DE4325252A1 - Continuous adjustment of valve slide of hydraulic valve for vibration damper - driving slide by electric motor and using sensor to determine slide position or that of rotor - Google Patents

Continuous adjustment of valve slide of hydraulic valve for vibration damper - driving slide by electric motor and using sensor to determine slide position or that of rotor

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DE4325252A1 DE19934325252 DE4325252A DE4325252A1 DE 4325252 A1 DE4325252 A1 DE 4325252A1 DE 19934325252 DE19934325252 DE 19934325252 DE 4325252 A DE4325252 A DE 4325252A DE 4325252 A1 DE4325252 A1 DE 4325252A1
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Abstract

The measured position of the valve slide or of the rotor is taken as an actual value and a guide extent corresp. to the adjustment angle of the valve slide is fed to the regulating circuit. The fluctuating fluid flow through the hydraulic valve (V) acting as disturbance value (z) is calculated via the amt. of movement of the vibration damper, and is fed as an input value (alpha z) to the regulating circuit. As movement value of the vibration damper for determn. of the disturbance value (alpha z) the relative speed between the damping piston and damper cylinder is used. The guide value (alpha soll) is determined by a controlling regulating circuit (R1). USE/ADVANTAGE - Improving dynamics of transmission behaviour in hydraulic valve for vibration damper.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur stetigen und kontinu­ ierlichen Verstellung eines Ventilschiebers eines Hydraulikven­ tils für Schwingungsdämpfer, insbesondere für Kraftfahrzeuge, wobei der Ventilschieber elektromotorisch angetrieben wird, ein Sensor zur Ermittlung der Position des Ventilschiebers oder der Rotorposition vorgesehen ist und die gemessene Position des Ventilschiebers oder des Rotors als Istgröße und eine dem ein­ zustellenden Verstellwinkel des Ventilschiebers entsprechende Führungsgröße dem Regelkreis zugeführt werden.The invention relates to a method for continuous and continuous ier adjustment of a valve spool of a hydraulic valve tils for vibration dampers, in particular for motor vehicles, wherein the valve spool is driven by an electric motor Sensor for determining the position of the valve spool or the Rotor position is provided and the measured position of the Valve spool or the rotor as the actual size and one corresponding adjustment angle of the valve slide corresponding Command variable are fed to the control loop.

Hydraulikventile für Schwingungsdämpfer, deren Ventilschieber von einem Elektromotor angetrieben werden, sind z. B. aus der europäischen Patentanmeldung EP 329 950 A2 und der deutschen Patentschrift DE 40 11 358 C1 bekannt.Hydraulic valves for vibration dampers, their valve spool are driven by an electric motor, z. B. from the European patent application EP 329 950 A2 and the German Patent specification DE 40 11 358 C1 known.

Der Stator des als permanent erregten Einwicklungs-Drehstellers ausgebildeten Elektromotors aus der EP 329 950 weist ein Stän­ derblechpaket mit magnetischem Rückschluß und einer Wicklung mit Wicklungskopf auf. Die beiden Spulenhälften sind in Reihe geschaltet und um je einen Zahn des Ständerblechpaketes ge­ wickelt. Der innenliegende Rotor des Gleichstrommotors ist als Hohlzylinder ausgeführt und besteht aus einem hartmagnetischen Material, das diametral magnetisiert ist. Der durch den Gleich­ strommotor betätigbare Drehschieber des Ventils ist mit dem Rotor verbunden und mit Steueröffnungen versehen, die mit Durchbrüchen im Ventil korrespondieren. The stator of the winding exciter, which is permanently excited trained electric motor from EP 329 950 has a stand sheet metal package with magnetic yoke and a winding with winding head on. The two coil halves are in line switched and ge by one tooth of the stator core wraps. The internal rotor of the DC motor is as Hollow cylinder executed and consists of a hard magnetic Material that is magnetized diametrically. The one through the same The rotary valve of the valve, which can be operated by an electric motor, is equipped with Rotor connected and provided with control openings that with Breakthroughs in the valve correspond.  

Einen ähnlichen Aufbau weist das Hydraulikventil für einen Schwingungsdämpfer nach dem Patent DE 40 11 358 C1 auf. Hier wurde jedoch durch die Anordnung der Statorwicklung an der In­ nenwandung der Kolbenstange auf das Ständerblechpaket verzich­ tet. Der magnetische Rückfluß ist durch das magnetisierbare Material der Kolbenstange gewährleistet.The hydraulic valve has a similar structure for one Vibration damper according to the patent DE 40 11 358 C1. Here However, the arrangement of the stator winding on the In Do not use the stator core package on the inner wall of the piston rod tet. The magnetic reflux is through the magnetizable Material of the piston rod guaranteed.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 29 52 695 A1 ist wei­ terhin ein Verfahren zur Steuerung eines Hydraulikventils be­ kannt, bei dem die Stellung des Ventilkörpers abgetastet und als Istwert dem Regelkreis zugeführt und mit einem Sollwert verglichen wird. Bei dem beschriebenen Regelkreis greifen auf­ tretende Störgrößen am Ausgang der Regelstrecke an und beein­ flussen das Übertragungsverhalten des Regelkreises hinsichtlich seiner Dynamik. Als Störgröße für eine Regelung der Position eines Ventilschiebers ist insbesondere der schwankende Fluid­ strom durch das Hydraulikventil zu berücksichtigen. Eine derar­ tige Störgröße ist bei dem bekannten Verfahren in ihrer Wirkung nicht berechenbar.From the German patent application DE 29 52 695 A1 is white terhin be a method for controlling a hydraulic valve knows, in which the position of the valve body is scanned and fed as an actual value to the control loop and with a setpoint is compared. In the control loop described take up occurring disturbances at the output of the controlled system and influence influence the transmission behavior of the control loop its dynamism. As a disturbance variable for controlling the position of a valve spool is in particular the fluctuating fluid current through the hydraulic valve. A derar term disturbance is in the known method in its effect not predictable.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, daß dynamische Über­ tragungsverhalten des, das Verfahren zur Einstellung des Ven­ tilschiebers realisierenden, Regelkreises zu verbessern.The object of the invention is that dynamic over wearing behavior of the, the procedure for adjusting the Ven tilschieber realizing control loop.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patent­ anspruchs gelöst, wobei die Unteransprüche eine vorteilhafte Ausführung darstellen.The task is characterized by the characteristic features of the patent claims solved, the subclaims an advantageous Show execution.

Erfindungsgemäß werden die als Störgröße auf den Regelkreis wirkenden hydraulischen Rückwirkungen des Hydraulikstroms auf den Ventilschieber über die Bewegungsgrößen des Schwingungs­ dämpfers geschätzt und als Eingangsgröße dem Regelkreis zuge­ führt. In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird als Bewegungsgröße des Schwingungsdämpfers zur Ermittlung der Stör­ größe die Relativgeschwindigkeit zwischen Dämpfungskolben und Dämpferzylinder verwendet. Eine weitere vorteilhafte Ausführung besteht darin, daß die Führungsgröße von einem übergeordneten Regelkreis vorgegeben wird. Für die Verbesserung des fail-save- Verhaltens des Hydraulikventils werden nach einer Ausführung der Erfindung die auf den Ventilschieber wirkenden hydraulischen Rückwirkungen des Flüssigkeitsstroms ausgenutzt. Vorteilhafter­ weise wird dazu das Ventil als nichtlineares Filter ausgelegt, das die als Störgröße wirkenden hydraulischen Rückwirkungen vorzeichenabhängig unterschiedlich verstärkt.According to the invention as a disturbance variable on the control loop acting hydraulic reactions of the hydraulic flow the valve slide on the motion quantities of the vibration damper estimated and as an input variable to the control loop  leads. In an advantageous embodiment of the invention is as Movement size of the vibration damper to determine the disturbance size the relative speed between damping piston and Damper cylinder used. Another advantageous embodiment consists of the fact that the command variable is from a parent Control loop is specified. For the improvement of the fail-save Behavior of the hydraulic valve are carried out after execution of the Invention the hydraulic acting on the valve spool Effects of the liquid flow exploited. More advantageous wise the valve is designed as a non-linear filter, that the hydraulic repercussions acting as a disturbance variable amplified differently depending on the sign.

Der Vorteil der Erfindung liegt insbesondere darin, daß die als Störgröße wirkenden hydraulischen Schwankungen des Flüssig­ keitsstroms berechenbar werden und für die Verbesserung der Dynamik des Übertragungsverhaltens eingesetzt werden können. Durch den Einsatz der hydraulischen Rückwirkungen für die Ver­ besserung der fail-save-Funktion kann der Regelalgorithmus ver­ einfacht werden.The advantage of the invention is in particular that the as Hydraulic fluctuations of the liquid which cause disturbance electricity can be calculated and for the improvement of Dynamics of transmission behavior can be used. By using the hydraulic repercussions for the ver The control algorithm can improve the fail-save function be simplified.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher dargestellt. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen:The invention is illustrated by an embodiment shown. The associated drawings show:

Fig. 1 einen Querschnitt eines Hydraulikventils, Fig. 1 a cross section of a hydraulic valve,

Fig. 2 ein Blockschaltbild des Regelkreises und Fig. 2 is a block diagram of the control loop and

Fig. 3 den durch die hydraulischen Rückwirkungen hervorgeru­ fenen Verlauf des Störmomentes. Fig. 3 shows the course of the disturbance torque caused by the hydraulic reactions.

Fig. 1 zeigt ein Hydraulikventil mit drehwinkelbegrenztem Gleichstrommotor für den Einsatz in einem Schwingungsdämpfer zur Regelung der Dämpfungskraft. Der Schwingungsdämpfer 1 besitzt einen Dämpferzylinder 2, dessen Innenraum durch einen Dämpfungskolben 3 in einen unteren Arbeitsraum 4 und oberen Arbeitsraum 5 unterteilt ist. Der mit nicht dargestellten druckabhängigen Ventilen ausgestattete Dämpfungskolben 3 ist über einen Gewindeabschnitt 6 und eine Mutter 7 mit einer Kol­ benstange 8 verbunden. Die Kolbenstange besitzt eine zylindri­ sche Ausnehmung 9, in die der drehwinkelbegrenzte Gleichstrom­ motor 10 und das als Ventilschieber ausgebildete Stellelement 11 eingesetzt sind. Der Gleichstrommotor 10 weist einen Stator 12 auf, der aus der Statorwicklung 13 besteht. Der notwendige magnetische Rückschluß wird durch das magnetisierbare Material der Kolbenstange 8 gebildet, wobei als magnetischer Rückschluß auch ein Ständerblechpaket vorgesehen sein kann. Der Stator ist mit dem Motorkopf 14 durch Vergießen verbunden. Die Anschluß­ kabel 15 des Antriebs werden über den Motorkopf 14 und dann weiter durch die hohle Kolbenstange 8 nach außen geführt. Fig. 1 shows a hydraulic valve with drehwinkelbegrenztem DC motor for use in a vibration damper for regulating the damping force. The vibration damper 1 has a damper cylinder 2 , the interior of which is divided by a damping piston 3 into a lower working space 4 and an upper working space 5 . The damping piston 3, which is not equipped with pressure-dependent valves, is connected via a threaded section 6 and a nut 7 to a piston rod 8 . The piston rod has a cylindri cal recess 9 , in which the angle of rotation limited DC motor 10 and the actuator 11 designed as a valve slide are used. The DC motor 10 has a stator 12 , which consists of the stator winding 13 . The necessary magnetic yoke is formed by the magnetizable material of the piston rod 8 , and a stator core can also be provided as the magnetic yoke. The stator is connected to the motor head 14 by potting. The connection cable 15 of the drive are guided over the motor head 14 and then through the hollow piston rod 8 to the outside.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist im Motorkopf 14 eine Lauf­ welle 16 zum Halten und Führen des Rotors 17 befestigt. In der Ausbildung nach Fig. 1 weist der Rotor 17 einen Tragkörper 18 auf. Einteilig mit diesem Tragkörper 18 ist als Ventilschieber 11 ein Ventilkopf ausgebildet. Der Ventilschieber besitzt eine oder mehrere Durchbrüche 20 und bildet mit Durchbrüchen 21 in der Kolbenstange 8 den querschnittsveränderbaren Bypass. Der Bypassquerschnitt wird durch Verdrehen der Durchbrüche 20 im Ventilschieber 11 gegenüber den Durchbrüchen 21 in der Kolben­ stange 8 verändert. Am Tragkörper 18 sind zwei Permanentmagnete 22 mittels einer Vergußschicht derart angeordnet, daß der Rotor 17 eine diametrale Magnetisierung aufweist. Am Motorkopf 14 und Tragkörper 18 sind Anschläge 24, 25 vorgesehen, um den Ver­ stellwinkel < 180° einzustellen. Bei einem Verstellwinkel von 180° wird kein Drehmoment erzeugt. In the embodiment shown, a running shaft 16 for holding and guiding the rotor 17 is fastened in the motor head 14 . In the embodiment according to Fig. 1 17, the rotor comprises a support body 18. A valve head is formed in one piece with this supporting body 18 as valve slide 11 . The valve slide has one or more openings 20 and, with openings 21 in the piston rod 8, forms the cross-section-variable bypass. The bypass cross-section is changed by rotating the openings 20 in the valve slide 11 relative to the openings 21 in the piston rod 8 . Two permanent magnets 22 are arranged on the support body 18 by means of a casting layer in such a way that the rotor 17 has a diametrical magnetization. On the motor head 14 and support body 18 stops 24 , 25 are provided in order to adjust the adjustment angle <180 °. No torque is generated at an adjustment angle of 180 °.

Das Blockschaltbild der Positionsregelung für den komotatorlo­ sen Gleichstromantrieb des Ventilschiebers 11 ist in Fig. 2 dargestellt. Die für die Einstellung des Verstellwinkels des Ventilschiebers notwendige Führungsgröße αsoll wird von einem übergeordneten Regelkreis R1 in Abhängigkeit der Fahrbedingun­ gen des Kraftfahrzeuges vorgegeben und mit dem momentanen Ein­ stellwinkel αbist des Ventilschiebers als Istgröße verglichen. Die so gebildete Regelabweichung wird dem Regler R, z. B. einem PID-Regler als Eingangsgröße zugeführt. Zur Messung der Ist­ größe αist kann beispielsweise ein Halleffekt-Sensor M zur Er­ mittlung des Verstellwinkels des Rotors verwendet werden, da der Verstellwinkel des Rotors ein direktes Maß für die Position des Ventilschiebers darstellt. Die im Regler aus der Abweichung zwischen der Führungsgröße αsoll und Istgröße αist gebildete Stellgröße I wird dem aus Leistungselektronik und Motor beste­ hendem Stellglied G zur Einstellung der Ventilschieberposition zugeführt. Als Störgröße z geht insbesondere der schwankende Flüssigkeitsstrom durch das Hydraulikventil V selbst in den Regelkreis ein. Der schwankende Flüssigkeitsstrom korreliert sehr stark mit dem Bewegungszustand des Schwingungsdämpfers. Diese Störgröße αz kann damit über die Sensorik, beispielsweise den für die übergeordnete Fahrwerksregelung notwendigen Rela­ tivgeschwindigkeitssensor abgeschätzt werden. Sie wird damit meßbar und kann vom Regler R bei der Berechnung der Stellgröße I berücksichtigt werden.The block diagram of the position control for the komotatorlo sen DC drive of the valve spool 11 is shown in Fig. 2. To α necessary for the adjustment of the adjustment angle of the valve spool reference variable is predefined by a higher-level control circuit as a function of R1 Fahrbedingun gene of the motor vehicle and setting angle α with the current A of the valve spool are compared as an actual value. The control deviation thus formed is the controller R, z. B. a PID controller as an input variable. To measure the actual size α ist , for example, a Hall effect sensor M can be used to determine the adjustment angle of the rotor, since the adjustment angle of the rotor is a direct measure of the position of the valve slide. The α to the controller from the deviation between the reference variable and actual value is α manipulated variable I formed is the best of power electronics and motor actuator hendem G supplied for adjusting the valve spool position. In particular, the fluctuating liquid flow through the hydraulic valve V itself is included in the control loop as the disturbance variable z. The fluctuating liquid flow correlates very strongly with the state of motion of the vibration damper. This disturbance variable α z can thus be estimated via the sensors, for example the relative speed sensor required for the superordinate chassis control. It is therefore measurable and can be taken into account by controller R when calculating manipulated variable I.

Die als Störgröße in den Regelkreis eingehenden hydraulischen Rückwirkungen des Flüssigkeitsstroms wirken vornehmlich in Richtung Verkleinerung des Ventilquerschnitts und können damit zur Verbesserung des fail-save-Verhaltens ausgenutzt werden, wenn das Hydraulikventil so ausgelegt wird, daß es als nichtli­ neares Filter F wirkt, das die Störgröße vorzeichenabhängig unterschiedlich verstärkt. Der Verlauf des Störmomentes ZM über ein Hydraulikventil in Abhängigkeit der Geschwindigkeit des Flüssigkeitsstroms über der Zeit t ist in Fig. 3 gezeigt.The hydraulic repercussions of the liquid flow that enter the control loop as a disturbance variable act primarily in the direction of reducing the valve cross section and can thus be used to improve the fail-save behavior if the hydraulic valve is designed so that it acts as a non-linear filter F that the Interference variable amplified differently depending on the sign. The course of the disturbance torque Z M via a hydraulic valve as a function of the speed of the liquid flow over time t is shown in FIG. 3.

 1 Schwingungsdämpfer
 2 Dämpfungszylinder
 3 Dämpfungskolben
 4 Arbeitsraum
 5 Arbeitsraum
 6 Gewindeabschnitt
 7 Mutter
 8 Kolbenstange
 9 Ausnehmung
10 Gleichstrommotor
11 Stellelement
12 Stator
13 Statorwicklung
14 Motorkopf
15 Anschlußkabel
16 Laufwerk
17 Rotor
18 Tragkörper
20 Durchbrüche
21 Durchbrüche
22 Permanentmagnet
24 Anschläge
25 Anschläge
αist momentaner Einstellwinkel
αsoll Führungsgröße
R1 Regelkreis
R Regler
M Sensor
I Stellgröße
z Störgröße
V Hydraulikventil
αz gemessene Störgröße
F nichtlineares Filter
ZM Störmoment 1 vibration damper
2 damping cylinders
3 damping pistons
4 work space
5 work space
6 threaded section
7 mother
8 piston rod
9 recess
10 DC motor
11 control element
12 stator
13 stator winding
14 motor head
15 connection cables
16 drive
17 rotor
18 support body
20 breakthroughs
21 breakthroughs
22 permanent magnet
24 characters
25 strokes
α is the current setting angle
α should be the reference variable
R1 control loop
R controller
M sensor
I manipulated variable
z Disturbance
V hydraulic valve
α z measured disturbance
F nonlinear filter
Z M disturbance torque

Claims (5)

1. Verfahren zur stetigen und kontinuierlichen Verstellung eines Ventilschiebers eines Hydraulikventils für Schwin­ gungsdämpfer, insbesondere für Kraftfahrzeuge, wobei der Ventilschieber elektromotorisch angetrieben wird, ein Sensor zur Ermittlung der Position des Ventilschiebers oder der Rotorposition vorgesehen ist und die gemessene Position des Ventilschiebers oder des Rotors als Istgröße und eine dem einzustellenden Verstellwinkel des Ventilschiebers entspre­ chende Führungsgröße dem Regelkreis zugeführt werden, da­ durch gekennzeichnet, daß der als Störgröße (z) wirkende schwankende Flüssigkeitsstrom durch das Hydraulikventil (V) über die Bewegungsgrößen des Schwingungsdämpfers geschätzt und als Eingangsgröße (αz) dem Regelkreis zugeführt wird.1. A method for the continuous and continuous adjustment of a valve spool of a hydraulic valve for vibration damper, in particular for motor vehicles, the valve spool being driven by an electric motor, a sensor for determining the position of the valve spool or the rotor position is provided and the measured position of the valve spool or the rotor as Actual size and a reference variable to be adjusted according to the valve spool are fed to the control circuit, as characterized in that the fluctuating liquid flow acting as disturbance variable (z) through the hydraulic valve (V) is estimated via the movement variables of the vibration damper and as the input variable (α z ) Control loop is supplied. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Bewegungsgröße des Schwingungsdämpfers zur Ermittlung der Störgröße (αz) die Relativgeschwindigkeit zwischen Dämp­ fungskolben (3) und dem Dämpferzylinder (2) verwendet wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the relative speed between damping piston ( 3 ) and the damper cylinder ( 2 ) is used as the movement quantity of the vibration damper to determine the disturbance variable (α z ). 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsgröße (αsoll) von einem übergeordneten Re­ gelkreis (R1) vorgegeben wird. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the reference variable (α should ) of a higher-order control circuit (R1) is predetermined. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die auf den Ventilschieber wirkenden hydrauli­ schen Rückwirkungen des Hydraulikstroms zur Realisierung/Ver­ besserung des fail-save-Verhaltens des Hydraulikventils ausgenutzt werden.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized records that the acting on the valve spool hydraulic the repercussions of the hydraulic flow for realization / ver Improvement of the fail-save behavior of the hydraulic valve be exploited. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Hydraulikventil als nichtlineares Filter (F) die hydrauli­ schen Rückwirkungen vorzeichenabhängig unterschiedlich ver­ stärkt.5. The method according to claim 4, characterized in that the Hydraulic valve as a non-linear filter (F) the hydrauli different effects depending on the sign strengthens.
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