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