DE10315152A1 - Verfahren zur Steuerung eines Elektromagnetventils, insbesondere für ein Automatikgetgriebe eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Verfahren zur Steuerung eines Elektromagnetventils, insbesondere für ein Automatikgetgriebe eines Kraftfahrzeugs Download PDF

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Abstract

Bei einem bekannten Verfahren werden Elektromagnetventile mit einem pulsweitenmodulierten Signal mit einer in Abhängigkeit von einem Ventilstrom veränderbaren Periodendauer angesteuert. Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren vorzuschlagen, welches in einer Steuerungseinrichtung einfach umsetzbar ist. DOLLAR A Der Ventilstrom durch einen Anker des Elektromagnetventils muss aufwändig berechnet oder gemessen werden. Erfindungsgemäß wird die Periodendauer des Ansteuersignals in Abhängigkeit von einem Einschaltanteil des Ansteuersignals verändert. Der Einschaltanteil liegt in der Steuerungseinrichtung des Elektromagnetventils ohne vorherige Berechnung oder Messung vor. Die Umsetzung der Veränderung der Periodendauer in der Steuerungseinrichtung ist damit besonders einfach. DOLLAR A Einsatz in einem Kraftfahrzeug.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Elektromagnetventils, insbesondere für ein Automatikgetriebe eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • In der DE 298 09 342 U1 ist ein Verfahren zur Steuerung eines Elektromagnetventils in Form eines Druckregelventils beschrieben, das nach Art eines über einen Elektromagneten angetriebenen Sitzventils aufgebaut ist. Das Verfahren wird von einer Steuerungseinrichtung in Form einer elektronischen Einrichtung ausgeführt, welche das Elektromagnetventil mit einem pulsweitenmodulierten Ansteuersignal in Form eines Pulssignals ansteuert. Eine Taktfrequenz und damit eine Periodendauer des Ansteuersignals ist dabei in allen Betriebsbereichen des Elektromagnetventils konstant.
    •
  • Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, ein Verfahren zur Steuerung eines Elektromagnetventils vorzuschlagen, mittels welchem ein schnelles Ansprechverhalten und eine hohe Einstellgenauigkeit des Elektromagnetventils ermöglicht wird.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.
  • Erfindungsgemäß wird die Periodendauer des Ansteuersignals von der Steuerungseinrichtung in Abhängigkeit von einem Einschaltanteil des Ansteuersignals verändert.
  • Bei einer pulsweitenmodulierten Ansteuerung wird ein Sollwert am Elektromagnetventil, beispielsweise ein Soll-Strom, einge stellt, indem ein Verhältnis zwischen einem Einschaltanteil und einem Ausschaltanteil der Versorgungsspannung innerhalb einer Periodendauer variiert wird. Die Taktfrequenz des Ansteuersignals entspricht dabei dem Reziprokwert der in Sekunden angegebenen Periodendauer. Bei Ansteuerverfahren nach dem Stand der Technik ist die Summe der Einschalt- und der Ausschaltzeit, die sogenannte Periodendauer, konstant. Die Periodendauer kann beispielsweise 1 ms betragen; die Taktfrequenz also 1000 Hz. Durch diese Ansteuerung führt ein Anker des Elektromagnetventils Mikrobewegungen aus, wodurch bei einer Positionsänderung lediglich Gleitreibung und keine erheblich höhere Haftreibung überwunden werden muss.
  • Die spezifischen Eigenschaften eines Hydrauliksystems, in welchem Elektromagnetventile Verwendung finden, insbesondere die Steifigkeit und die Dämpfung, sind nicht konstant, sondern ändern sich erheblich bei verschiedenen Betriebsgrößen des Elektromagnetventils, insbesondere bei verschiedenen Einschaltanteilen des Ansteuersignals. Durch eine Änderung der Periodendauer in Abhängigkeit vom Einschaltanteil wird diesen unterschiedlichen Eigenschaften Rechnung getragen. Damit kann die Periodendauer optimal an die Eigenschaften des Hydrauliksystems angepasst und ein schnelles Ansprechverhalten und eine hohe Einstellgenauigkeit erreicht werden. Die Hysterese des Elektromagnetventils wird damit sehr gering.
  • Hydrauliksysteme neigen teilweise sehr stark zu Druckschwingungen. Die Ansteuerung und die damit hervorgerufenen Reaktionen eines Elektromagnetventils stellen Anregungen des Hydrauliksystems dar. Sie haben außerdem einen Einfluss auf Resonanzfrequenzen des Hydrauliksystems. Die genannten Anregungen können Druckschwingungen auslösen. Die Periodendauer bei einer pulsweitenmodulierten Ansteuerung ist eine entscheidende Eigenschaft der Ansteuerung. Durch Anpassung der Periodendauer und damit der Ansteuerung an die spezifischen Eigenschaften, insbesondere Steifigkeit und Dämpfung, können Druckschwingungen im Hydrauliksystem vermieden werden.
  • Aus der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 10304711.5-26 ist ein Verfahren zur Steuerung eines Elektromagnetventils bekannt, bei welchem die Taktfrequenz und damit die Periodendauer des Ansteuersignals in Abhängigkeit von einem Soll- oder Ist-Ventilstrom verändert wird.
  • Ein einzustellender Druck oder ein einzustellender Durchfluss durch das Magnetventil ist vom Ist-Ventilstrom abhängig. Der Ist-Ventilstrom ist abhängig vom Einschaltanteil, der Versorgungsspannung, einem ohmschen Widerstand und einer Induktivität der Spule des Elektromagnetventils. Der Ist-Ventilstrom steigt bei steigendem Einschaltanteil, steigender Versorgungsspannung und/oder sinkendem Widerstand. Der Widerstand der Spule ist abhängig von der Temperatur. Damit ist der Ist-Ventilstrom auch indirekt von der Temperatur der Spule und damit von der Temperatur des Arbeitsmediums abhängig. Da der Widerstand mit steigender Temperatur ansteigt, sinkt der Ist-Ventilstrom mit steigender Temperatur des Arbeitsmediums und gleichbleibender Versorgungsspannung und gleichbleibendem Einschaltanteil ab..
  • Auf Grund der genannten Abhängigkeiten muss der Ist-Ventilstrom aufwändig berechnet oder gemessen werden. Der Einschaltanteil liegt dagegen ohne vorherige Berechnung oder Messung in der Steuerungseinrichtung vor. Die Umsetzung der Veränderung der Periodendauer in Abhängigkeit vom Einschaltanteil ist damit einfacher in der Steuerungseinrichtung umsetzbar.
  • Das Elektromagnetventil kann als ein sogenanntes Sitzventil ausgeführt sein, welches über einen Übertrittsquerschnitt zur Beeinflussung von Druck- und/oder Strömungsverhältnissen verfügt. Mittels eines Ankers, welcher von der Spule bewegt werden kann, ist der Übertrittsquerschnitt veränderbar. Bei einer so gearteten Ausführung des Elektromagnetventils wird die Periodendauer verkürzt, wenn sich der Anker in der Nähe des sogenannten Ventilsitzes befindet, welcher zusammen mit dem Anker den Übertrittsquerschnitt bestimmt.
  • Die pulsweitenmodulierte Ansteuerung führt zu Mikrobewegungen des Ankers, wobei die Amplitude der Mikrobewegungen um so größer ist, je länger die Periodendauer ist. Befindet sich der Anker in der Nähe des Ventilsitzes, kann es damit zu einem Aufschlagen des Ankers auf den Ventilsitz, zu sogenannten Sitzprellern kommen. Dies verursacht ungewollte Geräusche und stellt außerdem eine Anregung des Hydrauliksystems dar, was zu Druckschwingungen führen kann. Durch eine kurze Periodendauer wird die Amplitude der Mikrobewegungen verkürzt und ihre Frequenz erhöht. Damit können Sitzpreller wirkungsvoll verhindert werden.
  • Bei einem Elektromagnetventil zur Druckregelung mit einer sogenannten steigenden Kennlinie steigt der Druck mit steigendem Ist-Strom und damit steigendem Einschaltanteil an. Bei steigendem Druck verringert sich der genannte Übertrittsquerschnitt. Damit wird bei einem so gearteten Elektromagnetventil die Periodendauer bei steigendem Einschaltanteil verkürzt.
  • Für ein schnelles Ansprechverhalten und eine hohe Einstellgenauigkeit des Elektromagnetventils ist es vorteilhaft, wenn die Periodendauer des Ansteuersignals mit steigender Temperatur des Arbeitsmediums kleiner wird. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass diese Abhängigkeit automatisch enthalten ist. Da der Widerstand der Spule mit steigender Temperatur ansteigt, vergrößert sich bei gleichem Ist-Ventilstrom der Einschaltanteil. Damit verkürzt sich die Periodendauer automatisch bei steigender Temperatur.
  • Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus der Beschreibung und der Zeichnung hervor. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
  • 1 einen Ausschnitt einer hydraulischen Steuerung eines Automatikgetriebes mit einem Elektromagnetventil,
  • 2a–d jeweils ein Diagramm zur zeitlichen Darstellung eines Ansteuersignals des Elektromagnetventils und
  • 3 ein Diagramm zur zeitlichen Darstellung eines Ist-Ventilstroms.
    •
  • Gemäß 1 verfügt eine hydraulische Steuerung eines Automatikgetriebes für ein Kraftfahrzeug über eine Pumpe 10, welche von einer nicht dargestellten Antriebsmaschine angetrieben wird. Die Pumpe 10 fördert ein Betriebsmedium in Form von Getriebeöl aus einem Tank 11 in eine Arbeitsdruckleitung 12 und erzeugt damit in der Arbeitsdruckleitung 12 einen Arbeitsdruck für die hydraulische Steuerung.
  • Die Arbeitsdruckleitung 12 ist mit einem Konstantdruckventil 13 verbunden. Das Konstantdruckventil 13 erzeugt an seinem Ausgang 14 und damit in der Versorgungsdruckleitung 15 einen konstanten Druck von beispielsweise 5 bar. Die Versorgungsdruckleitung 15 ist mit einem Versorgungsanschluss 16 eines Elektromagnetventils 17 verbunden.
  • Das Elektromagnetventil 17 wird von einer Steuerungseinrichtung 25 mit einem pulsweitenmodulierten Ansteuersignal angesteuert. Die Steuerungseinrichtung 25 stellt dabei einen Soll-Ventilstrom durch eine Spule 28 des Elektromagnetventils 17 ein, wobei ein Soll-Ventilstrom einem Solldruck an einem Verbraucheranschluss 18 des Elektromagnetventils 17 entspricht. Die Steuerungseinrichtung 25 wird von einem symbolisch dargestellten Bordspannungsnetz 26 versorgt. Die Steuerungseinrichtung 25 steht außerdem mit einem Temperatursensor 35 in Signalverbindung, mittels welchem die Temperatur des Betriebsmediums erfasst wird.
  • Die Steuerungseinrichtung 25 ist über eine Ansteuerleitung 27 mit der Spule 28 des Elektromagnetventils 17 verbunden. Mittels eines in der Spule 28 erzeugten Magnetfelds kann ein Anker 29 des Elektromagnetventils 17 bewegt werden. Zwischen dem Anker 29 und einem Ventilsitz 30 ergibt sich ein Übertrittsquerschnitt 31 von einem Druckraum 32, welcher mit dem Versorgungsanschluss 16 verbunden ist, zu einem Tankabfluss 33. Durch Bewegung des Ankers 29 kann der Übertrittsquerschnitt 31 verändert und so der Soll-Druck im Druckraum 32 und damit am Verbraucheranschluss 18 eingestellt werden.
  • Der Verbraucheranschluss 18 ist über eine Steuerdruckleitung 19 mit einem Regelventil 20 verbunden, wobei der Soll-Druck des Elektromagnetventils 17 als Steuerdruck für das Regelventil 20 dient. Der Steuerdruck kann dabei höchstens so groß sein wie der Druck in der Versorgungsdruckleitung 15. Das Regelventil 20 ist außerdem über einen Arbeitsdruckanschluss 34 mit der Arbeitsdruckleitung 12 verbunden.
  • Das Regelventil 20 verstärkt den Steuerdruck, so dass an einem Ausgang 22 des Regelventils 20, welcher über eine Ausgangsdruckleitung 23 mit einem Stellzylinder 24 einer nicht dargestellten Kupplung des Automatikgetriebes verbunden ist, ein verstärkter Steuerdruck zur Verfügung steht. Mittels einer Ansteuerung des Elektromagnetventils 17 und der Verstärkung des Steuerdrucks durch das Regelventil 20 kann die Kupplung von der Steuerungseinrichtung 25 des Automatikgetriebes geschlossen und geöffnet werden. Die Kupplung weist während des Betriebs des Automatikgetriebes verschiedene Betriebszustände auf.
  • Das Elektromagnetventil kann auch als ein Durchflussregelventil ausgeführt sein.
  • Das Automatikgetriebe kann beispielsweise als ein Planetengetriebe, ein stufenloses Getriebe (CVT) oder ein automatisiertes manuelles Getriebe (AMT) ausgeführt sein.
  • In den 2a, 2b und 2c ist ein zeitlicher Verlauf eines pulsweitenmodulierten Ansteuersignals des Elektromagnetventils 17 aus 1 dargestellt. Auf Abszissen 40a, 40b und 40c ist die Zeit, auf Ordinaten 41a, 41b und 41c das Ansteuersignal in Form einer an der Spule 28 anliegenden Spannung aufgetragen. In 3 ist ein zeitlicher Verlauf eines Ist-Ventilstroms durch die Spule 28 bei einem Ansteuersignal nach 2a dargestellt. Auf einer Abszisse 42 ist die Zeit und auf einer Ordinate 43 ein Strom aufgetragen.
  • In 2a entspricht die Zeitspanne zwischen den Zeitpunkten t0a und t1a der Periodendauer des Ansteuersignals. Die Periodendauer weist einen Einschaltanteil und einen Ausschaltanteil auf; sie teilt sich also auf in eine Einschaltzeit (Zeitspanne zwischen den Zeitpunkten t0a und t2a) und eine Ausschaltzeit (t2a bis t1a). Der Einschaltanteil entspricht dem Verhältnis der Einschaltzeit zur Periodendauer, der Ausschaltanteil entspricht dem Verhältnis der Ausschaltzeit zur Periodendauer . Während der Periodendauer durchläuft das Signal einen kompletten Zyklus von Einschaltzeit und Ausschaltzeit. Die Periodendauer beträgt beispielsweise 1 ms, die Taktfrequenz also 1000 Hz.
  • Während der Einschaltzeit wird die Spule 28 von der Steuerungseinrichtung 25 mit der Versorgungsspannung Ua beaufschlagt; während der Ausschaltzeit liegt keine Spannung an der Spule 28 an. Die Versorgungsspannung Ua kann dabei während des Betriebs des Kraftfahrzeugs schwanken. Durch Veränderung der Einschaltzeit, also durch Verschieben des Zeitpunktes t2a kann der Strom durch die Spule 28 und damit die Position des Ankers 29 verändert werden. In 2a entspricht die Einschaltzeit 50 % der Periodendauer, so dass der Soll- und Ist-Ventilstrom ca. 50 % von einem maximalen Strom beträgt.
  • In 3 ist qualitativ der sich aus dem Ansteuersignal ergebende Ist-Ventilstrom durch die Spule 28 dargestellt. Der Ist-Ventilstrom schwankt annähernd sägezahnartig um sein arithmetisches Mittel Im. Während der Einschaltzeit des Ansteuersignals steigt der Ist-Ventilstrom bis über Im an, um während der Ausschaltzeit bis unter Im abzusinken. Beim Ansteigen und Abfallen ergibt sich ein PT1-Verhalten, welches durch die Induktivität der Spule 28 begründet ist. Die Periodendauer und damit die Taktfrequenz des Ist-Ventilstroms sind identisch mit der Periodendauer und der Taktfrequenz des Ansteuersignals in 2a.
  • Das Ansteuersignal in 2b weist im Vergleich zu dem Signal in den 2a eine höhere Taktfrequenz, beispielsweise 1600 Hz auf. Die Zeitspanne zwischen dem Zeitpunkt t0b und dem Zeitpunkt t1b ist dabei kleiner als die Zeitspanne zwischen dem Zeitpunkt t0a und dem Zeitpunkt t1a in 2a. Die Periodendauer wird damit verkleinert und die Taktfrequenz erhöht. Zusätzlich zur höheren Taktfrequenz weist das Ansteuersignal einen höheren Einschaltanteil von ca. 83 % auf, das Verhältnis der Einschaltzeit (t0b bis t2b) beträgt also ca. 83 % der Periodendauer (t0b bis t1b).
  • Damit verändert sich der Verlauf des Ist-Ventilstroms, welcher nicht dargestellt ist. Das arithmetische Mittel des sich einstellenden Ist-Ventilstroms ist größer als das arithmetische Mittel des Ist-Ventilstroms bei einem Ansteuersignal nach 2a. Die Frequenz des annähernd sägezahnartigen Verlaufs wird höher. Damit wird die Frequenz der Mikrobewegungen des Ankers 29 höher. Bei einem geringen Abstand des Ankers 29 zum Ventilsitz 30 wird eine höhere Taktfrequenz eingestellt als bei einem großen Abstand des Ankers 29 zum Ventilsitz 30. Bei einem Elektromagnetventil zur Druckregelung mit steigender Kennlinie ist der Abstand des Ankers 29 zum Ventilsitz 30 umso kleiner, je größer der Ist-Ventilstrom und damit der Einschaltanteil ist. Damit wird eine höhere Taktfrequenz und somit eine kürzere Periodendauer bei einem hohen Einschaltanteil eingestellt.
  • Das Ansteuersignal in 2c weist im Vergleich zum Ansteuersignal in 2a eine niedrigere Taktfrequenz, beispielsweise 500 Hz auf. Die Zeitspanne zwischen dem Zeitpunkt t0c und dem Zeitpunkt t1c ist dabei kleiner als die Zeitspanne zwischen dem Zeitpunkt t0a und dem Zeitpunkt t1a in 2a. Die Periodendauer wird damit vergrößert. Zusätzlich zur niedrigeren Taktfrequenz weist das Ansteuersignal einen kleineren Einschaltanteil von ca. 33 % auf, das Verhältnis der Einschaltzeit (t0c bis t2c) beträgt also ca. 33 % der Periodendauer (t0c bis t1c).
  • Der Verlauf des Ist-Ventilstroms verändert sich. Das arithmetische Mittel des sich einstellenden Ist-Ventilstroms ist kleiner als das arithmetische Mittel des Ist-Ventilstroms bei einem Ansteuersignal nach 2a. Die Frequenz des Sägezahn-Verlauf wird niedriger. Damit wird die Frequenz der Mikrobewegungen des Ankers niedriger.
  • Eine niedrige Frequenz des Ansteuersignals wird bei einem großen Abstand des Ankers 29 zum Ventilsitz 30 eingestellt.

Claims (2)

  1. verfahren zur Steuerung eines Elektromagnetventils, insbesondere für ein Automatikgetriebe eines Kraftfahrzeugs, wobei eine Spule (28) des Elektromagnetventils (17) von einer Steuerungseinrichtung (25) mit einem pulsweitenmodulierten Ansteuersignal angesteuert wird, wobei das Ansteuersignal eine Periodendauer (t0a, t1a; t0b, t1b; t0c, t1c) und einen Einschaltanteil aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass – die Periodendauer (t0a, t1a; t0b, t1b; t0c, t1c) veränderbar ist und – die Periodendauer (t0a, t1a; t0b, t1b; t0c, t1c) des Ansteuersignals von der Steuerungseinrichtung (25) in Abhängigkeit vom Einschaltanteil des Ansteuersignals verändert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – ein Anker (29) des Elektromagnetventils (17) auf Grund einer Kraft, welche von der Spule (28) erzeugt wird, bewegbar ist, – die genannte Kraft und damit die Position des Ankers (29) vom Einschaltanteil abhängig ist, – das Elektromagnetventil (17) über einen Übertrittsquerschnitt (31) zur Beeinflussung von Druck- und/oder Strömungsverhältnissen eines Betriebsmediums verfügt, – der Übertrittsquerschnitt (31) mittels des Ankers (29) veränderbar ist und – die Periodendauer (t0a, t1a; t0b, t1b; t0c, t1c) bei einem ersten Einschaltanteil kleiner ist als bei einem zweiten Einschaltanteil, wobei der Übertrittsquerschnitt (31) beim ersten Einschaltanteil kleiner ist als beim zweiten Einschaltanteil.
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