DE3438215A1

DE3438215A1 - Anordnung zur ansteuerung von mehreren magnetventilen

Info

Publication number: DE3438215A1
Application number: DE19843438215
Authority: DE
Inventors: Hans-Jürgen Ing.(grad.) 3053 Haste Binarsch
Original assignee: Wabco Westinghouse Fahrzeugbremsen GmbH
Current assignee: ZF CV Systems Hannover GmbH
Priority date: 1984-10-18
Filing date: 1984-10-18
Publication date: 1986-04-24
Anticipated expiration: 2004-10-19
Also published as: DE3438215C2

Description

Hannover, d. 11.10.1984
WP 37/84 Ahrens/H

WABCO Westinghouse Fahrzeugbremsen GmbH, Hannover
Anordnung zur Ansteuerung von mehreren Magnetventilen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Ansteuerung von mehreren Magnetventilen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In vielen Anwendungsfällen, beispielsweise bei einer hilfskraftbetätigten Getriebesteuerung in einem Kraftfahrzeug, ist es notwendig, eine Vielzahl von Magnetventilen zu bestimmten Zeitpunkten anzusteuern.

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.

Bei der Ansteuerung eines Magnetventils müssen im allgemeinen die folgenden Voraussetzungen bzw. Forderungen erfüllt werden:

1. möglichst geringe Anzugsverzögerung

2. möglichst geringe Abfallverzögerung

3. geringer Energieverbrauch (Erwärmung im Dauerbetrieb)

4. möglichst hohe zulässige Einschaltdauer

5. geringe Abschaltspannungsspitze zum Schutz des Schalttransistors

6. geringe oder keine Störstrahlung 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.

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.

Der Nachteil dieser bekannten Stromregelung liegt darin, daß der obengenannte Punkt 6 nicht erfüllt wird.

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.

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.

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. '

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.

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.

Die Erfindungen werden im folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 eine Ausführung der im Patentanspruch 1 angegebenen erfindungsgemäßen Lösung, in

Fig. 2 eine Ausführung der im Patentanspruch 4 angegebenen erfindungsgemäßen Lösung und in

Fig. 3 eine Ausführung der im Patentanspruch 6 angegebenen erfindungsgemäßen Lösung.

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.

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.

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.

Die Schaltung nach Figur 1 funktioniert wie folgt.

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.

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.

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-

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 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.

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.

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.

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.

Im folgenden wird die Wirkungsweise der Schaltung nach Figur 2 erläutert.

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 durch

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.

Zum Abschalten der Magnetventile wird wiederum der Schalter S kurzzeitig geöffnet.

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.

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.

Die Zenerdiode Zl mit einer Zenerspannung von etwa 40 Volt beschleunigt den Abfallvorgang der Magnetventile.

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.

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.

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.

Die übrige Funktion der Schaltung nach Fig. 3 gleicht der der Schaltung nach 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.

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.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltungen gegenüber dem Stand der Technik liegt in der Einsparung von Schaltelementen durch den gemeinsamen

Schalter S zum Aufbringen der Haltedurchflutung. Dieser Vorteil wird um so größer, je höher die Zahl der zu steuernden Magnetventile ist.

Ail·

- Leerseite -

Claims

Patent-Ansprüche

1. Anordnung zur Ansteuerung von mehreren Magnetventilen, bei welchen zum Anziehen des Ankers eine Anzugsdurchflutung und zum Halten des Ankers eine Haltedurchflutung aufzubringen ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) es ist eine erste Spannungsquelle (U-) für die Erzeugung der Anzugsdurchflutung vorgesehen

b) es ist für jede Magnetventil-Spule (Ll, L2, L3) ein besonderer Schalter (Sl, S2, S3) zum Auf schalten der ersten Spannungsquelle (U₁ ) vorgesehen

c) es ist eine zweite Sρannungsquelle (U₂) von geringerer Spannung als (U₁) zur Erzeugung der Haltedurchflutung vorgesehen

d) es ist für die Magnetventil-Spulen (Ll, L2, L3) ein gemeinsamer Schalter (S) zum Aufschalten der zweiten Spannungsquelle (U₂) vorgesehen

e) es ist eine elektronische Steuerung (EL) zur zeitliehen Ansteuerung der.Schalter (Sl, S2, S3, S) vorgesehen (Figur 1).

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Spannungsquelle (U₂) über Dioden

(Dl, D2, D3) an die Magnetventil-Spulen (Ll, L2, L3) angeschlossen ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschaltstrom der Magnetventil-Spulen (Ll, L2, L3) über eine Zenerdiode (Zl) und über eine Freilaufdiode (D4) kurzgeschlossen ist.

4. Anordnung zur Ansteuerung von mehreren Magnetventilen, bei welchen zum Anziehen des Ankers eine Anzugsdurchflutung und zum Halten des Ankers eine Haltedurchflutung aufzubringen ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) es ist eine gemeinsame Spannungsquelle (U₃) für die Erzeugung der Anzugsdurchflutung und der Haltedurchflutung vorgesehen

b) jedes Magnetventil ist mit einer ersten Spule (L4, L6, L8) zur Erzeugung der Anzugsdurchflutung versehen

c) jedes Magnetventil ist mit einer zweiten Spule (L5, L7, L9) zur Erzeugung der Haltedurchflutung versehen, wobei der Widerstand des Stromkreises der zweiten Spulen höher ist als der Widerstand des Stromkreises der ersten Spulen

d) zum Aufschalten der Spannungsquelle (U₃) auf die ersten Spulen (L4, L6, L8) ist je ein besonderer Schalter (Sl, S2, S3) vorgesehen

e) zum Aufschalten der Spannungsquelle (U₃) auf die zweiten Spulen (L5, L7, L9) ist ein gemeinsamer Schalter (S) vorgesehen

f) es ist eine elektronische Steuerung (EL) zur zeitliehen Ansteuerung der Schalter (Sl, S2, S3, S) vorgesehen (Figur 2).

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschaltstrom der zweiten Magnetventil-Spulen (L5, L7, L9) über eine Zenerdiode (Zl) und eine Freilaufdiode (D7) kurzgeschlossen ist.

6. Anordnung zur Ansteuerung von mehreren Magnetventilen, bei welchen zum Anziehen des Ankers eine Anzugsdurchflutung und zum Halten des Ankers eine Haltedurchflutung aufzubringen ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) es ist eine gemeinsame Spannungsquelle (U₄) für die Erzeugung der Anzugsdurchflutung und der Haltedurchflutung vorgesehen

b) es ist für jede Magnetventilspule (LlO, LIl, L12) ein besonderer Schalter (Sl, S2, S3) zum direkten Aufschalten der Spannungsquelle (U₄) vorgesehen

c) es ist für die Magnetventilspulen (LlO, LIl, L12) ein gemeinsamer Schalter (S) zum gepulsten Aufschalten der Versorgungsspannung (U₄) vorgesehen

d) es ist ein Oszillator (OZ) vorgesehen, der den

Schalter (S) pulsend betätigt und damit eine Haltedurchflutung einstellt

e) es ist eine Tastverhältnissteuerung (TS) vorgesehen, die in Abhängigkeit von der Temperatur C¹V) und/oder der Betriebsspannung (U₄) das Tastverhältnis des Oszillators (OZ) verändert

f) es ist ein weiterer Schalter (S4) vorgesehen, der während des Pulsens geschlossen ist

g) es ist eine elektronische Steuerung (EL) zur zeitlichen Ansteuerung der Schalter (Sl, S2, S3, S4, S) vorgesehen (Figur 3).

Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschaltstrom der Magnetventilspulen (LlO, LIl, L12) über eine Zenerdiode (Zl) und über eine Freilaufdiode (D12) kurzgeschlossen ist.

Anordnung nach Anspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß als Schalter (S, Sl, S2, S3, S4) Halbleiter-Schaltelemente vorgesehen sind.