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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1, d.h. eine Anordnung mit einem oder mehreren
hydraulischen Stellgliedern.
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Derartige
Anordnungen kommen beispielsweise, aber bei weitem nicht ausschließlich in
Automatikgetrieben von Kraftfahrzeugen zum Einsatz; die hydraulischen
Stellglieder werden hierbei zum Aufbauen und/oder Halten von Drücken oder
Differenzdrücken
benötigt.
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Es
ist bekannt, hydraulische Stellglieder als Magnetventile zu realisieren.
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Die
Betätigung
von Magnetventilen wird, wie die Bezeichnung schon andeutet, durch
die Aktivierung bzw. Deaktivierung eines im Ventil vorgesehenen
(Elektro-)Magneten bewerkstelligt. Die Aktivierung und Deaktivierung
des Elektromagneten, 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 Abschalten des Stromes kehren der Anker und mit diesem auch
das Verschlußorgan
in eine definierte Ausgangsstellung zurück.
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Die
Magnetventile werden durch ein in der Anordnung enthaltenes 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 Steuergerätes im Kraftfahrzeug und macht
die Anordnung kompliziert und unhandlich.
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Aus
der
DE 196 32 807
A1 ist ein Verfahren zur Steuerung einer im Antriebsstrang
eines Kraftfahrzeuges zwischen einem Antriebsmotor und einem Stufengetriebe
angeordneten Kupplung bekannt, wobei mehrer hydraulische Stellglieder
vorgesehen sind. Beim Auftreten eines Fehlers in einer Steuereinheit
ist vorgesehen, die Kupplung unter Vermittlung eines als elektromagnetisch
bestätigtes, bistabiles
Schaltventil ausgebildeten Vorwahlventils zu halten oder zu schließen.
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Aus
der
DE 41 93 777 A1 ist
eine durch ein bistabiles Magnetventil gesteuertes Servoventil für flüssige und
gasförmige
Medien bekannt. Durch einen Öffnungsimpuls
wird ein Kopfstück
des Magnetventils magnetisiert und eine Magnetanker angezogen. Ein
Schließimpuls
hebt die Magnetisierung des Ankers auf und der Anker fällt aufgrund
seines Eigengewichtes ab und das Magnetventils schließt.
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Aus
der
DE 38 19 761 ist
eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs
1 bekannt. Die Anordnung umfasst mehrere einen Fluiddurchsatz steuernde
bistabile Magnetventile, die mittels einer Zentraleinheit über einen
Mikroprozessor und einen Magnetventiltreiber angesteuert werden.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Anordnung
gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1 derart weiterzubilden, daß der zur Ansteuerung der hydraulischen
Stellglieder zu treibende Aufwand auf ein Minimum reduzierbar ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das
im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 beanspruchte Merkmal
gelöst.
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Demnach
ist neben der Verwendung von bistabilen Magnetventilen zur Realisierung
der hydraulischen Stellglieder, welche anders als die herkömmlich verwendeten "normalen" Magnetventile – nicht dauerhaft,
sondern jeweils nur kurzfristig (impulsartig) bestromt werden müssen, vorgesehen,
dass das Steuergerät
nur noch die Setz- bzw. Rücksetzimpulse
zur Magnetventil-Ansteuerung liefert. Hierduch ist eine Verkleinerung
der die Leistungsendstufen enthaltenden Einheit und eine Verringerung
der darin erzeugten Wärme
erzielbar, da die Leistungsendstufe(n) außerhalb dieser Einheit in Magnetventilnähe angeordnet
werden können.
Da eine genau gleichzeitige Betätigung
der bistabilen Magnetventile nicht erforderlich ist, können die
Setz- und Rücksetzimpulse
sequentiell übertragen
werden, was den Vorteil eröffnet,
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 zwischen 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.
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Die
zur Magnetventil-Ansteuerung vorzusehenden Leistungsendstufen müssen nur
jeweils kurzzeitig betrieben werden müssen, wodurch sie für nur kurzzeitig
hohe Leistungen ausgelegt werden können (müssen) und – unabhängig davon – insgesamt erheblich weniger
Wärmeenergie
erzeugen.
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Dadurch
kann die die Leistungsendstufen üblicherweise
enthaltende Einheit (im Fall von Kraftfahrzeugen das Steuergerät) erheblich
kleiner und einfacher aufgebaut werden als es bisher der Fall ist.
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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 Leistungsendstufe 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
durchführbar,
weil diese jeweils nur kurzzeitig, also in sehr schneller Aufeinanderfolge
bestromt werden müssen
bzw. können.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme
auf die Zeichnung näher
beschrieben. Es zeigen
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1 ein
Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Anordnung, und
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2 einen
möglichen
inneren Aufbau der Anordnung gemäß 1.
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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 beliebiger anderer Vorrichtungen sein.
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Die
hydraulischen Stellglieder dienen im betrachteten Beispiel dazu,
einen Druck oder einen Differenzdruck aufzubauen und/oder zu halten.
Auch hierauf besteht jedoch keine Einschränkung. Die hydraulischen Stellglieder
können
auch für
beliebige andere Zwecke eingesetzt werden.
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Bei
der Anordnung gemäß 1 sind 2n-1 hydraulische Stellglieder 3-1, 3-2,
... 3-2n-1 vorgesehen. Sie sind
Bestandteil eines Getriebes 3 (eines Automatikgetriebes
eines Kraftfahrzeuges) und werden durch ein elektronisches Getriebesteuergerät (EGS) 1 und
eine diesem nachgeschaltete Magnetventil-Ansteuereinheit 2 angesteuert
und betätigt.
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Die
hydraulischen Stellglieder 3-1, 3-2, ... 3-2n-1 weisen die Besonderheit auf, daß sie unter Verwendung
bistabiler Magnetventile realisiert sind.
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Magnetventile
im allgemeinen beinhalten, wie eingangs bereits erläutert wurde,
einen Elektromagneten, durch welchen ein Anker und das mit diesem
in Verbindung stehende Verschlußorgan
des Ventils in gewünschter
Weise bewegbar sind.
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Bistabile
Magnetventile haben, wie die Bezeichnung schon andeutet, zwei stabile
Schaltstellungen. Werden durch diese Schaltstellungen der die Ein-
und/oder Ausgänge
des Ventils verbindende Zustand desselben und der die Ein- und/oder
Ausgänge 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
werden. 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.
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Anders
als bei herkömmlichen,
d.h. nicht unter Verwendung von bistabilen Magnetventilen realisierten
hydraulischen Stellgliedern müssen
die erfindungsgemäßen, d.h.
unter Verwendung von bistabilen Magnetventilen realisierten hydraulischen
Stellglieder nur jeweils kurzzeitig bestromt werden.
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Dies
erweist sich in mehrfacher Hinsicht als vorteilhaft:
- – die
zur Stellgliedbetätigung
benötigte
Energie ist niedriger,
- – die
durch die Stellgliedbetätigung
verursachte Wärmeentwicklung
ist geringer,
- – die
Leistungsendstufen zur Stellgliedbetätigung, die Zuleitungen zu
diesen sowie die Verbindungen zwischen diesen und den Stellgliedern
müssen "nur" für kurzzeitig
hohe Belastungen ausgelegt werden, und
- – die
in der Nachbarschaft zu den Leistungsendstufen vorgesehenen Teile
können
für geringere thermische
Belastungen ausgelegt werden.
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Zusätzlich,
aber grundsätzlich
völlig
unabhängig
hiervon läßt sich
eine bistabile Magnetventile als hydraulische Stellglieder enthaltende
Anordnung vorteilhafter aufbauen als dies bei einer Anordnung mit
herkömmlichen
hydraulischen Stellgliedern getan werden kann.
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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 zugeordneten Stellglieder gleichzeitig oder sequentiell
betätigbar
sind. Die sequentielle Betätigung
von bistabilen Magnetventilen kann eine quasi gleichzeitige Betätigung derselben
sein, weil diese jeweils nur kurzzeitig, also in sehr schneller
Aufeinanderfolge bestromt werden müssen bzw. können.
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Die
Leistungsendstufen können
auch aus dem Getriebesteuergerät,
in dem sie sich bisher stets befanden, herausgenommen und außerhalb
desselben in der Nähe
der dadurch anzusteuernden bistabilen Magnetventile angeordnet werden.
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Genau
dieser Fall ist in der 1 veranschaulicht. Die (in der 1 nicht
gezeigten) Leistungsendstufen sind dort in der (bislang nicht vorgesehenen)
Magnetventil-Ansteuereinheit 2 untergebracht.
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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 enthaltene(n) Leistungsendstufen(n) zur entsprechenden Ansteuerung
des jeweils zu betätigenden
Magnetventils.
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Natürlich kann
auch in diesem Fall, d.h. wenn die Leistungsendstufen entgegen der
bisherigen Praxis außerhalb
des Getriebesteuergerätes
angeordnet sind, vorgesehen werden, für mehrere oder alle Magnetventile
nur einige oder einige wenige gemeinsame Leistungsendstufen zu verwenden.
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Das
Vorsehen der Leistungsendstufe(n) außerhalb des Getriebesteuergerätes 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.
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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,
... 3-2n-1 für hohe Leistungen ausgelegt
werden; der Kabelbaumabschnitt zwischen dem Getriebesteuergerät 1 und
der Magnetventil-Ansteuereinheit 2 kann für geringere
Leistungen ausgelegt, also relativ schwächer (kleinerer Leitungsquerschnitt)
dimensioniert werden.
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Abgesehen
davon kann, wie in der 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.
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Wie
aus der 1 ersichtlich ist, sind zwischen
der Getriebesteuereinheit 1 und der Magnetventil-Ansteuereinheit 2 nur
n Steuerleitungen S1, S2, ... Sn vorzusehen, um die 2n-1 Magnetventile über zwischen
der Magnetventil-Ansteuereinheit 2 und dem Getriebe 3 vorgesehene 2n-1 Steuerleitungen SS1, SS2, ... SS2n-1 anzusteuern.
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Über die
n Steuerleitungen S1, S2, ... n können in digital arbeitenden
Systemen 2n verschiedene Signalkombinationen übertragen
werden. Diese Anzahl von Signalkombinationen reicht genau aus, um die 2n-1 Magnetventile selektiv ansteuern
zu können. Die
Logikschaltung, die zur Dekodierung der über die Steuerleitungen S1,
S2, ... Sn übertragenen
Signalkombinationen erforderlich ist, ist in der Magnetventil-Ansteuereinheit 2 enthalten.
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Dies
wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 2 erläutert, in
welcher ein möglicher
innerer Aufbau der in der 1 gezeigten
Anordnung veranschaulicht ist.
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Bei
der in der 2 gezeigten Anordnung wurde
der Übersichtlichkeit
halber der Wert "2" für die in
der 1 verwendete Variable "n" gewählt. D.h.,
- – das
Getriebe 3 enthält
drei anzusteuernde bistabile Magnetventile 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 Steuerleitungen SS1,
SS2 und SS3 mit dem Getriebe 3, genauer gesagt den darin
enthaltenen bistabilen Magnetventilen 3-1, 3-2 und 3-3 verbunden.
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Die
bistabilen Magnetventile sind in 2 durch
deren elektrisches Ersatzschaltbild dargestellt; demnach lassen
sie sich wie eine Spule mit in Reihe geschaltetem Widerstand und
paralleler Diode behandeln.
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Die
Magnetventil-Ansteuereinheit 2 enthält im betrachteten Beispiel
gemäß 2 für jedes
der Magnetventile 3-1, 3-2 und 3-3 eine
separate Leistungsendstufe in Form von Transistoren (n-Kanal-FETs)
T1, T3 und T5.
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Die
Magnetventil-Ansteuereinheit 2 enthält ferner eine Logikschaltung,
um die über
die Steuerleitungen S1 und S2 erhaltenen 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 Signalleitungen
SS1, SS2 und SS3 selektiv zu betätigen.
Die Logikschaltung besteht aus Dioden D1 bis D6, Widerständen R1
bis R3 und Transistoren (n-Kanal-FETs) T2 und T4, die wie in der 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.
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Wie
aus der Schaltung gemäß 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.
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Wenn
und so lange die Leistungsendstufen aktiviert sind, erfolgt eine
Bestromung des jeweils zugeordneten Magnetventils. Durch diese Bestromung wird
das jeweilige Magnetventil von der Schaltstellung, die es gerade
innehat, in die jeweils andere Schaltstellung umgeschaltet. Die
neue Schaltstellung wird, da es sich bei den Magnetventilen um bistabile Magnetventile
handelt, auch nach dem Ende der Bestromung des betreffenden Magnetventils
beibehalten. Die Zeit während
welcher 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 umzuschalten und umgeschaltet zu halten, obgleich – jedenfalls
beim Ausführungsbeispiel
gemäß 2 – zu einem
bestimmten Zeitpunkt nur jeweils ein einziges der Magnetventile
bestromt werden kann.