DE19930965A1

DE19930965A1 - Verfahren zum Betätigen eines Stromreglers für ein Stellglied sowie Stromregler

Info

Publication number: DE19930965A1
Application number: DE1999130965
Authority: DE
Inventors: John Thoms; Frank Schlueter
Original assignee: Mannesmann Sachs AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1999-07-05
Filing date: 1999-07-05
Publication date: 2001-01-11

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betätigen eines Stromreglers (30) für ein Stellglied, beispielsweise ein Ventil, sowie ein solcher Stromregler (30) beschrieben, bei dem ein Reglerelement (32) aufgrund eines Stroms eine Spannung (52) entsprechend der Regelabweichung ausgibt, wobei die Stellung des Stellglieds über entsprechende Stromsprünge im Reglerelement (32) erfolgt, und bei dem von einem Element (33) zur Ausgabe einer Ditherspannung aufgrund eines Ditherstroms eine Ditherspannung (50) ausgegeben wird, die der Spannung (52) des Reglerelements (32) überlagert wird, um das Stellglied in permanenter Bewegung zu halten, wobei der Ditherstrom durch jeweilige Sollwertsprünge den Stromsprüngen im Reglerelement (32) nachgeführt wird. Um ein reproduzierbares Verhalten des Stromreglers (30) zu ermöglichen, werden die Sollwertsprünge des Ditherstroms in Abhängigkeit von den Stromsprüngen im Reglerelement (32) modifiziert. Beispielsweise kann bei Sollwertsprüngen des Ditherstroms, die höher als die übliche Ditheramplitude sind, der Ditherstrom für einen oder mehrere Zyklen ausgesetzt oder invertiert fortgeführt werden. Dadurch wird auch bei unterschiedlichen Phasenlagen des Ditherstroms erreicht, daß dessen Sollwertsprünge bei den Stromsprüngen im Reglerelement (32) immer einen konstanten Wert aufweisen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zum Betätigen eines Stromreglers gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Weiterhin betrifft die Erfindung einen Stromregler gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 9. Schließlich betrifft die Erfindung noch eine vorteilhafte Verwendung für ein solches Verfahren und/oder einen solchen Stromregler.

Stromregler sind bereits bekannt und werden in der Praxis für die verschiedensten Anwendungen eingesetzt. Eine solche Anwendung ist beispielsweise das Anstellen von Stellgliedern wie Ventilen oder dergleichen.

In einem konkreten Anwendungsfall, der im Rahmen der folgenden Beschreibung näher erläutert wird, ohne die Erfindung auf diese konkrete Ausführungsform zu beschränken, werden Ventile in hydraulischen Stellantrieben eingesetzt. Derartige Stellantriebe sind ebenfalls bereits bekannt und werden unter anderem in Fahrzeugen zum Anstellen von Kupplungen, Getrieben, insbesondere automatisierten Schaltgetrieben, oder dergleichen verwendet. Ein solcher hydraulischer Stellantrieb ist beispielsweise in der von der Anmelderin ebenfalls eingereichten DE 196 47 940 A1 beschrieben.

Bei diesem hydraulischen Stellantrieb ist wenigstens ein . Ventil, vorzugsweise ein Proportionalventil, vorgesehen, über das der Flüssigkeitsstrom einer Hydraulikflüssigkeit gesteuert wird. Die Hydraulikflüssigkeit wird über eine Pumpe aus einem Vorratsbehälter herausgepumpt und in einen Stellzylinder hineingepumpt. Der Stellzylinder ist über eine Hydraulikleitung mit dem Nehmerzylinder einer zu betätigenden Vorrichtung, beispielsweise einer Kupplung, verbunden. Je nach Stellung des Ventils wird die Hydraulikflüssigkeit aus dem Vorratsbehälter in den Stellzylinder, oder aus dem Stellzylinder zurück in den Vorratsbehälter gepumpt. Die jeweilige Stellung des Ventils erfolgt über einen Stromregler.

Das Öffnen beziehungsweise Schließen des Ventils geschieht über eine Variation des Stroms. Wenn das Ventil zur Regelung des Hydraulikflüssigkeitsstroms gestellt werden soll, ist hierzu ein Stromsprung im Stromregler erforderlich. Je größer der Stromsprung ist, desto weiter öffnet beziehungsweise schließt sich das Ventil, wodurch sich die Durchflußrate entsprechend ändert. Der Stromregler kann beispielsweise derart ausgebildet sein, daß das Ventil bei einem bestimmten Strom geschlossen ist. Wenn ein Stromsprung auf einen Wert oberhalb dieses bestimmten Stroms erfolgt, kann das Ventil zur Druckseite hin geöffnet werden, so daß Hydraulikflüssigkeit aus dem Vorratsbehälter in den Stellzylinder strömen kann. Wenn ein Stromsprung auf einen Wert unterhalb dieses bestimmten Stroms erfolgt, kann das Ventil derart gestellt werden, daß die Hydraulikflüssigkeit aus dem Stellzylinder in den Vorratsbehälter zurückfließt.

Bei den in solchen hydraulischen Stellantrieben verwendeten Ventilen handelt es sich oftmals um Proportionalventile. Derartige Ventile, die ebenfalls bereits bekannt sind, weisen in der Regel einen Anker und eine Spule auf. Wenn die Stromänderung in dem Bereich, der ausgeregelt werden soll, zu gering ist, stellt sich keine Änderung am Ventil ein, da dies durch die Haftreibung des Ankers in der Spule verhindert wird. Ein solcher Effekt wird als "Einschlafen" des Ventils bezeichnet. Der Benutzer des hydraulischen Stellantriebs nimmt dieses "Einschlafen" des Ventils als Klemmen war. Wenn die Haftreibung schließlich überwunden wird, führt dies zu einer sprunghaften Veränderung der Ventilstellung. Aus diesem Grund sind derart klemmende Ventile von großem Nachteil, da die von ihnen angestellten Vorrichtungen, beispielsweise eine Kupplung oder ein Getriebe, aufgrund einer nicht kontinuierlichen Bewegung der Ventile nicht mehr fehlerfrei betätigt werden können.

Wenn beispielsweise ein in dem oben beschriebenen hydraulischen Stellantrieb eingesetztes Ventil einschläft, kann dies dazu führen, daß die - bei Verwendung des hydraulischen Stellantriebs in einem Fahrzeug - Kupplung oder das Getriebe nicht mehr richtig oder gar nicht geschaltet werden kann. Dies ist für den Fahrer nicht nur unangenehm, sondern kann auch zu gefährlichen Situationen führen.

Es besteht daher das Bedürfnis, ein solches "Einschlafen" der Ventile zu verhindern. Zur Lösung dieses Problems wird dem dem Stromregler zugeführten Grundstrom ein weiterer Strom überlagert, der Ditherstrom genannt wird. Bei dem Ditherstrom handelt es sich vorzugsweise um einen sich zyklisch wiederholenden Strom mit hoher Frequenz.

Wenn nun das Ventil gestellt werden soll, wird in dem Stromregler über den Strom und den Stromsprung eine entsprechende Reglerspannung erzeugt. Gleichzeitig wird über den Ditherstrom eine entsprechende Ditherspannung erzeugt, die der Reglerspannung überlagert wird. Die resultierende Spannung wird dann dem Ventil zur Verfügung gestellt. Wegen des Ditheranteils ist diese jedoch so groß, daß es nicht zu einem "Einschlafen" des Ventils kommen kann.

Durch den Ditherstrom wird somit erreicht, daß das Ventil immer in einer Mikrobewegung verbleibt.

Der bisher verwendete Ditherstrom weist eine konstante Frequenz und eine konstante Ditheramplitude auf. Dies führt jedoch zu einer Reihe von Problemen.

Wenn das Ventil gestellt werden soll, erfolgt dies über einen Stromsprung im Stromregler. Da der Ditherstrom den Reglerstrom immer überlagert, muß dieser dem Stromsprung durch einen entsprechenden Sollwertsprung nachgeführt werden. Dabei kann der Sollwertsprung je nach Phasenlage des Ditherstroms unterschiedlich hoch ausfallen. Somit kann der Fall auftreten, daß der im Bereich eines Stromsprungs vorherrschende Ditherstromwert zu gering ist, so daß die notwendige permanente Mikrobewegung des Ventils, beziehungsweise des Ankers in der Spule, nicht sichergestellt werden kann. Andererseits kann der im Bereich eines Stromsprungs vorherrschende Ditherstromwert auch besonders groß ausfallen.

Dies führt zu verlängerten Einstellzeiten und damit Totzeiten im Ventil und somit auch in den nachgeschalteten Vorrichtungen, wie beispielsweise einer Kupplung oder einem Getriebe. Dieses Verhalten wird im Rahmen der Figurenbeschreibung unter Bezugnahme auf die Fig. 3a und 3b näher erläutert.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß der bisher verwendete Ditherstrom die Stromregelung in einer Art beeinflußt, daß je nach Phasenlage des Ditherstroms unterschiedliche Reaktionen auf die Stromsprünge entstehen, die sich mit größer werdenden Ditheramplituden verstärken. Das Stromreglerverhalten ist somit nicht reproduzierbar, was einen negativen Einfluß auf die Stellbarkeit des Ventils und damit auch auf die Regelung eines nachgeschalteten Verbrauchers, beispielsweise eines Aktuators, hat. So kann etwa die Positionsregelung eines solchen Aktuators negativ beeinflußt werden.

Ausgehend vom genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betätigen eines Stromreglers sowie einen Stromregler bereitzustellen, bei dem die beschriebenen Nachteile vermieden werden. Insbesondere soll erreicht werden, daß ein reproduzierbares Stromreglerverhalten ermöglicht wird, wobei ein störender Einfluß des Ditherstroms auf die zur Stellung des Ventils notwendigen Stromsprünge im Stromregler minimiert wird.

Diese Aufgabe wird gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung durch ein Verfahren zum Betätigen eines Stromreglers für ein Stellglied, beispielsweise ein Ventil oder dergleichen, gelöst bei dem ein Reglerelement aufgrund eines Stroms eine Spannung entsprechend der Regelabweichung ausgibt, wobei die Stellung . des Stellglieds über entsprechende Stromsprünge im Reglerelement erfolgt, und bei dem von einem Element zur Ausgabe einer Ditherspannung aufgrund eines Ditherstroms eine Ditherspannung ausgegeben wird, die der Spannung des Reglerelements überlagert wird, um das Stellglied in permanenter Bewegung zu halten, wobei der Ditherstrom durch jeweilige Sollwertsprünge den Stromsprüngen im Reglerelement nachgeführt wird. Vorteilhaft kann das Verfahren zum Betätigen eines wie nachstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Stromreglers verwendet werden. Das Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß zur Schaffung eines reproduzierbaren Stromreglerverhaltens die Sollwertsprünge des Ditherstroms in Abhängigkeit von den Stromsprüngen im Reglerelement modifiziert werden.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird ein reproduzierbares Stromreglerverhalten geschaffen. Durch den Ditherstrom beziehungsweise die aufgrund des Ditherstroms ausgegebene Ditherspannung wird zunächst erreicht, daß die notwendige permanente Mikrobewegung des Stellglieds sichergestellt werden kann, so daß ein "Einschlafen" des Stellglieds verhindert wird. Durch die Tatsache, daß die Sollwertsprünge des Ditherstroms in Abhängigkeit von den Stromsprüngen im Reglerelement modifiziert werden wird weiterhin erreicht, daß durch mögliche unterschiedliche Phasenlagen des Ditherstroms weiterhin keine unterschiedlichen Reaktionen auf die Stromsprünge im Reglerelement entstehen, die, wie im Hinblick auf den Stand der Technik bereits beschrieben wurde, einen negativen Einfluß auf das Stromreglerverhalten haben.

Das Stellglied ist vorzugsweise als Ventil ausgebildet, wobei die Erfindung nicht auf bestimmte Ventiltypen beschränkt ist. Allerdings sind auch andere Ausführungsformen für das Stellglied denkbar.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ist zunächst ein Reglerelement vorgesehen. Dem Reglerelement wird eine Führungsgröße zugeleitet, beispielsweise ein entsprechender Sollstrom. Die Führungsgröße wird mit der Regelgröße verglichen, beispielsweise einem entsprechenden Iststrom. Aus der Differenz zwischen der Führungsgröße und der Regelgröße wird im Reglerelement die Regelabweichung bestimmt. Durch die Regelabweichung können Einflüsse wie die Temperatur, Übergangswiderstände oder dergleichen ausgeglichen werden. Aufgabe des Reglerelements ist es, diese Regelabweichung zu Null zu machen. Aufgrund des resultierenden Stroms wird eine Reglerspannung gebildet und vom Reglerelement ausgegeben.

Wenn das Stellglied gestellt werden soll, ist hierzu ein Stromsprung im Reglerelement notwendig. Dabei wird im Reglerelement immer der mittlere Strom berücksichtigt. Je nach Größe des Stromsprungs kann das Stellglied unterschiedlich gestellt werden. Nachfolgend wir hierzu ein Beispiel beschrieben.

Wenn das Stellglied als Ventil ausgebildet ist und in einem hydraulischen Stellantrieb verwendet, wird; kann über den Stromsprung die Öffnung des Ventils und damit dessen Durchflußrate eingestellt werden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, daß das Ventil bei einem Strom von 1000 mA vollständig geschlossen ist. Wenn ein Stromsprung auf einen Wert über 1000 mA erfolgt, beispielsweise auf einen Wert von 1400 mA, kann durch die vom Reglerelement entsprechend ausgegebene Reglerspannung das Ventil derart geöffnet werden, daß es zur Druckseite geöffnet wird und somit die Hydraulikflüssigkeit aus dem Vorratsbehälter in den Stellzylinder fließen kann. Wenn der Stromsprung auf einen Wert unterhalb von 1000 mA erfolgt, kann das Ventil beispielsweise derart gestellt werden, daß die Hydraulikflüssigkeit aus dem Stellzylinder zurück in den Vorratsbehälter strömt.

Der vom Reglerelement ausgegebenen Reglerspannung wird eine Ditherspannung überlagert, die in dem Element zur Ausgabe einer Ditherspannung aus dem anliegenden Ditherstrom gebildet wird. Durch den Ditherstrom wird folglich das Ventil am "Einschlafen" gehindert. Der Ditherstrom weist vorzugsweise eine hohe Frequenz auf, die sich zyklisch wiederholt. Der Ditherstrom hat vorzugsweise eine Rechteckform.

Wenn der mittlere Strom des Reglerelements durch einen Stromsprung geändert wird, wird auch der Ditherstrom durch jeweilige Sollwertsprünge den Stromsprüngen im Reglerelement nachgeführt.

Die verbesserte Reproduzierbarkeit des Stromreglerverhaltens kommt erfindungsgemäß dadurch zustande, daß diese Sollwertsprünge des Ditherstrom jeweils in Abhängigkeit von den Stromsprüngen im Reglerelement modifiziert werden. Dadurch kann der störende Einfluß des Ditherstrom bei den Stromsprüngen minimiert werden. Verschiedene Beispiele für mögliche und vorteilhafte Modifikationen werden im weiteren Verlauf der Beschreibung näher erläutert.

Vorzugsweise kann die Modifikation des Ditherstroms derart erfolgen, daß die Sollwertsprünge immer gleich sind, egal, welche Phasenlage der Ditherstrom hat.

Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Vorteilhaft können die Stromsprünge im Reglerelement synchron zur fallenden und/oder steigenden Flanke des Ditherstroms erfolgen.

Vorzugsweise kann dem Reglerelement die Führungsgröße ohne Ditherstromanteil zugeführt werden. Auf diese Weise erfolgt die Stromregelung nur auf den mittleren Stromwert im Reglerelement. Zu diesem Zweck wird der Ditherstrom vorteilhaft am Eingang des Reglerelements herausgerechnet und an dessen Ausgang wieder eingerechnet. Auf diese Weise wird der Einfluß des Ditherstroms vom mittleren Strom abgezogen. Dazu wird eine besondere Funktion benötigt, die den Einfluß des Ditherstroms auf den mittleren Strom beschreibt. Mit Hilfe dieser Funktion kann dem Reglerelement ein Stromwert zugeführt werden, der unbeeinflußt vom Ditherstrom ist. Nach dem Reglerelement wird der Ditherstrom dem Ausgangssignal wieder hinzugefügt. Das bedeutet, daß das Reglerelement die aufgrund des Ditherstroms auftretenden Abweichungen, die einen störenden Einfluß auf das Stromreglerverhalten ausüben können, nicht erkennt und das Stromsignal ohne den überlagerten Dither verarbeitet.

In anderer Ausgestaltung kann bei Sollwertsprüngen des Ditherstroms, die höher als die Ditheramplitude sind, der Ditherstrom für einen oder mehrere Zyklen ausgesetzt werden.

Üblicherweise kann der Ditherstrom in unterschiedlichen Phasenlagen vorliegen. Das hat zur Folge, daß bei Sollwertsprüngen des Ditherstroms, die den Stromsprüngen des mittleren Stroms im Reglerelement nachgeführt werden, die Größe der Ditherstromamplitude während des Sollwertsprungs unterschiedlich sein kann. Dies würde zu den im Hinblick auf den Stand der Technik beschriebenen Nachteilen führen. Durch das Aussetzen des Ditherstroms für einen oder mehrere Zyklen nach dem Sollwertsprung wird erreicht, daß die Höhe des Sollwertsprungs immer gleich bleibt. Ein Beispiel hierzu ist in der Figurenbeschreibung im Hinblick auf die Fig. 4a und 4b beschrieben.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann bei Sollwertsprüngen des Ditherstroms, die höher als die Ditheramplitude sind, der Ditherstrom invertiert fortgeführt werden. Auch durch diese Maßnahme wird erreicht, daß die Höhe der Sollwertsprünge für den Ditherstrom immer gleich bleibt. Ein Beispiel hierzu ist in der Figurenbeschreibung im Hinblick auf die Fig. 5a und 5b beschrieben.

Gemäß einer anderen Ausführungsform kann das Reglerelement als PI-Regler ausgebildet sein, wobei bei Sollwertsprüngen des Ditherstroms, die höher als die Ditheramplitude sind, der I- Anteil des Reglers zeitweilig abgeschaltet wird. Üblicherweise summiert sich der I-Anteil bei Stromsprüngen in den genannten Reglern auf, was zu Regelabweichungen und zu einer Verlangsamung des Stromreglers führt. Wenn der I-Anteil bei Sollwertsprüngen größer als der Ditheramplitude ausgeregelt wird, wird dadurch die Summation unterdrückt. Der I-Anteil des Reglers wird nur noch genutzt, um eine andauernde Regelabweichung zu unterdrücken.

Vorzugsweise kann die Frequenz des Ditherstroms ein ganzzahliges Vielfaches der Stromvorgabefrequenz für das Reglerelement betragen. Wenn die Taktzeit für den mittleren Strom des Reglerelements beispielsweise 4 ms beträgt, kann die Periodendauer der Ditherstromfrequenz beispielsweise 2 ms, 1 ms oder dergleichen betragen. Dadurch wird erreicht, daß die Sollwertsprünge des Ditherstroms immer synchron zu den Stromsprüngen des mittleren Stroms im Reglerelement erfolgen.

Vorteilhaft kann der Stromregler weiterhin eine Vorsteuerung aufweisen, in der aufgrund eines Sollstroms und des Stellgliedwiderstands eine auszugebende Spannung berechnet wird.

Gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Stromregler zum Stellen eines Stellglieds, insbesondere eines Ventils, bereitgestellt, mit einem Reglerelement zur Ausgabe einer Reglerspannung in Abhängigkeit einer vorherrschenden Reglerabweichung, wobei die Steuerung des Stellglieds über Stromsprünge im Reglerelement erfolgt, und mit einem Element zur Ausgabe einer Ditherspannung aufgrund eines Ditherstroms, die der Reglerspannung überlagert wird, wobei der Ditherstrom durch Sollwertsprünge den Stromsprüngen im Reglerelement nachgeführt wird oder nachführbar ist. Der Stromregler ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß das Element zur Ausgabe einer Ditherspannung derart ausgebildet ist, daß zur Schaffung eines reproduzierbaren Stromreglerverhaltens die Sollwertsprünge des Ditherstroms gemäß einer der vorstehend beschriebenen Möglichkeiten in Abhängigkeit von den Stromsprüngen im Reglerelement geregelt oder regelbar sind.

Durch den erfindungsgemäßen Stromregler läßt sich die Reproduzierbarkeit des Stromreglerverhaltens deutlich verbessern. Zu den Vorteilen, Wirkungen, Effekten und der Funktionsweise des erfindungsgemäßen Stromreglers wird auf die vorstehenden Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren vollinhaltlich Bezug genommen und hiermit verwiesen.

Bevorzugte Ausführungsformen des Stromreglers ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Vorteilhaft kann das Reglerelement als PI-Regler ausgebildet sein.

In weiterer Ausgestaltung kann eine Vorsteuerung zur Berechnung einer Vorsteuerspannung vorgesehen sein.

Die Reglerspannung, die Ditherspannung und fakultativ die Vorsteuerspannung können vorzugsweise in einem Summationspunkt zusammengeführt werden. In dem Summationspunkt werden die Einzelspannungen zu einer Ausgangsspannung addiert.

Weiterhin kann eine Einrichtung zum Einstellen und Ausgeben des Tastverhältnisses vorgesehen sein. Dabei ist die Einrichtung vorzugsweise derart ausgebildet, daß das Tastverhältnis basierend auf der vom Summationspunkt abgehenden Ausgangsspannung eingestellt wird oder einstellbar ist. Die Einrichtung zum Einstellen und Ausgeben des Tastverhältnisses nimmt dabei eine Pulsweitenmodulation (PWM) vor. Als Tastverhältnis wird dabei das Verhältnis zwischen Einschaltdauer und Ausschaltdauer des Stromreglers verstanden.

Vorzugsweise kann das Tastverhältnis in der Einrichtung unter Berücksichtigung einer Batteriespannung eingestellt werden. Wenn der Stromregler zum Stellen eines Ventils in einem hydraulischen Stellantrieb zum Stellen einer Kupplung oder eines Getriebes in einem Fahrzeug verwendet wird, kann es sich bei dieser Batterie um die Bordnetzbatterie handeln. Bei einer solchen Batteriespannung handelt es sich üblicherweise um einen Umgebungsparameter, der eine Störgröße darstellen kann, die eliminiert werden muß. Wenn das Tastverhältnis bereits unter Berücksichtigung dieser Batteriespannung eingestellt wird, kann dies Störgröße, die einen großen Einfluß hat, bereits frühzeitig kompensiert werden.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist der Stromregler aus drei Teilen gebildet. Der erste Teil des Stromreglers ist die Vorsteuerung, die aus Sollstrom und Stellgliedwiderstand eine auszugebende Spannung berechnet. Der zweite Teil des Stromreglers ist ein als PI-Regler ausgebildetes Reglerelement, das eine Spannung entsprechend der Regelabweichung ausgibt, wodurch Einflüsse wie Temperatur, Übergangswiderstände oder dergleichen ausgeglichen werden. Im dritten Teil wird eine Ditherspannung ausgegeben, um das Stellglied am "Einschlafen" zu hindern. Die einzelnen Spannungen werden im Summationspunkt aufsummiert und als Ausgangsspannung an die Einrichtung zum Einstellen des Tastverhältnisses weitergegeben, von der unter Berücksichtigung der Batteriespannung ein entsprechendes Tastverhältnis ausgegeben wird.

Gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das wie vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Verfahren und/oder der erfindungsgemäße Stromregler vorteilhaft in einem hydraulischen Stellantrieb, insbesondere einem hydraulischen Stellantrieb für eine Kupplung und/oder ein Getriebe verwendet.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Ansicht einen hydraulischen Stellantrieb für eine Kupplung;

Fig. 2 in schematischer Ansicht einen erfindungsgemäßen Stromregler;

Fig. 3a und 3b jeweils ein Diagramm, in dem die Überlagerung des mittleren Stroms für das Reglerelement durch den Ditherstrom gemäß einer Lösung nach dem Stand der Technik dargestellt ist;

Fig. 4a und 4b jeweils ein Diagramm, in dem die Überlagerung des mittleren Stroms für das Reglerelement durch den Ditherstrom gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist; und

Fig. 5a und 5b jeweils ein Diagramm, in dem die Überlagerung des mittleren Stroms für das Reglerelement durch den Ditherstrom gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist.

In Fig. 1 ist ein hydraulischer Stellantrieb 10 dargestellt, der zum Anstellen einer Kupplung 11 in einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor 12 verwendet wird. Die Kupplung 11 ist mit einem Nehmerzylinder 13 verbunden, der wiederum über eine Hydraulikleitung 14 mit einem Stellzylinder 15 des hydraulischen Stellantriebs 10 verbunden ist. Das Anstellen des Stellzylinders 15 erfolgt über ein als Ventil ausgebildetes Stellglied 16, im vorliegenden Fall ein Proportionalventil. Das Ventil 16 wird über einen Stromregler 30 gestellt. Wenn das Ventil 16 über den Stromregler 30 druckseitig geöffnet wird, kann Hydraulikflüssigkeit aus einem nicht dargestellten Vorratsbehälter des hydraulischen Stellantriebs 10 herausgepumpt und in den Stellzylinder 15 eingespeist werden. Über den Stellzylinder 15 und die Hydraulikleitung 14 wird dadurch auch der Nehmerzylinder 13 bewegt, wodurch die Kupplung 13 angestellt wird. Eine Beschreibung eines geeigneten hydraulischen Stellantriebs 10 ist beispielsweise in der DE 196 47 940 A1 offenbart, deren Offenbarungsgehalt insoweit in die vorliegende Beschreibung einbezogen wird.

Der Stromregler 30 ist weiterhin mit einem Lageregler 17 verbunden. Der Lageregler 17 ist als sogenannter Master-Regler ausgebildet, der dem Stromregler 17 eine generelle Vorgabe macht, welche Durchflußmenge an Hydraulikflüssigkeit eingestellt werden soll. Die tatsächliche Umsetzung dieser Vorgabe wird durch den Lageregler 17 nicht überwacht. Die Umsetzung der Vorgabe erfolgt durch den Stromregler 30, der in diesem Fall die Funktion eines sogenannten Slave-Reglers innehat.

Zur Bestimmung der Vorgabe für den Stromregler 30 durch den Lageregler 17 ist dieser mit einer Vergleichsstelle 18 verbunden. In der Vergleichsstelle 18 wird ein Sollwert 40 der Kupplungsposition mit einem Istwert 41 der Kupplungsposition verglichen. Die dabei möglicherweise entstehende Regelabweichung 42 wird dem Lageregler 17 zugeführt. In dem Lageregler 17 wird aus der Regelabweichung 42 ein Sollstrom 43 berechnet, der dem Stromregler 30 zugeführt wird. Zur genauen Bildung des Sollstroms 43 wird der Lageregler 17 zusätzlich auch mit den aktuellen Istwerten 41 der Kupplungsposition versorgt.

In Fig. 2 ist der Stromregler 30 in größerem Detail dargestellt. Der Stromregler 30 besteht aus drei Grundteilen. Der erste Teil ist eine Vorsteuerung 31, die aus dem Sollstrom 43 und dem Ventilwiderstand eine auszugebende Vorsteuerspannung 51 berechnet. Der zweite Teil des Stromreglers 17 ist ein als PI-Regler ausgebildetes Reglerelement 32, das aus dem Sollstrom 43 und einem tatsächlich vorherrschenden Iststrom 53 eine Regelabweichung berechnet und auf deren Basis eine Reglerspannung 52 ausgibt. Durch das Reglerelement 32 können Einflüsse wie Umwelteinflüsse, Temperatureinflüsse, Übergangswiderstände und dergleichen berücksichtigt werden. Beim dritten Teil handelt es sich schließlich um ein Element 33 zur Ausgabe einer Ditherspannung. Im Element 33 wird eine Ditherspannung 50 ausgegeben, um das Ventil 16 am "Einschlafen" zu hindern. Die drei Spannungen 50, 51 und 52 werden in einem Summationspunkt 34 aufsummiert. Die daraus resultierende Ausgangsspannung 54 wird einer Einrichtung 35 zum Einstellen des Tastverhältnisses zugeführt. Darin wird aus der Ausgangsspannung 54 unter Berücksichtigung der Batteriespannung 55 ein entsprechendes Tastverhältnis 56 ermittelt und ausgegeben. Durch die frühzeitige Berücksichtigung der Batteriespannung 55 kann deren möglicher Einfluß als Störgröße frühzeitig kompensiert werden.

In den Fig. 3a und 3b ist jeweils ein Strom-Zeit-Diagramm dargestellt, in dem die Überlagerung des mittleren Stroms 60 für das Reglerelement 32 durch den Ditherstrom gemäß einer Lösung nach dem Stand der Technik dargestellt ist.

Wenn das Ventil 16 geöffnet oder geschlossen werden soll, ist hierfür ein Stromsprung des mittleren Stroms 60 im Reglerelement 32 erforderlich. In Fig. 3a erfolgt ein solcher Stromsprung 61 von 1000 mA auf 1400 mA bei 0.016 Sekunden. Um ein "Einschlafen" des Ventils 16 zu verhindern, ist dem mittleren Strom 60 ein Ditherstrom überlagert. Der Ditherstrom wird als Soll-Ditherstrom 62 mit Rechteckform und einer Ditheramplitude 63 eingeprägt. Der tatsächliche Verlauf des Ist-Ditherstroms 65 mit jeweils steigenden Flanken 66 und fallenden Flanken 67 ist durch eine strichpunktierte Linie dargestellt.

Wenn ein Stromsprung 61 des mittleren Stroms 60 stattfindet, muß auch der Ditherstrom durch einen entsprechenden Sollwertsprung 64 nachgeführt werden. Wie sich aus den beiden Diagrammen gemäß Fig. 3a und 3b ergibt, kann der Ditherstrom mit unterschiedlichen Phasenlagen eingeprägt werden. Das führt dazu, daß die Sollwertsprünge 64 des Ditherstroms im Bereich der Stromsprünge 61 des mittleren Stroms 60 je nach Phasenlage des Ditherstroms unterschiedlich groß sind, was zu den weiter oben genannten Nachteilen führt.

Zur Lösung dieses Problems werden die Sollwertsprünge 64 des Ditherstroms nunmehr in Abhängigkeit von den Stromsprüngen 61 im Reglerelement 32 modifiziert. Dadurch wird ein reproduzierbares Stromreglerverhalten geschaffen. Zwei bevorzugte Ausführungsformen für einen solch modifizierten Ditherstrom sind in den Fig. 4 und 5 dargestellt.

In den Fig. 4a und 4b ist wiederum ein Strom-Zeit-Diagramm dargestellt, in dem die Überlagerung des mittleren Stroms 60 für das Reglerelement 32, der denselben Verlauf hat wie der mittlere Strom 60 in den Fig. 3a und 3b, durch den Ditherstrom gezeigt ist. Der Ditherstrom ist wiederum in Form des Soll- Ditherstroms 62 und des Ist-Ditherstroms 65 dargestellt. Die unterschiedlichen Phasenlagen des Ditherstroms sowie dessen Verlauf entsprechen dem Verlauf des Ditherstroms gemäß den Fig. 3a und 3b.

Im Unterschied zu den in den Fig. 3a und 3b dargestellten Verläufen des Ditherstroms ist aus den Fig. 4a und 4b ersichtlich, daß die Sollwertsprünge 64 des Ditherstroms im letztgenannten Fall immer die gleiche Größe haben. Die Größe der Sollwertsprünge 64 des Ditherstroms ist somit bei jeder Phasenlage des Ditherstroms konstant. Dies wird dadurch erreicht, daß bei Sollwertsprüngen 64 des Ditherstroms, die größer als die Ditheramplituden 63 sind, der Ditherstrom für einen oder mehrere Zyklen ausgesetzt wird. Im Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 4a und 4b tritt der Stromsprung des mittleren Stroms 60 von 1000 mA auf 1400 mA wiederum bei 0.016 Sekunden auf. Gleichzeitig wird auch der Soll-Ditherstrom 62 und damit auch der Ist-Ditherstrom 65 durch einen entsprechenden Sollwertsprung 64 nachgeführt. Der Sollwertsprung 64 ist aber größer als die übliche Ditheramplitude 63, so daß der Ditherstrom im vorliegenden Beispiel nachfolgend für einen Zyklus ausgesetzt wird. Wie aus den Fig. 4a und 4b ersichtlich ist, erfolgt die Aussetzung des Ditherstroms im Zeitraum von 0.016 bis 0.024 Sekunden. Erst nach diesem Zeitraum, das heißt nach 0.024 Sekunden, wird der Ditherstrom erneut eingeprägt, und zwar mit derjenigen Phasenlage, die eigentlich während des Stromsprungs 61 hätte vorhanden sein müssen. Dadurch wird erreicht, daß die Sollwertsprünge 64 des Ditherstroms im Bereich der Stromsprünge 61 des mittleren Stroms 60 auch bei unterschiedlichen Phasenlagen des Ditherstroms immer einen konstanten Wert haben.

Eine noch andere Ausführungsform ist in den Fig. 5a und 5b dargestellt. Wiederum ist ein Strom-Zeit-Diagramm gezeigt, in dem die Verläufe des mittleren Stroms 60, des Soll- Ditherstroms 62 und des Ist-Ditherstroms 65 dargestellt sind. Die Größe der Ströme, deren Form und Phasenlagen sowie deren Stromsprünge 61 entsprechen denjenigen gemäß den Fig. 3a, 3b, 4a und 4b, so daß auf eine erneute Beschreibung verzichtet wird.

Auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 5a und 5b wird erreicht, daß die Sollwertsprünge 64 des Ditherstroms, durch die dieser den Stromsprüngen 61 des mittleren Stroms 60 nachgeführt wird, auch bei unterschiedlichen Phasenlagen des Ditherstroms immer einen konstanten Wert aufweisen.

Dies wird im Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 5a und 5b dadurch ermöglicht, daß bei Sollwertsprüngen 64 des Ditherstrom, die größer als die übliche Ditheramplitude 63 sind, der Ditherstrom invertiert fortgeführt wird.

Wenn der Stromsprung 61 des mittleren Stroms 60 wieder bei 0.016 Sekunden erfolgt, wird zu diesem Zeitpunkt auch der Sollwertsprung 64 der Ditherstroms stattfinden. Weil der Ditherstrom direkt nach diesem Zeitpunkt (0.016 Sekunden) in invertierter Form fortgeführt wir, kann erreicht werden, daß die Sollwertsprünge 64 auch bei unterschiedlichen Phasenlagen des Ditherstroms immer eine konstante Größe haben.

Bezugszeichenliste

10

hydraulischer Stellantrieb

11

Kupplung

12

Verbrennungsmotor

13

Nehmerzylinder

14

Hydraulikleitung

15

Stellzylinder

16

Stellglied (Ventil)

17

Lageregler

18

Vergleichsstelle

30

Stromregler

31

Vorsteuerung

32

Reglerelement

33

Element zur Ausgabe einer Ditherspannung

34

Summationspunkt

35

Einrichtung zum Einstellen des Tastverhältnisses

40

Sollwert der Kupplungsposition

41

Istwert der Kupplungsposition

42

Regelabweichung der Kupplungsposition

43

Sollstrom

50

Ditherspannung

51

Vorsteuerspannung

52

Reglerspannung

53

Iststrom

54

Ausgangsspannung

55

Batteriespannung

56

Tastverhältnis

60

mittlerer Strom für Reglerelement

61

Stromsprung

62

Soll-Ditherstrom

63

Ditheramplitude

64

Sollwertsprung

65

Ist-Ditherstrom

66

steigende Flanke des Ditherstroms

67

fallende Flanke des Ditherstroms

Claims

1. Verfahren zum Betätigen eines Stromreglers für ein Stellglied, insbesondere eines Stromreglers nach einem der Ansprüche 9 bis 14, bei dem ein Reglerelement aufgrund eines Stroms eine Spannung entsprechend der Regelabweichung ausgibt, wobei die Stellung des Stellglieds über entsprechende Stromsprünge im Reglerelement erfolgt und bei dem von einem Element zur Ausgabe einer Ditherspannung aufgrund eines Ditherstroms eine Ditherspannung ausgegeben wird, die der Spannung des Reglerelements überlagert wird, um das Stellglied in permanenter Bewegung zu halten, wobei der Ditherstrom durch jeweilige Sollwertsprünge den Stromsprüngen im Reglerelement nachgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Schaffung eines reproduzierbaren Stromreglerverhaltens die Sollwertsprünge des Ditherstroms in Abhängigkeit von den Stromsprüngen im Reglerelement modifiziert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromsprünge im Reglerelement synchron zur fallenden und/oder steigenden Flanke des Ditherstroms erfolgen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Reglerelement die Führungsgröße ohne Ditherstromanteil zugeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Sollwertsprüngen des Ditherstroms, die höher als die Ditheramplitude sind, der Ditherstrom für einen oder mehrere Zyklen ausgesetzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Sollwertsprüngen des Ditherstroms, die höher als die Ditheramplitude sind, der Ditherstrom invertiert fortgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Reglerelement als PI-Regler ausgebildet ist und daß bei Sollwertsprüngen des Ditherstroms, die höher als die Ditheramplitude sind, der I-Anteil des Reglers zeitweilig abgeschaltet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Ditherstroms ein ganzzahliges Vielfaches der Stromvorgabefrequenz für das Reglerelement beträgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromregler weiterhin eine Vorsteuerung aufweist, in der aufgrund eines Sollstroms und des Stellgliedwiderstands eine auszugebende Spannung berechnet wird.

9. Stromregler zum Stellen eines Stellglieds, insbesondere eines Ventils, mit einem Reglerelement (32) zur Ausgabe einer Reglerspannung (52) in Abhängigkeit einer vorherrschenden Reglerabweichung, wobei die Steuerung des Stellglieds über Stromsprünge (61) im Reglerelement (32) erfolgt, und mit einem Element (33) zur Ausgabe einer Ditherspannung (50) aufgrund eines Ditherstroms, die der Reglerspannung (52) überlagert wird, wobei der Ditherstrom durch Sollwertsprünge (64) den Stromsprüngen (61) im Reglerelement (32) nachgeführt wird oder nachführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (33) zur Ausgabe einer Ditherspannung derart ausgebildet ist, daß zur Schaffung eines reproduzierbaren Stromreglerverhaltens die Sollwertsprünge (64) des Ditherstroms (62) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 in Abhängigkeit von den Stromsprüngen (61) im Reglerelement (32) modifiziert oder modifizierbar sind.

10. Stromregler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Reglerelement (32) als PI-Regler ausgebildet ist.

11. Stromregler nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin eine Vorsteuerung (31) zur Berechnung einer Vorsteuerspannung (51) vorgesehen ist.

12. Stromregler nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Summationspunkt (34) zum Zusammenführen der Reglerspannung (52), der Ditherspannung (50) und fakultativ der Vorsteuerspannung (51) vorgesehen ist.

13. Stromregler nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (35) zum Einstellen und Ausgeben des Tastverhältnisses (56) vorgesehen ist.

14. Stromregler nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (35) derart ausgebildet ist, daß das Tastverhältnis (56) aus einer vom Summationspunkt (34) abgehenden Ausgangsspannung (54), vorzugsweise unter Berücksichtigung einer Batteriespannung (55), eingestellt wird oder einstellbar ist.

15. Verwendung eines Verfahrens zum Betätigen eines Stromreglers nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und/oder eines Stromreglers (30) nach einem der Ansprüche 9 bis 14 in einem hydraulischen Stellantrieb (10), insbesondere einem hydraulischen Stellantrieb (10) für eine Kupplung (11) und/oder ein Getriebe.