DE10329907A1 - Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur eines Regelmagnetventils sowie Verfahren zum Betrieb eines und einer Kombination von Regelmagnetventilen - Google Patents

Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur eines Regelmagnetventils sowie Verfahren zum Betrieb eines und einer Kombination von Regelmagnetventilen Download PDF

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Abstract

Bei bekannten Verfahren wird von einer gemessenen Temperatur eines Betriebsmediums des Elektromagnetventils auf die Temperatur des Elektromagnetventils geschlossen. Die Ansteuerung des Elektromagnetventils erfolgt in Abhängigkeit von der genannten Temperatur. Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren vorzuschlagen, mittels welchem die Temperatur des Elektromagnetventils einfach und kostengünstig ermittelt werden kann. Zusätzlich soll ein genaues Regelverhalten des Elektromagnetventils erreicht werden. DOLLAR A Der ohmsche Widerstand des Materials einer Spule des Elektromagnetventils ändert sich mit der Temperatur des Elektromagnetventils. Durch die erfindungsgemäße Ermittlung der aktuellen Temperatur aus dem aktuellen Widerstand, einem Referenzwiderstand der Spule bei einer Referenztemperatur und einem Temperaturkoeffizienten des Materials kann die Temperatur jedes einzelnen Elektromagnetventils einfach und ohne zusätzliche Bauteile ermittelt werden. DOLLAR A Einsatz in einem Automatikgetriebe eines Kraftfahrzeugs.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur eines Regelmagnetventils, insbesondere für ein Automatikgetriebe eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, ein Verfahren zum Betrieb eines Regelmagnetventils, insbesondere für ein Automatikgetriebe eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 3 und ein Verfahren zum Betrieb einer Kombination von Regelmagnetventilen, insbesondere in einem Automatikgetriebe eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 6.
  • In der DE 31 23 525 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur eines Regelmagnetventils beschrieben. Ein Hubmagnet des Regelmagnetventils weist eine Spule auf, welche von einer Steuerungseinrichtung mit einem Ansteuersignal angesteuert wird. Zur Messung einer Temperatur des Hubmagneten ist ein Temperaturfühler innerhalb des Hubmagneten angeordnet.
  • Es ist bekannt, dass beim Betrieb von Regelmagnetventilen zur Steuerung von Automatikgetrieben von Kraftfahrzeugen ein Ansteuersignal einer Spule des Regelmagnetventils von einer Temperatur des Betriebsmediums der Regelmagnetventile abhängig ist. Die Temperatur des Betriebsmediums in Form von Getriebeöl wird mittels eines Temperatursensors in einem Ölsumpf des Automatikgetriebes bestimmt. Das Ansteuersignal, beispielsweise in Form eines Ansteuerstroms, wird ausgehend von einem Solldruck am Ausgang eines Regelmagnetventils mittels einer gespeicherten Ventil-Kennlinie bestimmt. Die Ventil-Kennlinie ist für eine bestimmte Temperatur des Betriebsmediums, beispielsweise 60°C, optimiert. Um Änderungen des Verhaltens des Regelmagnetventils auf Grund von Abweichungen von der genannten Temperatur auszugleichen, sind zusätzlich Korrekturwerte für die Ventil-Kennlinie in Abhängigkeit von der Temperatur des Betriebsmediums abgespeichert. Die Ventil-Kennlinien aller Regelmagnetventile des Automatikgetriebes werden mit der genannten Temperatur des Betriebsmediums korrigiert.
    •
  • Demgegenüber ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur eines Regelmagnetventils vorzuschlagen, mittels welchem die Temperatur einfach und kostengünstig ermittelt werden kann. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.
  • Weiterhin ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betrieb eines Regelmagnetventils vorzuschlagen, mittels welchem ein genaues Regelverhalten des Regelmagnetventils ermöglicht wird. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren nach Anspruch 3 gelöst.
  • Außerdem ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betrieb einer Kombination von Regelmagnetventilen vorzuschlagen, mittels welchem ein genaues Regelverhalten jedes einzelnen Regelmagnetventils ermöglicht wird.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren nach Anspruch 6 gelöst.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur eines Regelmagnetventils nach Anspruch 1 bestimmt eine Steuerungseinrichtung, welche eine Spule des Regelmagnetventils ansteuert, einen ohmschen Widerstand aus der angelegten Spannung und dem Strom durch die Spule. Die Spannung und der Strom können von der Steuerungseinrichtung auf an sich bekannte Weise gemessen oder bestimmt werden. Die Spule kann beispielsweise mit einer veränderlichen Spannung oder mit einem pulsweitenmodulierten Ansteuersignal angesteuert werden. Der ohmsche Widerstand wird auf bekannte Art und Weise durch Division der angelegten Spannung durch den Strom bestimmt.
  • Der ohmsche Widerstand des metallischen Materials der Spule, welches beispielsweise aus Kupfer ausgeführt sein kann, ist abhängig von der Temperatur des Materials und damit von der Temperatur der Spule. Bis ungefähr 200 °C kann angenommen werden, dass der ohmsche Widerstand proportional zur Temperatur zunimmt. Ein Temperaturkoeffizient α des Materials der Spule gibt die relative Änderung des ohmschen Widerstandes je Grad der Temperaturänderung an. Ausgehend von einem bekannten Referenzwiderstand der Spule bei einer Referenztemperatur, beispielsweise von 20 °C, und dem bekannten Temperaturkoeffizienten des Materials der Spule berechnet die Steuerungseinrichtung aus dem ermittelten ohmschen Widerstand der Spule die aktuelle Temperatur des Regelmagnetventils. Mittels des Regelmagnetventils kann ein gewünschter Druck am Ausgang des Regelmagnetventils oder eine gewünschte Durchflussmenge durch das Regelmagnetventil eingestellt werden. Das Regelmagnetventil kann insbesondere in einer hydraulischen Steuerung eines Automatikgetriebes eines Kraftfahrzeugs zur Ansteuerung von Schaltelementen, beispielsweise Kupplungen und Bremsen, eingesetzt werden.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann sehr einfach und kostengünstig die Temperatur eines Regelmagnetventils bestimmt werden. Zur Temperaturbestimmung sind keine zusätzlichen Bauteile, wie beispielsweise ein Temperatursensor, notwendig. Die Bestimmung der angelegten Spannung und des Stroms durch die Spule wird von der Steuerungseinrichtung sowieso durchgeführt. Damit müssen für die zusätzliche Berechnung der Temperatur nur sehr wenige Berechnungsschritte ausgeführt werden.
  • Beim Einsatz des Verfahrens in einem Automatikgetriebe eines Kraftfahrzeugs kann aus der Temperatur eines oder mehrerer Regelmagnetventile die Temperatur im Automatikgetriebe, beispielsweise die Temperatur des Getriebeöls, geschätzt werden. Dazu kann beispielsweise der Mittelwert aus den Temperaturen mehrerer Regelmagnetventile bestimmt werden. Zusätzlich kann nur eine Auswahl von Regelmagneten, beispielsweise nur momentan inaktive Regelmagnetventile für die Schätzung herangezogen werden. Damit kann auf einen an sich üblichen Temperatursensor im Automatikgetriebe verzichtet werden, was Bauraum im Automatikgetriebe und Herstellkosten einspart.
  • In Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 2 wird die Spule während des Betriebs der Steuerungseinrichtung zumindest mit einem Mindest-Ansteuersignal angesteuert. Das Mindest-Ansteuersignal ist so ausgelegt, dass der ohmsche Widerstand und damit die Temperatur des Regelmagnetventils bestimmt werden kann, aber gleichzeitig die Reaktion des Regelmagnetventils auf das Ansteuersignal so gering ist, dass nach außen keine Wirkung auftritt. Damit ist gewährleistet, dass immer wenn die Steuerungseinrichtung in Betrieb ist, ein Strom durch die Spule fließt und damit die Temperatur des Regelmagnetventils bestimmt werden kann. Beispielsweise kann während des gesamten Betriebs des Kraftfahrzeugs die Temperatur des Regelmagnetventils bestimmt werden, unabhängig davon, ob das Regelmagnetventil aktiv oder inaktiv ist.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb eines Regelmagnetventils nach Anspruch 3 ist ein Ansteuersignal, mit welchem eine Steuerungseinrichtung eine Spule des Regelmagnetventils ansteuert, von einer Temperatur des Regelmagnetventils abhängig, welche mit einem Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2 ermittelt wird. Das Regelmagnetventil kann insbesondere in einer hydraulischen Steuerung eines Automatikgetriebes eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden.
  • Das Verhalten des Elektromagnetventils ist sehr stark von der Temperatur abhängig. Beispielsweise ändert sich eine sogenannte Ventilkennlinie, in welcher ein Druck am Ausgang des Regelventils über einem Strom durch die Spule aufgetragen ist, sehr stark mit der Temperatur. Die mit einem Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 ermittelte Temperatur entspricht genau der Temperatur des angesteuerten Regelmagnetventils, so dass die Ansteuerung genau auf diese Temperatur abgestimmt erfolgen kann. Damit kann beispielsweise ein Soll-Druck am Ausgang des Regelmagnetventils sehr genau und schnell eingestellt werden.
  • Bei bekannten Verfahren wird von einer gemessenen Temperatur des Betriebmediums auf die Temperatur des Regelmagnetventils geschlossen. Die Messung erfolgt zum einen in einer räumlichen Entfernung zum Elektromagnetventil und zum anderen entspricht die Temperatur des Betriebsmediums nicht genau der Temperatur des Regelmagnetventils.
  • In Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 4 ist das Ansteuersignal zusätzlich von einer gemessenen Temperatur eines Betriebsmediums des Regelmagnetventils abhängig. Die Eigenschaften, beispielsweise die Viskosität, des Betriebsmediums ändern sich ebenfalls mit der Temperatur. Diese temperaturabhängigen Änderung der Eigenschaften können zu einer Erzielung eines guten Gesamtergebnisses der Ansteuerung, also beispielsweise der genauen Einstellung eines Drucks des Betriebsmediums am Ausgang des Regelmagnetventils, berücksichtigt werden. Da die Temperatur des Betriebsmediums nicht genau der Temperatur des Regelmagnetventils entspricht, ermöglicht eine Ansteuerung in Abhängigkeit der Temperatur des Regelmagnetventils und der Temperatur des Betriebsmediums eine besonders genaue Einstellung von Sollgrößen am Ausgang des Regelmagnetventils.
  • In Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 5 ist das Ansteuersignal von einem Temperatur-Kennwert abhängig, welcher aus der Temperatur der Regelmagnetventils und der Temperatur des Betriebsmediums gebildet wird. Beispielsweise kann der genannte Temperaturkennwert als ein Mittelwert aus den Temperaturen des Regelmagnetventils und des Betriebsmediums gebildet werden. Damit kann die Abhängigkeit von den beiden genannten Temperaturen sehr einfach umgesetzt werden.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb einer Kombination von Regelmagnetventilen nach Anspruch 6 ist das Ansteuersignal einer Spule von einer Temperatur des zugehörigen Elektromagnetventils abhängig. Die genannte Temperatur wird insbesondere mit einem Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2 ermittelt. Die genannte Temperatur kann aber auch mit einem anderen Verfahren, beispielsweise mit Hilfe eines Temperatursensors, ermittelt werden.
  • Damit kann jedes einzelne Regelmagnetventil unter Berücksichtigung der jeweiligen Temperatur des Regelmagnetventils optimal angesteuert werden. Im Gegensatz zu einer Ansteuerung, welche nur von einer Temperatur, beispielsweise einer einzigen gemessenen Temperatur des Betriebsmediums, abhängig ist, werden die Verhältnisse an jedem Regelmagnetventil einzeln berücksichtigt. Die Einstellung, beispielsweise eines Drucks am Ausgang jedes einzelnen Regelmagnetventils, wird damit sehr genau und schnell. Beim Einsatz der Kombination von Regelmagnetventilen in einem Automatikgetriebe eines Kraftfahrzeugs kann damit eine sehr hohe Schaltqualität erreicht werden. Die Schaltungen in einem Automatikgetriebe in Planetenbauweise laufen damit sehr schnell und nahezu ruckfrei ab.
  • Neben der genannten Temperatur der einzelnen Regelmagnetventile kann bei der Ansteuerung zusätzlich die Temperatur des Betriebsmediums berücksichtigt werden.
    •
  • 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 zeigt die einzige Figur einen Ausschnitt einer hydraulischen Steuerung eines Automatikgetriebes mit einer Kombination aus zwei Elektromagnetventil
  • Gemäß der einzigen Figur 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 Versorgungsanschlüssen 16, 17 einer Kombination von Elektromagnetventilen 18, 19 verbunden.
  • Die Elektromagnetventile 18 und 19 werden von einer Steuerungseinrichtung 20 mit einem pulsweitenmodulierten Ansteuersignal angesteuert. Die Steuerungseinrichtung 20 stellt dabei jeweils einen Soll-Ventilstrom durch Spulen 21, 22 der Elektromagnetventile 18, 19 ein, wobei ein Soll-Ventilstrom einem Solldruck an Verbraucheranschlüssen 23, 24 der Elektromagnetventile 18, 19 entspricht. Die Steuerungseinrichtung 20 wird von einem symbolisch dargestellten Bordspannungsnetz 44 versorgt. Die Steuerungseinrichtung 20 steht mit einem am Tank 11 angeordneten Temperatursensor 25 in Signalverbindung, mittels welchem die Temperatur des Betriebsmediums erfasst wird.
  • Die Steuerungseinrichtung 20 ist über eine Ansteuerleitung 26 mit der Spule 21 des Elektromagnetventils 18 verbunden. Mittels eines in der Spule 21 erzeugten Magnetfelds kann ein Anker 27 des Elektromagnetventils 18 bewegt werden. Zwischen dem Anker 27 und einem Ventilsitz 28 ergibt sich ein Übertrittsquerschnitt 29 von einem Druckraum 30, welcher mit dem Versorgungsanschluss 16 verbunden ist, zu einem Tankabfluss 31. Durch Bewegung des Ankers 27 kann der Übertrittsquerschnitt 29 verändert und so der Soll-Druck im Druckraum 30 und damit am Verbraucheranschluss 23 eingestellt werden. Die Einstellung eines Soll-Drucks am Verbraucheranschluss 24 des Elektromagnetventils 19 läuft entsprechend ab.
  • Die Verbraucheranschlüsse 23, 24 sind über jeweils eine Steuerdruckleitung 32, 33 mit jeweils einem Regelventil 34, 35 verbunden, wobei der Soll-Druck der Elektromagnetventile 18, 19 als Steuerdruck für die Regelventile 34, 35 dient. Der Steuerdruck kann dabei höchstens so groß sein wie der Druck in der Versorgungsdruckleitung 15. Die Regelventile 34, 35 sind außerdem über Arbeitsdruckanschlüsse 36, 37 mit der Arbeitsdruckleitung 12 verbunden.
  • Die Regelventile 34, 35 verstärken den Steuerdruck, so dass an Ausgängen 38, 39 des Regelventils 34, 35, welche über jeweils eine Ausgangsdruckleitung 40, 41 mit jeweils einem Stellzylinder 42, 43 zweier nicht dargestellter Kupplungen des Automatikgetriebes verbunden sind, ein verstärkter Steuerdruck zur Verfügung steht. Mittels einer Ansteuerung der Elektromagnetventile 18, 19 und der Verstärkung des Steuerdrucks durch die Regelventil 34, 35 können die Kupplungen von der Steuerungseinrichtung 20 des Automatikgetriebes geschlossen und geöffnet werden.
  • 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.
  • Die Steuerungseinrichtung 20 misst die Spannung U des Bordspannungsnetzes 44 und die Ströme I1,I2 durch die Spulen 21, 22 der Elektromagnetventile 18, 19. Nach der Formel
    Figure 00100001
    bestimmt die Steuerungseinrichtung 20 den aktuellen ohmschen Widerstand der Spulen 21, 22. Die Spulen 21, 22 sind aus lackiertem Kupferdraht gewickelt. Der ohmsche Widerstand von Kupfer steigt im Betriebsbereich der Regelmagnetventile 18, 19 mit steigender Temperatur linear an, so dass mit einem Referenzwiderstand RRef bei TRef = 20 °C und dem Temperaturkoeffizient α von Kupfer (0,004 in [1/K]) die aktuellen Temperaturen T1, T2 der Elektromagnetventile 18, 19 nach folgender Formel berechnet werden können:
    Figure 00100002
  • Die Steuerungseinrichtung 20 stellt an den Verbraucheranschlüssen 23, 24 der Regelmagnetventile 18, 19 Soll-Drücke ein. Die Soll-Drücke ergeben sich aus für den aktuellen Betriebszustand des Automatikgetriebes erforderlichen Drücken in der Stellzylindern 42, 43 der Kupplungen.
  • In der Steuerungseinrichtung 20 ist eine Ventilkennlinie für die Regelmagnetventile 18, 19 abgespeichert. Über die Ventilkennlinie wird jedem möglichen Soll-Druck ein zur Einstellung des Drucks notwendiges Ansteuersignal in Form eines Stroms durch die Spulen 21, 22 zugeordnet. Die Ventilkennlinie ist für eine Temperatur der Elektromagnetventile von 60 °C optimiert. Um die Genauigkeit der Einstellung zu erhöhen, sind in Abhängigkeit von den ermittelten Temperaturen T1,T2 der Elektromagnetventile 18, 19 Korrekturwerte für die Ventilkennlinie abgespeichert. Mittels der Korrekturwerte wird die Ventilkennlinie komplett oder nur in Teilbereichen verschoben. In Abhängigkeit von den Temperaturen T1,T2 wird die Ventilkennlinie und damit der Strom für die Elektromagnetventile 18, 19 einzeln korrigiert.
  • Auch wenn für die Einstellung eines Soll-Drucks kein Strom durch die Spulen 21, 22 notwendig wäre, wird dennoch ein Mindest-Ansteuersignal in Form eines Mindest-Stroms von der Steuerungseinrichtung 20 eingestellt. Der Mindest-Strom ist so klein, dass sich trotz Ansteuerung kein Soll-Druck einstellt.
  • Die Korrektur der Ventilkennlinie kann auch in Abhängigkeit von jeweils einem Temperatur-Kennwert erfolgen, welcher aus den Temperaturen T1,T2 der Elektromagnetventile 18, 19 und der mittels des Temperatursensors 25 ermittelten Temperatur des Getriebeöls gebildet wird. Der genannte Temperaturkennwert kann beispielsweise durch eine Mittelwertbildung aus der Temperatur des Getriebeöls und der Temperatur T1 bzw. T2 der Elektromagnetventile 18, 19 berechnet werden.

Claims (6)

  1. Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur eines Regelmagnetventils, insbesondere für ein Automatikgetriebe eines Kraftfahrzeugs, wobei eine Spule (21, 22) des Elektromagnetventils (18, 19) von einer Steuerungseinrichtung (20) mit einem Ansteuersignal angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (20) – einen ohmschen Widerstand (R1,R2) der Spule (21, 22) bestimmt und – in Abhängigkeit von – dem genannten ohmschen Widerstand (R1,R2), – einem Referenzwiderstand (RRef) der Spule (21, 22) bei einer Referenztemperatur (TRef) und – einem Temperaturkoeffizienten (α) eines Materials der Spule (21, 22) die Temperatur (T1,T2) des Regelmagnetventils berechnet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während des Betriebs der Steuerungseinrichtung (20) die Spule (21, 22) zumindest mit einem Mindest-Ansteuersignal angesteuert wird.
  3. Verfahren zum Betrieb eines Regelmagnetventils, insbesondere für ein Automatikgetriebe eines Kraftfahrzeugs, wobei eine Spule (21, 22) des Elektromagnetventils (18, 19) von einer Steuerungseinrichtung (20) mit einem Ansteuersignal angesteuert wird und das Ansteuersignal von Betriebsbedingungen des Regelmagnetventils (18, 19) abhängig ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansteuersignal von einer Temperatur (T1,T2) des Regelmagnetventils (21, 22) abhängig ist, welche mit einem Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2 ermittelt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansteuersignal von einer gemessenen Temperatur eines Betriebsmediums des Regelmagnetventils (21, 22) abhängig ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansteuersignal von einem Temperatur-Kennwert abhängig ist, welcher aus der Temperatur (T1,T2) der Regelmagnetventils (21, 22) und der Temperatur des Betriebsmediums gebildet wird.
  6. Verfahren zum Betrieb einer Kombination von Regelmagnetventilen, insbesondere in einem Automatikgetriebe eines Kraftfahrzeugs, wobei jeweils eine Spule (21, 22) eines Elektromagnetventils (18, 19) von einer Steuerungseinrichtung (20) mit einem Ansteuersignal angesteuert wird und die Ansteuersignale von Betriebsbedingungen der Regelmagnetventile (18, 19) abhängig sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansteuersignal einer Spule (21, 22) von einer Temperatur des zugehörigen Elektromagnetventils (18, 19) abhängig ist, wobei die genannte Temperatur insbesondere mit einem Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2 ermittelt wird.
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