DE102012206419A1

DE102012206419A1 - Steuerung für ein Druckregelventil

Info

Publication number: DE102012206419A1
Application number: DE102012206419A
Authority: DE
Inventors: Stefan Brantweiner; Franz Faschinger
Original assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Current assignee: Magna PT BV and Co KG
Priority date: 2012-04-19
Filing date: 2012-04-19
Publication date: 2013-10-24
Anticipated expiration: 2032-04-20
Also published as: DE102012206419B4; WO2013156599A1; US9864384B2; CN104246924A; US20150069277A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steuerung für ein Druckregelventil innerhalb eines Kraftfahrzeugs, vorzugsweise für ein den Öldruck stellendes Druckregelventil, wobei der Steuerung (S) ein dem zu stellenden Druck (Psoll) entsprechendes Signal zuführbar ist, die Steuerung (S) ausgangsseitig mit einem Druckregelventil (DRV) für das zu stellende Fluid in Signalverbindung steht, wobei die Strombeaufschlagung des Druckregelventils (DRV) über ein durch die Steuerung (S) generiertes PWM-Signal erfolgt und die Steuerung (S) dazu ausgebildet ist, vor dem Beaufschlagen des Druckregelventils (DRV) mit dem für den zu stellenden Druck (Psoll) zugehörigen Strom für eine Zeitspanne eine Übererregung der Spule des Druckregelventils (DRV) mit einem höheren Strom vornimmt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuerung für ein Druckregelventil nach der Art von Anspruch 1.
Ein Druckregelventil dient dem Einstellen eines unter Druck geförderten Fluids auf einen vorgesehenen Druck, welcher mechanisch durch Einstellen einer Federvorspannung oder elektrisch durch Spannungsbeaufschlagung eines Elektromagneten vorgebbar ist. Das von einer Pumpe bereitgestellte Fluid wird über einen steuerbaren Ventilkörper auf den vorgesehenen Druck reduziert, entspannt, indem bei zu hohem Druck Fluid aus dem Förderweg abgelassen und bspw. wieder zur Pumpe umgeleitet wird.
Bei automobilen Anwendungen im Bereich Motor oder Getriebe haben elektrisch steuerbare Druckregelventile innerhalb großer Temperaturintervalle stets das gleiche Steuerverhalten zu zeigen. Gerade das Einstellen von kleinen Drücken kann bei knapp dimensionierten Druckregelventilen mit niedriger Magnetkraftkennlinie problematisch sein. Bei tiefen Temperaturen (z.B. –20°C) ergeben sich auf Grund der hohen Ölviskosität hohe Schaltzeiten. Niedrige Drücke können bei Tieftemperatur u.U. gar nicht eingestellt werden, da der Ventilkörper über den Magneten nicht angezogen wird und so das Ventil geöffnet bleibt.
Die DE 10 2010 024 585 A1 beschreibt ein Magnetventil mit einer Spule, einem mit einem Ventilglied in Verbindung stehenden Anker und mit einem ölgefüllten Ventilraum, in welchem der Anker angeordnet ist. Um eine hohe Stelldynamik zu gewährleisten, ist der Anker in dem Öl des Systems bewegbar gelagert, wobei zum Senken der Ölviskosität die durch den Stromfluss erzeugte Erwärmung der Spule eine Erwärmung des Öls im Ventilraum bewirkt.
Eine Steuerung für ein Magnetventil ist aus der EP 0 006 843 B2 bekannt. Zur Steigerung der Anzugskraft wird kurzzeitig ein erhöhter Strom durch die Spule geleitet, was durch eine spezielle elektronische Schaltung erfolgt.
Die DE 601 08 998 T2 beschreibt ein Steuerungssystem zur Steuerung eines elektromagnetischen Ventils, welches ein Spulenpaar aufweist, ein im Raum zwischen den Spulen beweglich angeordnetes Element, einen Ventilkörper sowie Federmittel, welche im stromfreien Zustand der Spulen eine Mittenlage des beweglichen Elementes bewirken. Während einer Initialisierungsphase wird über die Analyse des Schwingverhaltens bei diesem speziellen Ventil der Einfluss der Viskosität ermittelt und die erforderliche Stromstärke für die Ventilsteuerung bestimmt. Es erfolgt zusätzlich eine Erfassung der Öltemperatur.
Die DE 38 43 138 C2 zeigt ein Verfahren zur Steuerung und Erfassung der Bewegung eines Ankers eines elektromagnetischen Schaltorganes, eines Ventils. Es erfolgt eine Erfassung der zeitlichen Änderung der Spannung bzw. des Stromes zur Erkennung des Endes der Ankerbewegung.
Aus der DE 10 2006 061 105 A1 ist ein speziell aufgebautes Ventil für einen Nockenwellenversteller bekannt. Die Spannungsbeaufschlagung des Elektromagneten erfolgt durch An- und Ausschalten der Spannung innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls.
Ein Bremssystem mit einer Kolben-Zylindereinheit beschreibt die DE 20 2005 018 018 U1 . Die Kolben-Zylindereinheit dient dem Bremsdruckauf- und Abbau, der Realisierung der ABS-Funktion sowie der Antischlupfregelung. Die Bewegung des Bremspedals wird erfasst und bei der elektrischen Steuerung des elektromagnetisch steuerbaren Ventils berücksichtigt. Ebenfalls wird zur Druckabsenkung, zur Absenkung der Bremswirkung die Drehbeschleunigung des Rades berücksichtigt.
Bei der Schaltungsanordnung zum Betrieb von Magnetventilen gemäß der DE 40 24 496 A1 sind ein erstes Steuerglied zum Anlegen einer Aktivierungsspannung und ein zweites Steuerglied zum Anlegen einer niedrigeren Betriebsspannung vorgesehen. Im Betriebsstromkreis liegt ein Stromfühlglied, welches in Anhängigkeit vom ermittelten Betriebsstrom die Höhe der Betriebsspannung einstellt.
Die DE 195 33 131 A1 beschreibt ein Verfahren zum Ansteuern eines elektromagnetischen Verbrauchers – eines Magnetventils einer Dieseleinspritzpumpe. Die Steuerspannung einer Endstufe wird während der Einschaltphase bis zum Erreichen eines Einschaltspitzenstromes auf einen vorgegebenen Wert geregelt. Anschließend wird der Haltestrom in sich wiederholenden Schritten auf einen vorgesehenen Wert abgesenkt. Dieser Wert wird für eine Zeitdauer konstant gehalten – anschließend wird der Strom zum Abschalten wieder hochgefahren.
Ein Verfahren zur Ermittlung einer Viskositäts-Kenngröße eines Motoröls, welches in der DE 10 2010 020 757 A1 beschrieben ist, verwendet die Ventilschaltzeiten als Maß für die Viskosität des zu schaltenden Mediums.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Steuerung für ein Druckregelventil gegenüber den bekannten Steuerungen zu verbessern.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale von Anspruch 1. Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung sieht eine Steuerung vor, bei welcher das mit der Steuerung in Signalverbindung stehende Druckregelventil über ein PWM(Pulsweitenmodulation)-Signal geschaltet wird. Dabei ist vorgesehen, dass durch das PWM-Signal eine Stromübererregung in der Spule des Druckregelventils erzeugt wird, wodurch der Ventilkörper beschleunigt in den vorgesehenen Arbeitsbereich bewegt wird.
Die bei tiefen Temperaturen hohe Ölviskosität bewirkt eine starke Dämpfung des Ventilkörpers und damit des gegenüber der Spule zu bewegenden Ankers. Durch eine Stromübererregung der Spule kann die Einschalt-, die Reaktionszeit bei einer tiefen Temperatur und entsprechend zähem Öl, also die Zeitspanne, welche der Ventilkörper des Druckregelventils zum Erreichen der für den einzustellenden Druckwert entsprechenden Stellung benötigt, deutlich minimiert werden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Stelldruck innerhalb eines kleinen Bereiches vom Enddruck, des gesamten Druckbereiches liegt.
Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Steuerung programmiert Zeitintervalle enthält, welche in Abhängigkeit des zu regelnden Druckwertes gewählt sind und welche die Zeitspanne der Stromübererregung der Spule des Druckregelventils vorgeben. So kann vorgesehen sein, dass bei geringeren Druckwerten eine andere Zeitspanne für die Stromübererregung vorgesehen ist als bei höheren Druckwerten. Diese Ausführungsform weiterbildend oder als Alternative dazu kann vorgesehen sein, dass verschiedenen Druckwerten, auf welche zu regeln ist, unterschiedliche Stromübererregungswerte zugeordnet werden. So ist es möglich, dass bei geringeren Druckwerten ein anderer Vorgabewert für die Stromübererregung vorgegeben wird als bei höheren Druckwerten. Entsprechend wird das Druckregelventil zum Einstellen auf einen niedrigen Druckwert mit einem anderen PWM-Signal beaufschlagt als zum Einstellen auf einen höheren Druckwert.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist bevorzugt vorgesehen, dass die Steuerung mit einem die Temperatur des zu regelnden Fluides – dem Öl – erfassenden Temperatursensor in Signalverbindung steht. In Abhängigkeit der Temperatur des Fluids nimmt die Steuerung dann die Ansteuerung des Druckregelventils vor, derart, dass bei niedrigen Temperaturen und somit einer höheren Viskosität eine stärkere Stromübererregung erfolgt. Alternativ kann die Temperatur des zu stellenden Fluids auch modellhaft geschätzt werden, wozu insbesondere ein an anderer Stelle erfasster Temperaturwert verwendet wird. Letztlich ist es auch möglich, dass der sich mit der Temperatur ändernde Widerstandswert der Spule des Druckregelventils zur Temperaturbestimmung verwendet wird, wozu die Steuerung den Widerstandswert ermittelt und daraus die Temperatur bestimmt. Unabhängig von der Temperaturbestimmung kann vorgesehen sein, dass auch die Zeitspanne für die vorgesehene Übererregung in Abhängigkeit der wie zuvor beschrieben ermittelten Temperaturwerte gewählt wird.
Des Weiteren erfolgt die Erläuterung einer Ausführung der Erfindung an Hand der Zeichnungen.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Steuerung S, welche über eine erste Signalleitung mit einem Druckregelventil DRV in Signalverbindung steht. Über eine zweite Signalleitung steht die Steuerung S mit einem Temperatursensor TS in Signalverbindung. Der Temperatursensor TS erfasst die Temperatur des Öls eines nicht dargestellten Motors bzw. eines Getriebes. Über eine weitere Signalleitung wird der Steuerung S ein Signal zugeführt, welches dem Druckwert Psoll entspricht, auf welchen das von einer Pumpe geförderte Öl über das Druckregelventil geregelt werden soll, entspricht. Dieses Drucksignal Psoll wird von einer nicht dargestellten Motor- bzw. Getriebesteuerung generiert.
In der Steuerung S sind für die einzustellenden Drücke Stromwerte abgespeichert, welche in Form von PWM-Signalen (PWM = Pulsweitenmodulation) ausgegeben werden und die über die Spule den Ventilkörper des Druckregelventils DRV entsprechend stellen. Diese Stromwerte werden als Haltestrom bezeichnet, da durch sie der Ventilkörper auf den zur Druckregelung vorgesehenen Wert positioniert wird, also mit derjenigen Kraft beaufschlagt wird, welche dem der Regelung entsprechenden Druck entspricht. Auf Grund der Trägheit des Ankers innerhalb der Spule wirkt hierbei der zeitliche Mittelwert des PWM-Signals, d.h. der mittlere die Spule erregende Strom ist bestimmt durch die Pulslänge des PWM-Signals. Der Strom wechselt wie bei PWM-Signalen üblich, zwischen zwei festen Werten – die effektive Strombeaufschlagung ergibt sich durch die Pulsbreite, also der zeitlichen Dauer des Stromimpulses.
Soll über die Steuerung S das Druckregelventil DRV auf einen neuen Druckwert eingestellt werden, so erfolgt in einem ersten Zeitintervall eine Übererregung der Spule des Druckregelventils DRV – die Spule wird mit einem Stromwert beaufschlagt, welcher größer ist als der anschließende Haltestrom. Dieses Zeitintervall wird als Übererregungsintervall bezeichnet und wird von der Steuerung in Abhängigkeit der sensorisch erfassten Temperatur vorgegeben. Ebenfalls in Abhängigkeit der erfassten Öltemperatur gibt die Steuerung S die Höhe des die Übererregung bewirkenden Stromes vor – auch in diesem Fall über das die Spule beaufschlagende PWM-Signal – nun mit einer größeren Pulslänge, was effektiv einem höheren Strom entspricht.
2 zeigt das Verhalten bei herkömmlicher Ansteuerung eines Druckregelventils in einem Druck- bzw. Strom-Zeit-Diagramm. Die Abszisse t gibt die Zeit an – die Ordinate den Druck p bzw. den zur Regelung des Druckes am Druckregelventil – dessen Spule – anzulegenden Stromwert I. Zum Zeitpunkt t1 wird die Spule des Druckregelventils mit einem Strom I1 beaufschlagt und dieser Stromwert I1 wird für eine vorgesehene Zeitspanne aufrecht gehalten. Die gepunktete Line zeigt hierbei den Verlauf des angelegten Stromes I(t).
Erkennbar reagiert das Druckregelventil, der Anker sowie der damit gekoppelte Ventilkörper bei tiefen Temperaturen nur zeitverzögert, so dass erst zum Zeitpunkt t2 der Druckwert p(t) zu ca. 90% des vorgesehenen Druckes erreicht. Die durchgezogene Linie gibt hierbei den Zeitverlauf des Druckes p(t) wieder. Auf Grund der durch die tiefe Temperatur bedingte hohe Viskosität des zu regelnden Öls reagiert die Druckregelung um den Zeitwert tA = t2 – t1 verzögert.
3 zeigt die erfindungsgemäß vorgesehene Ansteuerung des Druckregelventils mit Übererregung. Zum Zeitpunkt t1 wird die Spule des Druckregelventils für eine kurze Zeitspanne mit einem Stromwert I2 beaufschlagt, der höher ist als der Stromwert I1, welcher dem zu regelnden Druckwert entspricht. Anschließend wird der Stromwert auf I1, den Haltestrom reduziert – das Ventil regelt nun den vorgesehenen Druckwert. Durch die Übererregung mit dem höheren Stromwert I2 > I1 reagiert das Druckregelventil spürbar schneller – der Zeitwert tA = t2 – t1 für die Reaktion auf den vorgegebenen Druckwert ist deutlich kürzer als im Fall ohne Übererregung.
Durch die erfindungsgemäße Übererregung folgt das Druckregelventil spürbar schneller einem elektrisch vorgegebenen Druckwert wie im Falle einer herkömmlichen Ansteuerung ohne Übererregung. Auch ergibt sich durch die Übererregung ein stetiges Anregelverhalten, was sich in einer kleinen Hysterese bei tiefen Temperaturen des zu regelnden Öls bemerkbar macht. Dies sei kurz an Hand der 4 und 5 erläutert.
4 zeigt die Druck-Strom-Kennlinie eines herkömmlich angesteuerten Druckregelventils. Aufgetragen ist auf der Abszisse der Stromwert I, auf der Ordinate der durch Beaufschlagung des Druckregelventils mit dem Strom I jeweils regelbare Druck p. In üblicher Weise wird die Hysterese bestimmt, in dem die sich bei steigendem, anschließend bei sinkenden Stromwert I ergebenen Druckwerte p erfasst und in Form eine Kennlinie gegeneinander aufgetragen werden. Durch die beschriebene Trägheit – verursacht durch die hohe Viskosität des Öls bei niedrigen Temperaturen – ergibt sich ein unstetiges Regelverhalten – eine große Hysterese. Im Unterscheid hierzu zeigt die 5 eine kleine Hysterese – das Anregelverhalten des mit Übererregung gesteuerten Druckregelventils ist stetig. In den 4 und 5 ist die Hysterese jeweils durch den Doppelpfeil hervorgehoben.

S

Steuerung

DRV

Druckregelventil

TS

Temperatursensor

Psoll

Sollwert Druck

p

Druck

I

Strom

t

Zeit

p(t)

Verlauf Druck gegenüber Zeit

I(t)

Verlauf Strom gegenüber Zeit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010024585 A1 [0004]
EP 0006843 B2 [0005]
DE 60108998 T2 [0006]
DE 3843138 C2 [0007]
DE 102006061105 A1 [0008]
DE 202005018018 U1 [0009]
DE 4024496 A1 [0010]
DE 19533131 A1 [0011]
DE 102010020757 A1 [0012]

Claims

Steuerung für ein Druckregelventil innerhalb eines Kraftfahrzeugs, vorzugsweise für ein den Öldruck stellendes Druckregelventil, wobei der Steuerung (S) ein dem zu stellenden Druck (Psoll) entsprechendes Signal zuführbar ist, die Steuerung (S) ausgangsseitig mit einem Druckregelventil (DRV) für das zu stellende Fluid in Signalverbindung steht, wobei die Strombeaufschlagung des Druckregelventils (DRV) über ein durch die Steuerung (S) generiertes PWM-Signal erfolgt und die Steuerung (S) dazu ausgebildet ist, vor dem Beaufschlagen des Druckregelventils (DRV) mit dem für den zu stellenden Druck (Psoll) zugehörigen Strom für eine Zeitspanne eine Übererregung der Spule des Druckregelventils (DRV) mit einem höheren Strom vorzunehmen.
Steuerung nach Anspruch 1, wobei die Steuerung (S) mit einem die Temperatur des zu stellenden Fluids erfassenden Temperatursensor (TS) in Signalverbindung steht.
Steuerung nach Anspruch 1, wobei durch die Steuerung (S) die Temperatur des zu stellenden Fluids modellhaft ermittelt wird, wozu insbesondere ein an anderer Stelle erfasster Temperaturwert verwendet wird.
Steuerung nach Anspruch 1, wobei durch die Steuerung (S) die Temperatur des zu stellenden Fluids aus dem Widerstandswert der Spule des Druckregelventils (DRV) bestimmt wird.
Steuerung nach einem der Ansprüche 2–4, wobei durch die Steuerung (S) in Abhängigkeit der Temperatur des zu stellenden Fluids der für die Übererregung vorgesehene Stromwert gewählt wird.
Steuerung nach einem der Ansprüche 2–4, wobei durch die Steuerung (S) in Abhängigkeit der Temperatur des zu stellenden Fluids die Zeitspanne für die Übererregung gewählt wird.
Steuerung nach Anspruch 1, wobei durch die Steuerung (S) in Abhängigkeit des vorgegebenen Druckwertes für das zu stellende Fluid der für die Übererregung vorgesehene Stromwert gewählt wird.
Steuerung nach Anspruch 1, wobei durch die Steuerung (S) in Abhängigkeit des vorgegebenen Druckwertes für das zu stellende Fluid die Zeitspanne für die Übererregung gewählt wird.