DE102006045353A1 - Regeleinheit und Verfahren zur Regelung einer elektromagnetischen Ventilanordnung - Google Patents

Regeleinheit und Verfahren zur Regelung einer elektromagnetischen Ventilanordnung Download PDF

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Abstract

Die Erfindung offenbart eine elektromagnetische Ventilanordnung mit einem Magnetkreis (110), der einen Stator (111) mit einer Ventilspule (L11) und einen beweglichen Anker aufweist. Die Ventilspule (L11) ist mit einer Regeleinheit (140) zu verbinden und ist von dieser mit regelbarem Steuerstrom beaufschlagbar. Ein beaufschlagter, regelbarer Steuerstrom erzeugt ein die Ventilspule (L11) umgebendes Magnetfeld, das eine auf den Anker wirkende Kraft hervorruft. Der Anker bewegt ein Ventilglied relativ zu dessen Ventilsitz. Die Ventilanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass der magnetische Kreis eine Messwicklung (L12) aufweist. Die Messwicklung (L12) ist mit der Regeleinheit (140) zu verbinden. Die Messeicklung (L12) ist so in dem Magnetkreis angeordnet, dass sie von dem Magnetfeld zumindest teilweise durchsetzt ist, wobei eine Änderung des magnetischen Flusses in dem Magnetfeld eine messbare Spannung in der Messwicklung (L12) induziert. Über den magnetischen Fluss kann auf die Stellung des Ankers geschlossen werden. Der Druck in einem Ventil kann somit geregelt werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Ventilanordnung, eine Regeleinheit für eine elektromagnetische Ventileinheit und ein Verfahren zur Regelung einer solchen elektromagnetischen Ventileinheit.
  • Stand der Technik
  • Elektromagnetische Ventile, wie sie beispielsweise in hydraulischen Bremssystemen für ABS/TC-Systeme zum Einsatz kommen, weisen gewöhnlich einen Magnetkreis mit mindestens einer Ventilspule auf. Die Ventilspule wird von einer Regeleinheit mit einem pulsweitenmodulierten Steuerstrom beaufschlagt, mit dem Ziel, ein vordefiniertes Druckniveau im Bremssystem einzustellen.
  • Der hydraulische Druck in einem solchen Ventil kann mittels in einer geschlossenen Regelschleife geregelt werden. Es ist außerdem möglich, den durch die Ventilspule erzeugten magnetischen Fluss mittels einer Hallsonde zu erfassen und diesen zu regeln.
  • Der Erfindung zugrundeliegendes Problem
  • Ein Problem bei der Druckregelung mit einer geschlossenen Regelschleife ist, dass dafür teure Drucksensoren benötigt werden, die die Kosten des ABS/TC-Systems erhöhen. Bei der Regelung des magnetischen Flusses mittels einer Hallsonde ist der Platzbedarf für die Hallsonde und die zugehörige Elektronik problematisch, der eine kompakte Bauweise des ABS/TC-Systems beeinträchtigt. Außerdem ist eine Hallsonde ein empfindliches und dadurch ausfallträchtiges elektrisches Bauelement.
  • Erfindungsgemäße Lösung
  • Die vorliegende Erfindung schlägt eine platzsparende und kostengünstige Anordnung mit zugehörigem Verfahren vor. In dem Magnetkreis der Ventilanordnung wird eine zusätzliche Messwicklung angebracht, an der eine induzierte Spannung gemessen wird. Diese Spannung ist proportional zu dem magnetischen Fluß des im Ventil erzeugten Magnetfeldes, und damit auch zu der durch das Magnetfeld verursachten Kraft, die auf den beweglichen Anker des Magnetkreises wirkt und die Stellung des Ankers beeinflusst. Der Platzbedarf für die Messwicklung ist dabei wesentlich geringer als der für eine Hallsonde oder für den Drucksensor. Die Kosten einer Wicklung aus dünnem Draht sind zudem wesent lich geringer als die eines teuren Drucksensors für die Regelung mittels einer geschlossenen Regelschleife. Außerdem ist eine Spule weniger ausfallträchtig wie eine Hallsonde.
  • Die Erfindung beruht darauf, dass die Position des Ankers das Magnetfeld, das im elektromagnetischen Kreis des Ventils erzeugt wird, beeinflusst. Insbesondere wird die Flussdichte des Magnetfeldes beeinflusst und damit auch der magnetische Fluss. Die Stellung des Ankers im Ventil bestimmt den im Ventil eingestellten hydraulischen Druck. Durch Ermittlung des magnetischen Flusses kann also auf die Stellung des Ankers und damit auf den im Ventil herrschenden hydraulischen Druck geschlossen werden. Es kann somit ein Istwert für den hydraulischen Druck bestimmt werden, der einer Regeleinheit als Regelgröße für die Druckregelung dient.
  • Die elektromagnetische Ventilvorrichtung mit Magnetkreis, die für das erfinderische Verfahren einzusetzen ist, weist einen Stator mit einer Ventilspule und einen beweglichen Anker auf. Die Ventilspule ist mit einer Regeleinheit zu verbinden und kann von dieser mit einem regelbaren Steuerstrom beaufschlagt werden. Ein beaufschlagter regelbarer Steuerstrom erzeugt ein die Ventilspule umgebendes Magnetfeld, das eine auf den Anker wirkende Kraft hervorruft. Der Anker bewegt ein Ventilglied relativ zu dessen Ventilsitz. Der magnetische Kreis weist ferner eine Messwicklung auf, die mit einer Regeleinheit zuverbinden ist. Die Messwicklung ist dabei so in dem Magnetkreis angeordnet, dass sie von dem Magnetfeld um die Ventilspule zumindest teilweise durchsetzt wird, wobei eine Änderung des magnetischen Flusses in dem Magnetfeld eine messbare Spannung in der Messwicklung induziert. Der Messwicklung ist ein Integrator, ein Filter, vorzugsweise ein Tiefpassfilter, und ein Radizierer nachgeschaltet.
  • Vorzugsweise ist der Regeleinheit für das erfindungsgemäße Verfahren eine Regelgröße zuzuleiten, die an der Messwicklung erfasst wird. Der Ventilspule ist von der Regeleinheit ein, vorzugsweise pulsweitenmodulierter, Steuerstrom als Stellgröße zuzuführen. Von außen ist der Regeleinheit ein Sollwert für die am Anker zu verursachende Kraft als Führungsgröße vorzugeben. Die Regelgröße ist einem A/D-Wandler in der Regeleinheit zuzuführen. Als Regelgröße ist der Regeleinheit die in der Messwicklung induzierte Spannung zuzuleiten, die proportional zu der den Anker beeinflussenden Kraft ist. Um diese Regelgröße zu erhalten, wird der Messwicklung ein Integrator, ein Filter, vorzugsweise ein Tiefpassfilter, und ein Radizierer nachgeschaltet. Die Windungszahl der Messwicklung ist vorzugsweise so gewählt, dass eine an den Anschlüssen der Messwicklung anliegende Spannung unmittelbar von einem nachgeschalteten A/D-Wandler zu verarbeiten ist. Es muss kein Verstärker eingesetzt werden, wodurch die Kosten für das ABS/TC-System zusätzlich niedrig gehalten werden.
  • Um die auf den Anker wirkende Kraft möglichst genau einzustellen, wird gemäß der Erfindung bevorzugt folgende Vorgehensweise angewendet: a) Festlegen eines Steuerstroms für eine am Anker einzustellende Kraft als Stellgröße; b) Bestimmen einer zu der am Anker wirkenden Kraft proportionalen Größe als Regelgröße; c) Schrittweises annähern der Stellgröße für die Ventilspule, so dass sich die Regelgröße in Richtung der Führungsgröße ändert, solange die Regelgröße von der Führungsgröße abweicht. Die erfasste Regelgröße entspricht der am Anker wirkenden Kraft. Durch das Verändern des Steuerstroms wird auch die Kraft verändert, die am Anker wirkt. Durch das Annähern der Regelgröße an die Führungsgröße wird die am Anker einzustellende Kraft angenähert. Die Spannungsmessung an der Messwicklung ergibt einen Wert, der mittels eines Integrators, eines Filters, vorzugsweise eines Tiefpassfilters, und eines Radizierers in eine zu der am Anker wirkenden Magnetkraft proportionale Größe umgeformt wird, die der Regeleinheit als Regelgröße zuzuführen ist.
  • Im Folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert:
  • 1 zeigt eine beispielhafte Schaltungsanordnung mit Ventilanordnung und Regeleinheit.
  • 2 zeigt eine alternative beispielhafte Schaltungsanordnung, mit Ventilanordnung und Regeleinheit.
  • Die beispielhafte Darstellung einer Schaltungsanordnung 1 in 1 zeigt den elektromagnetischen Kreis 110 einer Ventilanordnung (im weiteren nicht weiter veranschaulicht) mit einem Stator 111, einer Ventilspule 111, einem beweglichen Anker (nicht gezeigt) und einer Messwicklung 112, die zwei Anschlüsse aufweist. Die Messwicklung 112 ist mit einem Integrator 120 verbunden, der einen ersten Eingang 121, einen zweiten Eingang 122, sowie einen Ausgang 123 aufweist. Dabei sind die beiden Anschlüsse der Messwicklung 112 mit dem ersten Eingang 121 beziehungsweise dem zweiten Eingang 122 des Integrators 120 verbunden. Der Integrator 120 ist aus einem Operationsverstärker U11, einem Kondensator C11 und einem Widerstand R11 verschaltet. Der erste Eingang 121 des Integrators 120 ist mit dem nicht-invertierenden Eingang (+) des Operationsverstärkers verbunden. Der nicht-invertierende Eingang (+) und der erste Eingang 121 sind mit einem Referenzpotential 0 verbunden. Der zweite Eingang 122 des Integrators 120 ist über den Widerstand R11 mit dem invertierenden Eingang (-) des Operationsverstärkers U11 verbunden. Der Ausgang 123 des Operationsverstärkers U11 ist über den Kondensator C11 auf den invertierenden Eingang (-) des Operationsverstärkers U11 rückgekoppelt. Weiterhin weist der Integrator 120 einen elektrisch betätigbaren Schalter U12 auf. Der elektrisch betätigbare Schalter U12 ist vorzugsweise ein elektronischer Schalter, der hier vereinfacht als Relais dargestellt ist. Der Ausgang 123 des Operationsverstärkers U11 ist über den elektromagnetischen Schalter U12 mit dem invertierenden Eingang (-) des Operationsverstärkers U11 verbunden. In der Ruheposition des elektrisch betätigbaren Schalters U12 wird damit die Rückkopplung über den Kondensator C11 überbrückt. Der Ausgang 123 des Integrators 120 ist mit einem Eingang P11 eines Filters 130 verbunden. Der Filter 130 weist ferner einen Anschluss G11, über den der Filter 130 mit dem Referenzpotential 0 verbunden ist, und einen Ausgang P13 auf, der mit einem Eingang IN eines Radizierers 150 verbunden ist. Der Radizierer 150 ist über einen Ausgang OUT mit einem Regeleingang (--) einer Regeleinheit 140 verbunden. Der Radizierer 150 ist ferner über einen Anschluss G12 mit dem Referenzpotential 0 verbunden. Die Regeleinheit 140 ist mit der Ventilspule 111 des elektromagnetischen Kreises 110 über einen MOSFET-Transistor X11 verbunden, wobei der Gateanschluss des MOSFET-Transistors X11 von der Regeleinheit 140 über einen Ausgang PWM angesteuert ist. Über einen Drainanschluss ist der MOSFET-Transistor X11 mit einem ersten Anschluss der Ventilspule L11 und einer Freilaufdiode D11 verbunden. Die Freilaufdiode D11 ist parallel zu der Ventilspule L11 geschaltet und dient zum Schutz vor induktiven Überspannungen. Der zweite Anschluss der Ventilspule L11 ist mit einem Plusanschluss v+ einer Stromversorgung verbunden. Der Sourceanschluss und das Substrat des MOSFET-Transistors X11 sind mit dem Referenzpotential 0 verbunden. Weiterhin ist die Regeleinheit 140 über einen Ausgang ROUT mit einem Eingang A des elektrisch betätigbaren Schalters U12 verbunden, der über einen Ausgang B mit dem Referenzpotential 0 verbunden ist. Die Regeleinheit 140 kann die Ventilspule L11 mit einem regelbaren und pulsweitenmodulierten Steuerstrom durch Steuern des MOSFET-Transistors X11 beaufschlagen. Die Regeleinheit 140 weist ferner einen Eingang r+, für einen Sollwert FSoll und einen Anschluss G13 auf, über den die Regeleinheit mit dem Referenzpotential 0 verbunden ist. Die Freilaufdiode D11 und die Ventilspule L11 sind zudem mit dem Plusanschluss v+ einer Stromversorgung V1 verbunden, deren Masseanschluss v- ebenfalls mit dem Referenzpotential 0 verbunden ist.
  • Wird die Ventilspule L11 mit einem Steuerstrom beaufschlagt, so bildet sich um die Ventilspule L11 ein Magnetfeld aus, das eine Kraft F gemäß der Beziehung
    Figure 00040001
    am beweglichen Anker hervorruft, wobei F die Kraft, B die magnetische Flussdichte im Magnetfeld um die Ventilspule L11, A der magnetische Querschnitt des Ankers, und μ0 die Permeabilität der Luft ist. Durch Verändern des Steuerstroms verändert sich die auf den Anker wirkende Kraft F so, dass die Stellung des Ankers verändert wird. Die magnetische Flussdichte B des magnetischen Feldes ergibt sich aus
    Figure 00050001
    wobei H die erzeugte magnetische Feldstärke und μr die Permeabilitätszahl des für den Anker und den Stator verwendeten Materials ist. Die magnetische Feldstärke H ist definiert als der Elektrische Strom I multipliziert mit dem Quotienten aus der Windungszahl N1 der Ventilspule L11 und der Magnetfeldlänge l. Die Magnetfeldlänge l variiert mit der Stellung des Ankers im Magnetfeld und beeinflusst dadurch die magnetische Flussdichte B. Der Strom I variiert mit der Spannung U = V1 und dem Widerstand Q der Ventilspule L11. Der Widerstand der Ventilspule L11 ist abhängig von der Temperatur. Eine Änderung der Stellung des Ankers führt zu einer Veränderung der magnetischen Flussdichte B, dadurch zu einer Veränderung der Kraft Fund folglich zu einer Veränderung des eingestellten Drucks im Ventil. Über die Beziehung
    Figure 00050002
    steht die magnetische Flussdichte Bauch in Beziehung mit dem magnetischen Fluss Φ im Magnetfeld. Da die magnetische Flussdichte B von der Stellung des Ankers beeinflusst ist, ist auch der magnetische Fluss Φ abhängig von der Stellung des Ankers.
  • Das Magnetfeld durchsetzt außerdem zumindest teilweise die sich in magnetischer Kopplung mit der Ventilspule L11 in dem magnetischen Kreis 110 befindliche Messwicklung 112. Ein Verändern des Steuerstroms durch die Regeleinheit 140 verändert sich auch der magnetische Fluss Φ im Magnetfeld um die Ventilspule L11. Eine Änderung des magnetischen Flusses Φ im Magnetfeld um die Ventilspule L11 induziert in der Messwicklung 112 eine Spannung U für die gilt:
    Figure 00050003
    N2 ist hierbei die Windungszahl der Messwicklung 112 und dΦ die Änderung des magnetischen Flusses Φ nach der Zeit t.
  • Durch Integration der induzierten Spannungswerte U über die Zeit mit dem Integrator 120 wird ein Wert ermittelt, der proportional zu dem magnetischen Fluss Φ im Magnetfeld ist. Der elektrisch betätigbare Schalter U12 wird verwendet, um den Startzustand des Integra tors 120 zu definieren. Der Kontakt im elektrisch betätigbaren Schalter U12 wird deshalb vor Beginn einer Ventilaktivierung von der Regeleinheit 140 geöffnet, indem der elektrisch betätigbare Schalter U12 ein Schaltsignal aus dem Ausgang ROUT der Regeleinheit 140 erhält.
  • Der Anker wird, aufgrund der Massenträgheit des für seine Herstellung verwendeten Eisenmaterials und der hohen Frequenz (ca. 200–10.000 Hz) des pulsweitenmodulierten Signals, dem Signalverlauf des pulsweitenmodulierten Signals nicht folgen. Vielmehr wird er eine Stellung einnehmen, die dem mittleren magnetischen Fluss Φ entspricht. Der Filter 130 ist als Tiefpassfilter ausgestaltet und bildet den Mittelwert des magnetischen Flusses Φ im Magnetfeld. Die Übertragungsfunktion des Tiefpasses stimmt dabei zumindest annähernd mit der Übertragungsfunktion des mechanischen Anker-Federsystems des Ventils überein, um so vom Mittelwert des magnetischen Flusses Φ auf die Ankerstellung schließen zu können.
  • Der magnetische Fluss Φ ist mit der im Ventil hervorgerufenen Kraft über die Beziehung
    Figure 00060001
    verknüpft. Der magnetische Fluss Φ ist somit quadratisch proportional zu der im Ventil wirkenden Kraft F. Durch das Radizieren des Wertes für den mittleren magnetischen Fluss Φ in einem dem Tiefpassfilter nachgeschalteten Radizierer 150 wird ein Wert erzeugt, der der am Anker wirkenden Kraft F direkt proportional ist. Dieser Wert wird der Regeleinheit 140 als Regelgröße FRegel zugeführt. Die Regeleinheit 140 vergleicht die Regelgröße FRegel mit einer Führungsgröße FSoll, die der Regeleinheit 140 von außen über einen Eingang r+ zugeführt wird. Da die Regelgröße FRegel über den magnetischen Fluss Φ ebenfalls von der Magnetfeldlänge l und damit von der Ankerstellung abhängt, lässt sich von der Regelgröße FRegel auf die Ankerstellung und damit auf den im Ventil eingestellten hydraulischen Druck schließen. Die Regeleinheit 140 verändert mit dem Steuerstrom am Ausgang PWM die Stellgröße in der Art, dass sich die Regelgröße FRegel der Führungsgröße FSoll annähert. Auf diese Weise wird im Ventil der gewünschte hydraulische Druck eingestellt. Durch die beschriebene Regelung können Einflüsse der Versorgungsspannung, der Temperatur auf die verschiedenen Komponenten, Geometrieänderungen des Ventils und die magnetische Sättigung der Materialien ausgeregelt werden.
  • 2 zeigt eine alternative beispielhafte Schaltungsanordnung 2 für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. 2 zeigt den elektromagnetischen Kreis 210 einer Ventilanordnung (nicht weiter veranschaulicht) mit einem Stator 211, einer Ventilspule 121, einem beweglichen Anker (nicht gezeigt) und einer Messwicklung 122, die zwei Anschlüsse auf weist. Die Messwicklung 122 ist über einen ersten Anschluss 212 mit Referenzpotential 0 verbunden.
  • Über einen zweiten Anschluss 213 ist die Messwicklung 122 mit einem ersten Anschluss 221 eines ersten RC-Gliedes 220 verbunden. Das erste RC-Glied 220 weist weiterhin einen zweiten Anschluss 222, einen dritten Anschluss 223 und einen vierten Anschluss 224 auf. Das erste RC-Glied 220 weist einen Widerstand R21 auf, der den ersten Anschluss 221 mit dem dritten Anschluss 223 des ersten RC-Gliedes 220 verbindet. Der zweite Anschluss 222 des ersten RC-Gliedes 220 ist mit dem vierten Anschluss 224 des ersten RC-Gliedes 220 verbunden. Weiterhin weist das erste RC-Glied 220 einen Kondensator C21 auf, der dem Widerstand R21 des ersten RC-Gliedes 220 nachgeschaltet ist. Der Kondensator C21 des ersten RC-Gliedes 220 verbindet den dritten Anschluss 223 mit dem vierten Anschluss 224. Der zweite Anschluss 222 und der vierte Anschluss 224 des ersten RC-Gliedes 220 sind mit dem Referenzpotential 0 verbunden.
  • Ein zweites RC-Glied 230 ist in Serie zu dem ersten RC-Glied 220 geschaltet. Es weist einen ersten Anschluss 231, einen zweiten Anschluss 232, einen dritten Anschluss 233 und einen vierten Anschluss 234 auf. Der erste Anschluss 231 ist mit dem dritten Anschluss 233 über einen Widerstand R22 verbunden. Der zweite Anschluss 232 ist mit dem vierten Anschluss 234 des zweiten RC-Gliedes 230 verbunden. Das zweite RC-Glied enthält ferner einen Kondensator C22, der dem Widerstand R22 des zweiten RC-Gliedes 230 nachgeschaltet ist. Weiterhin verbindet der Kondensator des zweiten RC-Gliedes 230 den dritten Anschluss 233 mit dem vierten Anschluss 234.
  • Der dritte Anschluss 223 des ersten RC-Gliedes 220 ist mit dem ersten Anschluss 231 des zweiten RC-Gliedes 230 verbunden. Der vierte Anschluss 224 des ersten RC-Gliedes 220 ist mit dem zweiten Anschluss 232 des zweiten RC-Gliedes 230 verbunden.
  • Das zweite RC-Glied 230 ist über den dritten Anschluss 233 mit einem A/D-Wandler (nicht weiter veranschaulicht) einer Regeleinheit 240 verbunden.
  • Die Regeleinheit 240 ist mit der Ventilspule 121 des elektromagnetischen Kreises 210 über einen MOSFET-Transistor X21 verbunden, wobei ein Gateanschluss des MOSFET-Transistors X21 von der Regeleinheit 240 über einen Ausgang PWM angesteuert ist. Über seinen Drainanschluss ist der MOSFET-Transistors X21 mit einem ersten Anschluss der Ventilspule 121 und einer Freilaufdiode D21 verbunden. Die Freilaufdiode D21 ist parallel zu der Ventilspule L21 geschaltet und dient zum Schutz vor induktiven Überspannungen. Der zweite Anschluss der Ventilspule 121 ist mit einem Plusanschluss v+ einer Stromversorgung V2 verbunden. Der Sourceanschluss und das Substrat des MOSFET-Transistors X21 sind mit dem Referenzpotential 0 verbunden. Die Regeleinheit 240 kann die Ventilspule 121 mit einem regelbaren und pulsweitenmodulierten Steuerstrom durch Steuern des MOSFET-Transistors X21 beaufschlagen. Die Regeleinheit 240 weist ferner einen Eingang r+ für einen Sollwert Soll und einen Anschluss GND auf, über den die Regeleinheit mit dem Referenzpotential 0 verbunden ist. Die Freilaufdiode D21 und die Ventilspule 121 sind zudem mit einem Plusanschluss v+ der Stromversorgung V2 verbunden, deren Masseanschluss v- ebenfalls mit dem Referenzpotential 0 verbunden ist. Die Regeleinheit 240 ist über einen Versorgungseingang Supply ebenfalls mit dem Pluspol v+ der Stromversorgung V2 verbunden.
  • Die physikalischen Zusammenhänge von Steuerstrom, Magnetfeld, magnetischer Flussdichte B, magnetischer Feldstärke H, Magnetfeldlänge l und Einfluss der Stellung des Ankers sind bereits für die Ausführungsform nach 1 dargelegt. Ebenso ist der Zusammenhang von induzierter Spannung U, magnetischem Fluss Φ und der auf den Anker wirkenden Kraft F bereits geschildert worden.
  • Der Widerstand R21 und der Kondensator C21 des ersten RC-Gliedes 220 sind so dimensioniert, dass durch das erste RC-Glied 220 ein Integrator realisiert ist (R21·C21 >> Messzeit). Durch Integration mit dem ersten RC-Glied 220 wird ein Wert ermittelt, der proportional zu dem magnetischen Fluss Φ im Magnetfeld ist.
  • Der Anker wird, aufgrund der Masseträgheit des für seine Herstellung verwendeten Eisenmaterials und der hohen Frequenz (ca. 200–10.000 Hz) des pulsweitenmodulierten Signals, dem Signalverlauf des pulsweitenmodulierten Signals nicht folgen. Vielmehr wird er eine Stellung einnehmen, die dem mittleren magnetischen Fluss Φ entspricht. Der Widerstand R22 und der Kondensator C22 des zweiten RC-Gliedes 230 sind deshalb so dimensioniert, dass durch das zweite RC-Glied 230 ein Tiefpass realisiet ist. Das zweite RC-Glied 230 bildet den Mittelwert des magnetischen Flusses Φ im Magnetfeld. Die Übertragungsfunktion des vom zweiten RC-Glied 230 realisierten Tiefpasses stimmt dabei zumindest annähernd mit der Übertragungsfunktion des mechanischen Anker-Federsystems des Ventils überein, sodass vom Mittelwert des magnetischen Flusses Φ auf die Ankerstellung geschlossen werden kann.
  • Der mittlere magnetischen Fluss Φ dient der Regeleinheit 240 als Eingabewert für deren A/D-Wandler.
  • In der Regeleinheit 240 wird nach der A/D-Wandlung der Eingabewert radiziert und so ein Wert erzeugt, der der am Anker wirkenden Kraft F direkt proportional ist. Dieser Wert dient als Regelgröße. Die Regeleinheit 240 vergleicht die Regelgröße mit einer Führungsgröße Soll, die der Regeleinheit 240 über einen Eingang r+ zugeführt wird. Da der erzeugte Wert für die Regelgröße über den magnetischen Fluss Φ ebenfalls proportional zu der Kraft im Ventil ist, lässt sich von dem erzeugten Wert auf den im Ventil eingestellten hydraulischen Druck schließen. Die Regeleinheit 240 verändert mit dem Steuerstrom die Stellgröße in der Art, dass sich die Regelgröße der Führungsgröße Soll annähert. Auf diese Weise wird im Ventil der gewünschte hydraulische Druck eingestellt.
  • In einer dritten nicht weiter veranschaulichten alternativen Ausführung kann auch die Integration des gemessenen und tiefpassgefilterten Wertes von der Regeleinheit übernommen werden. Das Vertauschen der Schritte des Filterns und des Integrierens ist gegenüber dem Beispiel aus 2 ebenfalls möglich, da es sich um lineare Systeme im Sinne der Systemtheorie handelt, mit denen die Signalverarbeitung ausgeführt wird. Es ist auch möglich, einen vierpoligen RC-Filter mit den Anschlüssen der Messwicklung 122 zu verschalten und die Integration und das Radizieren in der Regeleinheit 240 durchzuführen. Schließlich wäre es auch möglich, den Tiefpass ebenfalls durch Rechenoperationen in der Regeleinheit abzubilden.
  • Abschließend sei darauf hingewiesen, dass das erfindungsgemäße Verfahren zur Regelung von Hydraulikventilen nicht auf den Einsatz in ABS/TC-Systemen und auf die Verwendung der hier beschriebenen Schaltungsanordungen begrenzt ist.

Claims (11)

  1. Eine elektromagnetische Ventilanordnung mit einem Magnetkreis (110), der – einen Stator (111) mit einer Ventilspule (L11) und – einen beweglichen Anker aufweist, wobei – die Ventilspule (L11) – mit einer Regeleinheit (140) zu verbinden ist und von dieser – mit regelbarem Steuerstrom beaufschlagbar ist, wobei – ein beaufschlagter regelbarer Steuerstrom ein die Ventilspule (L11) umgebendes Magnetfeld erzeugt, – das eine auf den Anker wirkende Kraft hervorruft; wobei – der Anker – ein Ventilglied relativ zu dessen Ventilsitz bewegt; dadurch gekennzeichnet, dass – der magnetische Kreis eine Messwicklung (L12) aufweist, – die Messwicklung (112) mit der Regeleinheit (140) zu verbinden ist; – die Messwicklung (L12) so in dem Magnetkreis angeordnet ist, dass sie von dem Magnetfeld zumindest teilweise durchsetzt ist, wobei – eine Änderung des magnetischen Flusses in dem Magnetfeld eine messbare Spannung in der Messwicklung (L12) induziert.
  2. Die elektromagnetische Ventilanordnung nach Anspruch 1, wobei – der Messwicklung ein Integrator (120), ein Filter (130) und ein Radizierer (150) nachgeschaltet sind.
  3. Die elektromagnetische Ventilanordnung nach Anspruch 2, wobei – der Filter (130) ein Tiefpassfilter ist.
  4. Eine Regeleinheit (140) für eine elektromagnetische Ventilanordnung nach Anspruch 1, wobei – der Regeleinheit (140) eine Regelgröße zuzuleiten ist; – der Ventilspule (L11) von der Regeleinheit (140) ein Steuerstrom als Stellgröße zuzuführen ist; – der Regeleinheit (140) als Führungsgröße von außen ein Sollwert für die am Anker zu verursachende Kraft vorzugegeben ist; und – die Regeleinheit (140) einen A/D-Wandler enthält, dem die Regelgröße zuzuführen ist, dadurch gekennzeichnet, dass – als Regelgröße die in einer Messwicklung (112) induzierte Spannung der Regeleinheit (140) zuzuführen ist; und – die Regelgröße proportional zur der den Anker beeinflussenden Kraft ist.
  5. Die Regeleinheit nach Anspruch 4, wobei – zwischen Messwicklung (L12) und Regeleinheit (140) ein Integrator (120), ein Filter (130) und ein Radizierer (150) zum Umformen des Wertes der an der Messwicklung (L12) induzierten Spannung in die Regelgröße geschaltet sind, wobei – der Integrator (120) und der Radizierer (150) entweder als eigene Schaltelemente realisiert, oder in die Regeleinheit (140) integriert sind.
  6. Die Regeleinheit nach Anspruch 5, wobei – der Filter (130) ein Tiefpassfilter ist.
  7. Die Regeleinheit nach Anspruch 4, 5 oder 6, wobei – die Windungszahl der Messwicklung (L12) so gewählt ist, dass eine an den Anschlüssen der Messwicklung (L12) anliegende Spannung unmittelbar von einem nachgeschalteten A/D-Wandler zu verarbeiten ist.
  8. Die Regeleinheit nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei – die Regeleinheit (140) die Ventilspule (L12) mit einem pulsweitenmodulierten Signal ansteuert.
  9. Ein Verfahren zum Betrieb einer Regeleinheit (140) nach Anspruch 4 mit den Schritten: – Festlegen eines Steuerstroms als Stellgröße für die Ventilspule (L11) der Ventilanordnung; – Erfassen von Spannungswerten an der Messwicklung (L12); – Umformen der erfassten Spannungwerte in eine Regelgröße, die der am Anker wirkenden Kraft entspricht; – Zuführen der umgeformten Spannungswerte als Regelgröße an die Regeleinheit (140); und – schrittweises Verändern des Steuerstroms als Stellgröße an der Ventilspule (L11), und damit der Kraft, die am Anker wirkt, so, dass sich die Regelgröße in Richtung der Führungsgröße ändert, solange die Regelgröße von der Führungsgröße abweicht, wodurch die am Anker einzustellende Kraft angenähert wird.
  10. Das Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Umformen die Schritte – Integration der Spannungswerte mit einem Integrator (120), – Filtern der Spannungswerte mit einem Filter (130), und – Radizieren der Spannungswerte mit einem Radizierer (150) aufweist.
  11. Das Verfahren nach Anspruch 10, wobei – für das Filtern ein Tiefpassfilter verwendet wird.
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