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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines Regelmagnetventils,
insbesondere für
ein Automatikgetriebe eines Kraftfahrzeugs, nach dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Die
DE 199 27 432 A1 beschreibt
ein Verfahren zum Betrieb eines Regelmagnetventils eines Automatikgetriebes
eines Kraftfahrzeugs. Das Regelmagnetventil wird von einer Steuerungseinrichtung angesteuert,
wobei die Steuerungseinrichtung einen ohmschen Widerstand des Regelmagnetventils
erfasst und ausgehend von diesem Widerstand auf indirekte Weise
die Temperatur des Regelmagnetventils bestimmt. Dazu ist in der
Steuerungseinrichtung eine Widerstand-Temperatur-Kennlinie abgespeichert.
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Das
so bestimmte Temperatursignal stimmt nicht in allen Betriebsbereichen
des Regelmagnetventils mit der tatsächlichen Temperatur des Regelmagnetventils
hinreichend genau überein.
Im Fall, dass eine Temperaturabhängigkeit
des Ansteuersignals nur auf Grund dieses Temperatursignals realisiert
wird, kann es zu einem unbefriedigenden Verhalten des Regelmagnetventils
kommen.
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Demgegenüber ist
es die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Ansteuerung eines
Regelmagnetventils vorzuschlagen, mittels welchem ein genaues Regelverhalten
des Regelmagnetventils ermöglicht
wird. Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß erfasst
die Steuerungseinrichtung eine Temperatur eines Betriebsfluids,
beispielsweise eines Getriebeöls,
mittels eines Temperatursensors. Die Steuerungseinrichtung erzeugt weiterhin
ein Temperatursignal, das in einem ersten Teilbetriebsbereich von
der Temperatur des Regelmagnetventils abhängig und von der Temperatur
des Betriebsfluids unabhängig
ist. In einem zweiten Teilbetriebsbereich ist das Temperatursignal
von der Temperatur des Betriebsfluids abhängig. Die Steuerungseinrichtung
bestimmt außerdem
das Ansteuersignal in Abhängigkeit
des so erzeugten Temperatursignals.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren
kann zum einen erreicht werden, dass in allen Betriebsbereichen
des Regelmagnetventils das ermittelte Temperatursignal mit einer
hohen Genauigkeit der tatsächlichen
Temperatur des Regelmagnetventils entspricht. Beispielsweise haben
Untersuchungen ergeben, dass bei einer zu geringen Stromstärke durch die
Spule des Regelmagnetventils die über den ohmschen Widerstand
berechnete Temperatur der Spule sehr ungenau ist. Bei einer geringen
Stromstärke, welche
beispielsweise zwischen 80 und 200 mA liegen kann, kann das Temperatursignal
aus der Temperatur des Betriebsfluids alleine oder aus den Temperaturen
des Betriebsfluids und der Temperatur des Regelmagnetventils bestimmt
werden. Damit wird die Genauigkeit des Temperatursignals sehr hoch.
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Zum
anderen wird erreicht, dass das Ansteuersignal in allen Betriebsbereichen
so gewählt
wird, dass sich ein optimales Regelverhalten ergibt. In Abhängigkeit
von der Temperatur der Spule dehnen sich die einzelnen Komponenten
des Regelmagnetventils unterschiedlich stark aus. Um dies zu kompensieren, muss
das Ansteuersignal an die Temperatur des Regelmagnetventils angepasst
werden. Parallel zu diesem Effekt ändern sich mit der Temperatur
des Betriebsfluids die Viskosität
des Betriebsfluids und damit das Verhalten des Betriebsfluids. Untersuchungen
haben ergeben, dass sich bei niedrigen Temperaturen des Betriebsfluids
und/oder des Regelmagnetventils die Änderung des Verhaltens des
Betriebsfluids stärker
auswirkt, als die Längenausdehnungseffekte
im Regelmagnetventil. Bei einer niedrigen Temperatur des Betriebsfluids
und/oder des Regelmagnetventils, welche beispielsweise zwischen
20 und 40°C
liegen kann, kann das Temperatursignal aus der Temperatur des Betriebsfluids
alleine oder aus den Temperaturen des Betriebsfluids und der Temperatur
des Regelmagnetventils bestimmt werden. Damit wird eine hohe Regelgüte des Regelmagnetventils
erreicht.
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Falls
die Steuerungseinrichtung mehr als ein Regelmagnetventil ansteuert,
können
sich die Temperaturen der einzelnen Regelmagnetventile zum Teil
deutlich unterscheiden. Ein Regelmagnetventil, das mit einem hohen
Strom beaufschlagt wird, hat beispielsweise eine höhere Temperatur
als ein Regelmagnetventil, das seit einiger Zeit überhaupt
nicht angesteuert wurde. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist gewährleistet,
dass das Ansteuersignal jedes einzelnen Regelmagnetventils an die
jeweilige Temperatur des Regelmagnetventils optimal angepasst wird.
Die Regelgüte
jedes einzelnen Regelmagnetventils ist damit sehr hoch.
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Das
Temperatursignal entspricht beispielsweise im ersten Teilbetriebsbereich
der Temperatur des Regelmagnetventils. Im zweiten Teilbetriebsbereich
kann das Temperatursignal der Temperatur des Betriebsfluids entsprechen
oder in Abhängigkeit
der Temperatur des Regelmagnetventils und des Betriebsfluids bestimmt
werden. Beispielsweise kann das Temperatursignal im zweiten Teilbetriebsbereich als
ein Mittelwert der Temperaturen des Regelmagnetventils und des Betriebsfluids
oder als eine gewichtete Summe der beiden genannten Temperaturen
bestimmt werden.
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Das
Ansteuersignal wird beispielsweise ausgehend von einem Soll-Druck
oder einer Soll-Durchflussmenge an einem Verbraucheranschluss des
Regelmagnetventils bestimmt. In der Steuerungseinrichtung sind dazu
beispielsweise eine oder mehrere Kennlinien, ein Kennfeld oder ein
funktionaler Zusammenhang zwischen der Soll-Größe und dem Ansteuersignal beispielsweise
in Form eines Soll-Stroms durch die Spule abgelegt. Wenn nur eine Kennlinie
abgelegt ist, so existiert beispielsweise eine Korrektur-Kennlinie
oder ein Korrektur-Kennfeld aus
denen in Abhängigkeit
von dem erzeugten Temperatursignal ein Korrekturwert ausgelesen
wird, mittels welchem der aus der Kennlinie ausgelesene Wert für das Ansteuersignal
beispielsweise durch Addition oder Multiplikation korrigiert wird.
Es können auch
mehrere, einzelnen Werten des Temperatursignals zugeordnete Kennlinien
abgelegt sein, zwischen denen in Abhängigkeit des Temperatursignals
interpoliert wird. Falls ein Kennfeld abgelegt ist, so ist in diesem
Kennfeld das Ansteuersignal in Abhängigkeit von der Soll-Größe und dem
Temperatursignal abgelegt. Im Fall eines funktionalen Zusammenhangs ändert sich
wenigstens ein Parameter der Formel in Abhängigkeit von dem Temperatursignal.
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In
Ausgestaltung der Erfindung sind in der Steuerungseinrichtung in
Abhängigkeit
von der Temperatur des Betriebsfluids, der Temperatur des Regelmagnetventils,
der Stromstärke
durch die Spule und/oder dem Einschaltanteil des Ansteuersignals Gewichtungsfaktoren
abgelegt. Für
die Bestimmung des Temperatursignals im zweiten Teilbetriebsbereich
bestimmt die Steuerungseinrichtung in Abhängigkeit von einer oder mehreren
der genannten Größen einen
aktuellen Gewichtungsfaktor. Das Temperatursignal wird dann unter
Berücksichtigung
des aktuellen Gewichtungsfaktors als gewichtete Summe aus der Temperatur
des Betriebsfluids und der Temperatur des Regelmagnetventils bestimmt.
Die Gewichtungsfaktoren können
beispielsweise in Form von Kennlinien oder Kennfeldern in der Steuerungseinrichtung
gespeichert sein. Es ist ebenfalls möglich, dass ein funktionaler
Zusammenhang zwischen einer oder mehreren der genannten Einflussgrößen und
einem sich daraus ergebenden Gewichtungsfaktor in der Steuerungseinrichtung
abgelegt ist. Damit kann ein stetiger Verlauf des Temperatursignals
bei einem Wechsel des Betriebspunkts zwischen den verschiedenen
Teilbetriebsbereichen ermöglicht
werden. Sprunghafte Änderungen
des Temperatursignals könnten
zu sprunghaften Änderungen
im Ansteuersignal führen,
was wiederum Schwingungen am Regelmagnetventil auslösen kann.
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Weitere
Vorteile der Erfindung gehen aus der Beschreibung und der Zeichnung
hervor. Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und
in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1 einen
Ausschnitt einer hydraulischen Steuerung eines Automatikgetriebes
mit einer Kombination aus zwei Regelmagnetventilen,
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2 eine
Darstellung einer Aufteilung eines Betriebsbereichs in Teilbetriebsbereiche
und
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3 und 4 Verläufe von
Gewichtungsfaktoren zur Bestimmung eines Temperatursignals.
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Gemäß 1 verfügt eine
hydraulische Steuerung eines Automatikgetriebes für ein Kraftfahrzeug über eine
Pumpe 10, welche von einer nicht dargestellten Antriebsmaschine
angetrieben wird. Die Pumpe 10 fördert ein Betriebsmedium in
Form von Getriebeöl
aus einem Tank 11 in eine Arbeitsdruckleitung 12 und
erzeugt damit in der Arbeitsdruckleitung 12 einen Arbeitsdruck
für die
hydraulische Steuerung.
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Die
Arbeitsdruckleitung 12 ist mit einem Konstantdruckventil 13 verbunden.
Das Konstantdruckventil 13 erzeugt an seinem Ausgang 14 und
damit in der Versorgungsdruckleitung 15 einen konstanten Druck
von beispielsweise 5 bar. Die Versorgungsdruckleitung 15 ist
mit Versorgungsanschlüssen 16, 17 von
Regelmagnetventilen 18, 19 verbunden.
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Die
Regelmagnetventile 18 und 19 werden von einer
Steuerungseinrichtung 20 mit einem pulsweitenmodulierten
Ansteuersignal angesteuert. Die Steuerungseinrichtung 20 stellt
dabei jeweils einen Soll-Ventilstrom durch Spulen 21, 22 der
Regelmagnetventile 18, 19 ein, wobei ein Soll-Ventilstrom
einem Solldruck an Verbraucheranschlüssen 23, 24 der
Regelmagnetventile 18, 19 entspricht. Bei der pulsweitenmodulierten
Ansteuerung wird der Soll-Ventilstrom, eingestellt, indem ein Verhältnis zwischen
einem Einschaltanteil und einem Ausschaltanteil einer an die Spule
des Regelmagnetventils angelegten Versorgungsspannung innerhalb
einer Periodendauer variiert wird.
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Die
Steuerungseinrichtung 20 wird von einem symbolisch dargestellten
Bordspannungsnetz 44 versorgt. Die Steuerungseinrichtung 20 steht
mit einem am Tank 11 angeordneten Temperatursensor 25 in
Signalverbindung, mittels welchem die Temperatur T_Öl des Betriebsmediums
erfasst wird.
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Die
Steuerungseinrichtung 20 ist über eine Ansteuerleitung 26 mit
der Spule 21 des Regelmagnetventils 18 verbunden.
Mittels eines in der Spule 21 erzeugten Magnetfelds kann
ein Anker 27 des Regelmagnetventils 18 bewegt
werden. Zwischen dem Anker 27 und einem Ventilsitz 28 ergibt
sich ein Übertrittsquerschnitt 29 von
einem Druckraum 30, welcher mit dem Versorgungsanschluss 16 verbunden
ist, zu einem Tankabfluss 31. Durch Bewegung des Ankers 27 kann
der Übertrittsquerschnitt 29 verändert und
so der Soll-Druck im Druckraum 30 und damit am Verbraucheranschluss 23 eingestellt
werden. Die Einstellung eines Soll-Drucks am Verbraucheranschluss 24 des
Regelmagnetventils 19 läuft
entsprechend ab.
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Die
Verbraucheranschlüsse 23, 24 sind über jeweils
eine Steuerdruckleitung 32, 33 mit jeweils einem
Regelventil 34, 35 verbunden, wobei der Soll-Druck
der Regelmagnetventile 18, 19 als Steuerdruck
für die
Regelventile 34, 35 dient. Der Steuerdruck kann
dabei höchstens
so groß sein
wie der Druck in der Versorgungsdruckleitung 15. Die Regelventile 34, 35 sind
außerdem über Arbeitsdruckanschlüsse 36, 37 mit
der Arbeitsdruckleitung 12 verbunden.
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Die
Regelventile 34, 35 verstärken den Steuerdruck, so dass
an Ausgängen 38, 39 des
Regelventils 34, 35, welche über jeweils eine Ausgangsdruckleitung 40, 41 mit
jeweils einem Stellzylinder 42, 43 zweier nicht
dargestellter Kupplungen des Automatikgetriebes verbunden sind,
ein verstärkter Steuerdruck
zur Verfügung
steht. Mittels einer Ansteuerung der Regelmagnetventile 18, 19 und
der Verstärkung
des Steuerdrucks durch die Regelventil 34, 35 können die
Kupplungen von der Steuerungseinrichtung 20 des Automatikgetriebes
geschlossen und geöffnet
werden.
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Das
Regelmagnetventil kann auch als ein Durchflussregelventil ausgeführt sein.
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Das
Automatikgetriebe kann beispielsweise als ein Planetengetriebe,
ein stufenloses Getriebe (CVT) oder ein automatisiertes manuelles
Getriebe (AMT) ausgeführt
sein.
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Die
Bestimmung von Temperatursignalen, welche von der Steuerungseinrichtung 20 für die Bestimmung
der Ansteuersignale für
die Regelmagnetventile 18 und 19 verwendet werden,
wird nur für
die Bestimmung eines Temperatursignals für das Regelmagnetventil 18 beschrieben.
Der Ablauf für
das Regelmagnetventil 19 ist entsprechend.
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Zur
Bestimmung einer Temperatur T_Rmv des Regelmagnetventils
18 misst
die Steuerungseinrichtung
20 die Spannung U des Bordspannungsnetzes
44 und
den Strom I durch die Spule
21 des Regelmagnetventils
18.
Nach der Formel
R = UI bestimmt die Steuerungseinrichtung
20 den
aktuellen ohmschen Widerstand der Spule
21. Die Spule
21 ist aus
lackiertem Kupferdraht gewickelt. Der ohmsche Widerstand von Kupfer
steigt im Betriebsbereich des Regelmagnetventils
18 mit
steigender Temperatur linear an, so dass mit einem Referenzwiderstand
R
Reƒ bei
T
Reƒ =
30°C und
dem Temperaturkoeffizient α von Kupfer
(0,004 in [1/K]) die aktuellen Temperatur des Regelmagnetventils
T_Rmv der Regelmagnetventile
18,
19 nach folgender
Formel berechnet werden können:
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Die
Steuerungseinrichtung 20 bestimmt ein Temperatursignal
T_Kl, das in einem ersten Teilbetriebsbereich (I in 2)
nur von T_Rmv, in einem zweiten Teilbetriebsbereich (II in 2)
von T_Rmv und T_Öl
und in einem dritten Teilbetriebsbereich (III in 2)
nur von T_Öl
abhängig
ist. Die Teilbetriebsbereiche I, II und III sind definiert über Werte
von T_Öl
und dem Einschaltanteil (DC) des Ansteuersignals.
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In 2 ist
die Aufteilung des gesamten Betriebsbereichs in die genannten Teilbetriebsbereiche I,
II und III dargestellt. Auf einer Abszisse 50 ist die Temperatur
T_Öl des
Betriebsfluids in [°C]
und auf einer Ordinate der Einschaltanteil DC in [%] aufgetragen.
Eine Linie 52 begrenzt zusammen mit der Abszisse 50 und
der Ordinate 51 den gesamten Betriebsbereich. Der erste
Teilbetriebsbereich I ist dadurch definiert, dass T_Öl größer als
eine Temperatur T2 ist und gleichzeitig DC größer als ein Wert DC2 ist. Diese
Grenze ist durch die Linie 53 dargestellt. Der dritte Teilbetriebsbereich
III ist dadurch definiert, dass T_Öl kleiner als eine Temperatur
T1 ist oder DC kleiner als ein Wert DC1 ist. Diese Grenze ist durch
eine Linie 54 dargestellt. Der verbleibende Teil des gesamten
Betriebsbereichs entspricht dem zweiten Teilbetriebsbereich II.
Dieser liegt also zwischen den Grenzlinien 53 und 54.
T1 kann beispielsweise 25°C,
T2 30°C,
DC1 8 und DC2 10% betragen.
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Das
Temperatursignal T_Kl wird über
einen Zwischenschritt berechnet, bei dem ein Zwischenwert T_KL_zw
nach folgender Formel berechnet wird: T_Kl_zw
= T_Sp·F_T
+ T_Öl·(100 – F_T)
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F_T
ist dabei ein von T_Öl
abhängiger
Gewichtungsfaktor in [%]. Der Verlauf von F_T ist in 3 dargestellt.
Auf einer Abszisse 55 ist die Temperatur T_Öl des Betriebsfluids
in [°C]
und auf einer Ordinate der Gewichtungsfaktor F_T in [%] aufgetragen.
Eine Linie 57 stellt F_T dar. F_T ist bis zur Temperatur
T1 0 und steigt dann mit einer konstanten Steigung auf 100% bei
der Temperatur T2 an. Für T_Öl größer als
T2 bleibt F_T auf 100%. Die Temperaturen T1 und T2 entsprechen denen
in 2.
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Unter
Verwendung des Zwischenwerts T_Kl_zw wird T_Kl mit der folgenden
Formel berechnet: T_Kl = T_Kl_zw·F_DC +
T_Öl·(100 – F_DC)
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T_Kl
ergibt sich damit als gewichtete Summe aus T_Öl und T_Rmv. F_DC ist dabei
ein vom Einschaltanteil abhängiger
Gewichtungsfaktor in [%]. Der Verlauf von F_DC ist in 4 dargestellt.
Auf einer Abszisse 58 ist der Anschaltanteil in [%] und
auf einer Ordinate der Gewichtungsfaktor F_DC in [%] aufgetragen.
Eine Linie 60 stellt F_DC dar. F_DC ist bis zum Wert DC1
0 und steigt dann mit einer konstanten Steigung auf 100% beim Wert
DC2 an. Für Anschaltanteile
größer als
DC2 bleibt F_DC auf 100%. Die Werte DC1 und DC2 entsprechen denen in 2.
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Über die
Festlegung der Verläufe
der Gewichtungsfaktoren, insbesondere der Temperaturen und Anschaltanteile,
bei denen die Gewichtungsfaktoren einen Wert von 0 oder 100% annehmen,
wird der gesamte Betriebsbereich in die genannten Teilbetriebsbereiche
I, II und III aufgeteilt. Die genannten Temperaturen und Anschaltanteile
definieren damit die Grenzen der Teilbetriebsbereiche I, II und
III.
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Unter
Berücksichtigung
des so ermittelten Temperatursignals T_Kl stellt die Steuerungseinrichtung 20 am
Verbraucheranschluss 23 des Regelmagnetventils 18 einen
Soll-Druck ein. Der Soll-Druck ergibt sich aus für den aktuellen Betriebszustand
des Automatikgetriebes erforderlichem Druck im Stellzylinder 42 der
Kupplung.
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In
der Steuerungseinrichtung 20 ist eine Ventilkennlinie für das Regelmagnetventil 18 abgespeichert. Über die
Ventilkennlinie wird jedem möglichen Soll-Druck
ein zur Einstellung des Drucks notwendiges Ansteuersignal in Form
eines Stroms durch die Spule 21 zugeordnet. Die Ventilkennlinie
ist für
eine Temperatur der Regelmagnetventile von 60°C optimiert. Um die Genauigkeit
der Einstellung zu erhöhen,
sind in Abhängigkeit
vom Temperatursignal T_Kl Korrekturwerte für die Ventilkennlinie abgespeichert. Mittels
der Korrekturwerte wird die Ventilkennlinie für das Regelmagnetventil 18 komplett
oder nur in Teilbereichen verschoben.
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Die
Berechung eines Temperatursignals für das Ventil 19 läuft entsprechend
ab. Mittels dieses Temperatursignals wird die Ventilkennlinie für das Regelmagnetventil 19 korrigiert.
Der Strom und damit das Ansteuersignal für die Elektromagnetventile 18, 19 wird
damit einzeln korrigiert.
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Der
temperaturabhängige
Gewichtungsfaktor kann auch in Abhängigkeit von der Temperatur des
Regelmagnetventils T_Sp festgelegt sein.