WO2012051983A2 - Verfahren zum ansteuern eines elektrisch betätigbaren hydraulikventils - Google Patents

Verfahren zum ansteuern eines elektrisch betätigbaren hydraulikventils Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a method for driving an electrically actuated hydraulic valve, wherein a drive current of the hydraulic valve is modulated in order to reduce an undesirable hysteresis in the operation of the hydraulic valve.
  • German patent application DE 197 27 358 A1 discloses a pressure medium system with a controllable by a control valve valve is known, wherein a control variable from at least two control variable portions is generated, wherein the one control variable portion is modulated with a first frequency, the second control variable component modulated with a second frequency is.
  • the object of the invention is to improve the characteristic quality when driving electrically actuated hydraulic valves, and / or to reduce the leakage when driving electrically actuated hydraulic valves.
  • the object is in a method for driving an electrically actuated hydraulic valve, wherein a drive current of the hydraulic valve is modulated to reduce undesired hysteresis in the operation of the hydraulic valve, achieved in that an expected current-pressure characteristic with a measured current pressure Characteristic is compared to detect an undesirable hysteresis.
  • the current can be detected, for example, when driving the hydraulic valve.
  • the pressure can be detected with a pressure sensor.
  • the pressure can be advantageously detected with an existing pressure sensor.
  • the valve is preferably a continuous valve.
  • the continuous valve is a valve in which the output quantity is proportional to the input signal. Therefore, continuous valves are also referred to as proportional valves.
  • a preferred embodiment of the method is characterized in that a superimposition of the drive current of the hydraulic valve is currently increased if an undesired hysteresis was detected by comparing the expected current-pressure characteristic with the measured current-pressure characteristic.
  • Superposition is a process in which the atrial current required for a desired pressure is varied by an average value, preferably with a defined frequency and amplitude
  • a further preferred embodiment of the method is characterized in that the superimposition of the drive current is increased up to a maximum limit in order to reduce the hysteresis as needed.
  • the upper limit is set or learned beforehand and depends, for example, on a maximum permissible valve spool travel.
  • a further preferred embodiment of the method is characterized in that the superposition of the drive current is raised to a standard level only when a setpoint changes.
  • the setpoint is a pressure setpoint in the hydraulic system.
  • a further preferred embodiment of the method is characterized in that the superimposition of the drive current in idle phases of the hydraulic valve is significantly reduced or completely switched off. For example, a rest phase occurs when a set valve spool position is to be held. Especially with directional valves, which release a flow cross-section depending on the current without pressure feedback, it is advisable to raise the overlay to the standard level only if the setpoint changes, and if the set slider position is only to be maintained, to significantly reduce the overlay or completely during idle periods off. A control of the actual value is not required here, since there is no external reaction to the hydraulic valve.
  • a further preferred embodiment of the method is characterized in that the expected current-pressure characteristic is applied during commissioning or during operation of the hydraulic valve.
  • the expected current-pressure characteristic is preferably currently learned for the respective hydraulic valve.
  • a further preferred exemplary embodiment of the method is characterized in that a characteristic overlay is applied, which provides a permanent minimum overlay of the drive current of the hydraulic valve.
  • the basic overlay map is preferably a function of the current value of the drive current of the hydraulic valve and the temperature.
  • the permanent minimum overlay is preferably uncritical with regard to leaks in each case.
  • a further preferred embodiment of the method is characterized in that the hydraulic valve is designed as a slide valve for controlling and / or regulating a hydraulic pressure.
  • the slide valve can be directly controlled or pilot operated.
  • the invention further relates to a hydraulic system with at least one hydraulic valve, which is controlled according to a method described above.
  • the invention relates to the control of electrical continuous valves for generating hysteresis characteristics.
  • the superimposition frequency is chosen so that the relevant components of the excitation without resonance problem or disturbances of the sequential system (for example, clutch jacks or the like) can follow and is thus avoided due to the permanent oscillating motion stiction.
  • the hysteresis can be significantly reduced, that is, it is very accurately adjusted to the current output value (pressure, flow, %), regardless of whether the current was approached from above or below.
  • the overlay described is effective only with sufficient current amplitude.
  • Heavy-duty gate valves such as viscous oil in the gaps or dirt, require stronger excitation than smooth-running ones.
  • the amplitudes are usually stored as a function of temperature as a map.
  • the superposition amplitude can only be determined as a compromise between good hysteresis on the one hand and low leakage on the other hand, and is always a suboptimal compromise due to variations and variations in valve characteristics.
  • the object of the present invention is to optimize the characteristic quality (hysteresis, reproducibility) without impairing the leakage of the valve flat rate.
  • the output value of the valve for example a clutch pressure downstream of a 3/2-way pressure-reducing valve, is monitored anyway by means of a pressure sensor and tested for plausibility.
  • This pressure signal is to be used according to the invention to detect by constant comparison between the expected current-pressure characteristic (which was learned during operation or during start-up) and the measured a possible hysteresis and to combat this by instantaneous increase of the superposition amplitudes.
  • a map for the fundamental superimposition could be created as a function f (current value, temperature), which provides a permanent minimum superposition, which in any case is uncritical with regard to leaks.
  • f current value, temperature
  • the electronics could increase the amplitude up to a definable upper limit to combat hysteresis.
  • the superimposition amplitude can be increased as needed by means of the invention, so that no unnecessary increase in leakage results.
  • the overlay can be lowered or shut down in idle phases without a setpoint gradient.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern eines elektrisch betätigbaren Hydraulikventils, wobei ein Ansteuerstrom des Hydraulikventils moduliert wird, um eine unerwünschte Hysterese im Betrieb des Hydraulikventils zu reduzieren. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass eine zu erwartende Strom-Druck-Kennlinie mit einer gemessenen Strom-Druck-Kennlinie verglichen wird, um eine unerwünschte Hysterese zu erkennen.

Description

Verfahren zum Ansteuern eines elektrisch betätigbaren Hvdraulikventils
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern eines elektrisch betätigbaren Hydraulikventils, wobei ein Ansteuerstrom des Hydraulikventils moduliert wird, um eine unerwünschte Hysterese im Betrieb des Hydraulikventils zu reduzieren.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 197 27 358 A1 ist eine Druckmittelanlage mit einem von einer Steuereinheit ansteuerbaren Ventil bekannt, wobei eine Steuergröße aus zumindest zwei Steuergrößenanteilen generiert wird, wobei der eine Steuergrößenanteil mit einer ersten Frequenz moduliert ist, der zweite Steuergrößenanteil mit einer zweiten Frequenz moduliert ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Kennliniengüte beim Ansteuern von elektrisch betätigbaren Hydraulikventilen zu verbessern, und/oder, die Leckage beim Ansteuern von elektrisch betätigbaren Hydraulikventilen zu verringern.
Die Aufgabe ist bei einem Verfahren zum Ansteuern eines elektrisch betätigbaren Hydraulikventils, wobei ein Ansteuerstrom des Hydraulikventils moduliert wird, um eine unerwünschte Hysterese im Betrieb des Hydraulikventils zu reduzieren, dadurch gelöst, dass eine zu erwartende Strom-Druck-Kennlinie mit einer gemessenen Strom-Druck-Kennlinie verglichen wird, um eine unerwünschte Hysterese zu erkennen. Der Strom kann zum Beispiel beim Ansteuern des Hydraulikventils erfasst werden. Der Druck kann mit einem Drucksensor erfasst werden. Der Druck kann vorteilhaft mit einem bereits vorhandenen Drucksensor erfasst werden. Bei dem Ventil handelt es sich vorzugsweise um ein Stetigventil. Als Stetigventil wird ein Ventil bezeichnet, bei dem die Ausgangsgröße proportional zum Eingangssignal ist. Daher werden Stetigventile auch als Proportionalventile bezeichnet.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Überlagerung des Ansteuerstroms des Hydraulikventils momentan erhöht wird, wenn durch den Vergleich der zu erwartenden Strom-Druck-Kennlinie mit der gemessenen Strom-Druck- Kennlinie eine unerwünschte Hysterese erkannt wurde. Als Überlagerung wird ein Vorgang bezeichnet, bei dem man den für einen gewünschten Druck erforderlichen Ansteuerstrom um einen Mittelwert schwanken iässt, vorzugsweise mit einer definierten Frequenz und Amplitude, Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Überlagerung des Ansteuerstroms bis zu einer Höchstgrenze erhöht wird, um die Hysterese bedarfsabhängig zu reduzieren. Die Höchstgrenze wird vorher festgelegt oder gelernt und hängt zum Beispiel von einem maximal zulässigen Ventil schieberweg ab.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Überlagerung des Ansteuerstroms nur bei einer Veränderung eines Sollwerts auf ein Standardniveau angehoben wird. Bei dem Sollwert handelt es sich um einen Drucksollwert im Hydrauliksystem.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Überlagerung des Ansteuerstroms in Ruhephasen des Hydraulikventils deutlich reduziert oder ganz abgeschaltet wird. Eine Ruhephase liegt zum Beispiel vor, wenn eine eingestellte Ventilschieberposition nur zu halten ist. Insbesondere bei Wegeventilen, die stromabhängig ohne Druckrückführung einen Durchflussquerschnitt freigeben, bietet es sich an, die Überlagerung nur bei einer Veränderung des Sollwerts auf das Standardniveau zu heben und in Ruhephasen, wenn die eingestellte Schieberposition nur zu halten ist, die Überlagerung deutlich zu reduzieren oder ganz abzuschalten. Eine Kontrolle des Istwerts ist hier nicht erforderlich, da es keine Rückwirkung von außen auf das Hydraulikventil gibt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die zu erwartende Strom-Druck-Kennlinie bei Inbetriebnahme oder im Betrieb des Hydraulikventils angelegt wird. Die zu erwartende Strom-Druck-Kennlinie wird vorzugsweise für das jeweilige Hydraulikventil aktuell gelernt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Kennfeld Grundüberlagerung angelegt wird, das eine permanente Mindestüberlagerung des Ansteuerstroms des Hydraulikventils bereitstellt. Das Kennfeld Grundüberlagerung ist vorzugsweise eine Funktion vom Stromwert des Ansteuerstroms des Hydraulikventils und der Temperatur. Die permanente Mindestüberlagerung ist vorzugsweise bezüglich Leckagen in jedem Fall unkritisch.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Hydraulikventil als Schieberventil zum Steuern und/oder Regeln eines Hydraulikdrucks ausgeführt ist. Das Schieberventil kann direkt angesteuert oder vorgesteuert sein. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Hydrauliksystem mit mindestens einem Hydraulikventil, das gemäß einem vorab beschriebenen Verfahren angesteuert wird.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.
Die Erfindung betrifft die Ansteuerung von elektrischen Stetigventilen zur Erzeugung hysteresearmer Kennlinien.
Allgemein verbreitet sind elektrisch betätigte Magnetventile, die das Stromsignal in einen Druck, Durchflussquerschnitt oder ähnliches umsetzen. Jedem Stromwert ist durch das Kräftegleichgewicht am Magneten tdealerweise genau ein Druck, Durchfluss, oder ähnliches zugeordnet.
In der Praxis stören jedoch immer Reibkräfte zwischen bewegtem und stehendem Ventil- und Magnetteil das ideale Gleichgewicht.
Ebenfalls üblich ist es, den jeweils für den gewünschten Ausgangswert wie Druck, Durchfluss usw. erforderlichen Strom um seinen Mittelwert mit einer bestimmten Frequenz und Amplitude schwanken zu lassen. Man spricht dabei von einer Überlagerung.
Die Überlagerungsfrequenz wird so gewählt, dass die betreffenden Bauteile der Anregung ohne Resonanzproblem oder Störungen des Folgesystems (beispielsweise Kupplungsruckeln oder ähnliches) folgen können und so aufgrund der permanenten Schwingbewegung Haftreibung vermieden wird. Damit kann die Hysterese erheblich gesenkt werden, das heißt es wird sehr genau der zum Strom gehörende Ausgangswert (Druck, Durchfluss, ...) eingestellt, unabhängig davon, ob der Strom von oben oder unten angefahren wurde.
Die beschriebene Überlagerung ist nur bei ausreichender Stromamplitude wirksam. Schwergängige Schieber, etwa durch zähflüssiges öl in den Spalten oder Verschmutzungen, erfordern eine stärkere Anregung als leichtgängige. Die Amplituden werden üblicherweise temperaturabhängig als Kennfeld abgelegt.
Leider kann eine zu starke Überlagerung auch zu Problemen führen, insbesondere dann, wenn ein besonders leichtgängiger Schieber unvorhergesehen große Wege verfährt und in seiner Funktion als 3/2-Wegeventil den Ausgang A abwechselnd mit Systemdruck P und Tankanschluss T verbindet. In diesem Fall wird periodisch Druckmedium nach A geführt und von dort wieder zum Tank T abgelassen: das Ventil hat also eine erhöhte Leckage.
Auch ohne direktes Öffnen der Steuerkanten erhöht sich durch die Schieberschwingung die Leckage schon moderat, weil die Dichtlängen/Überdeckungslängen jeweils periodisch verringert sind.
Die Überlagerungsamplitude kann nur als Kompromiss zwischen guter Hysterese einerseits und geringer Leckage andererseits festgelegt werden und ist infolge von Streuungen und Schwankungen der Ventileigenschaften stets ein suboptimaler Kompromiss.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Kennliniengüte (Hysterese, Reproduzierbarkeit) zu optimieren, ohne die Leckage des Ventils pauschal zu verschlechtern.
Meistens wird der Ausgangswert des Ventils, zum Beispiel ein Kupplungsdruck nach einem 3/2-Wege-Druckminderventil ohnehin mittels eines Drucksensors überwacht und auf Plausibi- lität geprüft. Dieses Drucksignal soll erfindungsgemäß dazu verwendet werden, durch ständigen Vergleich zwischen der erwarteten Strom-Druck-Kennlinie (die im Betrieb oder bei der Inbetriebnahme gelernt wurde) und der gemessenen eine etwaige Hysterese zu entdecken und diese durch momentane Erhöhung der Überlagerungsamplituden zu bekämpfen.
Dazu könnte ein Kennfeld für die Grundüberlagerung als Funktion f (Stromwert, Temperatur) angelegt werden, das eine permanente Mindestüberlagerung bereitstellt, die bezüglich Leckagen in jedem Falle unkritisch ist. Abhängig von der Größe der Soll-Ist-Abweichung könnte die Elektronik die Amplitude bis zu einer festlegbaren Höchstgrenze erhöhen, um die Hysterese zu bekämpfen.
Insbesondere bei Wegeventilen, die stromabhängig ohne Druckrückführung einen Durchflussquerschnitt freigeben, bietet es sich dagegen an, die Überlagerung nur bei einer Veränderung des Sollwerts auf Standardniveau zu heben und in Ruhephasen, wenn die eingestellte Schieberposition nur zu halten ist, die Überlagerung deutlich zu reduzieren oder ganz abzuschalten. Eine Kontrolle des Istwertes ist hier nicht erforderlich, da es ja keine Rückwirkung von außen auf das Ventil (Druckrückführung) gibt. Ein herkömmliches Schieberventil (direkt- oder vorgesteuert) wird nur dann mit einer stärkeren Überlagerung angesteuert, wenn die Elektronik mit- hilfe des ohnehin meist vorhandenen Drucksensors eine Abweichung von der erwarteten Funktion feststellt.
Durch Detektion der Soll-Ist-Abweichung von Stetigventilen wie Druckminderventilen kann mittels der Erfindung die Überlagerungsamplitude bedarfsgerecht angehoben werden, so dass keine unnötige Leckageerhöhung resultiert. Bei reinen Wegeventilen kann die Überlagerung in Ruhephasen ohne Sollwertgradient gesenkt oder abgeschaltet werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Ansteuern eines elektrisch betätigbaren Hydraulikventils, wobei ein An- steuerstrom des Hydraulikventils moduliert wird, um eine unerwünschte Hysterese im Betrieb des Hydraulikventils zu reduzieren, dadurch gekennzeichnet, dass eine zu erwartende Strom-Druck-Kennlinie mit einer gemessenen Strom-Druck-Kennlinie verglichen wird, um eine unerwünschte Hysterese zu erkennen.-
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Überlagerung des Ansteuerstroms des Hydraulikventils momentan erhöht wird, wenn durch den Vergleich der zu erwartenden Strom-Druck-Kennlinie mit der gemessenen Strom-Druck- Kennlinie eine unerwünschte Hysterese erkannt wurde.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlagerung des Ansteuerstroms bis zu einer Höchstgrenze erhöht wird, um die Hysterese bedarfsabhängig zu reduzieren.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlagerung des Ansteuerstroms nur bei einer Veränderung eines Sollwerts auf ein Standardniveau angehoben wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Überlagerung des Ansteuerstroms in Ruhephasen des Hydraulikventils deutlich reduziert oder ganz abgeschaltet wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zu erwartende Strom-Druck-Kennlinie bei Inbetriebnahme oder im Betrieb des Hydraulikventils angelegt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kennfeld Grundüberlagerung angelegt wird, das eine permanente Mindestüberlagerung des Ansteuerstroms des Hydraulikventils bereitstellt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydraulikventil als Schieberventil zum Steuern und/oder Regeln eines Hydraulikdrucks ausgeführt ist.
9. Hydrauliksystem mit mindestens einem Hydraulikventil, das gemäß einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche angesteuert wird.
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