DE3438215A1 - Arrangement for driving a plurality of solenoid valves (magnetic valves) - Google Patents
Arrangement for driving a plurality of solenoid valves (magnetic valves)Info
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Abstract
Description
Hannover, d. 11.10.1984
WP 37/84 Ahrens/HHanover, d. 10/11/1984
WP 37/84 Ahrens / H
WABCO Westinghouse Fahrzeugbremsen GmbH, Hannover
Anordnung zur Ansteuerung von mehreren Magnetventilen WABCO Westinghouse Fahrzeugbremsen GmbH, Hanover
Arrangement for controlling several solenoid valves
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Ansteuerung von mehreren Magnetventilen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to an arrangement for controlling several solenoid valves according to the preamble of claim 1.
In vielen Anwendungsfällen, beispielsweise bei einer hilfskraftbetätigten Getriebesteuerung in einem Kraftfahrzeug, ist es notwendig, eine Vielzahl von Magnetventilen zu bestimmten Zeitpunkten anzusteuern.In many applications, for example in a power-operated transmission control in a motor vehicle, it is necessary to control a large number of solenoid valves at certain times.
Mit diesen Magnetventilen wird ein Druckmittel reguliert, daß zum Antrieb von Betätigungszylindern dient. Die Zylinder werden unter anderem zum Verschieben von Zahnrädern beim Gangwechsel und zum Ausrücken der Kupplung benötigt. Die Ansteuerung der Magnetventile erfolgt durch eine Elektronik, die wiederum vom Fahrer und vom Fahrzustand des Kraftfahrzeugs beeinflußt wird.With these solenoid valves, a pressure medium is regulated that is used to drive actuating cylinders. The cylinders are used, among other things, to move gears when changing gears and to disengage the clutch needed. The solenoid valves are controlled by electronics, which in turn are operated by the driver and by the Driving state of the motor vehicle is influenced.
Bei der Ansteuerung eines Magnetventils müssen im allgemeinen die folgenden Voraussetzungen bzw. Forderungen erfüllt werden:When controlling a solenoid valve, in general the following prerequisites or requirements are met:
1. möglichst geringe Anzugsverzögerung1. The lowest possible pick-up delay
2. möglichst geringe Abfallverzögerung2. The lowest possible drop-out delay
3. geringer Energieverbrauch (Erwärmung im Dauerbetrieb)3. low energy consumption (heating in continuous operation)
4. möglichst hohe zulässige Einschaltdauer4. The highest possible permissible duty cycle
5. geringe Abschaltspannungsspitze zum Schutz des Schalttransistors 5. Low cut-off voltage peak to protect the switching transistor
6. geringe oder keine Störstrahlung 206. Little or no interfering radiation 20
Eine Anordnung, mit der für die gleichzeitige Ansteuerung von vier Magnetventilen die obengenannten Punkte 1 bis 5 weitgehend erfüllt werden können, ist aus der "technischen Unterrichtung (vom 28.02.78) der Firma Bosch, Elektronik (2), Anwendung im Kraftfahrzeug" bekannt.An arrangement with which the above points for the simultaneous control of four solenoid valves 1 to 5 can largely be fulfilled, is from the "technical briefing (from 02/28/78) of the company Bosch, Electronics (2), application in motor vehicles "known.
Hier wird eine elektronische Ansteuerschaltung beschrieben, die zum Einschalten bzw. Anziehen des Magnetventils zunächst die volle Betriebsspannung an die Magnetventil-Wicklung anlegt. Nachdem der Einschaltstrom auf einen vorgegebenen Maximalwert angestiegen ist, und das Magnetventil eingeschaltet hat, wird der Strom anschließend durch Pulsen auf einen geringen Haltewert abgeregelt. Dieser reicht aus, das Ventil in der eingeschalteten Stellung zu halten, bringt also die Haltedurchflutung auf.An electronic control circuit is described here, which is used to switch on or tighten the solenoid valve first apply the full operating voltage to the solenoid valve winding. After the inrush current has dropped to a specified maximum value has risen, and the solenoid valve has switched on, the current is then limited by pulsing to a low holding value. This is sufficient for the valve to be switched on Holding a position thus brings about the holding flow on.
Der Nachteil dieser bekannten Stromregelung liegt darin, daß der obengenannte Punkt 6 nicht erfüllt wird.The disadvantage of this known current regulation is that the above point 6 is not met.
Beim Regeln oder Pulsen von Magnetventilen muß, um die Schaltverluste in den Endstufen klein zu halten, mit möglichst steilen Schaltflanken gesteuert werden. Weiter darf, um einen hörbaren Ton zu vermeiden, eine Frequenz von etwa 20 KHz nicht unterschritten werden. Durch die hierbei entstehenden Oberwellen kommt es zu Störstrahlungen. When regulating or pulsing solenoid valves, the To keep switching losses in the output stages small, to be controlled with the steepest possible switching edges. Further In order to avoid an audible tone, the frequency must not fall below about 20 KHz. Through the The resulting harmonics lead to interference radiation.
Eine zu starke Störstrahlung kann aber die Funktion von im Kraftfahrzeug eingebauten elektronischen Anlagen beeinträchtigen. Die Störstrahlung kann sich insbesondere dann im Fahrzeug ausbreiten, wenn die Magnetventile und die dazugehörigen Endstufen über ein längeres Kabel verbunden sind. In diesem Fall ist eine aufwendige Abschirmung notwendig.However, excessive interference radiation can impair the function of electronic systems installed in the motor vehicle. The interference radiation can propagate in the vehicle in particular when the solenoid valves and the associated power amplifiers are connected via a longer cable. In this case, a complex shield is required necessary.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Anordnung liegt darin, daß bei mehreren, getrennt anzusteuernden Magnetventilen für jedes Ventil zwei getrennte Stromschalter vorgesehen werden müssen, was einen erhöhten Bauteile-Aufwand bedeutet. 'Another disadvantage of the known arrangement is that when there are several solenoid valves to be controlled separately two separate power switches must be provided for each valve, which increases the cost of components means. '
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Ansteuerung von mehreren Magnetventilen der eingangs genannten Art anzugeben, welche die obengenannten Punkte 1 bis 5 erfüllt, dabei aber keine Störstrahlung aufweist, und bei welcher weiter die Zahl der Bauelemente vermindert ist.The invention is based on the object of providing an arrangement for controlling a plurality of solenoid valves of the initially introduced specify the type mentioned, which fulfills the above-mentioned points 1 to 5, but does not have any interfering radiation, and in which the number of components is further reduced.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 und in den nebengeordneten Patentansprüchen 4 und 6 enthaltenen Erfindüngen gelöst. Die Unteransprüche enthalten zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindungen.This object is achieved by the inventions contained in claim 1 and in the independent claims 4 and 6 solved. The subclaims contain expedient developments of the inventions.
Die Erfindungen werden im folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt inThe inventions are explained in more detail below with reference to a drawing. The drawing shows in
Fig. 1 eine Ausführung der im Patentanspruch 1 angegebenen erfindungsgemäßen Lösung, inFig. 1 shows an embodiment of the solution according to the invention specified in claim 1, in
Fig. 2 eine Ausführung der im Patentanspruch 4 angegebenen erfindungsgemäßen Lösung und inFig. 2 shows an embodiment of the solution according to the invention specified in claim 4 and in
Fig. 3 eine Ausführung der im Patentanspruch 6 angegebenen erfindungsgemäßen Lösung.3 shows an embodiment of the solution according to the invention specified in claim 6.
Gemäß der Schaltung nach Figur 1 sind drei Magnetventile mit den Spulen Ll, L2, L3 vorgesehen, welche durch eine elektronische Steuerung EL zu beliebigen Zeitpunkten angesteuert werden können. Hierzu sind zwei Spannungsquellen U1 und IJp vorgesehen, wobei die Spannungsquelle U1 eine höhere Spannung, zum Beispiel das Doppelte, der Spannungsquelle U„ aufweist. Die zweite Spannungsquelle U« ist über einen gemeinsamen Schalter S und über je eine Diode Dl, D2, D3 mit den Spulen Ll, L2, L3 der drei Magnetventile verbunden. Der zweite Pol der Spulen Ll, L2, L3 liegt an Masse.According to the circuit of Figure 1, three solenoid valves with the coils Ll, L2, L3 are provided, which can be controlled by an electronic control EL at any time. For this purpose, two voltage sources U 1 and IJp are provided, the voltage source U 1 having a higher voltage, for example twice that of the voltage source U ". The second voltage source U «is connected to the coils Ll, L2, L3 of the three solenoid valves via a common switch S and via a respective diode Dl, D2, D3. The second pole of the coils Ll, L2, L3 is grounded.
Die erste Spannungsquelle U1 ist über je einen Schalter Sl, S2, S3 mit den ersten Polen der Spulen Ll, L2, L3 verbünden. Die genannten Schalter S, Sl, S2, S3 sind von der elektronischen Steuerung EL in bestimmter, weiter unten erläuterter Weise einzeln ansteuerbar.The first voltage source U 1 is connected to the first poles of the coils Ll, L2, L3 via a switch S1, S2, S3. The mentioned switches S, S1, S2, S3 can be individually controlled by the electronic control EL in a specific manner, which will be explained below.
Die ersten Anschlüsse der Spulen Ll, L2, L3 sind weiterhin über die DiodenDl, D2, D3, eine gemeinsame Diode D4 und eine Zenerdiode Zl mit Masse verbunden.The first connections of the coils Ll, L2, L3 are still Connected to ground via the diodesDl, D2, D3, a common diode D4 and a Zener diode Zl.
Die Schaltung nach Figur 1 funktioniert wie folgt.The circuit of Figure 1 works as follows.
In Betriebszustand sind grundsätzlich,sofern mindestens ein Anker gehalten werden soll, alle Spulen Ll, L2, L3 von der zweiten Spannungsquelle Up über den geschlossenen Schalter S mit einem Haltestrom beaufschlagt, welcher die Haltedurchflutung für die Magnetventile aufbringt. Die Höhe dieses Haltestromes ist so bemessen, daß das Ventil im angezogenen Zustand sicher hält. Dies muß auch für die im Fahrzeug typischen Erschütterungen gewährleistet sein. Die Haltedurchflutung ist andererseits nicht so groß, daß ein abgefallener Magnetanker hierdurch angezogen werden kann.Are basically in operating condition, provided that at least an armature is to be held, all coils Ll, L2, L3 from the second voltage source Up via the closed Switch S is applied with a holding current, which the holding flow for the solenoid valves brings up. The level of this holding current is such that the valve holds securely in the tightened state. this must also be guaranteed for the vibrations that are typical in the vehicle. The holding flow is on the other hand not so big that a fallen armature can be attracted by it.
Es sei nun z.B. vorausgesetzt, daß der Magnetanker des Magnetventils mit der Spule Ll abgefallen ist. Zum Einschalten dieses Magnetventils wird nun durch die elektronische Steuerung EL kurzzeitig der Schalter Sl geschlossen. Hierdurch wird die Spule Ll von der ersten Spannungsquelle IL mit einem Strom beaufschlagt, welcher die zum Anziehen des ersten Magnetventils nötige Anzugsdurchflutung aufbringt. Das erste Magnetventil zieht somit an. Nach einer vorgegebenen Zeit, nach Erreichen eines vorgegebenen Stromes, oder anderer Anzugskriterien wird durch die Steuerung EL der Schalter Sl wieder geöffnet. Durch die weiterhin wirksame, von der zweiten Spannungsquelle Up aufgebrachte Haltedurchflutung bleibt das erste Magnetventil nun in der angezogenen Stellung.It is now assumed, for example, that the armature of the solenoid valve with the coil Ll has dropped out. To switch on this solenoid valve is now briefly closed by the electronic control EL switch S1. As a result, the coil Ll is acted upon by the first voltage source IL with a current which the Tightening the first solenoid valve creates the necessary tightening flow. The first solenoid valve thus picks up. After a specified time, after reaching a specified current, or other tightening criteria by the control EL the switch Sl is opened again. This remains due to the still effective holding flow applied by the second voltage source Up first solenoid valve now in the tightened position.
Soll das erste Magnetventil wieder abfallen, so wird durch die elektronische Steuerung EL für eine bestimmte kurze Zeit der Schalter S geöffnet. Hierdurch wird die Spule Ll des ersten Magnetventils stromlos, und der Magnetanker fällt ab. Der Schalter S wird anschließend wieder geschlossen, wodurch sich aber der Zustand des Ventils nicht mehr ändert. Damit während der Öffnungs-If the first solenoid valve is to drop out again, then the switch S is opened by the electronic control EL for a certain short time. This will make the Coil Ll of the first solenoid valve is de-energized and the magnet armature falls off. The switch S is then closed again, but this no longer changes the state of the valve. So that during the opening
zeit des Schalters S nicht die übrigen Magnetventile abfallen, werden diese gleichzeitig durch kurzzeitiges Schließen der Schalter S2, S3 mit der Anzugsdurchflutung beaufschlagt, sofern diese angezogen bleiben sollen 5time of the switch S does not drop the other solenoid valves, they are simultaneously activated by a brief Closing the switches S2, S3 with the surge flow applied, provided that these are to remain tightened 5
Die Freilaufdiode D4 dient in an sich bekannter Weise dazu, die Abschaltspannungsspitze der Spulen Ll, L2, L3 kurzzuschließen, und somit die Schalter S, Sl, S2, S3 zu schützen. Die vorgeschaltete Zenerdiode Zl mit einer Zenerspannung von etwa 40 Volt dient dazu, den Abfall-Vorgang zu beschleunigen.The freewheeling diode D4 is used in a manner known per se to reduce the switch-off voltage peak of the coils Ll, L2, L3 short-circuit, and thus protect the switches S, Sl, S2, S3. The upstream Zener diode Zl with a Zener voltage of around 40 volts is used to accelerate the dropping process.
Die Schaltung nach Figur 2 kommt gegenüber der Schaltung nach Figur 1 mit noch weniger Bauelementen aus. An eine gemeinsame Spannungsquelle U3 sind über je einen Schalter Sl, S2, S3 drei Magnetventile mit ersten Spulen L4, L6, L8 angeschlossen. Der zweite Pol liegt an Masse.The circuit according to FIG. 2 manages with even fewer components than the circuit according to FIG. Three solenoid valves with first coils L4, L6, L8 are connected to a common voltage source U 3 via a switch S1, S2, S3 each. The second pole is connected to ground.
Über einen weiteren, gemeinsamen Schalter S ist die Spannungsquelle Ug an je eine zweite Spule L5, L7, L9 der Magnetventile angeschlossen. Der zweite Pol der zweiten Spulen liegt ebenfalls an Masse.The voltage source is via a further, common switch S Ug is connected to a second coil L5, L7, L9 of the solenoid valves. The second pole of the second Coils are also grounded.
Die Schalter Sl, S2, S3, S sind von einer elektronischen Steuerung EL einzeln ansteuerbar. Die zweiten Spulen L5, L7, L9 werden von einer Freilaufdiode D7 und einer Zenerdiode Zl überbrückt.The switches S1, S2, S3, S can be controlled individually by an electronic controller EL. The second coils L5, L7, L9 are made up of a freewheeling diode D7 and a Zener diode Zl bridged.
Im folgenden wird die Wirkungsweise der Schaltung nach Figur 2 erläutert.The mode of operation of the circuit according to FIG. 2 is explained below.
In dieser Schaltung werden sowohl die Anzugsdurchflutung als auch die Haltedurchflutung von der gemeinsamen Spannungsquelle U3 aufgebracht. Die Schalter Sl, S2, S3 dienen zum Einschalten der Anzugsdurchflutung. Beim Einschalten dieser Schalter werden die Magnetventile durchIn this circuit, both the pick-up flow and the holding flow are applied by the common voltage source U 3 . The switches S1, S2, S3 are used to switch on the surge flow. When this switch is switched on, the solenoid valves are through
die Spulen L4, L6, L8, welche einen niedrigeren Widerstand bzw. eine kleinere Windungszahl als die Spulen L5, L7, L9 aufweisen, zum Anzug gebracht. Die genannten Schalter Sl, S2, S3 werden wie in der Figur 1 von der elektronischen Steuerung EL nur eine kurze Zeit eingeschaltet gelassen. Damit die Magnetventile anschließend nicht wieder abfallen, wird über den ständig geschlossen gehaltenen Schalter S von der Spannungsquelle U3 die Haltedurchflutung aufgebracht. Diese wird durch die Spulen L5, L7, L9 erzeugt.the coils L4, L6, L8, which have a lower resistance or a smaller number of turns than the coils L5, L7, L9 have brought to the attraction. The switches S1, S2, S3 mentioned are, as in FIG. 1, from the electronic Control EL only left on for a short time. So that the solenoid valves do not subsequently fall again, the hold-through flow from the voltage source U3 is established via the switch S, which is kept closed all the time upset. This is generated by the coils L5, L7, L9.
Zum Abschalten der Magnetventile wird wiederum der Schalter S kurzzeitig geöffnet.To switch off the solenoid valves, switch S is again briefly opened.
Soll nur ein Magnetventil abfallen, dann werden gleichzeitig mit dem Öffnen des Schalters S diejenigen Schalter Sl bis S3, die zu den Magnetventilen gehören, die weiter angezogen bleiben sollen, geschlossen.If only one solenoid valve is to drop out, then those switches are activated at the same time as the switch S is opened Sl to S3, which belong to the solenoid valves that are to remain attracted, closed.
Die Freilaufdiode D7 wirkt infolge der magnetischen Koppelung für alle Spulen L4 bis L9 und schützt wie in Figur 1 die Schalter Sl, S2, S3, S vor einer zu hohen Abschal t-Spannungsspitze.The freewheeling diode D7 acts due to the magnetic coupling for all coils L4 to L9 and protects as in Figure 1, the switches S1, S2, S3, S before an excessively high cut-off voltage peak.
Die Zenerdiode Zl mit einer Zenerspannung von etwa 40 Volt beschleunigt den Abfallvorgang der Magnetventile.The Zener diode Zl with a Zener voltage of about 40 volts accelerates the dropping process of the solenoid valves.
In Fig. 3 ist eine weitere Variante der erfindungsgemäßen Anordnung dargestellt. Diese gleicht im Prinzip der Ausführung nach Fig. 1, kommt aber mit nur einer Versorgungsspannung U4 aus. Der gemeinsame Schalter S zum Ausschalten der Haltedurchflutung wird gesteuert bzw. gepulst von einem Oszillator OZ. Durch das Pulsen wird die Spannung U4 in an sich bekannter Weise im Mittel verringert. Der Oszillator OZ wird von einer elektronischen Steuerung EL gesteuert.In Fig. 3, a further variant of the arrangement according to the invention is shown. In principle, this is the same as the embodiment according to FIG. 1, but manages with just one supply voltage U 4 . The common switch S for switching off the hold flow is controlled or pulsed by an oscillator OZ. As a result of the pulsing, the voltage U 4 is reduced on average in a manner known per se. The oscillator OZ is controlled by an electronic controller EL.
Der Oszillator OZ ist weiter mit einer Tastverhältnissteuerung TS verbunden. Diese kann das Tastverhältnis, und damit die Höhe der Haltedurchflutung in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur V und von der Höhe der Versorgungsspannung U4 abändern. Hierdurch lassen sich die Auswirkungen von Temperatur- und Spannungsschwankungen kompensieren.The oscillator OZ is also connected to a duty cycle control TS. This can change the pulse duty factor and thus the level of the holding flow as a function of the ambient temperature V and the level of the supply voltage U 4 . This allows the effects of temperature and voltage fluctuations to be compensated.
Schließlich ist ein weiterer Schalter S4 vorgesehen, mit dem die Zenerdiode Z1 überbrückt werden kann. Der Schalter S4 wird von der Steuerung EL während des Pulsens des Oszillators OZ geschlossen gehalten. Hierdurch wird die Abschaltspannung für den Schalter S klein gehalten bzw. die Stromabklingzeit verlängert. Die Belastung des Schalters S wird damit verringert.Finally, a further switch S4 is provided with which the Zener diode Z 1 can be bridged. The switch S4 is kept closed by the controller EL while the oscillator OZ is pulsing. As a result, the cut-off voltage for the switch S is kept small and the current decay time is lengthened. The load on the switch S is thus reduced.
Die übrige Funktion der Schaltung nach Fig. 3 gleicht der der Schaltung nach Fig. 1.The remaining function of the circuit according to FIG. 3 is the same as that of the circuit according to FIG. 1.
In allen Schaltungen nach Figur 1 bis 3 werden als Schalter Sl, S2, S3, S4, S vorzugsweise elektronische Schaltelemente eingesetzt. Dies können zum Beispiel Feldeffekt-Transistoren (FET) sein.In all the circuits according to FIGS. 1 to 3, the switches S1, S2, S3, S4, S are preferably electronic Switching elements used. These can be field effect transistors (FET), for example.
Anstelle von Magnetventilen lassen sich mit Hilfe der beschriebenen Schaltungen auch andere Bauteile, wie zum Beispiel elektromagnetisch betätigte Stellglieder, ansteuern. Dabei bleibt der Vorteil der Schaltungen, nämlich eine Vielzahl von Magnetventilen oder anderer Elemente verlustleistungsarm, störstrahlungsarm und schnell mit geringem Aufwand zu betätigen, erhalten.Instead of solenoid valves, other components, such as the Example of electromagnetically actuated actuators. The advantage of the circuits remains, namely a large number of solenoid valves or other elements with low power loss, low interference and to operate quickly with little effort.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltungen gegenüber dem Stand der Technik liegt in der Einsparung von Schaltelementen durch den gemeinsamenAnother essential advantage of the circuits according to the invention compared to the prior art lies in the Saving of switching elements through the common
Schalter S zum Aufbringen der Haltedurchflutung. Dieser Vorteil wird um so größer, je höher die Zahl der zu steuernden Magnetventile ist.Switch S for applying the holding flow. This advantage becomes greater, the higher the number of to controlling solenoid valves is.
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