DE19616393A1

DE19616393A1 - Proportionalmagnetventil-Steuersystem

Info

Publication number: DE19616393A1
Application number: DE19616393A
Authority: DE
Inventors: Yong-Ho Kim; Young-Sik Lee; Hee Chun
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1995-09-14
Filing date: 1996-04-24
Publication date: 1997-03-20
Anticipated expiration: 2016-04-25
Also published as: CN1145464A; CN1095963C; DE19616393B4; US5703750A; KR970016248A; KR100206553B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Propor tionalmagnetventil-Steuersystem, das zum Beispiel bei einem hydraulischen System in einem Teil einer Schwerlastvorrich tung, einem Automatikgetriebesystem oder einem Kraftstoff einspritzsystem für ein Fahrzeug verwendet wird. Insbeson dere bezieht sich diese Erfindung auf ein Steuersystem zur Verwendung bei einem Einwegventil in einem hydraulischen System.

Proportionalmagnetventile wurden entwickelt, um die Lücke zwischen Servoventilen und herkömmlichen Ein/Aus-Ma gnetventilen zu schließen. Die Beschreibung eines Propor tionalmagnetventils kann Machine Design, S. 69 bis 72, Febr. 1983 entnommen werden; die Möglichkeit für die Steue rung eines hydraulischen Systems ist in Machine Design S. 77 bis 81, März 1984 beschrieben.

Ein elektronisch gesteuertes Proportionalmagnetventil kann im Unterschied zu einem Ein/Aus-Magnetventil ein hy draulisches System proportional steuern und hat bezüglich einem Servoventil ein einfacheres Steuersystem mit geringe ren Kosten. Während ein Servoventil eine minimale Totzone, eine kürzere Ansprechzeit und ein günstigeres Verhalten im Frequenzgang bzw. einen schnelleren Frequenzgang aufweist, ist dieses insbesondere ungefähr fünfmal teurer wie ein Proportionalmagnetventil. Während ein Ein/Aus-Magnetventil ungefähr die Hälfte eines Proportionalmagnetventils kostet, kann dieses außerdem nur den Ein/Aus-Betrieb eines hydrau lischen Systems steuern.

Es ist daher wünschenswert, daß ein Proportionalmagnet ventil ein Steuerverhalten hat, das mit dem eines Servoven tils vergleichbar ist, ohne daß die begleitenden Kosten auftreten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Propor tionalmagnetventil-Steuersystem vorzusehen, das den Strom, der im Proportionalmagnetventil fließt, entsprechend einem Strombefehl genau steuert. Ferner soll die Erfindung ein Proportionalmagnetventil vorsehen, das einen Strombefehl begrenzt, wenn ein äußerer Strombefehl, der höher als ein festgelegter Wert ist, an die Steuerschaltung angelegt ist.

Um diese Aufgabe zu lösen, weist das Proportionalma gnetventil-Steuersystem dieser Erfindung eine Strombefehl erfassungsschaltung auf, die eine Differentialspannung zwi schen einem Strombefehleingang durch einen Nutzer und einer Referenzspannung erfaßt. Eine Offsetschaltung überträgt den Strombefehl, der durch die Strombefehlerfassungsschaltung erfaßt wird, und erzeugt einen Offsetwert, der durch den Nutzer variiert werden kann und verwendet werden kann, um den Strombefehl zu begrenzen, wenn der Strombefehl größer als ein vorbestimmter Pegel ist. Eine Strombefehladdier- und Begrenzungsschaltung ist vorgesehen, die den Strombe fehl und den Offsetwert von der Offsetschaltung addiert und den Strombefehl begrenzt, indem ein festgelegter Wert als Ausgang vorgesehen wird, wenn der Offsetwert verwendet wird, um den Strombefehl zu begrenzen. Eine Stromerfas sungsschaltung ist vorgesehen, die einen Strom erfaßt, der in einem Ventil in der Hauptschaltung fließt. Ein Propor tional-Integral-Regler (auf den sich im folgenden als PI-Regler bezogen wird) nimmt ein Dreiecksimpulssignal auf, das zwischen einem positiven Wert und einem negativen Wert alterniert, und addiert das Ausgangssignal von der Strombe fehladdier- und Begrenzungsschaltung, das Ausgangssignal der Stromerfassungsschaltung und das zweite Dreiecksimpuls signal und verstärkt einen Fehler, der aus den drei Signa len bestimmt wird. Eine Impulsbreitenmodulations-Ver gleichseinrichtung nimmt ein anderes Dreiecksimpulssignal auf und vergleicht dieses mit dem Ausgangssignal des PI-Reglers. Eine Ausgangsschaltung erzeugt ein Schaltsignal, das ein Abtastverhältnis hat, das dem Ausgangssignal der Impulsbreitenmodulations-Vergleichseinrichtung entspricht.

Das Proportionalmagnetventil-Steuersystem weist ferner eine Strombefehlsmodusbestimmungsschaltung auf, die einen Betriebsmodus bestimmt und den Betriebsmodus an der Aus gangsschaltung vorsieht.

Ein Schaltelement nutzt dieses Schaltsignal, um den Öffnungs- oder Schließvorgang des Proportionalventils zu steuern, das mit dem Schaltelement verbunden ist. Auf diese Weise wird die Impulsbreitenmodulation verwendet, um das Proportionalmagnetventil zu steuern, während der Energie verbrauch verringert ist.

Die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nun genauer unter Bezugnahme auf die bei liegenden Zeichnungen beschrieben, in denen

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Proportionalmagnetven til-Steuersystems entsprechend einem bevorzugten Ausfüh rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist,

Fig. 2 ein detailliertes Schaltbild einer Steuerschal tung des Proportionalmagnetventil-Steuersystems entspre chend dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist, und

die Fig. 3 bis 5 graphische Darstellungen des Last stromes über dem Strombefehl bezüglich dem Proportionalma gnetventil-Steuersystem entsprechend dem bevorzugten Aus führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind.

Ein Proportionalmagnetventil-Steuersystem entsprechend einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er findung wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben.

Das Proportionalmagnetventil-Steuersystem entsprechend einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er findung weist eine Hauptschaltung 100 und eine Steuerschal tung 200 auf. Die Hauptschaltung 100 weist einen P-Metall oxid-Halbleiter-Transistor M (PMOS-Transistor im folgen den), ein Proportionalmagnetventil PV und einen Stromerfas sungswiderstand Rs auf.

Insbesondere ist ein Gateanschluß des PMOS-Transistors M mit dem Ausgangsanschluß OUT der Steuerschaltung 200 ver bunden und ein Sourceanschluß des PMOS-Transistors M mit der Speisespannung V_dc verbunden. Eine Zenerdiode ZD in Vorwärtsrichtung und ein Widerstand R sind zwischen den Ga teanschluß und den Sourceanschluß des PMOS-Transistors M parallelgeschaltet.

Das Proportionalmagnetventil PV und ein Stromerfas sungswiderstand Rs sind mit dem Drainanschluß des PMOS-Tran sistors M in Reihe geschaltet. Ebenfalls ist eine Diode D1 in Rückwärtsrichtung mit dem Drainanschluß des PMOS-Tran sistors M verbunden.

Die Steuerschaltung 200 weist eine Energieversorgungs schaltung 10 (nicht gezeigt) auf. Eine Strombefehlerfas sungsschaltung 20 nimmt einen Strombefehl V_CMD und eine Re ferenzspannung V_CMDref als Eingänge auf und gibt ein Signal zu einer Strombefehlsmodusbestimmungsvorrichtung 30 und einer Offsetschaltung 31 aus. Ein Ausgangsanschluß der Strombefehlsmodusbestimmungsvorrichtung 30 ist mit einer Ausgangsschaltung 90 verbunden. Ein Ausgang von der Offset schaltung ist mit einer Strombefehladdier- und Begrenzungs schaltung 32 verbunden.

Ein PI-Regler 70 nimmt ein Ausgangssignal von der Strombefehladdier- und Begrenzungsschaltung 32, ein Aus gangssignal von einer zweiten Dreiecksimpulserzeugungs schaltung 50 und ein Ausgangssignal von einer Stromerfas sungsschaltung 60, die einen Eingang von der Hauptschaltung 100 aufnimmt, auf.

Eine Impulsbreitenmodulations-Vergleichseinrichtung 80 nimmt ein Ausgangssignal vom PI-Regler 70 und einen Ausgang von einer ersten Dreiecksimpulserzeugungsschaltung 40 auf und gibt ein Signal aus, das mit der Ausgangsschaltung 90 in Verbindung steht.

Die Ausgangsschaltung 90 gibt ein Schaltsignal aus, das mit dem Gateanschluß des PMOS-Transistors M der Hauptschal tung 100 in Verbindung steht, um dadurch das Schalten des PMOS-Transistors M zu steuern. Das heißt, daß die Öffnungs- und Schließgeschwindigkeiten des PMOS-Transistors M durch ein Tastverhältnis des Schaltsignals gesteuert werden; ein Strom Ip, der durch einen Drain des PMOS-Transistors M fließt, ist im Verhältnis zu den Öffnungs- und Schließge schwindigkeiten des PMOS-Transistors M bestimmt.

Das Proportionalmagnetventil PV wird entsprechend einem Strom Ip betätigt, der durch den PMOS-Transistor M fließt. Der Öffnungs- und Schließgrad ist zum Proportionalmagnet ventil PV proportional. Der Stromerfassungswiderstand Rs erfaßt den Strom Ip, der im Proportionalmagnetventil PV fließt.

In der Steuerschaltung 200 erfaßt die Strombefehlerfas sungsschaltung 20 den Strombefehl V_CMD als eine Differen tialspannung. Der erfaßte Strombefehl wird an der Offset schaltung 31 und der Strombefehlsmodusbestimmungsvor richtung 30 vorgesehen. Die Strombefehlsmodusbestimmungs vorrichtung 30 bestimmt dem Strombefehlsmodus durch den Strombefehl V_CMD-Eingang und sieht diesen an der Ausgangs schaltung 90 vor.

Es gibt bevorzugt drei Strombefehlsmodi: einen voll ständig geschlossenen Modus, der das Proportionalmagnetven til PV vollständig schließt, ein Proportionalöffnungsmodus, der den Öffnungsgrad des Ventils im Verhältnis zum Betrag des Stromes steuert, und einen vollständig offenen Modus, der das Proportionalmagnetventil PV vollständig öffnet.

Die Offsetschaltung 31 nimmt den Strombefehl, der durch die Strombefehlerfassungsschaltung 20 erfaßt wird, auf und überträgt den Strombefehl zur Strombefehladdier- und Be grenzungsschaltung 32. Die Offsetschaltung 31 bestimmt fer ner, ob der Strombefehl größer als ein vorbestimmter Pegel ist, und gibt einen Offsetwert zur Strombefehladdier- und Begrenzungsschaltung 32 aus, wenn der Strombefehl größer als der vorbestimmte Pegel ist.

Die Strombefehladdier- und Begrenzungsschaltung 32 ad diert den Strombefehl und den Offsetwert von der Offset schaltung 31 und gibt den addierten Wert zum PI-Regler 70 aus. Zu diesem Zeitpunkt begrenzt, wenn der Offsetwert zum Begrenzen des Strombefehls von der Offsetschaltung 31 ein gegeben wird, die Strombefehladdier- und Begrenzungsschal tung 32 den Strombefehl auf den vorbestimmten Pegel, indem der vorbestimmte Wert zum PI-Regler 70 ausgegeben wird.

Die Stromerfassungsschaltung 60 hat einen Eingangsan schluß, der mit dem Stromerfassungswiderstand Rs der Haupt schaltung 100 verbunden ist, und erfaßt den Strom Ip, der im Proportionalmagnetventil PV fließt, als einen Spannungs wert. Die Stromerfassungsschaltung 60 gibt den erfaßten Wert zum PI-Regler 70 aus.

Der PI-Regler 70 nimmt die Ausgangssignale sowohl von der Strombefehladdier- und Begrenzungsschaltung 32 als auch von der zweiten Dreiecksimpulserzeugungsschaltung 50 auf und addiert dann diese zwei Signale und verstärkt diese. Der addierte Wert dieser zwei Signale wird dann mit dem Ausgangssignal der Stromerfassungsschaltung 60 verglichen, um ein Fehlersignal auszubilden, das zur Differenz zwischen dem addierten Signal und dem Ausgangssignal der Erfassungs schaltung 60 proportional ist. Der Ausgang des PI-Reglers 70 wird an der Impulsbreitenmodulationsver gleichseinrichtung 80 vorgesehen.

Das Ausgangssignal der zweiten Dreiecksimpulserzeu gungsschaltung 50 ist eine Dreiecksimpulswelle, die zwi schen einem positiven Maximalwert und einem negativen Mini malwert alterniert, das heißt ein Spitze-Spitze-Wert. Diese Dreiecksimpulswelle verringert einen dynamischen Reibungs koeffizienten.

Die Impulsbreitenmodulationsvergleichseinrichtung 80 nimmt die Ausgangssignale sowohl vom PI-Regler 70 als auch von der ersten Dreiecksimpulserzeugungsschaltung 49 auf und vergleicht diese. Das Ausgangssignal der ersten Dreiecksim pulserzeugungsschaltung 40 ist eine Dreiecksimpulswelle, die zwischen dem positiven Maximalwert und dem Grundlinien wert 0 alterniert. Diese Dreiecksimpulswelle wird verwen det, um den Energieverbrauch zu verringern. Das Ausgangssi gnal der Impulsbreitenmodulationsvergleichseinrichtung 80 ist ähnlich einer Rechteckimpulswelle, deren Impulsbreite entsprechend dem Ausgangspegel des PI-Reglers 70 bestimmt ist. Das Ausgangssignal der Impulsbreitenmodulationsver gleichseinrichtung 80 wird an der Ausgangsschaltung 90 vor gesehen.

Die Ausgangsschaltung 90 nimmt das Ausgangssignal so wohl von der Strombefehlsmodusbestimmungsvorrichtung 30 als auch von der Impulsbreitenmodulationsvergleichseinrichtung 80 auf. Entsprechend einem Modus, der durch die Strombe fehlsmodusbestimmungsvorrichtung 30 bestimmt ist, erzeugt die Ausgangsschaltung 90 ein Schaltsignal, das dem Aus gangssignal der Impulsbreitenmodulationsver gleichseinrichtung 80 entspricht. Das erzeugte Schaltsignal wird an dem Gateanschluß des PMOS-Transistors M der Haupt schaltung 100 angelegt.

Der detaillierte Aufbau und der Betrieb der Steuer schaltung 100 werden nun unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 5 beschrieben. Obwohl eine Steuerschaltung gewöhnlich eine Energieversorgungsschaltung aufweist, ist aus Gründen der Einfachheit dieser Aspekt der Schaltung nicht gezeigt.

Wie es in Fig. 2 gezeigt ist, weist die Strombefehler fassungsschaltung 20 einen Operationsverstärker 201 und Wi derstände R201 bis R204 auf, die die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 201 bestimmen.

Der Operationsverstärker 201 arbeitet als Differential verstärker. Der äußere Strombefehl V_CMD ist an den nichtin vertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 201 angelegt; die innere Referenzspannung V_CMDref ist an den invertierenden Eingangsanschluß angelegt. Der Operations verstärker 201 verstärkt somit nichtinvertierend den Strom befehl V_CMD.

Die Strombefehlbestimmungsvorrichtung 30 weist einen Operationsverstärker 302, dessen nichtinvertierender Ein gang mit dem Ausgang der Strombefehlerfassungsschaltung 20 verbunden ist, und einen Operationsverstärker 301 auf, des sen invertierender Eingang mit dem Ausgang der Strombefehl erfassungsschaltung 20 verbunden ist. Außerdem weist die Strombefehlsmodusbestimmungsvorrichtung 30 ferner einen Operationsverstärker 303 auf, dessen invertierender Eingang mit dem Ausgang der Strombefehlerfassungsschaltung 60 ver bunden ist.

Eine Referenzspannung V_ref ist an den nichtinvertieren den Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 301 ange legt; Widerstände R301 und R302 zum Teilen der Spannung sind mit den invertierenden Eingangsanschluß des Verstär kers 301 verbunden.

Der invertierende Eingangsanschluß des Verstärkers 302 ist mit einer Kontaktstelle zwischen den Widerständen R301 und R302, die die Referenzspannung V_ref teilen, verbunden.

Die Referenzspannung V_ref ist an den nichtinvertieren den Eingangsanschluß des Verstärkers 303 angelegt. Eine Kontaktstelle zwischen den Widerständen R306 und R307 zum Teilen der Ausgangsspannung ist mit dem invertierenden Ein gangsanschluß des Verstärkers 303 verbunden.

Die Verstärker 301, 302 und 303 arbeiten als Ver gleichseinrichtung. Das heißt, daß der Verstärker 301 die Spannung des invertierenden Eingangsanschlusses mit der Re ferenzspannung V_ref des nichtinvertierenden Eingangsan schlusses vergleicht, der Verstärker 302 eine Spannung V1 des invertierenden Eingangsanschlusses mit dem Strombefehl des nichtinvertierenden Eingangsanschlusses vergleicht und der Verstärker 303 den Ausgang der Stromerfassungsschaltung 60, die mit seinem invertierenden Eingangsanschluß verbun den ist, mit einer Spannung des nichtinvertierenden Ein gangsanschlusses vergleicht. Die Ausgangssignale der Ver stärker 301, 302 und 303 werden in einem Knoten addiert und an der Ausgangsschaltung 90 vorgesehen.

Die Offsetschaltung 31 weist einen Operationsverstärker 311, dessen nichtinvertierender Eingang mit dem Ausgangssi gnal des Strombefehlerfassungsschaltung 20 verbunden ist, einen Operationsverstärker 312, dessen nichtinvertierender Eingang mit dem Ausgangssignal der Strombefehlerfassungs schaltung 20 über einen Regelwiderstand VR311 verbunden ist, und einen Operationsverstärker 313, dessen nichtinver tierender Eingang mit dem Ausgang des Verstärkers 311 über einen Transistor Q31 verbunden ist, auf.

Der invertierende Eingangsanschluß des Verstärkers 311 ist mit einer Kontaktstelle zwischen den Widerständen R311 und R312 verbunden, um die Referenzspannung V_ref zu teilen. Der Widerstand R313 und eine Basis des Transistors Q31 sind mit dem Ausgangsanschluß des Verstärkers 311 verbunden.

Da der invertierende Eingangsanschluß, der mit dem Re gelwiderstand VR311 verbunden ist, und der Ausgangsanschluß des Verstärkers 312 miteinander verbunden sind, arbeitet der Verstärker 312 als Spannungsfolger. Der Ausgangsan schluß des Verstärkers 312 ist ferner mit der Strombefehl addier- und Begrenzungsschaltung 32 verbunden.

Der Verstärker 311 arbeitet als eine Vergleichseinrich tung. Wenn der Ausgang der Strombefehlerfassungsschaltung 20 größer als eine Spannung V2 des invertierenden Eingangs anschlusses des Verstärkers 311 ist, gibt der Verstärker 311 ein hochpegeliges Signal aus, das den Transistor Q31 einschaltet.

Der Verstärker 312 gibt das Ausgangssignal der Strombe fehlerfassungsschaltung 20, das durch den Regelwiderstand VR311 geht, zur Strombefehladdier- und Begrenzungsschal tung 32 als einen COMM-Befehl aus.

Der Verstärker 313 gibt während einer Ausschaltzeit des Transistors Q31 eine Spannung V0, die durch den Regelwider stand VR312 bestimmt wird, zur Strombefehladdier- und Be grenzungsschaltung 32 als einen Offsetwert OFFS aus. Wenn ein Transistor Q31 eingeschaltet ist, gibt der Verstärker 313 eine Referenzspannung V_ref zur Strombefehladdier- und Begrenzungsschaltung 32 als einen Offsetwert OFFS aus.

Ein Nutzer kann den Offsetwert durch den Regelwider stand VR312 steuern. Wie es in Fig. 3 gezeigt ist, kann der Laststrom Ip, der dem Strombefehl V_CMD entspricht, durch das Steuern des Offsetwertes geändert werden.

Die Strombefehladdier- und Begrenzungsschaltung 32 weist einen Operationsverstärker 321 auf, dessen invertie render Eingangsanschluß mit dem Befehlssignal COMM und dem Offsetausgang OFFS von der Offsetschaltung 31 verbunden ist. Ein Operationsverstärker 322 ist ebenfalls vorgesehen, dessen Ausgangsanschluß mit einer Diode D32 verbunden ist und dessen nichtinvertierender Eingangsanschluß mit dem Ausgangsanschluß des Verstärkers 321 verbunden ist. Die Wi derstände R321 bis R328 und die Referenzspannung V_ref ver ursachen, daß der Verstärker 321 als Addiereinrichtung ar beitet, und bewirken, daß der Verstärker 322 als eine Ver gleichseinrichtung arbeitet.

Der Verstärker 321 arbeitet als eine Addiereinrichtung, um den Signaleingang zu seinem invertierenden Anschluß zu addieren. Wenn ein beliebiges Signal, das mit dem invertie renden Anschluß des Verstärkers 321 verbunden ist, größer als ein vorbestimmter Pegel ist, wird die Diode D32 einge schaltet, so daß die Spannung, die in den Verstärker 321 eingegeben wird, begrenzt ist.

Das heißt, daß, wenn die Spannung des invertierenden Anschlusses des Verstärkers 321 größer als die des Aus gangsanschlusses ist, die Diode D32 eingeschaltet wird, so daß der invertierende Anschluß des Verstärkers 321 die Aus gangsspannung des Verstärkers 322 anlegt. Das Ausgangssi gnal des Verstärkers 321 wird am PI-Regler 70 vorgesehen.

Die Fig. 3 bis 5 sind graphische Darstellungen des Laststromes Ip über dem Strombefehl V_CMD, die die Änderung des Laststromes Ip darstellen, die den Spannungen V0, V1 und V2 sowohl der Strombefehlsmodusbestimmungsvorrichtung 30 als auch der Offsetschaltung 31 entspricht.

Fig. 3 zeigt den Laststrom Ip, wenn eine Spannung V1 der Strombefehlsmodusbestimmungsvorrichtung 30 CMD1 ist und eine Spannung V2 der Offsetschaltung 31 CMD2 ist. Fig. 4 zeigt den Laststrom Ip, wenn die Spannung V1 der Strombe fehlsmodusbestimmungsvorrichtung 30 CMD1 und die Spannung V2 der Offsetschaltung 31 CMDmax ist. Fig. 5 zeigt den Laststrom Ip, wenn die Spannung V1 der Strombefehlsmodusbe stimmungsvorrichtung 30 Null ist und die Spannung V2 der Offsetschaltung 31 CMDmax ist.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 3 bis 5 kann der Last strom Ip gesteuert werden, indem die Spannungen V0, V1 und V2 sowohl der Strombefehlsmodusbestimmungsvorrichtung 30 als auch der Offsetschaltung 31 eingestellt werden. Die Spannung V0 bis V2 können gesteuert werden, indem jeder Wi derstandswert eines Regelwiderstandes VR132 und der zwei Paare von Widerständen R306 und R307, R311 und R312 geän dert wird.

Unter erneuter Bezugnahme auf Fig. 2 weist die Stromer fassungsschaltung 60 einen Operationsverstärker 601, dessen nichtinvertierender Eingang mit dem Stromerfassungswider stand Rs der Hauptschaltung 100 verbunden ist, und Wider stände R601 bis R604 auf, die verursachen, daß der Verstär ker 601 als nichtinvertierender Verstärker arbeitet.

Der Verstärker 601 erfaßt einen Strom, der im Stromer fassungswiderstand Rs fließt, verstärkt (nicht invertie rend) das Eingangssignal und gibt dieses Signal zum PI-Reg ler 70 aus.

Der PI-Regler 70 weist einen Operationsverstärker 701 auf, dessen invertierender Anschluß mit den Ausgangssigna len von der Stromerfassungsschaltung 60, der Strombefehlad dier- und Begrenzungsschaltung 32 und der zweiten Dreiecks impulserzeugungsschaltung 50 verbunden ist. Der PI-Regler 70 weist ebenfalls Widerstände R701 bis R705, die bewirken, daß der Verstärker 701 als eine Addiereinrichtung arbeitet, und einen Kondensator C70 auf, der die Wechselstromkompo nente (AC Komponente) beseitigt und zwischen den invertie renden Anschluß und des Ausgangsanschluß des Verstärkers 701 geschaltet ist.

Der Verstärker 601 der Stromerfassungsschaltung 60 ver stärkt das Eingangssignal nichtinvertierend; der Verstärker 321 der Strombefehladdier- und Begrenzungsschaltung 32 ver stärkt das Eingangssignal invertierend. Der Verstärker 701, der als eine Addiereinrichtung arbeitet, addiert das Aus gangssignal der Strombefehladdier- und Begrenzungsschaltung 32 zum Ausgangssignal der Stromerfassungsschaltung 60, so daß ein Fehler zwischen den zwei Ausgangssignalen erfaßt wird. Dieser Fehler zwischen dem Strombefehl V_CMD und dem Ist-Laststrom Ip wird durch andere Schaltungen ausgegli chen, die mit dem Ausgang des PI-Reglers 70 verbunden sind, so daß der Laststrom Ip entsprechend dem Strombefehl kon stant aufrechterhalten wird. Das Ausgangssignal des Ver stärkers 701 wird an der Impulsbreitenmodulationsver gleichseinrichtung 80 vorgesehen.

Das Ausgangssignal der zweiten Dreiecksimpulserzeu gungsschaltung 50 ist eine Dreiecksimpulswelle, die zwi schen einem positiven Spitzenwert und einem negativen Spit zenwert alterniert, das heißt ein Spitze-Spitze-Wert. Eine solche Dreiecksimpulswelle sieht bei einem Ein/Aus-Betrieb eines Ventils eine Vibration vor, um einen dynamischen Rei bungskoeffizienten zu verringern.

Die Impulsbreitenmodulationsvergleichseinrichtung 80 weist einen Operationsverstärker 81 auf, dessen nichtinver tierender Anschluß mit dem Ausgangssignal des PI-Reglers 70 verbunden ist und dessen invertierender Anschluß mit dem Ausgangssignal der ersten Dreiecksimpulserzeugungsschaltung 40 verbunden ist.

Der Verstärker 81 arbeitet als eine Vergleichseinrich tung, um die Spannung, die an den nichtinvertierenden An schluß des Verstärkers 81 angelegt ist, mit dem Dreiecksim puls zu vergleichen, der von der ersten Dreiecksimpulswel lenerzeugungsschaltung 40 vorgesehen wird und zwischen einem positiven Spitzenwert und einem negativen Spitzenwert alterniert.

Dementsprechend ist das Ausgangssignal des Verstärkers 81 ähnlich einer Rechteckimpulswelle, wobei die Impuls breite von dieser zu einem Spannungspegel umgekehrt propor tional ist, der an den nichtinvertierenden Anschluß des Verstärkers 81 angelegt ist. Das Impulssignal des Verstär kers 81 wird an der Ausgangsschaltung 90 vorgesehen.

Die Ausgangsschaltung 90 weist einen Transistor Q90 auf, dessen Basisanschluß mit einem Knoten zwischen dem Ausgangssignal der Strombefehlsmodusbestimmungsvorrichtung 30 und dem Ausgangssignal der Impulsbreitenmodulationsver gleichseinrichtung 80 verbunden ist. Der Emitteranschluß des Transistors Q90 ist mit einer negativen Spannungsver sorgung verbunden und der Kollektoranschluß mit der Haupt schaltung 100.

Der Transistor Q90 wird durch den Impuls, der an den Basisanschluß von diesem angelegt ist, betrieben und wird durch die positive Spannung als ein Impuls eingeschaltet. Wenn der Transistor Q90 eingeschaltet ist, wird durch einen Gateanschluß des Transistors Q90 die negative Energie am Gateanschluß des Transistors M der Hauptschaltung 100 vor gesehen. Der Transistor M wird durch eine negative Gate spannung eingeschaltet und legt eine Versorgungsspannung V_dc an ein Ventil PV an.

Somit werden das Ein/Aus-Zeitverhalten und der Betrieb des Transistors Q90 durch das Ausgangssignal von der Im pulsbreitenmodulationsvergleichseinrichtung 80 bestimmt. Außerdem ist das Ein/Aus-Tastverhältnis des Transistors Q90 gleich dem des Transistors M, der den Laststrom Ip be stimmt.

Gemäß Vorbeschreibung ist ein Proportionalmagnetventil- Steuersystem auf eine hydraulische Schaltung anwendbar, um ein Wegeventil zu steuern, das dazu in der Lage ist, einen Laststrom, der durch das Proportionalmagnetventil fließt, entsprechend einem Strombefehl genau zu steuern.

Es ist verständlich, daß zahlreiche andere Abwandlungen für den Fachmann offensichtlich sind und schnell ausgeführt werden können, ohne daß vom Geltungsbereich und Wesen die ser Erfindung abgewichen wird. Dementsprechend ist es nicht beabsichtigt, daß der Geltungsbereich der beiliegenden An sprüche auf die hier angeführte Beschreibung begrenzt ist, statt dessen können die Ansprüche alle Merkmale patentier barer Neuheit aufweisen, die in der vorliegenden Erfindung vorliegen, einschließlich aller Merkmale, die durch den Fachmann bezüglich dieser Erfindung als äquivalent behan delt werden.

Ein Proportionalmagnetventil-Steuersystem ist auf Ein wegventile zahlreicher Systeme anwendbar, zum Beispiel auf ein hydraulisches System einer Schwerlastvorrichtung, ein Automatikgetriebesystem und ein Kraftstoffeinspritzsystem eines Fahrzeugs, und steuert genau einen Laststrom, der in einem Proportionalmagnetventil fließt, entsprechend einem Strombefehl. Das Proportionalmagnetventil-Steuersystem weist eine Hauptschaltung, die sich aus einem Schalttran sistor, einem Proportionalmagnetventil und einem Stromer fassungswiderstand zusammensetzt, und eine Steuerschaltung auf, die sich aus einer Strombefehlerfassungsschaltung, einer Offsetschaltung, einer Strombefehlbegrenzungsschal tung, einer Stromerfassungsschaltung, einem Proportional- Integral-Regler, einer Impulsbreitenmodulationsver gleichseinrichtung und einer Ausgangsschaltung zusammen setzt.

Claims

1. Proportionalmagnetventil-Steuersystem, das aufweist:
eine Strombefehlerfassungsschaltung (20) zum Erfassen einer Differentialspannung zwischen einer Eingangsspannung (V_CMD) und einer Referenzspannung (V_CMDref) und Erzeugen eines Strombefehlausgangssignals,
eine Offsetschaltung (31), die das Strombefehlausgangs signal von der Strombefehlerfassungsschaltung (20) aufnimmt und ein Offsetsignal entsprechend einem Offsetwert, der durch den Nutzer geändert werden kann, erzeugt,
eine Strombefehlbegrenzungsschaltung (32), die das Strombefehlausgangssignal und das Offsetsignal aufnimmt und einen begrenzten Ausgangsstrom erzeugt, der auf einen fest gelegten Wert eingestellt ist, wenn das Offsetsignal größer als das Strombefehlausgangssignal ist, und gleich dem Strombefehlausgangssignal eingestellt ist, wenn das Offset signal nicht größer als das Strombefehlausgangssignal ist,
eine Stromerfassungsschaltung (60) zum Erfassen eines Stromes, der in einem Proportionalmagnetventil (PV) fließt, und Erzeugen eines Magnetstromsignals,
einen Proportional-Integral-Regler (70), der ein erstes Dreiecksimpulssignal, das zwischen einem positiven Wert und einem negativen Wert alterniert, den begrenzten Ausgangs strom und das Magnetstromsignal aufnimmt und ein Fehlersi gnal ausbildet,
eine Impulsbreitenmodulations-Vergleichseinrichtung (80), die ein zweites Dreiecksimpulssignal und das Fehler signal aufnimmt, um ein Impulsbreitenausgangssignal auszu bilden, und
eine Ausgangsschaltung (90), die ein Schaltsignal mit einem Tastverhältnis erzeugt, das dem Impulsbreitenaus gangssignal entspricht.

2. Proportionalmagnetventil-Steuersystem nach Anspruch 1, das ferner aufweist:
eine Strombefehlsmodusbestimmungsschaltung (30), die zwischen die Strombefehlerfassungsschaltung (20) und die Ausgangsschaltung (90) geschaltet ist und einen Betriebsmo dus des Strombefehlausgangssignal bestimmt und den Be triebsmodus an der Ausgangsschaltung (90) vorsieht.

3. Proportionalmagnetventil-Steuersystem nach Anspruch 2, bei dem die Strombefehlsmodusbestimmungsschaltung (30) angeordnet ist, um einen von drei Modi zu bestimmen, wobei die drei Modi beinhalten: einen vollständig geschlossenen Modus, der ein Proportionalmagnetventil (PV) vollständig schließt, einen Proportionalöffnungsmodus, der einen Öff nungsgrad des Proportionalmagnetventils (PV) im Verhältnis zu einer Stromgröße steuert, und einen vollständig offenen Modus, der das Proportionalmagnetventil (PV) vollständig öffnet.

4. Proportionalmagnetventil-Steuersystem nach Anspruch 1, bei dem die Strombefehlerfassungsschaltung (20) einen Operationsverstärker (201) aufweist, um die Differential spannung zwischen dem Strombefehl (V_CMD) und der Referenz spannung (V_CMDref), die von außen eingegeben werden, zu verstärken.

5. Proportionalmagnetventil-Steuersystem nach Anspruch 1, wobei die Offsetschaltung (31) aufweist:
einen ersten Operationsverstärker (312), der als Span nungsfolger arbeitet, um das Strombefehlausgangssignal von der Strombefehlerfassungsschaltung (20) zur Strombefehlbe grenzungsschaltung (32) zu übertragen,
einen zweiten Operationsverstärker (311), der das Strombefehlausgangssignal von der Strombefehlerfassungs schaltung (20) mit einer vorbestimmten Referenzspannung vergleicht und ein hochpegeliges Signal erzeugt, wenn der Strombefehl größer als die vorbestimmte Referenzspannung ist,
einen dritten Operationsverstärker (313), der als Span nungsfolger arbeitet, um den Offsetwert (OFFS) an der Strombefehlbegrenzungsschaltung (32) vorzusehen, und
einen Transistor (Q31) der zwischen den ersten Operati onsverstärker und den dritten Operationsverstärker (313) geschaltet ist, um einen vorbestimmten Offsetwert anzule gen, damit das Strombefehlausgangssignal an der Strombe fehlbegrenzungsschaltung (32) begrenzt wird.

6. Proportionalmagnetventil-Steuersystem nach Anspruch 1, bei dem die Strombefehlbegrenzungsschaltung (32) auf weist:
einen ersten Operationsverstärker (321), der als Ad diereinrichtung arbeitet, um das Strombefehlausgangssignal (COMM) und den Offsetwert (OFFS) zu addieren, die von der Offsetschaltung (21) ausgegeben werden,
einen zweiten Operationsverstärker (322), der ein Aus gangssignal des ersten Operationsverstärkers (321) mit der vorbestimmten Referenzspannung vergleicht und ein Ausgangs signal an einen invertierenden Anschluß des ersten Operati onsverstärkers (321) anlegt, und
eine Diode (D32), die zwischen dem invertierenden An schluß des ersten Operationsverstärkers (321) und den Aus gangsanschluß des zweiten Operationsverstärkers (322) ge schaltet ist, in Vorwärtsrichtung, um ein Ausgangssignal des zweiten Operationsverstärkers (322) an den invertieren den Anschluß des ersten Operationsverstärkers (321) anzule gen, wenn eine Spannung des invertierenden Anschlusses des ersten Operationsverstärkers (321) größer als die des Aus gangsanschlusses des zweiten Operationsverstärkers (322) ist.

7. Proportionalmagnetventil-Steuersystem nach Anspruch 6, bei dem:
der erste Operationsverstärker (321) ein Signal, das in den ersten Operationsverstärker (321) eingegeben wird, in vertierend verstärkt und die Spannung des invertierenden Anschlusses des ersten Operationsverstärkers (321) gleich zeitig addiert.

8. Proportionalmagnetventil-Steuersystem nach Anspruch 1, bei dem die Stromerfassungsschaltung (60) aufweist:
einen Operationsverstärker (601), der einen Laststrom verstärkt, der durch einen Stromerfassungswiderstandmeß strom erfaßt wird, der durch den Proportionalwiderstand (Rs) fließt, und ein Ausgangssignal am Proportional-Inte gral-Regler (70) vorsieht.

9. Proportionalmagnetventil-Steuersystem nach Anspruch 1, bei dem der Proportional-Integral-Regler (70) einen Ope rationsverstärker (701) zum Addieren der drei Signale auf weist.

10. Proportionalmagnetventil-Steuersystem nach Anspruch 4, bei dem die Offsetschaltung (31) aufweist:
einen ersten Operationsverstärker (312), der als Span nungsfolger arbeitet, zum Übertragen des Strombefehlaus gangssignals von der Strombefehlerfassungsschaltung (20) zur Strombefehlbegrenzungsschaltung (32);
einen zweiten Operationsverstärker (311), der das Strombefehlausgangssignal von der Strombefehlerfassungs schaltung (20) mit einer vorbestimmten Referenzspannung vergleicht und ein hochpegeliges Signal erzeugt, wenn der Strombefehl größer als die vorbestimmte Referenzspannung ist,
einen dritten Operationsverstärker (313), der als Span nungsfolger arbeitet, um den Offsetwert (OFFS) an der Strombefehlbegrenzungsschaltung (32) vorzusehen, und
einen Transistor (Q31), der zwischen den ersten Opera tionsverstärker und den dritten Operationsverstärker (313) geschaltet ist, um einen vorbestimmten Offsetwert anzule gen, damit das Strombefehlausgangssignal an der Strombe fehlbegrenzungsschaltung (32) begrenzt wird.

11. Proportionalmagnetventil-Steuersystem, das auf weist:
ein Proportionalventil (PV),
eine Stromerfassungsschaltung (60), die einen Strom, der im Proportionalmagnetventil (PV) fließt, erfaßt und ein Magnetstromsignal erzeugt,
einen Proportional-Integral-Regler (70), der ein erstes Dreiecksimpulssignal, das zwischen einem positiven Wert und einem negativen Wert alterniert, und das Magnetstromsignal aufnimmt und ein Fehlersignal ausbildet,
eine Impulsbreitenmodulationsvergleichseinrichtung (80), die ein zweites Dreiecksimpulssignal und das Fehler signal aufnimmt und vergleicht, um ein Impulsbreitenaus gangssignal auszubilden, und
eine Ausgangsschaltung (90), die ein Schaltsignal mit einem Tastverhältnis erzeugt, das dem Impulsbreitenaus gangssignal entspricht, um das Proportionalventil (PV) zu steuern.

12. Proportionalmagnetventil-Steuersystem nach Anspruch 11, bei dem:
der Proportional-Integral-Regler (70) ferner ein Strom befehlausgangssignal aufnimmt, das einem Strombefehl, der an das Proportionalventil (PV) angelegt werden soll, ent spricht, und das Strombefehlausgangssignal verwendet, um das Fehlersignal auszubilden.

13. Proportionalmagnetventil-Steuersystem nach Anspruch 12, bei dem:
das Strombefehlausgangssignal entsprechend einer Diffe rentialspannung zwischen einer Eingangsspannung und einer Referenzspannung eingestellt wird.

14. Proportionalmagnetventil-Steuersystem nach Anspruch 12, bei dem:
das Strombefehlausgangssignal als der kleinere Wert aus seinem eigenen Wert und einem Offsetwert, der durch den Nutzer geändert werden kann, eingestellt wird.