a high control quality and repeatability of switching processes can be achieved due to the improved dynamic behavior.
Erfindungsgemäß werden die Pulslänge und/oder Pulshöhe der Spannungspulse und/oder der Überlagerungspulse aus einer Gleichheit einer zeitlich integrierten Fläche unter einer positiven und einer negativen Halbwelle einer vorgebbaren Pulsfrequenz, bezogen auf eine vorgebbare Reglerspannung, bestimmt. Dabei ermöglicht die Gleichheit der zeitlich integrierten Flächen ein reglerneutrales Verhalten des überlagerten Spannungssignals. Hiermit kann die Remanenz des Elektromagneten vollständig abgebaut werden, und somit ein schnelles Schaltverhalten erreicht werden.According to the invention, the pulse length and/or pulse height of the voltage pulses and/or the superposition pulses are determined from an equality of a time-integrated area under a positive and a negative half-wave of a predeterminable pulse frequency, based on a predeterminable regulator voltage. The equality of the time-integrated areas enables the superimposed voltage signal to behave in a controller-neutral manner. This allows the remanence of the electromagnet to be completely reduced, thus achieving fast switching behavior.
Als Parameter zur Steuerung der Amplitude, also der Pulshöhe der Überlagerungspulse kann eine Fläche als Sollwert der Amplitude definiert werden. Diese stellt ein geeignetes Maß für den Energieinhalt der Überlagerungspulse dar und erlaubt dessen formneutrale Definition. Ferner werden so Umschalteffekte, die sich durch die mehrstufige Spannungsvorgabe ergeben, unterdrückt. Um ein frequenzneutrales Verhalten der Flächendefinition zu ermöglichen, kann die Fläche ferner auf die Frequenz normiert werden. Auch kann günstig auf eine flächengleiche nieder- oder höherfrequente Ansteuerung umgeschaltet werden.As a parameter for controlling the amplitude, i.e. the pulse height of the superposition pulses, an area can be defined as the setpoint of the amplitude. This represents a suitable measure for the energy content of the superposition pulses and allows its shape-neutral definition. Furthermore, switching effects that result from the multi-stage voltage specification are suppressed. In order to enable frequency-neutral behavior of the area definition, the area can also be normalized to the frequency. It is also possible to conveniently switch to low- or higher-frequency control with the same area.
Die Berechnung der nötigen Pulslängen und Pulshöhen der Überlagerungspulse kann vorteilhafterweise über einen Mehrschrittalgorithmus vorgenommen werden, wobei der Algorithmus eine mehrstufige, insbesondere vierstufige Spannungsüberlagerung unter der Vorgabe einer garantierten Gleichheit der Spannungsfläche zwischen positiver und negativer Halbwelle des Spannungsverlaufs erzeugen kann.The calculation of the necessary pulse lengths and pulse heights of the superposition pulses can advantageously be carried out using a multi-step algorithm, whereby the algorithm can generate a multi-stage, in particular four-stage, voltage superposition under the specification of a guaranteed equality of the voltage area between the positive and negative half-wave of the voltage curve.
Hierzu wird im Folgenden beispielhaft für eine vierstufige Spannungsüberlagerung mit vier Zeitbereichen I, II, III und IV zur Nachbildung eines Stromreglerverhaltens betrachtet, die eine Spannungsüberlagerung definiert, die ein vergleichbarer Stromregler mit einer strombasiert geregelten Spannung Uregler für eine gewünschte Aktuatorstellung ausgeben würde. Dabei wird in einem ersten Schritt zwei limitierende Halbwellen (Bereiche I & II bzw. Bereiche III & IV) des Schaltzyklus betrachtet, und die Größen der maximal möglichen Spannungs-Zeitflächen der positiven Halbwelle eines Spannungspulses A1 (Bereich I und II in
- Npos_ges
- Anzahl von Spannungspulsen der positiven Halbwelle,
- Nneg_ges
- Anzahl von Spannungspulsen der negativen Halbwelle,
- Uref
- Referenzspannung eines Stromreglers bei gewünschter Aktuatorstellung,
- Uregler
- Reglerspannung, maximale Ausgangsspannung des Reglers sind.
- Npos_ges
- Number of voltage pulses of the positive half wave,
- Nneg_ges
- Number of voltage pulses of the negative half wave,
- Uref
- Reference voltage of a current regulator with the desired actuator position,
- Uregulator
- Regulator voltage, maximum output voltage of the regulator.
Die maximal erlaubte Fläche kann als Minimum aus A1 und A2 durch
Als nächster Schritt wird die Fläche der positiven Halbwelle ermittelt. Dabei wird eine Fläche für die Soll-Anzahl von positiven Überlagerungspulsen (Bereich I in
- Np_soll
- Soll-Anzahl an positiven Überlagerungspulsen
- Np_should
- Target number of positive superposition pulses
Liegt A1p innerhalb der limitierenden Fläche Alimit, so kann die Ist-Anzahl an positiven Überlagerungspulsen Np
Np= Np_soll gesetzt werden, wenn nicht, dann wird, dann wird
Np = Ganzzahldivision ( Alimit / (Uref-Vregler) ) gesetzt.If A 1p lies within the limiting area A limit , then the actual number of positive superposition pulses can be N p
N p = N p_should be set, if not, then will, then will
N p = integer division (A limit / (U ref -V regulator )) set.
Danach wird die verwendete Fläche für die positiven Überlagerungspulse (Bereich I in
Daraus ergibt sich die Spannung des „regulären“ Spannungspulses mit
Damit liegt eine vollständige Berechnung der positiven Halbwelle vor, die innerhalb der Vorgaben einer Steuervorrichtung erzeugt werden kann.This means that there is a complete calculation of the positive half-wave, which can be generated within the specifications of a control device.
Anschließend wird die Fläche der negativen Halbwelle ermittelt. Dabei wird eine Fläche für die Soll-Anzahl an negativen Überlagerungspulse (Bereich III in
Liegt A1n innerhalb der limitierenden Fläche Alimit, so wird die Ist-Anzahl an negativen Überlagerungspulsen Nn
Nn= Nn_soll gesetzt, wenn nicht, dann wird
Nn = Ganzzahldivision (Alimit / Uregler ) gesetzt.If A 1n lies within the limiting area A limit , the actual number of negative superposition pulses becomes N n
N n = N n_set , if not, then will
N n = integer division (A limit / U regulator ) set.
Danach wird die verwendete Fläche für die negativen Überlagerungspulse (Bereich III in
Damit ergibt sich die Spannung des „regulären“ Spannungspulses mit
Damit liegt eine vollständige Berechnung der negativen Halbwelle vor, die innerhalb der Vorgaben einer Steuervorrichtung erzeugt werden kann.This means that there is a complete calculation of the negative half-wave, which can be generated within the specifications of a control device.
Durch diese Berechnungsvorschrift wird ein vierstufiger Spannungsüberlagerungsimpuls mit vier Zeitabschnittsbereichen berechnet, der einer gemittelten Spannungabgabe Uregler entspricht, wobei ein hysteresebehaftetes Ansprechverhalten des Aktuators berücksichtigt werden kann.This calculation rule calculates a four-stage voltage superimposition pulse with four time segment ranges, which corresponds to an averaged voltage output U regulator , whereby a hysteresis-related response behavior of the actuator can be taken into account.
Die Überlagerungsimpulse sind nicht zwangsläufig zeitlich kürzer als Stromimpulse einer vergleichbaren strombasierten Regelung. Allerdings können sie bei verringerten Stromstärken oder reduziertem Tastverhältnis die gleiche Wirkung erzielen, insbesondere wenn die geforderte Höhe der Strompulse höher ist, als eine Stromregelung real erreichbare Amplituden zur Verfügung stellen kann. Dabei können die Überlagerungspulse auch drei- oder zweistufig ausgelegt sein bzw. nur aus Überlagerungen bestehen, und können je nach Berechnungsvorschrift, Kennfeld oder Bedatung auch beliebige Zwischenformen annehmen.The superposition pulses are not necessarily shorter in time than current pulses from a comparable current-based control. However, they can achieve the same effect at reduced current intensities or reduced duty cycle, especially if the required height of the current pulses is higher than a current control can actually provide achievable amplitudes. The superposition pulses can also be designed in three or two stages or consist only of superpositions, and can also take any intermediate form depending on the calculation rule, characteristic map or data.
Die Ditherpulse können eine typische Frequenz von 100-300 Hz annehmen, wobei beim Einsatz beispielsweise zur Ansteuerung eines Druckregelventils in einem Getriebe eine Frequenz von 150Hz angesetzt werden kann. Demzufolge können die PWM-Signale (Pulseweitenmodulations-Signale) zur Formung der Spannungsüberlagernungen einen ca. 10 bis 20 mal so hohe Pulsfrequenz aufweisen, woraus PWM-Pulsfrequenzen von bis zu 3kHz bis 6kHz resultieren, die mit konventioneller robuster Elektronik kostengünstig bereitgestellt werden kann. The dither pulses can have a typical frequency of 100-300 Hz, although a frequency of 150 Hz can be used when used, for example, to control a pressure control valve in a transmission. As a result, the PWM signals (pulse width modulation signals) for forming the voltage overlays can have a pulse frequency that is approximately 10 to 20 times as high, resulting in PWM pulse frequencies of up to 3kHz to 6kHz, which can be provided cost-effectively with conventional robust electronics.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung können die Überlagerungspulse mit den Spannungspulsen und/oder mit ansteigenden und/oder abfallenden Flanken der Spannungspulse zeitlich synchronisiert werden. Um einen möglichst steilen Verlauf der ansteigenden und/oder abfallenden Flanken zu erreichen, ist es dabei zweckmäßig, den Beginn von Überlagerungspuls und Spannungspuls zusammenzulegen, bzw. eine feste Korrelation dieser Pulse vorzunehmen.According to an advantageous further development of the invention, the superposition pulses can be synchronized in time with the voltage pulses and/or with rising and/or falling edges of the voltage pulses. In order to achieve the steepest possible course of the rising and/or falling edges, it is expedient to combine the beginning of the superposition pulse and the voltage pulse or to carry out a fixed correlation of these pulses.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung können die Spannungspulse pulsweitenmoduliert, pulshöhenmoduliert, pulsfrequenzmoduliert und/oder pulsphasenmoduliert werden. Diese Pulsarten können einfach und günstig durch Standardbauteile erzeugt und in ihren Parameter einfach eingestellt werden. Die Anwendung von Überlagerungspulsen zur Ansteuerung von Elektromagneten kann günstigerweise auch auf andere Modulationsarten übertragen werden.According to an advantageous development of the invention, the voltage pulses can be pulse width modulated, pulse height modulated, pulse frequency modulated and/or pulse phase modulated. These types of pulses can be generated easily and inexpensively using standard components and their parameters can be easily adjusted. The use of superposition pulses to control electromagnets can also be conveniently transferred to other types of modulation.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel des Verfahrens können die Spannungspulse und/oder die Überlagerungspulse Rechteckpulse darstellen, insbesondere kann der Gesamtspannungspuls vier verschiedene Spannungshöhen annehmen. Eine vierstufige Spannungsüberlagerung stellt eine sehr günstige Ausprägung des erfindungsgemäßen Verfahrens dar, da es zum einen sowohl ansteigende als auch abfallende Flanken der Strompulse günstig beeinflussen kann und zum anderen eine Variante mit geringer Komplexität in der Umsetzung in einer technisch einfach ausgelegten Steuervorrichtung darstellt.According to a further advantageous embodiment of the method, the voltage pulses and/or the superposition pulses can represent square-wave pulses; in particular, the total voltage pulse can assume four different voltage levels. A four-stage voltage superposition represents a very favorable embodiment of the method according to the invention, since on the one hand it can favorably influence both rising and falling edges of the current pulses and on the other hand it represents a variant with little complexity in implementation in a technically simple control device.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann ein unterer Grenzwert der Spannungspulse größer null und/oder ein oberer Grenzwert der Spannungspulse kleiner als eine von einer Spannungsquelle abgeleitete Referenzspannung eingestellt werden. Eine solche Einstellung ist günstig, da von der Spannungsversorgung her noch genügend Spielraum für die Ansteuerung mit Überlagerungspulsen bleibt.According to an advantageous development of the invention, a lower limit value of the voltage pulses can be set to be greater than zero and/or an upper limit value of the voltage pulses to be smaller than a reference voltage derived from a voltage source. Such a setting is favorable because the power supply still leaves enough scope for control with superposition pulses.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann die Pulshöhe der Überlagerungspulse zwischen null und der Referenzspannung variiert werden, wobei eine maximale Beeinflussung der Strompulsformen durch maximal mögliche Pulshöhen der Überlagerungspulse gegeben ist.According to an advantageous development of the invention, the pulse height of the superposition pulses can be varied between zero and the reference voltage, with a maximum influence on the current pulse shapes being given by the maximum possible pulse heights of the superposition pulses.
Verschiedene Strategien sind vorstellbar, um auch bei Über- oder Unterspannung der Versorgungsspannung eine dennoch günstige Wellenform der Überlagerungspulse zu gewährleisten. So können beispielsweise Pufferbausteine oder Filter zur Glättung und Stabilisierung der Versorgungsspannung eingesetzt werden.Various strategies are conceivable to ensure a favorable waveform of the superposition pulses even when the supply voltage is over or under voltage. For example, buffer modules or filters can be used to smooth and stabilize the supply voltage.
Ausgehend von einem der beiden vorgenannten Ausführungsbeispiele kann bei Überschreiten einer vorgegebenen Grenzspannung durch die Referenzspannung die Pulshöhe und/oder die Pulsdauer und/oder das Tastverhältnis der Spannungspulse reduziert werden, um das Einstellen eines zum Betrieb bei der Grenzspannung gleichbleibenden Stromverlaufs durch den Elektromagneten zu bewirken. Damit lassen sich Schwankungen in der Versorgungsspannung nach oben für den Betrieb des Elektromagneten ausgleichen und eine gleichbleibende Umladungsgeschwindigkeit der Induktivität des Elektromagneten erreichen.Based on one of the two aforementioned exemplary embodiments, when the reference voltage exceeds a predetermined limit voltage, the pulse height and/or the pulse duration and/or the duty cycle of the voltage pulses can be reduced in order to set a current curve through the electromagnet that remains the same for operation at the limit voltage. This makes it possible to compensate for upward fluctuations in the supply voltage for the operation of the electromagnet and to achieve a constant charge transfer rate of the inductance of the electromagnet.
Ausgehend von einem der vorgenannten Ausführungsbeispiele kann bei Unterschreiten einer vorgegebenen Grenzspannung durch die Referenzspannung die Pulshöhe und/oder die Pulsdauer und/oder das Tastverhältnis der Spannungspulse erhöht werden, um das Einstellen eines zum Betrieb bei der Grenzspannung gleichbleibenden Stromverlaufs durch den Elektromagneten zu bewirken. Damit lassen sich Schwankungen in der Versorgungsspannung nach unten für den Betrieb des Elektromagneten ausgleichen und eine gleichbleibende Umladungsgeschwindigkeit der Induktivität des Elektromagneten erreichen.Based on one of the aforementioned exemplary embodiments, if the voltage falls below a predetermined limit, the reference voltage, the pulse height and / or the pulse duration and / or the duty cycle of the voltage pulses can be increased in order to set a current curve through the electromagnet that remains the same for operation at the limit voltage. This makes it possible to compensate for downward fluctuations in the supply voltage for the operation of the electromagnet and to achieve a constant charge transfer rate of the electromagnet's inductance.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann das Verfahren zur Steuerung eines elektromagnetischen Hydraulik- oder Druckregelventils mit hohen Reibkräften eingesetzt werden. Insbesondere eignet sich das Verfahren für die Ansteuerung eines Ventils in einem Kupplungsgetriebe eines Antriebstrangs, beispielsweise in einem Doppelkupplungsgetriebe eines Land-, See- oder Luftfahrzeugs, wobei durch eine Druckregelung mittels des Ventils ein sauberer Gangwechsel durch die beiden Reibungskupplungen durchführbar ist. Die dabei auftretenden Regelbewegungen sind verhältnissmässig gering, demenetsprechend muss eine genaue Regelführung möglich sein. Wie bereits oben ausgeführt, weisen Hydraulikventile mit hohen Reibkräften wie Haft- oder Gleitreibung besonders große Hysteresewerte in ihrem Ansprechverhalten auf, so dass diese bei Bestromung zunächst nicht ansprechen, und bei Überschreiten einer Mindestspannung ein Überschwingverhalten zeigen, so dass eine schnelle und zuverlässige Einstellung auf eine gewünschte Öffnungsposition nur schwer erreichbar ist. Beim Einsatz in einer Doppelkupplung führt dies zu einem unangenehmen Schaltruck, einer sogenannten Überschneidungssteuerung von einer Reibungskupplung zur anderen Reibungskupplung. Aus diesem Grund wurden bisher stromgesteuerte Reglerverfahren zur Ansteuerung derartiger Ventile angewendet, die einen entsprechenden Hardwareaufwand erfordern und Bauteilkosten in die Höhe treiben. Insofern kann deren Betrieb besonders günstig durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens und einer damit gegebenen positiven Beeinflussung der Flankensteilheit der Strompulse gestaltet werden, ohne dass eine komplexe Stromregelung vorgenommen werden muss.According to an advantageous development of the invention, the method can be used to control an electromagnetic hydraulic or pressure control valve with high frictional forces. The method is particularly suitable for controlling a valve in a clutch transmission of a drive train, for example in a dual clutch transmission of a land, sea or aircraft, whereby a clean gear change can be carried out by the two friction clutches by means of pressure control using the valve. The control movements that occur are relatively small, so precise control must be possible. As already explained above, hydraulic valves with high friction forces such as static or sliding friction have particularly large hysteresis values in their response behavior, so that they initially do not respond when energized and show overshoot behavior when a minimum voltage is exceeded, so that a quick and reliable adjustment to one desired opening position is difficult to reach. When used in a dual clutch, this leads to an unpleasant switching jerk, a so-called overlap control from one friction clutch to the other friction clutch. For this reason, current-controlled control methods have been used to control such valves, which require a corresponding amount of hardware and drive up component costs. In this respect, their operation can be made particularly favorable by using the method according to the invention and the resulting positive influence on the edge steepness of the current pulses, without the need for complex current control.
In einem nebengeordneten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Berechnung einer Dauer und Höhe von Überlagerungspulsen zur Anwendung in einem Verfahren nach einem der vorgenannten Ausführungsbeispiele vorgeschlagen. Dabei wird in einem Prüfstandslauf mit einem elektromagnetischen Aktor mit hysteresebehaftetem Ansprechverhalten, insbesondere mit einem elektromagnetischen Hydraulikventil mit hohem Systemreibungskoffizienten, durch Ansteuerung mit Spannungspulsen und Überlagerungspulsen und daraus erzeugten Strompulsen mindestens ein erstes Kennfeld für eine Anzahl positiver und mindestens ein zweites Kennfeld für eine Anzahl negativer Überlagerungspulse bestimmt, wobei eine Anzahl und/oder eine Amplitude der Überlagerungspulse variiert wird, um eine Abweichung der durch die Spannungspulse und die Überlagerungspulse erzeugten Strompulse von einer vorgegebenen Strompulskurve zu minimieren. Die Strompulskurve kann aus einem bereits bekannten, stromgeregelten Verfahren gewonnen werdenIn a secondary aspect of the invention, a method for calculating a duration and height of superposition pulses is proposed for use in a method according to one of the aforementioned exemplary embodiments. In a test bench run with an electromagnetic actuator with hysteresis-related response behavior, in particular with an electromagnetic hydraulic valve with a high system coefficient of friction, at least a first characteristic map for a number of positive and at least a second characteristic map for a number of negative overlay pulses is created by driving with voltage pulses and superposition pulses and current pulses generated therefrom determined, wherein a number and / or an amplitude of the superposition pulses is varied in order to minimize a deviation of the current pulses generated by the voltage pulses and the superposition pulses from a predetermined current pulse curve. The current pulse curve can be obtained from an already known, current-controlled method
Mit einem derartigen Optimierungsalgorithmus können beim Betrieb an einem Prüfstand für verschiedene Arbeitspunkte, d.h. Öffnungsstellungen des Aktors Kennfeldparameter ermittelt werden, welche eine möglichst gute Übereinstimmung mit einem beispielsweise rechteckförmig vorgegebenen Soll-Stromverlauf ergeben. Die benötigten Kennfelder können automatisch generiert werden und der zeitliche Aufwand für eine manuelle Bedatung von Kennfeldern reduziert bis ganz vermieden werden. Ein weiterer Vorteil ist die durch den Prüfstandsbetrieb gegebene Unabhängigkeit und Nicht-Beeinflussung von dem Einsatz in einer realen Umgebung, beispielsweise einem Fahrzeug. Hierdurch kann eine automatische Parametrierung der Kennfelder für eine gewünschte Anzahl von Stützstellen erreicht werden.With such an optimization algorithm, when operating on a test bench, map parameters can be determined for different operating points, i.e. opening positions of the actuator, which result in the best possible agreement with a desired current curve, for example given in a rectangular shape. The required maps can be generated automatically and the time required to manually enter maps can be reduced or even completely avoided. Another advantage is the independence and non-influence of the test bench operation from use in a real environment, for example a vehicle. This allows automatic parameterization of the characteristic maps for a desired number of reference points.
Hierbei kann vorteilhafterweise das erste und das zweite Kennfeld identisch sein. Für bestimmte Anwendungen mag es ebenso günstig sein, den elektromagnetischen Aktor in kritischen Betriebssituationen mit einer effektiveren Ansteuerung in Form eines einzigen neutralen Kennfeldes zu versorgen.Here, the first and second maps can advantageously be identical. For certain applications, it may also be beneficial to provide the electromagnetic actuator with a more effective control in the form of a single neutral characteristic field in critical operating situations.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann zumindest das erste und/oder das zweite Kennfeld mittels einer mathematischen Funktion approximiert werden und/oder ein modellbasierter Ansatz zur Bestimmung der Kennfelder verwendet werden. Diese Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass auf den Einsatz der u.U. speicherintensiven Kennfelder in einer Steuervorrichtung verzichtet werden kann, unter der Maßgabe, dass dafür ein rechenintensiverer Prozess zur Funktionsberechnung und/oder Modellberechnung eingesetzt werden kann. So kann anstelle eines Kennfelds eine formelmäßige Beschreibung, eine Polynom-, Spline-, Taylor- oder PWM-Gewichtungsparametersatz oder andere Ansatzfunktionen abgespeichert werden, um die Menge Kennfelddaten zu reduzieren.According to an advantageous development of the invention, at least the first and/or the second map can be approximated using a mathematical function and/or a model-based approach can be used to determine the map. This embodiment has the advantage that the use of the possibly memory-intensive maps in a control device can be dispensed with, provided that a more computationally intensive process for function calculation and/or model calculation can be used. Instead of a map, a formula description, a polynomial, spline, Taylor or PWM weighting parameter set or other approach functions can be saved in order to reduce the amount of map data.
Gemäß eines weiteren erfindungsgemäßen Aspekts wird eine Steuervorrichtung zur Steuerung des Betriebs eines Elektromagneten, insbesondere zur Steuerung eines elektromagnetischen Hydraulikventils, vorgeschlagen, wobei der Elektromagnet zum Antreiben eines Aktors mit Spannungspulsen beaufschlagt wird. Die Steuervorrichtung umfasst eine Spannungsvorgabeeinrichtung zur vorgebbaren Abgabe von Spannungspulsen an den Elektromagneten. Die Spannungsvorgabeeinrichtung ist zur Abgabe von Überlagerungspulsen eingerichtet, deren Pulslänge kleiner als die Pulslänge der Spannungspulse ist, um den Verlauf der den Spannungspulsen zugeordneten Strompulsen einzustellen, insbesondere um eine vorgebbare bzw. gewünschte Flankensteilheit der Strompulse einzustellen.According to a further aspect of the invention, a control device for controlling the operation of an electromagnet, in particular for controlling an electromagnetic hydraulic valve, is proposed, wherein the electromagnet is subjected to voltage pulses for driving an actuator. The control device includes a voltage specification device for the predefinable delivery of voltage pulses to the electromagnet. The voltage setting device is set up to emit superposition pulses whose pulse length is smaller than the pulse length of the voltage pulses in order to adjust the course of the current pulses assigned to the voltage pulses, in particular in order to set a predeterminable or desired edge steepness of the current pulses.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann die Steuervorrichtung eine Speichereinrichtung zur permanenten Speicherung von Verlauf und Höhe der Spannungspulse und der Überlagerungspulse umfassen, wobei bevorzugt eine I/O-Interfaceeinrichtung zur externen Programmierung, d.h. zumindest zur Einspeicherung aber auch vorteilhaft zum Auslesen der Daten der Speichereinrichtung vorgesehen ist. Beispielsweise kann die Speichereinrichtung die oben genannten ersten und zweiten Kennfelder zur Ansteuerung des elektromagnetischen Aktors beinhalten oder Parameter- und Funktionsbeschreibungen, die die Kennfelder bzw. Pulsfolgen mittels eines rechnerbasierten Verfahrens nachbilden können. Weiter ist es zweckmäßig, über eine I/O-Interfaceeinrichtung eine Korrekturmöglichkeit zu Änderungen der beiden Kennfelder und/oder Parametereingaben und Änderungen aufzuweisen..According to an advantageous development of the invention, the control device can comprise a memory device for permanently storing the course and height of the voltage pulses and the superposition pulses, preferably an I/O interface device for external programming, i.e. at least for storing but also advantageously for reading out the data from the memory device is provided. For example, the memory device can contain the above-mentioned first and second maps for controlling the electromagnetic actuator or parameter and function descriptions that can emulate the maps or pulse sequences using a computer-based method. Furthermore, it is expedient to have a correction option for changes to the two maps and/or parameter inputs and changes via an I/O interface device.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann die Steuervorrichtung eine Treiberstufe zur direkten Ansteuerung eines Elektromagneten eines elektromagnetischen Hydraulikventils und/oder eine Diagnoseeinrichtung zur Überwachung des Betriebs der Steuervorrichtung und/oder des Hydraulikventils umfassen. Um eine besonders kompakte Bauweise der Ansteuerung des elektromagnetischen Aktors zu ermöglichen, ist es günstig, eine Treiberstufe in der Steuervorrichtung selbst vorzusehen, wie es in Fahrzeugsteuergeräten häufig realisiert ist. Auch ist eine Diagnosemöglichkeit zur Überwachung des Betriebs der Steuervorrichtung für Wartungszwecke sehr hilfreich, wobei beispielsweise die Treiberstufe von extern direkt ansprechbar ausgelegt sein kann, bzw. die Impulsfolgen der Steuervorrichtung von extern ausgelesen werden können und die I/O-Interfaceeinrichtung kontaktiert werden kann. Es bietet sich des Weiteren vorteilhaft an, ein Buskopplereinrichtung, beispielsweise einen CAN-Buskoppler in der Steuervorrichtung anzuordnen, um eine Kommunikation mit einem übergeordneten Motorsteuersystem bereitzustellen, um Soll-Schaltpositionen des Aktors zu empfangen und Betriebs- und Störungsdaten auszugeben. Dabei lassen sich Fehlerfälle und/oder ein Wartungsbedarf von angesteuerten Hydraulikventilen so günstig ermitteln.According to an advantageous development of the invention, the control device can comprise a driver stage for directly controlling an electromagnet of an electromagnetic hydraulic valve and/or a diagnostic device for monitoring the operation of the control device and/or the hydraulic valve. In order to enable a particularly compact design of the control of the electromagnetic actuator, it is advantageous to provide a driver stage in the control device itself, as is often implemented in vehicle control devices. A diagnostic option for monitoring the operation of the control device for maintenance purposes is also very helpful, whereby, for example, the driver stage can be designed to be directly accessible from externally, or the pulse sequences of the control device can be read out externally and the I/O interface device can be contacted. It is also advantageous to arrange a bus coupler device, for example a CAN bus coupler, in the control device in order to provide communication with a higher-level engine control system in order to receive target switching positions of the actuator and to output operating and fault data. In this way, fault cases and/or maintenance requirements for controlled hydraulic valves can be easily determined.
ZEICHNUNGENDRAWINGS
Weitere Vorteile ergeben sich aus der vorliegenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination.Further advantages result from the present drawing description. The drawing shows exemplary embodiments of the invention. The drawing, description and claims contain numerous features in combination.
Es zeigen:
-
1 einen Spannungs- und Stromverlauf zur Ansteuerung eines Elektromagneten nach dem Stand der Technik; -
2 einen Spannungs- und Stromverlauf zur Ansteuerung eines Elektromagneten nach einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel; -
3 ein elektromagnetisches Hydraulikventil zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach einem weiteren Ausführungsbeispiel;
-
1 a voltage and current curve for controlling an electromagnet according to the prior art; -
2 a voltage and current curve for controlling an electromagnet according to an exemplary embodiment according to the invention; -
3 an electromagnetic hydraulic valve for using the method according to the invention according to a further exemplary embodiment;
In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert.In the figures, identical or similar components are numbered with the same reference numerals.
Ebenfalls eingezeichnet ist der sich einstellende Stromverlauf aus einzelnen Strompulsen 10, die sich durch die spannungsbasierte Ansteuerung des Elektromagneten 126 mit den Spannungspulsen 24 ergibt. Auf Grund der Gegeninduktivität und der sich hierdurch einstellenden Tiefpasscharakters des Elektromagneten 126 sind die Strompulse 10 gegenüber den angelegten Spannungspulsen 24 stark verrundet bzw. tiefpassgefiltert, da der Strom nach Anlegen einer Spannungsflanke 38,40 bedingt durch die Gegeninduktivität erst langsam seine volle Höhe erreicht und bei binär abfallender Spannungsflanke langsam beim Abbau der in der Magnetspule gespeicherten magnetischen Energie abnimmt. Mit einer derart spannungsgeführten Ansteuerung können nur unpräzise Schaltpositionen eines Aktors bei langen Ansprechzeiten erreicht werden.Also shown is the resulting current curve from individual
Die negative Halbwelle des Spannungspulses 24 in den Zeitbereichen III & IV wird mit einem negativen Überlagerungspuls 26 mit der Überlagerungspulslänge 34 und der Überlagerungspulshöhe 35, die günstigerweise bei Spannung null liegt, überlagert. Auch hier addieren sich Überlagerungspulslänge 34 und verbleibende Spannungspulslänge 36 zur ursprünglichen Spannungspulslänge 22 von
Das Hydraulikventil 100 besteht aus einem Elektromagneten 126, der in einem Gehäuse 112 angeordnet ist und über einen Stößel 124 einen Hydraulikkolben 122, der sich in demselben Ventilgehäuse befindet und den eigentlichen Aktor darstellt, antreibt. Der Elektromagnet 126 umfasst eine ringförmig angeordnete Magnetspule 102, die mit dem Gehäuse 112 beispielsweise durch eine Vergußmasse fest verbunden ist. Im Innern der Magnetspule 102 befindet sich ein Polrohr 104, in dem sich, durch einen dünnen Luftspalt 106 getrennt, ein Anker 108, üblicherweise als Eisenkern ausgebildet, bewegen kann.The
Um bei großen Getriebeölwechselintervallen - Extremfall Lebensdauerfüllung - ein ausfallsicheres Verhalten aufzuweisen, sollte das Hydraulikventil 100 günstigerweise eine hohe Robustheit aufweisen. Hohe Robustheit lässt sich zwar mit einem großen Spiel bei den zu bewegenden Teilen erzielen. Jedoch geht dies zu Lasten der Energiebilanz und der Leckagedichtheit. Die hohe Robustheit wird erreicht, indem Schmutzpartikel im Hydrauliköl nicht zum Verklemmen des Hydraulikventils 100 führen können, da ansonsten der Anker 108 sehr große Axialkräfte aufbringen muss, um sich stets frei zu reißen. Das Hydraulikventil 100 weist dennoch eine hohe Regelgüte auf, die mittels mehrerer konstruktiver Maßnahmen erreicht wird. So werden insbesondere die Querkräfte zwischen dem Anker 108 und dem Polrohr 104 minimiert. Ein solches konstruktives Merkmal zur Verringerung der Querkräfte ist ein sehr enges Laufspiel zwischen dem Anker 108 und dem Polrohr 104, das mittels einer sehr dünnen Trennschicht 110 anstelle beispielsweise einer Hülse oder einer dicken Beschichtung erreicht wird. Die Stärke einer solch dünnen Trennschicht 110 kann beispielsweise bei einer Schichtdicke von 0,01 mm bis 0,06 mm liegen. Hierbei sind PTFE-Schichten, aber auch chemische Vernickelung oder ähnliche Werkstoffe denkbar.In order to exhibit fail-safe behavior in the case of long transmission oil change intervals - in the extreme case of lifetime filling - the
Ein derartiges Volumenstromregelventil 100 ist beispielsweise für das Einlegen und Auslegen der Gänge in einem Fahrzeugautomatikgetriebe vorgesehen. Das Hydraulikventil 100 weist zwei Arbeitsanschlüsse A und B, sowie einen Versorgungsanschluß P auf. Überdies weist das Hydraulikventil 100 auch zwei Tankabflüsse T1 und T2, auf. Ein Hydraulikkolben 122 weist drei umlaufende Ringnuten 114, 116, 118 auf. Mittels der mittleren Ringnut 116 ist ein Volumenstrom eines axial zwischen den beiden Arbeitsanschlüssen A, B angeordneten Versorgungsanschlusses P auf den hinteren Arbeitsanschluss B führbar, wenn sich der Hydraulikkolben 122 in der in
Das dargestellte Ventil weist - vergleichbar einem Druckregelventil ein enges Spatmass und hierdurch bedingt hohe Verstellkräfte auf, so dass hohe Mischreibungs- und Gleitreibungskräfte im dynamischen Betrieb resultieren.The valve shown has - comparable to a pressure control valve - a narrow spacing and, as a result, high adjustment forces, so that high mixed friction and sliding friction forces result in dynamic operation.
Das dargestellte Hydraulikventil 100, ebenso wie ein gattungsähnliches Druckregelventil für ein Getriebe, insbesondere Doppelkupplungsgetriebe aufgrund seiens hohen Reibungskoeffizienten und seiner Hysteresebehaftung vorzüglich, mit einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, beispielsweise mit einer vierstufigen Spannungsüberlagerung nach
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 1010
- StrompulsCurrent pulse
- 1212
- Null SpannungZero tension
- 1313
- Untere GrenzspannunngLower limit voltage
- 1414
- ReglerspannungRegulator voltage
- 1515
- Obere GrenzspannungUpper limit voltage
- 1616
- ReferenzspannungReference voltage
- 1818
- 2020
- Spannungspulslänge IVoltage pulse length I
- 2121
- Spannungspulshöhe IVoltage pulse height I
- 2222
- Spannungspulslänge IIVoltage pulse length II
- 2323
- Spannungspulshöhe IIVoltage pulse height II
- 2424
- SpannungspulsVoltage pulse
- 2626
- ÜberlagerungspulsSuperposition pulse
- 3030
- Überlagerungspulslänge ISuperposition pulse length I
- 3131
- Überlagerungspulshöhe ISuperposition pulse height I
- 3232
- Spannungspulslänge IIVoltage pulse length II
- 3333
- 3434
- Überlagerungspulslänge IIISuperposition pulse length III
- 3535
- Überlagerungspulshöhe IIISuperposition pulse height III
- 3636
- Spannungspulslänge IVVoltage pulse length IV
- 3737
- 3838
- Ansteigende FlankeRising edge
- 4040
- Abfallende Flanke Falling edge
- 100100
- HydraulikventilHydraulic valve
- 102102
- SpuleKitchen sink
- 104104
- Polrohrpolar tube
- 106106
- Luftspaltair gap
- 108108
- Ankeranchor
- 110110
- BeschichtungCoating
- 112112
- GehäuseHousing
- 114114
- Hintere RingnutRear ring groove
- 116116
- Mittlere RingnutMiddle ring groove
- 118118
- Vordere RingnutFront ring groove
- 120120
- SchraubendruckfederHelical compression spring
- 122122
- Aktor = HydraulikkolbenActuator = hydraulic piston
- 124124
- StößelPestle
- 126126
- ElektromagnetElectromagnet
Claims (15)
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