DE19726225A1 - Anordnung mit einem oder mehreren hydraulischen Stellgliedern - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, d. h. eine Anordnung mit einem oder mehreren hydraulischen Stellgliedern.

Derartige Anordnungen kommen beispielsweise, aber bei weitem nicht ausschließlich in Automatikgetrieben von Kraftfahrzeu­ gen zum Einsatz; die hydraulischen Stellglieder werden hier­ bei zum Aufbauen und/oder Halten von Drücken oder Differenz­ drücken benötigt.

Es ist bekannt, hydraulische Stellglieder als Magnetventile zu realisieren.

Die Betätigung von Magnetventilen wird, wie die Bezeichnung schon andeutet, durch die Aktivierung bzw. Deaktivierung eines im Ventil vorgesehenen (Elektro-Magneten bewerk­ stelligt. Die Aktivierung und Deaktivierung des Elektro­ magneten, genauer gesagt die Bestromung der Spule desselben hat die Bewegung, genauer gesagt das Anziehen oder Loslassen eines Ankers zur Folge, welcher mit dem Verschlußorgan des Ventils in Verbindung steht und dieses dadurch mitbewegt. Die sich dabei einstellende Stellung des Ankers und des damit verbundenen Verschlußorgans wird bis zum Abschalten des Stromes im wesentlichen unverändert beibehalten; nach dem Ab­ schalten des Stromes kehren der Anker und mit diesem auch das Verschlußorgan in eine definierte Ausgangsstellung zurück.

Die Magnetventile werden durch ein in der Anordnung enthalte­ nes Steuergerät (elektronisches Getriebesteuergerät bzw. EGS, wenn die Magnetventile Bestandteil eine KFZ-Getriebes sind) betätigt. Das Steuergerät wird dadurch relativ groß und muß für hohe Nutz- und Verlustleistungen ausgelegt werden. Dies wiederum erschwert die geeignete Unterbringung des Steuer­ gerätes im Kraftfahrzeug und macht die Anordnung kompliziert und unhandlich.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart weiterzubilden, daß der zur Ansteuerung der hydrau­ lischen Stellglieder zu treibende Aufwand auf ein Minimum reduzierbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im kennzeichnen­ den Teil des Patentanspruchs 1 beanspruchte Merkmal gelöst.

Demnach ist vorgesehen, daß das oder die hydraulischen Stell­ glieder zumindest teilweise unter Verwendung von bistabilen Magnetventilen realisiert sind.

Die Verwendung bistabiler Magnetventile zur Realisierung hy­ draulischer Stellglieder bringt den Vorteil mit sich, daß diese - anders als die herkömmlich verwendeten "normalen" Magnetventile - nicht dauerhaft, sondern jeweils nur kurz­ fristig (impulsartig) bestromt werden müssen; ein kurzer Strom- bzw. Spannungsimpuls reicht aus, um das Verschlußorgan des Magnetventils von seiner einen stabilen Stellung in die andere stabile Stellung zu bewegen und umgekehrt.

Eine Folge hiervon ist, daß auch die zur Magnetventil- Ansteuerung vorzusehenden Leistungsendstufen nur jeweils kurzzeitig betrieben werden müssen, wodurch sie für nur kurz­ zeitig hohe Leistungen ausgelegt werden können (müssen) und - unabhängig davon - insgesamt erheblich weniger Wärmeenergie erzeugen.

Dadurch kann die die Leistungsendstufen üblicherweise enthal­ tende Einheit (im Fall von Kraftfahrzeugen das Steuergerät) erheblich kleiner und einfacher aufgebaut werden als es bis­ her der Fall ist.

Der zur Ansteuerung der hydraulischen Stellglieder zu trei­ bende Aufwand kann durch die Verwendung von bistabilen Ma­ gnetventilen zur Realisierung derselben also in einem ganz erheblichen Umfang reduziert werden.

Die Größe der die Leistungsendstufen enthaltenden Einheit läßt sich noch weiter verringern, wenn - anders als bisher - nicht für jedes Magnetventil eine separate Leistungsendstufe, sondern für mehrere Magnetventile eine gemeinsame Leistungs­ endstufe vorgesehen wird, durch welche die zugeordneten Magnetventile gleichzeitig oder sequentiell betätigbar sind. Die sequentielle Betätigung von bistabilen Magnetventilen ist als eine quasi gleichzeitige Betätigung derselben durchführ­ bar, weil diese jeweils nur kurzzeitig, also in sehr schnel­ ler Aufeinanderfolge bestromt werden müssen bzw. können.

Eine weitere Verkleinerung der die Leistungsendstufen enthal­ tenden Einheit und eine Verringerung der darin erzeugten Wärme läßt sich erzielen, wenn die Leistungsendstufe(n) außerhalb dieser Einheit in Magnetventilnähe angeordnet wer­ den. Dann muß die Einheit nur noch die Setz- bzw. Rücksetz­ impulse zur Magnetventil-Ansteuerung liefern. Da, wie vor­ stehend bereits erwähnt wurde, eine genau gleichzeitige Be­ tätigung der bistabilen Magnetventile in der Regel nicht er­ forderlich ist, können auch die Setz- und Rücksetzimpulse sequentiell übertragen werden. Dies wiederum eröffnet die Möglichkeit, die Anzahl der Steuerleitungen, über die die Setz- bzw. Rücksetzimpulse vom Steuergerät zu der oder den Leistungsendstufen übertragen werden, geringer zu halten als die Anzahl der anzusteuernden Magnetventile. Dadurch kann der sich vom Steuergerät zu den durch dieses anzusteuernden Magnetventilen erstreckende Kabelbaum zumindest teilweise (im Bereich zwischen dem Steuergerät und den Leistungsendstufen) erheblich kleiner (geringere Anzahl von Leitungen) ausgeführt werden. Unabhängig davon können die Leitungen im Bereich zwi­ schen dem Steuergerät und den Leistungsendstufen auch einen geringeren Querschnitt aufweisen, denn über diese müssen ja nur noch Steuersignale, also keine hohen Leistungen mehr übertragen werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei­ spiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anordnung, und

Fig. 2 einen möglichen inneren Aufbau-er Anordnung gemäß Fig. 1.

Die hydraulischen Stellglieder, anhand welcher die Erfindung nachfolgend beschrieben wird, sind in einem Automatikgetriebe eines Kraftfahrzeuges vorgesehene hydraulische Stellglieder. Die Erfindung ist hierauf jedoch nicht beschränkt. Die hy­ draulischen Stellglieder können vielmehr auch Bestandteil be­ liebiger anderer Vorrichtungen sein.

Die hydraulischen Stellglieder dienen im betrachteten Bei­ spiel dazu, einen Druck oder einen Differenzdruck aufzubauen und/oder zu halten. Auch hierauf besteht jedoch keine Ein­ schränkung. Die hydraulischen Stellglieder können auch für beliebige andere Zwecke eingesetzt werden.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 1 sind 2 ⁿ-1 hydraulische Stell­ glieder 3-1, 3-2,. . . 3-2 ⁿ-1 vorgesehen. Sie sind Bestandteil eines Getriebes 3 (eines Automatikgetriebes eines Kraftfahr­ zeuges) und werden durch ein elektronisches Getriebesteuer­ gerät (EGS) 1 und eine diesem nachgeschaltete Magnetventil- Ansteuereinheit 2 angesteuert und betätigt.

Die hydraulischen Stellglieder 3-1, 3-2,. . . 3-2 ⁿ-1 weisen die Besonderheit auf, daß sie unter Verwendung bistabiler Magnetventile realisiert sind.

Magnetventile im allgemeinen beinhalten, wie eingangs bereits erläutert wurde, einen Elektromagneten, durch welchen ein An­ ker und das mit diesem in Verbindung stehende Verschlußorgan des Ventils in gewünschter Weise bewegbar sind.

Bistabile Magnetventile haben, wie die Bezeichnung schon an­ deutet, zwei stabile Schaltstellungen. Werden durch diese Schaltstellungen der die Ein- und/oder Ausgänge des Ventils verbindende Zustand desselben und der die Ein- und/oder Aus­ gänge des Ventils trennende Zustand desselben definiert, was jedoch nicht unbedingt der Fall sein muß, so kann das Ventil sowohl stromlos (mehr oder weniger weit) offen als auch stromlos (mehr oder weniger weit) geschlossen gehalten wer­ den. Es bedarf lediglich eines mehr oder weniger kurzen Spannungs- oder Stromimpulses, um den Anker und das mit die­ sem verbundene Verschlußorgan des Ventils von der einen der stabilen Schaltstellungen in die andere schnappen zu lassen.

Anders als bei herkömmlichen, d. h. nicht unter Verwendung von bistabilen Magnetventilen realisierten hydraulischen Stell­ gliedern müssen die erfindungsgemäßen, d. h. unter Verwendung von bistabilen Magnetventilen realisierten hydraulischen Stellglieder nur jeweils kurzzeitig bestromt werden.

Dies erweist sich in mehrfacher Hinsicht als vorteilhaft:

• - die zur Stellgliedbetätigung benötigte Energie ist niedri­ ger,
• - die durch die Stellgliedbetätigung verursachte Wärme­ entwicklung ist geringer,
• - die Leistungsendstufen zur Stellgliedbetätigung, die Zu­ leitungen zu diesen sowie die Verbindungen zwischen diesen und den Stellgliedern müssen "nur" für kurzzeitig hohe Be­ lastungen ausgelegt werden, und
• - die in der Nachbarschaft zu den Leistungsendstufen vorgese­ henen Teile können für geringere thermische Belastungen ausgelegt werden.

Zusätzlich, aber grundsätzlich völlig unabhängig hiervon läßt sich eine bistabile Magnetventile als hydraulische Stellglie­ der enthaltende Anordnung vorteilhafter aufbauen als dies bei einer Anordnung mit herkömmlichen hydraulischen Stellgliedern getan werden kann.

So muß beispielsweise anders als bisher nicht für jedes Stellglied eine separate Leistungsendstufe vorgesehen werden, sondern es reicht aus, für mehrere Stellglieder eine gemein­ same Leistungsendstufe vorzusehen, durch welche die zugeord­ neten Stellglieder gleichzeitig oder sequentiell betätigbar sind. Die sequentielle Betätigung von bistabilen Magnetventi­ len kann eine quasi gleichzeitige Betätigung derselben sein, weil diese jeweils nur kurzzeitig also in sehr schneller Aufeinanderfolge bestromt werden müssen bzw. können.

Die Leistungsendstufen können auch aus dem Getriebesteuer­ gerät, in dem sie sich bisher stets befanden, herausgenommen und außerhalb desselben in der Nähe der dadurch anzusteuern­ den bistabilen Magnetventile angeordnet werden.

Genau dieser Fall ist in der Fig. 1 veranschaulicht. Die (in der Fig. 1 nicht gezeigten) Leistungsendstufen sind dort in der (bislang nicht vorgesehenen) Magnetventil-Ansteuereinheit 2 untergebracht.

Der Beitrag des Getriebesteuergerätes 1 zur Magnetventil- Ansteuerung kann sich dadurch darauf beschränken, Setz- und Rücksetzimpulse an die Magnetventil-Ansteuereinheit 2 zu übermitteln. Die Magnetventil-Ansteuereinheit 2 empfängt diese Setz- und Rücksetzimpulse und veranlaßt die darin ent­ haltene(n) Leistungsendstufen(n) zur entsprechenden Ansteue­ rung des jeweils zu betätigenden Magnetventils.

Natürlich kann auch in diesem Fall, d. h. wenn die Leistungs­ endstufen entgegen der bisherigen Praxis außerhalb des Getriebesteuergerätes angeordnet sind, so vorgesehen werden, für mehrere oder alle Magnetventile nur einige oder einige wenige gemeinsame Leistungsendstufen zu verwenden.

Das Vorsehen der Leistungsendstufe(n) außerhalb des Getriebe­ steuergerätes erweist sich für das Getriebesteuergerät in mehrfacher Hinsicht als vorteilhaft: es kann kleiner gemacht werden und muß für weniger hohe Leistungen und Temperaturen ausgelegt werden.

Darüber hinaus ergeben sich dadurch auch für die elektrischen Verbindungen zwischen dem Getriebesteuergerät und den dadurch zu steuernden Magnetventilen, d. h. für den zwischen diesen verlaufenden Kabelbaumabschnitt Vorteile. Es muß nämlich nur die Verbindung zwischen der Magnetventil-Ansteuereinheit 2 und den Magnetventilen 3-1, 3-2, . . . 3-2 ⁿ-1 für hohe Leistun­ gen ausgelegt werden; der Kabelbaumabschnitt zwischen dem Getriebesteuergerät 1 und der Magnetventil-Ansteuereinheit 2 kann für geringere Leistungen ausgelegt, also relativ schwä­ cher (kleinerer Leitungsquerschnitt) dimensioniert werden.

Abgesehen davon kann, wie in der Fig. 1 veranschaulicht ist und nachfolgend noch näher beschrieben werden wird, der Kabelbaumabschnitt zwischen dem Getriebesteuergerät 1 und der Magnetventil-Ansteuereinheit 2 weniger Leitungen umfassen als Magnetventile anzusteuern sind.

Wie aus der Fig. 1 ersichtlich ist, sind zwischen der Getriebesteuereinheit 1 und der Magnetventil-Ansteuereinheit 2 nur n Steuerleitungen S1, S2, . . . Sn vorzusehen, um die 2 ⁿ-1 Magnetventile über zwischen der Magnetventil-Ansteuerein­ heit 2 und dem Getriebe 3 vorgesehene 2ⁿ-1 Steuerleitungen SS1, SS2, . . . SS2ⁿ-1 anzusteuern.

Über die n Steuerleitungen S1, S2, . . . Sn können in digital arbeitenden Systemen 2 ⁿ verschiedene Signalkombinationen übertragen werden. Diese Anzahl von Signalkombinationen reicht genau aus, um die 2 ⁿ-1 Magnetventile selektiv an­ steuern zu können. Die Logikschaltung, die zur Dekodierung der über die Steuerleitungen S1, S2, . . . Sn übertragenen Signalkombinationen erforderlich ist, ist in der Magnet­ ventil-Ansteuereinheit 2 enthalten.

Dies wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 2 erläutert, in welcher ein möglicher innerer Aufbau der in der Fig. 1 gezeigten Anordnung veranschaulicht ist.

Bei der in der Fig. 2 gezeigten Anordnung wurde der Über­ sichtlichkeit halber der Wert "2" für die in der Fig. 1 verwendete Variable "n" gewählt. D.h.,

• - das Getriebe 3 enthält drei anzusteuernde bistabile Magnet­ ventile 3-1, 3-2 und 3-3,
• - das Getriebesteuergerät 1 ist über zwei Steuerleitungen S1 und S2 mit der Magnetventil-Ansteuereinheit 2 verbunden, und
• - die Magnetventil-Ansteuereinheit 2 ist über drei Steuer­ leitungen SS1, SS2 und SS3 mit dem Getriebe 3, genauer gesagt den darin enthaltenen bistabilen Magnetventilen 3-1, 3-2 und 3-3 verbunden.

Die bistabilen Magnetventile sind in Fig. 2 durch deren elektrisches Ersatzschaltbild dargestellt; demnach lassen sie sich wie eine Spule mit in Reihe geschaltetem Widerstand und paralleler Diode behandeln.

Die Magnetventil-Ansteuereinheit 2 enthält im betrachteten Beispiel gemäß Fig. 2 für jedes der Magnetventile 3-1, 3-2 und 3-3 eine separate Leistungsendstufe in Form von Transi­ storen (n-Kanal-FETs) T1, T3 und T5.

Die Magnetventil-Ansteuereinheit 2 enthält ferner eine Logik­ schaltung, um die über die Steuerleitungen S1 und S2 erhalte­ nen Signalkombinationen zu dekodieren und die dadurch jeweils angesprochenen Magnetventile 3-1, 3-2 und 3-3 über die zuge­ ordneten Leistungsendstufen T1, T3 und T5 sowie die Signal­ leitungen SS1, SS2 und SS3 selektiv zu betätigen. Die Logik­ schaltung besteht aus Dioden D1 bis D6, Widerständen R1 bis R3 und Transistoren (n-Kanal-FETs) T2 und T4, die wie in der Fig. 2 gezeigt verschaltet sind, wobei die Dioden D1, D2 und der Widerstand R1 sowie die Dioden D3, D4 und der Widerstand R2 sowie die Dioden D5, D6 und der Widerstand R3 jeweils ein logisches UND-Glied bilden, und wobei die Transistoren T2 und T4 jeweils als Inverter wirken; die Logikschaltung kann durch einen integrierten Schaltkreis, beispielsweise den 74HC138 ersetzt werden.

Wie aus der Schaltung gemäß Fig. 2 ersichtlich ist, wird

• - die erste Leistungsendstufe (der Transistor T1) aktiviert, wenn und so lange auf beiden Steuerleitungen S1 und S2 ein Setz- bzw. Rücksetzimpuls übertragen wird,
• - die zweite Leistungsendstufe (der Transistor T3) aktiviert, wenn und so lange nur auf der zweiten Steuerleitung S2 ein Setz- bzw. Rücksetzimpuls übertragen wird,
• - die dritte Leistungsendstufe (der Transistor T5) aktiviert, wenn und so lange nur auf der ersten Steuerleitung S1 ein Setz- bzw. Rücksetzimpuls übertragen wird, und
• - keine der Leistungsendstufen aktiviert, wenn und so lange auf keiner der beiden Steuerleitungen S1 und S2 ein Setz- bzw. Rücksetzimpuls übertragen wird.

Wenn und so lange die Leistungsendstufen aktiviert sind, er­ folgt eine Bestromung des jeweils zugeordneten Magnetventils. Durch diese Bestromung wird das jeweilige Magnetventil von der Schaltstellung, die es gerade innehat, in die jeweils an­ dere Schaltstellung umgeschaltet. Die neue Schaltstellung wird, da es sich bei den Magnetventilen um bistabile Magnet­ ventile handelt, auch nach dem Ende der Bestromung des be­ treffenden Magnetventils beibehalten. Die Zeit während wel­ cher die Magnetventile bestromt werden müssen, kann daher äußerst kurz, d. h. beispielsweise nur wenige Millisekunden lang sein. Diese kurze Bestromungszeit ermöglicht es, mehrere Magnetventile quasi gleichzeitig in gewünschter Weise umzu­ schalten und umgeschaltet zu halten, obgleich - jedenfalls beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 - zu einem bestimmten Zeitpunkt nur jeweils ein einziges der Magnetventile bestromt werden kann.

Aus den vorstehenden Erläuterungen wird deutlich, daß die Verwendung von bistabilen Magnetventilen zur Realisierung von hydraulischen Schaltgliedern sowie die beschriebenen Verfah­ ren und Vorrichtungen zur Ansteuerung derselben sowohl ein­ zeln als auch in Kombination eine Vielzahl von sehr bedeut­ samen Vorteilen erzielen lassen; die beschriebene Anordnung ist herkömmlichen Anordnungen in mehrfacher Hinsicht deutlich überlegen.

Claims (11)

1. Anordnung mit einem oder mehreren hydraulischen Stell­ gliedern, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die hydrauli­ schen Stellglieder zumindest teilweise unter Verwendung von bistabilen Magnetventilen (3-1, 3-2, . . . 3-2 ⁿ-1) realisiert sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bistabilen Magnetventile (3-1, 3-2, . . . 3-2 ⁿ-1) dazu aus­ gelegt sind, durch einen kurzen Spannungs- oder Stromimpuls von einer einen stabilen Schaltstellung in eine andere sta­ bile Schaltstellung gebracht zu werden.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungs- oder Stromimpulse durch eine oder mehrere Leistungsendstufen (T1, T3, T5) erzeugt werden.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehreren bistabilen Magnetventilen (3-1, 3-2, . . . 3-2 ⁿ-1) eine gemeinsame Leistungsendstufe (T1, T3, T5) zugeordnet ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schalteinrichtung vorgesehen ist, die in der Lage ist, die gemeinsame Leistungsendstufe (T1, T3, T5) selektiv mit dem oder den jeweils gewünschten bistabilen Magnetventilen (3-1, 3-2, . . . 3-2 ⁿ-1) zu verbinden.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsendstufen (T1, T3, T5) außerhalb eines die bistabilen Magnetventile (3-1, 3-2, . . . 3-2 ⁿ-1) steuernden Steuergerätes (1) vorgesehen sind.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsendstufen (T1, T3, TS) in einer in der Nähe der anzusteuernden bistabilen Magnetventile (3-1, 3-2, . . . 2 ⁿ-1) vorgesehenen Magnetventil-Ansteuereinheit (2) unter­ gebracht sind.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (1) dazu ausgelegt ist, zur Magnetventil- Ansteuereinheit (2) Setz- und Rücksetzimpulse zu übertragen.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Setz- und Rücksetzimpulse für gleichzeitig zu betätigende bistabile Magnetventile (3-1, 3-2, . . . 3-2 ⁿ-1) sequentiell übertragen werden.

10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diese Bestandteil eines Kraft­ fahrzeuges ist.

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die bistabilen Magnetventile (3-1, 3-2, . . . 3-2 ⁿ-1) Bestand­ teil eines Automatikgetriebes sind.