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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Proportionalmagnetventil-Steuersystem, das
zum Beispiel bei einem hydraulischen System in einem Teil einer
Schwerlastvorrichtung, einem Automatikgetriebesystem oder einem
Kraftstoffeinspritzsystem für
ein Fahrzeug verwendet wird. Insbesondere bezieht sich diese Erfindung
auf ein Steuersystem zur Verwendung bei einem Einwegventil in einem
hydraulischen System.
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Proportionalmagnetventile
wurden entwickelt, um die Lücke
zwischen Servoventilen und herkömmlichen
Ein/Aus-Magnetventilen zu schließen. Die Beschreibung eines
Proportionalmagnetventils kann Machine Design, S. 69 bis 72, Febr.
1983 entnommen werden; die Möglichkeit
für die
Steuerung eines hydraulischen Systems ist in Machine Design S. 77
bis 81, März
1984 beschrieben.
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DE 41 09 233 C2 zeigt
eine digitale Ansteuerelektronik mit Pulsweitenmodulierten (PWM)-Ausgangssignal
zum Ansteuern elektrischer Stellglieder eines hydraulischen Systems.
Dabei ist Aufgabe dieses Patents, eine Ansteuerelektronik zu schaffen,
die für
unterschiedliche Impedanzwerte eine hohe Auflösung der elektrischen Stellwerte
gewährleistet.
Dies wird durch Überlagerung
des PWM-Signalen mit einem vom Stellsignal unabhängigen PWM-Signal anderer Frequenz
mittels einer UND-Verknüpfung
erreicht.
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DE 39 27 972 A1 zeigt
eine chopper-stabilisierte und pulsweitenmodulierte Elektroniksteuerung von
Elektromagneten für
elektrohydraulische Proportionalventile. Mit Hilfe dieser Steuerung
soll die Leistung zur elektronischen Ansteuerung von Elektromagneten
mit Hilfe von pulsweitenmodulierten Signalen möglichst gering gehalten werden.
Dazu wird statt der üblichen
bipolaren Transistoren der Einsatz von FETs vorgeschlagen.
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Ein
elektronisch gesteuertes Proportionalmagnetventil kann im Unterschied
zu einem Ein/Aus-Magnetventil ein hydraulisches System proportional
steuern und hat bezüglich
einem Servoventil ein einfacheres Steuersystem mit geringeren Kosten.
Während
ein Servoventil eine minimale Totzone, eine kürzere Ansprechzeit und ein
günstigeres
Verhalten im Frequenzgang bzw. einen schnelleren Frequenzgang aufweist,
ist dieses insbesondere ungefähr
fünfmal
teurer wie ein Proportionalmagnetventil. Während ein Ein/Aus-Magnetventil
ungefähr
die Hälfte
eines Proportionalmagnetventils kostet, kann dieses außerdem nur
den Ein/Aus-Betrieb
eines hydraulischen Systems steuern.
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Proportionalmagnetventil
zu schaffen, das ein Steuerverhalten hat, das mit dem eines Servoventils
vergleichbar ist, ohne daß die
begleitenden Kosten auftreten und mit einem günstigem Energieverbrauch für die Stellleistung.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen bilden Gegenstand
der Unteransprüche.
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Ein
Aspekt der vorliegenden Erfindung ist dabei, ein Proportionalmagnetventil-Steuersystem
vorzusehen, das den Strom, der im Proportionalmagnetventil fließt, entsprechend
einem Strombefehl genau steuert. Ferner soll die Erfindung ein Proportionalmagnetventil
vorsehen, das einen Strombefehl begrenzt, wenn ein äußerer Strombefehl,
der höher
als ein festgelegter Wert ist, an die Steuerschaltung angelegt ist.
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Um
diese Aufgabe zu lösen,
weist das Proportionalmagnetventil-Steuersystem dieser Erfindung eine Strombefehlerfassungsschaltung
auf, die eine Differenzspannung zwischen einem Strombefehleingang
durch einen Nutzer und einer Referenzspannung erfaßt. Eine
Offsetschaltung überträgt den Strombefehl,
der durch die Strombefehlerfassungsschaltung erfaßt wird,
und erzeugt einen Offsetwert, der durch den Nutzer variiert werden
kann und verwendet werden kann, um den Strombefehl zu begrenzen,
wenn der Strombefehl größer als
ein vorbestimmter Pegel ist. Eine Strombefehladdier- und Begrenzungsschaltung
ist vorgesehen, die den Strombefehl und den Offsetwert von der Offsetschaltung addiert
und den Strombefehl begrenzt, indem ein festgelegter Wert als Ausgang
vorgesehen wird, wenn der Offsetwert verwendet wird, um den Strombefehl
zu begrenzen. Eine Stromerfassungsschaltung ist vorgesehen, die
einen Strom erfaßt,
der in einem Ventil in der Hauptschaltung fließt. Ein Proportional-Integral-Regler
(auf den sich im folgenden als PI-Regler bezogen wird) nimmt ein
Dreiecksimpulssignal auf, das zwischen einem positiven Wert und
einem negativen Wert alterniert, und addiert das Ausgangssignal
von der Strombefehladdier- und Begrenzungsschaltung, das Ausgangssignal
der Stromerfassungsschaltung und das zweite Dreiecksimpulssignal
und verstärkt
einen Fehler, der aus den drei Signalen bestimmt wird. Eine Impulsbreitenmodulations-Vergleichseinrichtung
nimmt ein anderes Dreiecksimpulssignal auf und vergleicht dieses
mit dem Ausgangssignal des PI-Reglers. Eine Ausgangsschaltung erzeugt
ein Schaltsignal, das ein Abtastverhältnis hat, das dem Ausgangssignal
der Impulsbreitenmodulations-Vergleichseinrichtung entspricht.
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Das
Proportionalmagnetventil-Steuersystem weist ferner eine Strombefehlsmodusbestimmungsschaltung
auf, die einen Betriebsmodus bestimmt und den Betriebsmodus an der
Ausgangsschaltung vorsieht.
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Ein
Schaltelement nutzt dieses Schaltsignal, um den Öffnungs- oder Schließvorgang
des Proportionalventils zu steuern, das mit dem Schaltelement verbunden
ist. Auf diese Weise wird die Impulsbreitenmodulation verwendet,
um das Proportionalmagnetventil zu steuern, während der Energieverbrauch verringert
ist.
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Die
bevorzugten Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nun genauer unter Bezugnahme auf
die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1 ein
Blockschaltbild eines Proportionalmagnetventil-Steuersystems entsprechend
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist,
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2 ein
detailliertes Schaltbild einer Steuerschaltung des Proportionalmagnetventil-Steuersystems
entsprechend dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung ist, und
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die 3 bis 5 graphische
Darstellungen des Laststromes über
dem Strombefehl bezüglich
dem Proportionalmagnetventil-Steuersystem entsprechend dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung sind.
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Ein
Proportionalmagnetventil-Steuersystem entsprechend einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
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Das
Proportionalmagnetventil-Steuersystem entsprechend einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung weist eine Hauptschaltung 100 und
eine Steuerschaltung 200 auf. Die Hauptschaltung 100 weist
einen P-Metalloxid-Halbleiter-Transistor M (PMOS-Transistor im folgenden),
ein Proportionalmagnetventil PV und einen Stromerfassungswiderstand
Rs auf.
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Insbesondere
ist ein Gateanschluß des PMOS-Transistors
M mit dem Ausgangsanschluß OUT
der Steuerschaltung 200 verbunden und ein Sourceanschluß des PMOS-Transistors
M mit der Speisespannung Vdc verbunden.
Eine Zenerdiode ZD in Vorwärtsrichtung
und ein Widerstand R sind zwischen den Gateanschluß und den
Sourceanschluß des
PMOS-Transistors M parallelgeschaltet.
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Das
Proportionalmagnetventil PV und ein Stromerfassungswiderstand Rs
sind mit dem Drainanschluß des
PMOS-Transistors M in Reihe geschaltet. Ebenfalls ist eine Diode
D1 in Rückwärtsrichtung mit
dem Drainanschluß des
PMOS-Transistors M verbunden.
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Die
Steuerschaltung 200 weist eine Energieversorgungsschaltung 10 (nicht
gezeigt) auf. Eine Strombefehlerfassungsschaltung 20 nimmt
einen Strombefehl VCMD und eine Referenzspannung
VCMDref als Eingänge auf und gibt ein Signal
zu einer Strombefehlsmodusbestimmungsvorrichtung 30 und einer
Offsetschaltung 31 aus. Ein Ausgangsanschluß der Strombefehlsmodusbestimmungsvorrichtung 30 ist
mit einer Ausgangsschaltung 90 verbunden. Ein Ausgang von
der Offsetschaltung ist mit einer Strombefehladdier- und Begrenzungsschaltung 32 verbunden.
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Ein
PI-Regler 70 nimmt ein Ausgangssignal von der Strombefehladdier- und Begrenzungsschaltung 32,
ein Ausgangssignal von einer zweiten Dreiecksimpulserzeugungsschaltung 50 und
ein Ausgangssignal von einer Stromerfassungsschaltung 60, die
einen Eingang von der Hauptschaltung 100 aufnimmt, auf.
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Eine
Impulsbreitenmodulations-Vergleichseinrichtung 80 nimmt
ein Ausgangssignal vom PI-Regler 70 und einen Ausgang von
einer ersten Dreiecksimpulserzeugungsschaltung 40 auf und
gibt ein Signal aus, das mit der Ausgangsschaltung 90 in Verbindung
steht.
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Die
Ausgangsschaltung 90 gibt ein Schaltsignal aus, das mit
dem Gateanschluß des PMOS-Transistors
M der Hauptschaltung 100 in Verbindung steht, um dadurch
das Schalten des PMOS-Transistors M zu steuern. Das heißt, daß die Öffnungs-
und Schließgeschwindigkeiten
des PMOS-Transistors M durch ein Tastverhältnis des Schaltsignals gesteuert
werden; ein Strom Ip, der durch einen Drain des PMOS-Transistors
M fließt,
ist im Verhältnis
zu den Öffnungs-
und Schließgeschwindigkeiten
des PMOS-Transistors M bestimmt.
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Das
Proportionalmagnetventil PV wird entsprechend einem Strom Ip betätigt, der
durch den PMOS-Transistor M fließt. Der Öffnungs- und Schließgrad ist
zum Proportionalmagnetventil PV proportional. Der Stromerfassungswiderstand
Rs erfaßt
den Strom Ip, der im Proportionalmagnetventil PV fließt.
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In
der Steuerschaltung 200 erfaßt die Strombefehlerfassungsschaltung 20 den
Strombefehl VCMD als eine Differenzspannung.
Der erfaßte
Strombefehl wird an der Offsetschaltung 31 und der Strombefehlsmodusbestimmungsvorrichtung 30 vorgesehen.
Die Strombefehlsmodusbestimmungsvorrichtung 30 bestimmt
dem Strombefehlsmodus durch den Strombefehl VCMD-Eingang
und sieht diesen an der Ausgangsschaltung 90 vor.
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Es
gibt bevorzugt drei Strombefehlsmodi: einen vollständig geschlossenen
Modus, der das Proportionalmagnetventil PV vollständig schließt, ein Proportionalöffnungsmodus,
der den Öffnungsgrad des
Ventils im Verhältnis
zum Betrag des Stromes steuert, und einen vollständig offenen Modus, der das
Proportionalmagnetventil PV vollständig öffnet.
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Die
Offsetschaltung 31 nimmt den Strombefehl, der durch die
Strombefehlerfassungsschaltung 20 erfaßt wird, auf und überträgt den Strombefehl
zur Strombefehladdier- und Begrenzungsschaltung 32. Die
Offsetschaltung 31 bestimmt ferner, ob der Strombefehl
größer als
ein vorbestimmter Pegel ist, und gibt einen Offsetwert zur Strombefehladdier-
und Begrenzungsschaltung 32 aus, wenn der Strombefehl größer als
der vorbestimmte Pegel ist.
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Die
Strombefehladdier- und Begrenzungsschaltung 32 addiert
den Strombefehl und den Offsetwert von der Offsetschaltung 31 und
gibt den addierten Wert zum PI-Regler 70 aus. Zu diesem
Zeitpunkt begrenzt, wenn der Offsetwert zum Begrenzen des Strombefehls
von der Offsetschaltung 31 eingegeben wird, die Strombefehladdier-
und Begrenzungsschaltung 32 den Strombefehl auf den vorbestimmten
Pegel, indem der vorbestimmte Wert zum PI-Regler 70 ausgegeben
wird.
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Die
Stromerfassungsschaltung 60 hat einen Eingangsanschluß, der mit
dem Stromerfassungswiderstand Rs der Hauptschaltung 100 verbunden
ist, und erfaßt
den Strom Ip, der im Proportionalmagnetventil PV fließt, als
einen Spannungswert. Die Stromerfassungsschaltung 60 gibt
den erfaßten
Wert zum PI-Regler 70 aus.
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Der
PI-Regler 70 nimmt die Ausgangssignale sowohl von der Strombefehladdier-
und Begrenzungsschaltung 32 als auch von der zweiten Dreiecksimpulserzeugungsschaltung 50 auf
und addiert dann diese zwei Signale und verstärkt diese. Der addierte Wert
dieser zwei Signale wird dann mit dem Ausgangssignal der Stromerfassungsschaltung 60 verglichen,
um ein Fehlersignal bzw. Regler-Ausgangssignal auszubilden, das
zur Differenz zwischen dem addierten Signal und dem Ausgangssignal
der Erfassungsschaltung 60 proportional ist. Der Ausgang
des PI-Reglers 70 wird an der Impulsbreitenmodulationsvergleichseinrichtung 80 vorgesehen.
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Das
Ausgangssignal der zweiten Dreiecksimpulserzeugungsschaltung 50 ist
eine Dreiecksimpulswelle, die zwischen einem positiven Maximalwert und
einem negativen Minimalwert alterniert, das heißt ein Spitze-Spitze-Wert.
Diese Dreiecksimpulswelle verringert einen dynamischen Reibungskoeffizienten.
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Die
Impulsbreitenmodulationsvergleichseinrichtung 80 nimmt
die Ausgangssignale sowohl vom PI-Regler 70 als auch von
der ersten Dreiecksimpulserzeugungsschaltung 49 auf und
vergleicht diese. Das Ausgangssignal der ersten Dreiecksimpulserzeugungsschaltung 40 ist
eine Dreiecksimpulswelle, die zwischen dem positiven Maximalwert und
dem Grundlinienwert 0 alterniert. Diese Dreiecksimpulswelle wird
verwendet, um den Energieverbrauch zu verringern. Das Ausgangssignal
der Impulsbreitenmodulationsvergleichseinrichtung 80 ist ähnlich einer
Rechteckimpulswelle, deren Impulsbreite entsprechend dem Ausgangspegel
des PI-Reglers 70 bestimmt
ist. Das Ausgangssignal der Impulsbreitenmodulationsvergleichseinrichtung 80 wird
an der Ausgangsschaltung 90 vorgesehen.
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Die
Ausgangsschaltung 90 nimmt das Ausgangssignal sowohl von
der Strombefehlsmodusbestimmungsvorrichtung 30 als auch
von der Impulsbreitenmodulationsvergleichseinrichtung 80 auf.
Entsprechend einem Modus, der durch die Strombefehlsmodusbestimmungsvorrichtung 30 bestimmt
ist, erzeugt die Ausgangsschaltung 90 ein Schaltsignal,
das dem Ausgangssignal der Impulsbreitenmodulationsvergleichseinrichtung 80 entspricht.
Das erzeugte Schaltsignal wird an dem Gateanschluß des PMOS-Transistors
M der Hauptschaltung 100 angelegt.
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Der
detaillierte Aufbau und der Betrieb der Steuerschaltung 100 werden
nun unter Bezugnahme auf die 2 bis 5 beschrieben.
Obwohl eine Steuerschaltung gewöhnlich
eine Energieversorgungsschaltung aufweist, ist aus Gründen der
Einfachheit dieser Aspekt der Schaltung nicht gezeigt.
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Wie
es in 2 gezeigt ist, weist die Strombefehlerfassungsschaltung 20 einen
Operationsverstärker 201 und
Widerstände
R201 bis R204 auf, die die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 201 bestimmen.
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Der
Operationsverstärker 201 arbeitet
als Differentialverstärker.
Der äußere Strombefehl
VCMD ist an den nichtinvertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 201 angelegt;
die innere Referenzspannung VCMDref ist
an den invertierenden Eingangsanschluß angelegt. Der Operationsverstärker 201 verstärkt somit
nichtinvertierend den Strombefehl VCMD.
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Die
Strombefehlbestimmungsvorrichtung 30 weist einen Operationsverstärker 302,
dessen nichtinvertierender Eingang mit dem Ausgang der Strombefehlerfassungsschaltung 20 verbunden
ist, und einen Operationsverstärker 301 auf,
dessen invertierender Eingang mit dem Ausgang der Strombefehlerfassungsschaltung 20 verbunden
ist. Außerdem
weist die Strombefehlsmodusbestimmungsvorrichtung 30 ferner
einen Operationsverstärker 303 auf,
dessen invertierender Eingang mit dem Ausgang der Strombefehlerfassungsschaltung 60 verbunden ist.
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Eine
Referenzspannung Vref ist an den nichtinvertierenden
Eingangsanschluß des
Operationsverstärkers 301 angelegt;
Widerstände
R301 und R302 zum Teilen der Spannung sind mit den invertierenden
Eingangsanschluß des
Verstärkers 301 verbunden.
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Der
invertierende Eingangsanschluß des Verstärkers 302 ist
mit einer Kontaktstelle zwischen den Widerständen R301 und R302, die die
Referenzspannung Vref teilen, verbunden.
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Die
Referenzspannung Vref ist an den nichtinvertierenden
Eingangsanschluß des
Verstärkers 303 angelegt.
Eine Kontaktstelle zwischen den Widerständen R306 und R307 zum Teilen
der Ausgangsspannung ist mit dem invertierenden Eingangsanschluß des Verstärkers 303 verbunden.
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Die
Verstärker 301, 302 und 303 arbeiten
als Vergleichseinrichtung. Das heißt, daß der Verstärker 301 die Spannung
des invertierenden Eingangsanschlusses mit der Referenzspannung
Vref des nichtinvertierenden Eingangsanschlusses
vergleicht, der Verstärker 302 eine
Spannung V1 des invertierenden Eingangsanschlusses mit dem Strombefehl
des nichtinvertierenden Eingangsanschlusses vergleicht und der Verstärker 303 den
Ausgang der Stromerfassungsschaltung 60, die mit seinem
invertierenden Eingangsanschluß verbunden
ist, mit einer Spannung des nichtinvertierenden Eingangsanschlusses vergleicht.
Die Ausgangssignale der Verstärker 301, 302 und 303 werden
in einem Knoten addiert und an der Ausgangsschaltung 90 vorgesehen.
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Die
Offsetschaltung 31 weist einen Operationsverstärker 311,
dessen nichtinvertierender Eingang mit dem Ausgangssignal des Strombefehlerfassungsschaltung 20 verbunden
ist, einen Operationsverstärker 312,
dessen nichtinvertierender Eingang mit dem Ausgangssignal der Strombefehlerfassungsschaltung 20 über einen
Regelwiderstand VR 311 verbunden ist, und einen Operationsverstärker 313, dessen
nichtinvertierender Eingang mit dem Ausgang des Verstärkers 311 über einen
Transistor Q31 verbunden ist, auf.
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Der
invertierende Eingangsanschluß des Verstärkers 311 ist
mit einer Kontaktstelle zwischen den Widerständen R311 und R312 verbunden,
um die Referenzspannung Vref zu teilen.
Der Widerstand R313 und eine Basis des Transistors Q31 sind mit dem
Ausgangsanschluß des
Verstärkers 311 verbunden.
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Da
der invertierende Eingangsanschluß, der mit dem Regelwiderstand
VR311 verbunden ist, und der Ausgangsanschluß des Verstärkers 312 miteinander
verbunden sind, arbeitet der Verstärker 312 als Spannungsfolger.
Der Ausgangsanschluß des
Verstärkers 312 ist
ferner mit der Strombefehladdier- und Begrenzungsschaltung 32 verbunden.
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Der
Verstärker 311 arbeitet
als eine Vergleichseinrichtung. Wenn der Ausgang der Strombefehlerfassungsschaltung 20 größer als
eine Spannung V2 des invertierenden Eingangsanschlusses des Verstärkers 311 ist,
gibt der Verstärker 311 ein hochpegliges
Signal aus, das den Transistor Q31 einschaltet.
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Der
Verstärker 312 gibt
das Ausgangssignal der Strombefehlerfassungsschaltung 20,
das durch den Regelwiderstand VR 311 geht, zur Strombefehladdier-
und Begrenzungsschaltung 32 als einen COMM-Befehl aus.
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Der
Verstärker 313 gibt
während
einer Ausschaltzeit des Transistors Q31 eine Spannung V0, die durch
den Regelwiderstand VR312 bestimmt wird, zur Strombefehladdier-
und Begrenzungsschaltung 32 als einen Offsetwert OFFS aus.
Wenn ein Transistor Q31 eingeschaltet ist, gibt der Verstärker 313 eine
Referenzspannung Vref zur Strombefehladdier-
und Begrenzungsschaltung 32 als einen Offsetwert OFFS aus.
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Ein
Nutzer kann den Offsetwert durch den Regelwiderstand VR312 steuern.
Wie es in 3 gezeigt ist, kann der Laststrom
Ip, der dem Strombefehl VCMD entspricht,
durch das Steuern des Offsetwertes geändert werden.
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Die
Strombefehladdier- und Begrenzungsschaltung 32 weist einen
Operationsverstärker 321 auf,
dessen invertierender Eingangsanschluß mit dem Befehlssignal COMM
und dem Offsetausgang OFFS von der Offsetschaltung 31 verbunden
ist. Ein Operationsverstärker 322 ist
ebenfalls vorgesehen, dessen Ausgangsanschluß mit einer Diode D32 verbunden
ist und dessen nichtinvertierender Eingangsanschluß mit dem
Ausgangsanschluß des
Verstärkers 321 verbunden
ist. Die Widerstände
R321 bis R328 und die Referenzspannung Vref verursachen, daß der Verstärker 321 als
Addiereinrichtung arbeitet, und bewirken, daß der Verstärker 322 als eine Vergleichseinrichtung
arbeitet.
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Der
Verstärker 321 arbeitet
als eine Addiereinrichtung, um den Signaleingang zu seinem invertierenden
Anschluß zu
addieren. Wenn ein beliebiges Signal, das mit dem invertierenden
Anschluß des Verstärkers 321 verbunden
ist, größer als
ein vorbestimmter Pegel ist, wird die Diode D32 eingeschaltet, so
daß die
Spannung, die in den Verstärker 321 eingegeben
wird, begrenzt ist.
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Das
heißt,
daß, wenn
die Spannung des invertierenden Anschlusses des Verstärkers 321 größer als
die des Ausgangsanschlusses ist, die Diode D32 eingeschaltet wird,
so daß der
invertierende Anschluß des
Verstärkers 321 die
Ausgangsspannung des Verstärkers 322 anlegt.
Das Ausgangssignal des Verstärkers 321 wird
am PI-Regler 70 vorgesehen.
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Die 3 bis 5 sind
graphische Darstellungen des Laststromes Ip über dem Strombefehl VCMD, die die Änderung des Laststromes Ip
darstellen, die den Spannungen V0, V1 und V2 sowohl der Strombefehlsmodusbestimmungsvorrichtung 30 als auch
der Offsetschaltung 31 entspricht.
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3 zeigt
den Laststrom Ip, wenn eine Spannung V1 der Strombefehlsmodusbestimmungsvorrichtung 30 CMD1
ist und eine Spannung V2 der Offsetschaltung 31 CMD2 ist. 4 zeigt
den Laststrom Ip, wenn die Spannung V1 der Strombefehlsmodusbestimmungsvorrichtung 30 CMD1
und die Spannung V2 der Offsetschaltung 31 CMDmax ist. 5 zeigt
den Laststrom Ip, wenn die Spannung V1 der Strombefehlsmodusbestimmungsvorrichtung 30 Null
ist und die Spannung V2 der Offsetschaltung 31 CMDmax ist.
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Unter
Bezugnahme auf die 3 bis 5 kann der
Laststrom Ip gesteuert werden, indem die Spannungen V0, V1 und V2
sowohl der Strombefehlsmodusbestimmungsvorrichtung 30 als auch
der Offsetschaltung 31 eingestellt werden. Die Spannung
V0 bis V2 können
gesteuert werden, indem jeder Widerstandswert eines Regelwiderstandes
VR132 und der zwei Paare von Widerständen R306 und R307, R311 und
R312 geändert
wird.
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Unter
erneuter Bezugnahme auf 2 weist die Stromerfassungsschaltung 60 einen
Operationsverstärker 601,
dessen nichtinvertierender Eingang mit dem Stromerfassungswiderstand
Rs der Hauptschaltung 100 verbunden ist, und Widerstände R601 bis
R604 auf, die verursachen, daß der
Verstärker 601 als
nichtinvertierender Verstärker
arbeitet.
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Der
Verstärker 601 erfaßt einen
Strom, der im Stromerfassungswiderstand Rs fließt, verstärkt (nicht invertierend) das
Eingangssignal und gibt dieses Signal zum PI-Regler 70 aus.
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Der
PI-Regler 70 weist einen Operationsverstärker 701 auf,
dessen invertierender Anschluß mit den
Ausgangssignalen von der Stromerfassungsschaltung 60, der
Strombefehladdier- und Begrenzungsschaltung 32 und der
zweiten Dreiecksimpulserzeugungsschaltung 50 verbunden
ist. Der PI-Regler 70 weist ebenfalls Widerstände R701
bis R705, die bewirken, daß der
Verstärker 701 als
eine Addiereinrichtung arbeitet, und einen Kondensator C70 auf,
der die Wechselstromkomponente (AC Komponente) beseitigt und zwischen
den invertierenden Anschluß und
des Ausgangsanschluß des
Verstärkers 701 geschaltet
ist.
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Der
Verstärker 601 der
Stromerfassungsschaltung 60 verstärkt das Eingangssignal nichtinvertierend;
der Verstärker 321 der
Strombefehladdier- und
Begrenzungsschaltung 32 verstärkt das Eingangssignal invertierend.
Der Verstärker 701,
der als eine Addiereinrichtung arbeitet, addiert das Ausgangssignal
der Strombefehladdier- und Begrenzungsschaltung 32 zum
Ausgangssignal der Stromerfassungsschaltung 60, so daß ein Fehler
zwischen den zwei Ausgangssignalen erfaßt wird. Dieser Fehler zwischen
dem Strombefehl VCMD und dem Ist-Laststrom
Ip wird durch andere Schaltungen ausgeglichen, die mit dem Ausgang
des PI-Reglers 70 verbunden sind, so daß der Laststrom Ip entsprechend
dem Strombefehl konstant aufrechterhalten wird. Das Ausgangssignal
des Verstärkers 701 wird an
der Impulsbreitenmodulationsvergleichseinrichtung 80 vorgesehen.
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Das
Ausgangssignal der zweiten Dreiecksimpulserzeugungsschaltung 50 ist
eine Dreiecksimpulswelle, die zwischen einem positiven Spitzenwert und
einem negativen Spitzenwert alterniert, das heißt ein Spitze-Spitze-Wert.
Eine solche Dreiecksimpulswelle sieht bei einem Ein/Aus-Betrieb
eines Ventils eine Vibration vor, um einen dynamischen Reibungskoeffizienten
zu verringern.
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Die
Impulsbreitenmodulationsvergleichseinrichtung 80 weist
einen Operationsverstärker 81 auf, dessen
nichtinvertierender Anschluß mit
dem Ausgangssignal des PI-Reglers 70 verbunden ist und dessen
invertierender Anschluß mit
dem Ausgangssignal der ersten Dreiecksimpulserzeugungsschaltung 40 verbunden
ist.
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Der
Verstärker 81 arbeitet
als eine Vergleichseinrichtung, um die Spannung, die an den nichtinvertierenden
Anschluß des
Verstärkers 81 angelegt ist,
mit dem Dreiecksimpuls zu vergleichen, der von der ersten Dreiecksimpulswellenerzeugungsschaltung 40 vorgesehen
wird und zwischen einem positiven Spitzenwert und einem negativen
Spitzenwert alterniert.
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Dementsprechend
ist das Ausgangssignal des Verstärkers 81 ähnlich einer
Rechteckimpulswelle, wobei die Impulsbreite von dieser zu einem
Spannungspegel umgekehrt proportional ist, der an den nichtinvertierenden
Anschluß des
Verstärkers 81 angelegt
ist. Das Impulssignal des Verstärkers 81 wird an
der Ausgangsschaltung 90 vorgesehen.
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Die
Ausgangsschaltung 90 weist einen Transistor Q90 auf, dessen
Basisanschluß mit
einem Knoten zwischen dem Ausgangssignal der Strombefehlsmodusbestimmungsvorrichtung 30 und dem
Ausgangssignal der Impulsbreitenmodulationsvergleichseinrichtung 80 verbunden
ist. Der Emitteranschluß des
Transistors Q90 ist mit einer negativen Spannungsversorgung verbunden
und der Kollektoranschluß mit
der Hauptschaltung 100.
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Der
Transistor Q90 wird durch den Impuls, der an den Basisanschluß von diesem
angelegt ist, betrieben und wird durch die positive Spannung als ein
Impuls eingeschaltet. Wenn der Transistor Q90 eingeschaltet ist,
wird durch einen Gateanschluß des Transistors
Q90 die negative Energie am Gateanschluß des Transistors M der Hauptschaltung 100 vorgesehen.
Der Transistor M wird durch eine negative Gatespannung eingeschaltet
und legt eine Versorgungsspannung Vdc an
ein Ventil PV an.
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Somit
werden das Ein/Aus-Zeitverhalten und der Betrieb des Transistors
Q90 durch das Ausgangssignal von der Impulsbreitenmodulationsvergleichseinrichtung 80 bestimmt.
Außerdem
ist das Ein/Aus-Tastverhältnis
des Transistors Q90 gleich dem des Transistors M, der den Laststrom
Ip bestimmt.
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Gemäß Vorbeschreibung
ist ein Proportionalmagnetventil-Steuersystem auf eine hydraulische Schaltung
anwendbar, um ein Wegeventil zu steuern, das dazu in der Lage ist,
einen Laststrom, der durch das Proportionalmagnetventil fließt, entsprechend
einem Strombefehl genau zu steuern.
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Es
ist verständlich,
daß zahlreiche
andere Abwandlungen für
den Fachmann offensichtlich sind und schnell ausgeführt werden
können,
ohne daß vom
Geltungsbereich und Wesen dieser Erfindung abgewichen wird. Dementsprechend
ist es nicht beabsichtigt, daß der
Geltungsbereich der beiliegenden Ansprüche auf die hier angeführte Beschreibung
begrenzt ist, statt dessen können
die Ansprüche
alle Merkmale patentierbarer Neuheit aufweisen, die in der vorliegenden
Erfindung vorliegen, einschließlich aller
Merkmale, die durch den Fachmann bezüglich dieser Erfindung als äquivalent
behandelt werden.
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Ein
Proportionalmagnetventil-Steuersystem ist auf Einwegventile zahlreicher
Systeme anwendbar, zum Beispiel auf ein hydraulisches System einer Schwerlastvorrichtung,
ein Automatikgetriebesystem und ein Kraftstoffeinspritzsystem eines
Fahrzeugs, und steuert genau einen Laststrom, der in einem Proportionalmagnetventil
fließt,
entsprechend einem Strombefehl. Das Proportionalmagnetventil-Steuersystem
weist eine Hauptschaltung, die sich aus einem Schalttransistor,
einem Proportionalmagnetventil und einem Stromerfassungswiderstand
zusammensetzt, und eine Steuerschaltung auf, die sich aus einer
Strombefehlerfassungsschaltung, einer Offsetschaltung, einer Strombefehlbegrenzungsschaltung, einer
Stromerfassungsschaltung, einem Proportional-Integral-Regler, einer
Impulsbreitenmodulationsvergleichseinrichtung und einer Ausgangsschaltung zusammensetzt.