DE4031808A1

DE4031808A1 - Anordnung zur ansteuerung eines stellmotors sowie verfahren zur ansteuerung eines stellmotors

Info

Publication number: DE4031808A1
Application number: DE4031808A
Authority: DE
Inventors: Paulus Dipl Ing Heidemeyer; Wilfried Alt; Klaus-Juergen Dipl Ing Lemke; Reinhold Dipl Ing Haack
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1990-10-08
Filing date: 1990-10-08
Publication date: 1992-04-09

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Ansteuerung eines von einem Druckmittel beaufschlagbaren und selbsttätig rückstellenden Stellmotors gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiterhin be trifft die Erfindung ein Verfahren zur Ansteuerung eines Stellmo tors sowie eine Verwendung der erfindungsgemäßen Anordnung.

Bei in Kraftfahrzeugen verwendeten hydraulischen Systemen soll ein vorhandener Stellmotor möglichst differenziert mit einem Druck mittel beaufschlagbar sein. Zu diesem Zweck verwendbare Analog ventile weisen einen hohen Konstruktions- und Steuerungsaufwand sowie in Ruhestellung einen restlichen Druckmitteldurchfluß auf. Soweit die Druckmittelzufuhr über ein Digitalventil gesteuert wird, ist eine abgestufte Steuerung oder Regelung nicht zufrieden stellend möglich. Insbesondere bei hydraulischen Systemen, bei denen die Stellmotoren sowohl besonders schnell als auch hierzu relativ langsam bewegbar sein müssen, sind die bekannten Lösungen nicht zufriedenstellend einsetzbar.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung zur Ansteuerung eines Stellmotors zu schaffen, bei dem das Druckmittel dem Stellmotor in unterschiedlichen Volumenströmen zuführbar ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Danach sind in einem Vorlauf und/oder einem Rücklauf zumindest zwei unabhängig voneinander ansteuerbare Steuerventile in Strömungsrichtung parallel angeordnet. Der Druck mittelfluß ist nun durch Aufsteuerung eines der Ventile oder bei der Ventile einstellbar, so daß zwischen dem Stellmotor und der Steuereinheit unterschiedliche Volumenströme fließen können. Vor zugsweise sind die Steuerventile als Digitalventile sowie mit Dichtsitz in Ruhestellung ausgebildet und damit einfach im Aufbau und in der Ansteuerung. Außerdem wird so in Ruhestellung keine Servoenergie verbraucht.

Zur weiteren Differenzierung der Volumenströme ist es vorteilhaft von mehreren parallelen Steuerventilen zumindest einem eine Drossel zuzuordnen. Dadurch sind sowohl über ein einzelnes Steuerventil als auch über die gleichzeitige Betätigung mehrerer Steuerventile unterschiedliche Volumenströme definierbar. Die Drosseln sind zudem leichter auswechselbar als Steuerventile, wodurch eine schnel le Anpassung der Anordnung an unterschiedlichste Anforderungen gewährleistet ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ansteuerung eines Stellmotors ist vorgesehen, das Druckmittel dem Stellmotor entweder ungedrosselt über ein erstes Steuerventil und/oder gedrosselt mit niedrigem Druck- und Volumenstrom über mindestens ein weiteres Steuerventil der Steuereinheit zuzuführen.

Die Erfindung ist vorteilhaft verwendbar zur Betätigung einer in definierten Schlupfzuständen betreibbaren Kupplung, insbesondere einer Anfahr- und Trennkupplung in Kraftfahrzeugen. Eine derartige Kupplung dient insbesondere der Komfortsteigerung in Kraftfahrzeugen mit Hubkolbenmotoren. Motorbedingte Vibrationen - auch geringste Drehzahländerungen während einer Kurbelwellenumdrehung - werden durch eine derart betriebene Kupplung vom weiteren Antriebsstrang ferngehalten. Der Fahrkomfort wird dadurch erhöht. An die Geschwin digkeit der Kupplungsbewegung werden hierbei besonders hohe Ansprüche gestellt. Zugleich müssen auch langsame, das heißt für Fahrzeug insassen möglichst ruckfreie Kupplungsbewegungen durchführbar sein.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand von Zeichnun gen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Diagramm zur Darstellung von mit zwei parallelen Ventilen und Drosseln erzielbaren unterschiedlichen Volumenströmen und

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Anordnung zur Ansteuerung eines von einem Druckmittel beaufschlagbaren Stell motors.

Als s1 bis s3 sind in der Fig. 1 unterschiedliche Druckmittelvo lumina in Abhängigkeit von der Zeit t dargestellt. Die unterschied lichen Volumina werden einem Stellmotor über zwei parallele und baugleiche Steuerventile zugeführt. Entweder ist genau einem der Ventile eine Drossel zugeordnet oder aber es sind zwei Drosseln mit unterschiedlicher Wirkung vorgesehen. s1 bezeichnet das Druck mittelvolumen, welches nach Ablauf der Zeit t1 das Steuerventil mit der einzigen Drossel bzw. mit der wirksamsten Drossel durch strömt hat. Demgegenüber bezeichnet s2 das entsprechende Volumen, das das ungedrosselte Steuerventil bzw. das Steuerventil mit der schwächeren Drossel zum Zeitpunkt t1 passiert hat. s3 stellt schließ lich die Summe der Volumenströme s1 und s2 dar, die durch Aufsteuern beider Ventile erzielbar ist. t0 bezeichnet eine konstruktiv vor gegebene Mindestschaltzeit für ein Steuerventil. Unterhalb dieser Schaltzeit t0 läßt sich das Durchflußvolumen, bedingt durch Toleran zen nicht hinreichend genau bestimmen. In der Fig. 1 ist erkenn bar, daß mit dem ungedrosselten Steuerventil bzw. mit dem schwächer gedrosselten - dies betrifft das Volumen s2 zum Zeitpunkt t1 - das Volumen s1 oberhalb der Zeit t0 nicht erzielbar ist. Lang same Volumenströme und damit langsame Bewegungen des Stellmotors werden ausschließlich durch Öffnen des am stärksten gedrosselten Ventils erzielt. Entsprechend verläuft die Kurve s1 (t) am flachsten.

Die Fig. 2 zeigt den Aufbau und das Zusammenwirken der einzelnen Elemente in einer erfindungsgemäßen Anordnung. Danach ist eine Druckmittelversorgung entweder über eine Zentralhydraulik 10 vor gesehen. Zusätzlich oder alternativ ist eine Versorgung über eine Pumpe 11 mit elektrischem Antrieb 12 möglich, wobei die Pumpe das Druckmittel einem Sumpf 13 entnimmt. Das Druckmittel, insbeson dere Hydrauliköl, wird, von der Zentralhydraulik 10 kommend, über ein Druckregelventil 14 auf konstantem Druck gehalten. Die Pumpe 11 besitzt eine eigene Druckbegrenzung bzw. Druckregelung. Das Druckmittel wird schließlich über eine Verbindungsleitung 15 einer Steuerventilschaltung 16 zugeführt. An dessen Eingang 17 ist zu gleich ein Druckspeicher 18 vorgesehen, durch den auch bei kurz fristig umfangreicheren Druckmittelanforderungen ein sicherer Betrieb gewährleistet ist.

Innerhalb der Steuerventilschaltung 16 sind vier Steuerventile 19, 20, 21 und 22 vorgesehen. Diese sind jeweils als 2/2-Wege-Ven tile, vorzugsweise als Solenoid-Ventile ausgeführt. Die Verwendung baugleicher Digitalventile ist besonders kostengünstig und einfach in der Ansteuerung. Die Verbindungsleitung 15 teilt sich am Eingang 17 in zwei Zweige 23, 24 in denen die Steuerventile 19 und 20 parallel liegen. Die Zweige 23, 24 sind im Anschluß an die Steuer ventile 19, 20 über eine gemeinsame Ausgangsleitung 25 miteinander verbunden. Letztere führt zu einem Zwischenkolben 26, dessen Funktion weiter unten näher erläutert wird.

An den Kreuzungspunkten 27, 28 der Ausgangsleitung 25 mit den Zweigen 23, 24 schließen sich weitere Zweige 29, 30 an, in denen die Steuerventile 21, 22 angeordnet sind. Nach den genannten Venti len sind die Zweige 29, 30 über einen Kreuzungspunkt 31 mitein ander verbunden. Von diesem führt eine Abflußleitung 32 zum Sumpf 13.

Der Zwischenkolben 26 wird eingangsseitig über die Ausgangslei tung 25 mit Hydrauliköl beaufschlagt und gibt den Druck ausgangs seitig über eine weitere Leitung 33 an eine Betätigungseinheit 34 für eine nicht gezeigte Anfahr- und Trennkupplung weiter. Die in der Leitung 33 befindliche Flüssigkeit dient als hydraulische Stange und kann von der Flüssigkeit in dem zuvor beschriebenen System verschieden sein. Der Zwischenkolben 26 hat dann Trennfunktion für die verschiedenen Flüssigkeiten.

Die Position eines Kolbens 35 in der Betätigungseinheit 34 wird indirekt gemessen über einen Wegsensor 36, der die Position des Zwischenkolbens 26 berührungslos abtastet. Der Wegsensor 36 arbeitet vorzugsweise induktiv, wobei sich ein Magnetgeber 36a im Zwischen kolben 26 befindet, dessen Abstand zum Wegsensor in diesem ein entsprechendes Ausgangssignal ergibt. Günstig ist auch eine mechani sche oder potentiometrische Abtastung durch den Wegsensor 36. Das Druckmittel für die hydraulische Stange in der Leitung 33 ist für den Fall unterschiedlicher Flüssigkeiten einem weiteren Sumpf 37 entnehmbar bzw. diesem über eine Leitung 38 zuführbar. Eine Verstellung des Zwischenkolbens 26 erfolgt durch das über die Steuerventilschaltung 16 zugeführte Druckmittel einerseits und andererseits über eine eine Rückstellbewegung bewirkende Feder 39. Unterstützt wird die Wirkung der Rückstellfeder durch die Wirkung einer Kupplungsrückstellfeder 39a der nicht gezeigten Anfahr- und Trennkupplung, welche über die hydraulische Stange in der Leitung 33 übertragen wird. Ein kupplungsseitiger Druckraum 39b rechts vom Zwischenkolben 26 weist zwei Öffnungen auf, die über eine Leitung 38a miteinander verbunden sind. Eine der Öffnun gen ist mit 38b bezeichnet und liegt stets frei; die andere Öffnung 38c liegt nur bei weitgehend entspannter Feder 39 frei - linke Endstellung des Zwischenkolben 26 - und bewirkt so eine automati sche Nachstellung des Systems bei sich abnutzenden Kupplungsbelägen. Die Leitungen 38 und 38a sind an einem Kreuzungspunkt 38d mitein ander verbunden. Zwischen letzteren und der Öffnung 39b ist ein Rückschlagventil 44 vorgesehen, das den direkten Zufluß in den Druckraum 39b versperrt.

Weitere Rückschlagventile 45 und 46 sperren den Rückfluß des Druck mittels zum Druckregelventil 14 sowie zur Pumpe 11.

Die Anfahr- und Trennkupplung soll in bestimmten Betriebsbereichen mit einem geringen Schlupf betrieben werden. Hierzu ist erforderlich, daß der Schlupf sowie die Kupplungsposition ständig gemessen und zur Ansteuerung der Steuerventile 19-22 in einer nicht gezeigten elektronischen Regeleinheit verarbeitet werden. Das Öffnen der Kupplung erfolgt durch Öffnen der Steuerventile 19, 20, so daß das Druckmittel den Zwischenkolben 26 beaufschlagt. Ein Schließen der Kupplung erfolgt in umgekehrter Weise, nämlich durch Öffnen der Steuerventile 29 und/oder 30 und mit Wirkung der Federn 39, 39a, so daß das Druckmittel über die Abflußleitung 32 in den Sumpf 13 zurückfließen kann.

Zum Einstellen unterschiedlicher Öffnungs- und Schließbewegungen bzw. zum Anpassen an unterschiedliche Anforderungen kann den Steu erventilen 19-22 jeweils eine Drossel 40, 41, 42, 43 zugeordnet sein. Die Drosseln sind so ausgelegt, daß über die Steuerventile 19, 20 für den Vorlauf unterschiedliche Druckmittelströme fließen. Entsprechendes gilt für die Steuerventile 19, 22 für den Rück lauf. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Drosseln 41 (Ventil 20) und 43 (Ventil 22) jeweils wirksamer als die übrigen Drosseln 40 bzw. 42. Zum langsamen Öffnen der Anfahr- und Trenn kupplung wird nur das Steuerventil 20 aufgesteuert, während zum schnellen Öffnen das Ventil 19 oder aber beide Ventile 19 und 20 zu öffnen sind. Entsprechendes gilt für die Steuerventile im Rücklauf.

In einer weiteren, hier nicht gezeigten Ausführungsform ist jeweils nur ein Ventil aus dem Vorlauf und ein Ventil aus dem Rücklauf mit einer Drossel versehen. In einer anderen Ausführungsform ist überhaupt nur eine Drossel vorhanden. Diese ist dann in der Aus gangsleitung 25, zwischen den Kreuzungspunkten 27 und 28 angeordnet. Der Bauaufwand wird so minimal. Je nach Anwendungszweck ist es auch denkbar, nur im Vorlauf oder im Rücklauf mehr als ein Steuer ventil anzuordnen. Dadurch wäre nur in einer Bewegungsrichtung die angestrebte unterschiedliche Verstellgeschwindigkeit eines nachgeschalteten Stellmotors möglich.

Vorteilhafterweise sind die Steuerventile 19, 20, 21, 22 in einer baulichen Einheit integriert angeordnet (nicht gezeigt). Hierzu ist ein massives Gehäuse - etwa als Gußteil hergestellt - mit Öffnungen zum Aufnehmen der Ventile und mit Bohrungen oder Kanälen als Verbindungsleitungen zwischen den Ventilen versehen.

Durch diese Art der Anordnung können das Gesamtvolumen des Druck mittels vergrößernde und sonst erforderliche Leitungsverbindungen vermieden werden. Durch das minimale Volumen des Druckmittelsystems werden die hydraulischen Elastizitäten auf ein Minimum reduziert und zugleich die Reaktionszeiten der Steuerventilschaltung opti miert, so daß die ausgelösten unterschiedlichen Volumenströme sofort wirksam sind.

Bezugszeichenliste

10 Zentralhydraulik
11 Pumpe
12 Elektrischer Antrieb
13 Sumpf
14 Druckregelventil
15 Verbindungsleitung
16 Steuerventilschaltung
17 Eingang
18 Druckspeicher
19 Steuerventil
20 Steuerventil
21 Steuerventil
22 Steuerventil
23 Zweig
24 Zweig
25 Ausgangsleitung
26 Zwischenkolben
27 Kreuzungspunkt
28 Kreuzungspunkt
29 Zweig
30 Zweig
31 Kreuzungspunkt
32 Abflußleitung
33 Leitung
34 Betätigungseinheit
35 Kolben
36 Wegsensor
36a Magnetgeber
37 Sumpf
38 Leitung
38a Leitung
38b Öffnung
38c Öffnung
38d Kreuzungspunkt
39 Rückstellfeder
39a Kupplungsrückstellfeder
39b Druckraum
40 Drossel
41 Drossel
42 Drossel
43 Drossel
44 Rückschlagventil
45 Rückschlagventil
46 Rückschlagventil

Claims

1. Anordnung zur Ansteuerung eines von einem Druckmittel beauf schlagbaren und selbsttätig rückstellenden Stellmotors, mit einer Druckmittelquelle und einer insbesondere elektronisch ansteuerbaren und Steuerventile zur Steuerung eines Vor- und Rücklaufs aufweisenden Steuerventilschaltung zur Regelung des dem Stellmotor zuzuführenden Druckmittelvolumens, dadurch gekenn zeichnet, daß in der Steuerventilschaltung (16) in einem Vorlauf (Zweige 23, 24) und/oder einem Rücklauf (Zweige 29, 30) zumindest zwei unabhängig voneinander ansteuerbare Steuerventile (19, 20 bzw. 21, 22) in Strömungsrichtung parallel angeordnet sind, so daß zwischen dem Stellmotor und der Steuerventilschaltung (16) unterschiedliche Volumenströme fließen können.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerventile als Digitalventile, insbesondere mit einem Dicht sitz in Ruhestellung, ausgebildet sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß von mehreren parallelen Steuerventilen (19, 20 bzw. 21, 22) zumindest einem eine Drossel (40, 41, 42, 43) zugeordnet ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß für je ein Vorlauf-Steuerventil (19, 20) und ein Rücklauf-Steuerventil (21, 22) eine gemeinsame Drossel vorgesehen ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die Steuerventile als 2/2-Wegeventile ausgebil det sind.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich net, daß die Steuerventile (19-22) baugleich sind.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen Wegstreckengeber, durch den ein der Ist-Position des Stellmotors (Betätigungseinheit 34) entsprechendes Signal zur Verarbeitung in einer elektronischen Regeleinheit erzeug bar ist.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Wegstreckengeber als zwischen Steuerventilschaltung (16) und Stellmotor (Betätigungseinheit 34) geschaltete Kolben-Zylin dereinheit ausgebildet ist, wobei die Wegstrecke über eine Erfassung der Bewegung eines insbesondere ohne Kolbenstange bewegbaren Zwischenkolbens (26) ermittelbar ist.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wegstrecke des Zwischenkolbens (26) induktiv über einen vorzugs weise berührungslos arbeitenden Wegsensor (36) ermittelbar ist.

10. Anordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen Steuerventilschaltung (16) und Stellmotor geschal tete Kolben-Zylinder-Einheit über Rückstellelemente (Rückstell feder 39) und Einrichtungen zum Ausgleich des dabei zu bewegen den Arbeitsmediums in eine einem entspannten Zustand des Stell motors entsprechende Anfangsstellung bringbar ist.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekenn zeichnet, daß die Kolben-Zylindereinheit das den Stellmotor beaufschlagende Arbeitsmedium von dem Arbeitsmedium der Steuer ventilschaltung (16) trennt.

12. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeich net, daß der Stellmotor (Betätigungseinheit 34) als einseitig beaufschlagbare Kolben-Zylinder-Anordnung ausgebildet ist.

13. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekenn zeichnet, daß der Steuerventilschaltung (16) vorzugsweise ein Druckspeicher (18) vorgeordnet ist.

14. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekenn zeichnet, daß der Steuerventilschaltung (16) ein Druckregelventil (14) vorgeordnet ist.

15. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch eine elektronische Regeleinheit, durch die die einzelnen Steuerventile (19-22) zumindest auch in Abhängigkeit von einem Vergleich zwischen Soll- und Ist-Position des Stellmotors (Betätigungseinheit 34) ansteuerbar sind.

16. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeich net, daß die Steuerventile (19, 22) in einer baulichen Einheit integriert, insbesondere in einem gemeinsamen massiven Gehäuse angeordnet sind, wobei Verbindungsleitungen zu und zwischen den Steuerventilen als Bohrungen oder Kanäle innerhalb des Gehäuses ausgeführt sind.

17. Verfahren zur Ansteuerung eines Stellmotors, insbesondere mit einer Anordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei ein Druckmittel aus einer Druckmittelquelle über eine Steuerven tilschaltung (16) den Stellmotor (Betätigungseinheit 34) beauf schlagt, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmittel dem Stell motor (Betätigungseinheit 34) entweder ungedrosselt oder schwach gedrosselt über ein erstes Steuerventil der Steuerventilschal tung (16) und/oder stärker gedrosselt mit niedrigem Druck- und Volumenstrom über mindestens ein weiteres Steuerventil der Steuerventilschaltung (16) zugeführt wird.

18. Verwendung einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 16 zur Betätigung einer in definierten Schlupfzuständen be treibbaren Kupplung, insbesondere einer Anfahr- und Trenn kupplung in Kraftfahrzeugen.