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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Stromregler zu einer geräuscharmen Ansteuerung eines Zusatzvolumenventils in einer Mehrkammerluftfeder.
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Beim Öffnen und Schließen eines Ventils können Geräusche entstehen, die einerseits durch eine Bewegung von Ventilteilen verursacht werden, andererseits aus einer Durchströmung des Ventils resultieren. Beispielsweise sind solche Ventile Teil einer Luftfederungsanlage eines Kraftfahrzeuges, um dort Zusatzvolumen zu- oder abzuschalten. Von Insassen des Kraftfahrzeuges werden jedoch Geräusche, die durch Schließvorgänge schaltbarer Ventile entstehen, als störend empfunden. Es sind daher bislang eine Reihe von Lösungen bekannt, die solche Schaltgeräusche vermindern sollen.
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In der Druckschrift
DE 10 2008 008 996 A1 wird ein Verfahren zum Betrieb eines schaltbaren Ventils vorgestellt, bei dem ein geräuscharmer Betrieb realisiert wird, indem das Ventil mit einem pulsweitenmoduliert-getakteten Strom betrieben wird. Durch die modulierbare Pulsweite für die Steuerung einer Öffnungs- bzw. einer Schließbewegung kann eine geringere Geräuschbelastung erreicht werden.
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In der Druckschrift
DE 10 2010 054 702 A1 wird ein Magnetventil durch ein pulsweitenmoduliertes Stromsignal angesteuert, um einen bei einer Entlüftung einer Druckkammer auftretenden Entlüftungsknall zu reduzieren und eine Entlüftungsmenge zu regulieren. Die Ansteuerung des Magnetventils wird insbesondere dazu moduliert, um diejenigen Geräusche zu minimieren, welche durch die das Ventil durchströmende Luft verursacht werden.
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In der Druckschrift
DE 10 2007 057 794 A1 werden mit Hilfe von im Fahrzeug vorliegenden Signalen aus einer Reihe von geräuschunterdrückenden Maßnahmen diejenigen ausgewählt, die die Dämpfung des Fahrwerks geeignet beeinflussen. Dabei kann unter anderen auch eine Methode zur Beeinflussung der Ventilregelung ausgewählt werden.
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Zusatzvolumen in einer Mehrkammerluftfeder werden von Zusatzvolumenventilen zu- oder abgeschaltet. In einem Kraftfahrzeug findet ein solcher Schaltvorgang abhängig von Fahrdynamik (Quer-/Längsbeschleunigung) und von verschiedenen Systemzuständen, die sich beispielsweise aus einem Anwählen von Fahrprogrammen, der Situation kurz vor Fahrzeugstillstand oder bei Niveauregelung ergeben, statt.
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Ein gängiges Verfahren zur Ansteuerung des Schaltvorgangs eines Zusatzvolumenventils ist ein Push/Hold-Verfahren, welches in Abhängigkeit von einem Zeitverlauf durch die Größe eines am Zusatzvolumenventil anliegenden Stromes eine Schließstellung regelt. Dabei liegt in dem mit Push bezeichneten Zeitabschnitt ein Maximalstrom am Zusatzvolumenventil an, der quantitativ größer ist als ein Haltestrom in der sich unmittelbar anschließenden mit Hold bezeichneten Phase. Beispielsweise dauert eine solche Bestromung insgesamt 1300 Millisekunden, wobei mit Einschalten ein Sollstromwert von 2 Ampere erreicht wird, der über 300 Millisekunden die Push-Phase darstellt. Hierdurch wird das Zusatzvolumenventil in die Schließstellung gebracht. In der Hold-Phase wird das Zusatzvolumenventil in der Schließstellung gehalten, und zwar beispielsweise mit einem auf 1 Ampere abgesenkten Stromwert, der für 1000 Millisekunden beibehalten wird. Mit Ausschalten des anliegenden Stromes kehrt das Zusatzvolumenventil wieder in eine geöffnete Ausgangsstellung zurück.
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Ein tatsächlich sich ausbildender Iststromverlauf weicht von dem eben modellhaft beschriebenen Sollstromverlauf ab. Sobald beim Einschalten ab einer bestimmten Höhe des Stromwertes, beispielsweise bei 1.6 Ampere, ein mechanischer Schließvorgang im Zusatzvolumenventil beginnt, weist der Iststromverlauf eine Gradientenreduzierung auf, durch die der weitere Anstieg zunächst abgeschwächt wird. Bis ein Stößel des Zusatzvolumenventils eine Endlage einnimmt, sinkt der Iststromverlauf sogar wieder etwas ab, beispielsweise auf 1.5 Ampere. Ist die Endlage erreicht und damit der Schließvorgang abgeschlossen, steigt der Iststromverlauf schnell auf den Sollwert an. Das Geräusch, das dabei entsteht, wenn der Stößel des Ventils in einen Sitz der Endlage trifft, wird im Inneren des Kraftfahrzeuges störend als ein Klicken wahrgenommen.
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Aus dem Stand der Technik ist eine Ansteuerungsvariante bekannt, bei der der Stromverlauf zum Ein- und Ausschalten eine Rampe aufweist. So wird in der Push-Phase der Maximalstrom langsamer, erst nach Durchlaufen einer ansteigenden Rampe erreicht, während zum Ausschalten der Haltestrom mit Durchlaufen einer abfallenden Rampe erst vermindert wird. Die jeweiligen Stromwerte und zeitlichen Abläufe sind dabei vollständig parametrierbar. Ein Nachteil dieser Ansteuerungsvariante ist jedoch, dass dadurch die Zusatzvolumenventile wesentlich später durchschalten.
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Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und einen Stromregler zur Ansteuerung eines Zusatzvolumenventils in einer Mehrkammerluftfeder bereitzustellen, wobei eine gegenüber dem Stand der Technik geringere Geräuschentwicklung auftritt.
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Zur Lösung der voranstehend genannten Aufgabe wird ein Verfahren zur Ansteuerung eines Ventils vorgestellt, welches durch einen in einem Stromregler erzeugten parametrierbaren Sollstromverlauf geschaltet wird, bei dem eine Überwachung eines Gradienten eines Iststromverlaufs durchgeführt wird und bei Unterschreiten eines vorgegebenen Schwellwertes durch den Gradienten des Iststromverlaufs der Sollstromverlauf gemäß einer vorgegebenen Parametrierung geregelt wird.
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Vorteilhaft teilt man die Stromregelung in verschiedene Phasen unterschiedlicher Parametrierung des Sollstromverlaufs ein, wobei sich die Parametrierung auf einen Stromwert, einen zeitlichen Gradienten des Stromwertes und eine Zeitdauer der Phase bezieht.
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Ohne eine andere Aufteilung auszuschließen, ist es zur Unterdrückung einer Geräuschentwicklung bei einem Schließvorgang des Ventils besonders vorteilhaft, die Stromregelung in folgende 4 Phasen einzuteilen. In Phase 1 startet der Schließvorgang, welcher durch eine Überwachung des Gradienten des Iststromverlaufs erkannt wird. Unterschreitet der Gradient einen vorher festgelegten Schwellwert, wird Phase 2 ausgelöst und ein Sollstrom auf einen parametrierbaren Stromwert reduziert. Hierdurch wird eine Bewegungsenergie des Stößels verringert und damit die Geräuschentwicklung beim Eintreffen des Stößels in einen Sitz der Endlage verringert. Ist diese erreicht, wird in Phase 3 der Sollstrom auf den Stromwert des Haltestroms gesetzt. Weitere Geräuschentwicklungen bei einem erneuten Öffnen des Ventils können in Phase 4 durch Schalten einer abfallenden Rampe im Sollstromverlauf vermindert werden.
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Die obigen 4 Phasen werden nun im Einzelnen beschrieben. Ohne dabei die Wahl anderer Parameter auszuschließen, werden beispielhaft Werte genannt, um eine mögliche Parametrierung des Sollstromverlaufs aufzuzeigen, mit der die Ansteuerung des Ventils laut dem erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführt werden kann.
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Phase 1 umfasst den Start eines Schließvorgangs des Ventils. Eine Startrampe, mit der der Sollstrom hochgefahren wird, ist dabei parametrierbar. Ein geeigneter Wert für den Gradienten ist 100 Ampere/Millisekunde. Der Sollstrom würde nun bis zu einem Maximalstrom von 2 Ampere hochgefahren werden. Ab einem bestimmten Stromwert beginnt jedoch der Stößel im Ventil mit dem Schließvorgang und nimmt Bewegungsenergie auf, wodurch es zu einer Reduzierung des Gradienten im Iststromverlauf kommt. Erfindungsgemäß wird der Gradient des Iststromverlaufs ständig überwacht, wobei ein Wert des Gradienten als numerische Berechnung gemäß einer Messfrequenz oder durch ein analoges Signal vorliegt. Unterschreitet der Gradient den Schwellwert, der positiv wie negativ parametrierbar sein soll, beispielsweise 0.01 Ampere/Millisekunde, so wird Phase 2 eingeleitet. Dabei kann auch eine Haltezeit für den Stromwert des Sollstromverlaufs eingestellt sein, bis es zur Einleitung von Phase 2 kommt.
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In Phase 2 wird der Sollstrom auf einen durch einen Parameter vorgegebenen Stromwert abgesenkt. Dadurch wird die Bewegungsenergie des Stößels verringert und damit ein störendes Geräusch reduziert, insbesondere minimiert. Sitzt der Stößel in der Endlage, ist Phase 2 beendet. Eine typische Wahl für den Stromwert des abgesenkten Sollstroms ist 0 Ampere, wobei die Zeitdauer der Phase 2 50 Millisekunden beträgt.
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Hat sich das Ventil geschlossen beginnt Phase 3. Der Sollstrom wird auf den Stromwert des Haltestroms gesetzt, welcher beispielsweise 1 Ampere beträgt. In einem Realbetrieb, also beispielsweise beim Bewegen des Kraftfahrzeugs, wird der Haltestrom solange aufrecht erhalten und damit das Ventil solange geschlossen gehalten, bis durch einen äußeren Vorgang eine Anforderung zum Öffnen entsteht (beispielsweise durch einen Federratenregler). Damit beginnt Phase 4.
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Phase 4 schließlich öffnet das Ventil, d.h. der Haltestrom wird über eine abfallende Rampe des Sollstromverlaufs ausgeschaltet. Der Gradient der Rampe und die Zeitdauer der Phase 4 sind dabei parametrierbar. Beispielsweise kann ein Gradient von -0.01 Ampere/Millisekunde gewählt werden
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In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorteilhaft, zur Überwachung des Gradienten auf Stromwerte des Iststromverlaufs mittels eines parametrierbaren Filters zuzugreifen. Der Stromwert und der Gradient des Iststromverlaufs sind so robust gegenüber Signalrauschen. Der Filter ist so zu wählen, dass keine signifikanten Zeitverluste entstehen.
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Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahren weist ein Stromregler zur Ansteuerung eines Ventils, logische Bauteile auf, die dazu ausgelegt sind, bei einem Iststromverlauf eines am Ventil anliegenden Stroms eine ständige Berechnung eines zeitlichen Gradienten des Iststromverlaufs durchzuführen.
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Des Weiteren weist der Stromregler logische Bauteile auf, die dazu ausgelegt sind, eine parametrierte Stromregelung gemäß festgelegter zeitlicher Phasen auszuführen, wobei sich die Parametrierung auf einen Stromwert, einen zeitlichen Gradienten des Stromwertes und die Zeitdauer der jeweiligen Phase beziehen kann.
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In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Stromregler dazu ausgelegt, eine gemäß vorgegebener Parameter gestaltete rampenartige Ansteuerung des Ventils durchzuführen, wobei eine Rampe ansteigend oder abfallend sein kann.
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Vorteilhaft ist der Stromregler zur Überwachung des Iststromverlaufs mit einem parametrierbaren Filter ausgestattet, der den Stromwert und/oder den Gradienten des Iststromverlaufs verzögerungsfrei innerhalb einer für die Ansteuerung des Ventils relevanten Zeitskala liefert.
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In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Stromregler dazu konfiguriert, mindestens ein Zusatzvolumenventil in mindestens einer Mehrkammerluftfeder eines Kraftfahrzeugs anzusteuern.
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Schließlich ist es denkbar, dass in einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, der Stromregler dergestalt konfiguriert ist, dass sich ein angesteuerter Sollstrom durch Setzen einer Spannung ergibt und diese Spannung so variiert wird, dass sich der angesteuerte Sollstrom einstellt.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
- 1 zeigt in schematischer Darstellung als Beispiel für eine pulsweitenmodulierte Ansteuerung den Sollstromverlauf beim sogenannten Push/Hold-Verfahren.
- 2 zeigt einen gemessenen Iststromverlauf am Zusatzvolumenventil beim Push/Hold-Verfahren.
- 3 zeigt eine Ansteuerungsvariante, bei der der Sollstromverlauf zum Ein- und Ausschalten eine Rampe aufweist.
- 4 zeigt einen Sollstromverlauf nach einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In 1 ist in schematischer Darstellung als Beispiel für eine pulsweitenmodulierte Ansteuerung eines Zusatzvolumenventils das sogenannte Push/Hold-Verfahren gezeigt. Dabei wird in Abhängigkeit von der Zeit durch die Größe eines das Zusatzvolumenventil steuernden Sollstromes 102 ein Schließvorgang geregelt. Aufgetragen ist auf der Abszisse 104 die Zeit bzw. der Zeitverlauf in Millisekunden, sowie auf der Ordinate 106 ein Stromwert in Ampere. Die gesamte Zeitdauer der Ansteuerung beträgt 1300 Millisekunden. Mit Einschalten des Schließvorgangs zu einem Zeitpunkt 112 beginnt der als Push bezeichnete Zeitabschnitt 108, bei dem der Sollstrom 102 für 300 Millisekunden einen maximalen Stromwert von 2 Ampere aufweist. Hierdurch wird das Zusatzvolumenventil in die Schließstellung gebracht. In der sich unmittelbar anschließenden mit Hold bezeichneten Phase 110 nimmt der als Haltestrom bezeichnete Sollstrom 102 einen Stromwert von 1 Ampere an. In der Hold-Phase wird das Zusatzvolumenventil in der Schließstellung gehalten. Mit Ausschalten 114 des Sollstromes 102 kehrt das Zusatzvolumenventil wieder in eine geöffnete Ausgangsstellung zurück.
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In 2 ist ein gemessener sich beim Push/Hold-Verfahren ausbildender Iststromverlauf 202 dargestellt. Aufgetragen ist nach rechts, d. h. auf der Abszisse 204 die Zeit bzw. der Zeitverlauf in Sekunden, sowie nach oben, d. h. auf der Ordinate 206 ein Stromwert in Ampere. Die gesamte Zeitdauer der Ansteuerung beträgt etwa 1.5 Sekunden. Sobald beim Einschalten zu einem Zeitpunkt 212 in dem mit Push bezeichneten Zeitabschnitt 208 ab einer bestimmten Höhe des Stromwertes 216, etwa bei 1.6 Ampere, ein mechanischer Schließvorgang im Zusatzvolumenventil beginnt, weist der Iststromverlauf eine Gradientenreduzierung auf. Der weitere Anstieg schwächt sich zunächst ab, durchläuft ein Maximum und zeigt sogar einen Abfall 218 auf etwa 1.5 Ampere. Im Ventil entspricht dies dem Vorgang, bei dem ein Stößel seine Endlage einnimmt, was ein Geräusch erzeugt, welches im Inneren des Kraftfahrzeuges störend als ein Klicken wahrgenommen wird. Ist die Endlage erreicht und damit der Schließvorgang abgeschlossen, steigt der Iststromverlauf schnell auf den maximalen Sollwert von 1.8 Ampere an. Nach Beendigung des Push-Zeitabschnittes 208 folgt unmittelbar der als Hold bezeichnete Zeitabschnitt 210. Hierbei nimmt der Iststromverlauf 202 bis zum Ausschalten 214 nach etwa 1.2 Sekunden, einen Haltestromwert von 1.0 Ampere an.
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Aus dem Stand der Technik zeigt 3 eine Ansteuerungsvariante zu 1, bei der der Sollstromverlauf zum Ein- und Ausschalten eine Rampe aufweist. Aufgetragen ist nach rechts, d. h. auf der Abszisse 304 der Zeitverlauf in Millisekunden, sowie nach oben, d. h. auf der Ordinate 306 der Stromwert in Ampere. Der Push-Zeitabschnitt 308 weist hierbei einen 180 Millisekunden andauernden Zeitabschnitt 316 auf, bei dem mit Einschalten des Schließvorgangs zu einem Zeitpunkt 312 der Sollstrom 302 zuerst eine ansteigende Rampe durchläuft, die sich von 0.8 Ampere bis zum Maximalstrom von 2 Ampere erstreckt. Nach insgesamt 300 Millisekunden ist der Push-Zeitabschnitt beendet und der Hold-Zeitabschnitt 310 beginnt. Der Sollstrom fällt auf einen Haltstrom von 1 Ampere ab und wird mit diesem Wert 950 Millisekunden gehalten. Zum Ausschalten 314 durchläuft der Sollstrom eine 50 Millisekunde andauernde abfallende Rampe 318, bei der der Sollstrom von 1 Ampere auf 0.5 Ampere abfällt. Danach ist der Ausschaltvorgang beendet und der Sollstrom fällt nach einer Ansteuerungsgesamtdauer von 1300 Millisekunden wieder auf 0 Ampere zurück. Durch das Durchlaufen einer ansteigenden Rampe zum Einschalten bzw. einer abfallenden Rampe zum Ausschalten, werden die im Zusatzvolumenventil auftretenden Geräusche reduziert. Ein Nachteil dieser Ansteuerungsvariante ist jedoch, dass dadurch die Zusatzvolumenventile wesentlich später durchschalten.
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In 4 wird der Sollstromverlauf 402 gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Aufgetragen ist nach rechts, d. h. auf der Abszisse 404 der Zeitverlauf, sowie nach oben, d. h. auf der Ordinate 406 der Stromwert in Ampere. Die Ansteuerung des Zusatzvolumenventils ist dabei in 4 Phasen 408, 410, 412 und 414 aufgeteilt. Das Einschalten zu einem Zeitpunkt 418 findet mit Start von Phase 1 408 statt. Der Sollstrom wird mit einer Startrampe 416 hochgefahren. Ein Stromregler berechnet ständig den Gradienten des Iststromverlaufs am Zusatzvolumenventil, und erkennt den Beginn des Schließvorgangs an dem sich abflachenden Gradienten 420. Unterschreitet der Gradient eine vorgegebene Schwelle 422, wird, gegebenenfalls nach Verstreichen einer vorgegebenen Haltezeit, Phase 2 410 eingeleitet und der Sollstrom auf einen durch einen Parameter vorgegebenen Stromwert 424 abgesenkt. Dadurch wird die Bewegungsenergie des Stößels verringert und damit ein störendes Geräusch reduziert, insbesondere minimiert. Der Stromwert 424 wird für die Zeitdauer 426 der Phase 2 410 gehalten. Mit Abschluss der Phase 2 410 hat sich der Stößel geschlossen und Phase 3 412 beginnt mit dem Setzen des Sollstroms auf den Stromwert 428 des Haltestroms, mit dem der Stößel in der Schließstellung gehalten wird. Ein Öffnungsvorgang des Zusatzvolumenventils kann in Phase 4 414 durch eine abfallende Rampe 430 des Sollstromverlaufs ausgeführt werden. Ein den Sollstromverlauf steuernder Stromregler ist dadurch ausgezeichnet, dass er den Sollstromverlauf durch vorgegebene Parameter steuert. Ohne die Wahl anderer Parameter zu beschränken, werden diese beispielhaft wie folgt gewählt: Gradient der Startrampe 416 gleich 100 Ampere/Millisekunde, Maximalstrom 418 in Phase 1 408 gleich 2 Ampere, Schwelle 422 gleich 0.01 Ampere/Millisekunde, Haltezeit bei Unterschreiten der Schwelle 422 durch Gradienten gleich 0 Millisekunden, Stromwert 424 in Phase 2 410 gleich 0 Ampere, Zeitdauer 426 der Phase 2 410 gleich 50 Millisekunden, Stromwert 428 des Haltestroms in Phase 3 412 gleich 1 Ampere, Gradient der abfallenden Rampe 430 in Phase 4 414 gleich -0.01 Ampere/Millisekunde.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008008996 A1 [0003]
- DE 102010054702 A1 [0004]
- DE 102007057794 A1 [0005]
