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Die vorliegende Erfindung betrifft eine
Sicherheitssteuerungsvorrichtung für Betätiger vom Typ des
Klappenrückschlagelektroventils mit Solenoid, die
insbesondere in automatischen Getrieben Verwendung findet.
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Aus der Druckschrift US 3 628 118 ist ein elektrischer
Schaltkreis bekannt, zur Kontrolle, ob der Hauptstrom, der
einen Verbraucher durchfließt, wie z. B. die
Krafteinstellspule einer Druckübertragungsanordnung, ein im
wesentlichen lineares Verhältnis aufweist, zur räumlichen
Verteilung eines Signals, dessen modulierte Impulsbreite in
Abhängigkeit eines Fehlersignals variiert, das am Ausgang
der Druckübertragungseinrichtung ansteht. Dieser
Schaltkreis weist insbesondere einen Integrator auf, einen
Verbraucher, wie z. B. die erwähnte Spule, einen
stromempfindlichen Widerstand, der in Serie mit der Spule
geschaltet ist, und einen Vergleicher.
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Ferner sind seit mehreren Jahren Anordnungen zur
elektronischen Steuerung der Einspritzung von Benzin oder
Gasöl, der automatischen Kraftübertragung, der
Bremseinrichtung, der Steuerungseinrichtung, der
Aufhängung, welche u. a. elektrohydraulische Betätiger
aufweist, der Klappenrückschlagelektroventile für die
Kraftstoffeinspritzung oder auch der Druckmodulatoren
erschienen.
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Allgemein gesprochen, weisen derartige Betätiger ein
Solenoid auf, sowie die Besonderheit, daß sie mit einem
hydraulischen Kanal versehen sind, der sehr schnell
geöffnet und geschlossen wird, und zwar sehr häufig, ohne
funktionelle Beeinträchtigung während der Lebensdauer des
Produktes. Die vom Solenoid erzeugte elektromagnetische
Kraft im magnetischen Kreis des Betätigers ermöglicht dabei
das öffnen oder Schließen des hydraulischen Kanals durch
Verschieben eines beweglichen Teils, das z. B. aus einem
Tauchkolben, einer Kugel, einer Platte etc., besteht und
das direkt dem magnetischen Fluß ausgesetzt ist, oder
indirekt aus einem magnetisch vom Betätiger isolierten
hydraulischen Schieber, der durch einen Tauchkolben, eine
Kugel, eine Platte etc. bewegbar ist, welcher dem
magnetischen Fluß ausgesetzt ist. Sofern das Solenoid nicht
gespeist wird, so erfolgt das Öffnen oder das Schließen des
hydraulischen Kanals in umgekehrter Weise durch die vom
Fluid selbst und/oder einer Federwirkung ausgeübten Kraft.
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Um ganz allgemein die Verschiebedauer des beweglichen Teils
auf ein Maximum zu verringern, durch welche das
funktionelle Ansprechen des Betätigers beeinträchtigt wird,
wird der Widerstand des Solenoids so klein wie möglich
gewählt. Durch diese Ausgestaltung erhöht sich die Zunahme
oder die Abnahme des Stroms im Solenoid beim Erscheinen des
Befehls zur Betätigung oder der Nichtbetätigung, um so eine
schnelle Zunahme oder Abnahme der elektromagnetischen Kraft
hervorzurufen.
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Im Hinblick auf eine Verringerung der vom Betätiger
umgewandelten Energie, wenn der Betätigungsbefehl
aufrechterhalten wird, nachdem das bewegliche Teil den
Endanschlag erreicht hat und wenn der Strom, der das
Solenoid durchströmt, einen Grenzwert aufweist, wird der
Strom verringert und durch eine elektronische
Begrenzeranordnung auf einen Haltewert eingestellt.
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Es ist klar, daß eine jegliche elektrische Anomalie
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- Kurzschluß, offener Schaltkreis, anormaler Widerstand -
welche die Funktionsweise eines derartigen Betätigers
beeinträchtigt, nicht ohne nachteilige Folgen für die
Wirkungsweise des gesteuerten Teils, die mechanische
Haltbarkeit und sogar die Sicherheit der Fahrzeuginsassen
ist. Zur Lösung dieser Probleme sind die bekannten
Anordnungen zur Überwachung und zur Abschaltung der
erwähnten Klappenrückschlagelektroventile unwirksam. Diese
Anordnungen sind nämlich allgemein so ausgelegt, daß die
Überwachung der elektrischen Wirkungsweise des
Elektroventils durch Messung der Intensität des Stromes
erfolgt, der das Solenoid durchfließt und/oder der
Spannung, welche direkt an seinen Anschlüssen entsteht,
oder an den Anschlüssen des elektrischen Umschalters der
Steuerung in Serie mit dem Elektroventil und mittels
vergleichender Analyse, synchron zu den gemessenen Werten,
welche mit bekannten Vergleichswerten verglichen werden,
die unterschiedliche Kombinationen darstellen, während der
richtigen oder fehlerhaften Betriebsweise der Vorrichtung.
Im Fall von Klappenrückschlagelektroventilen sind die Werte
der Intensität des das Solenoid durchfließenden Stromes und
der Spannung an seinen Anschlüssen oder den Anschlüssen des
Umschalters im wesentlichen zeitvariabel, insbesondere
aufgrund der Wirkung des Systems zur Strombegrenzung und
können demzufolge nicht einfach mit vorgegebenen
Vergleichswerten verglichen werden, wodurch das
Diagnoseverfahren einer Betriebsanomalie unwirksam wird.
Das Prinzip der Isolierung des Elektroventils gegenüber
seinen elektrischen Verbindungen besteht im allgemeinen
darin, den Strom nach dem Elektroventil durch direkte
Einwirkung auf den Umschalter zu unterbrechen oder besser
noch, den Schaltkreis vor dem Elektroventil durch
Einwirkung auf ein geeignetes Sperrglied abzuschalten, so
daß eine vollständige galvanische Isolierung der beiden
Ausgänge des Elektroventils, welches abgeschaltet werden
soll, erfolgt.
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Ziel der vorliegenden Erfindung, die sich auf eine
Sicherheitssteuerungsvorrichtung für ein
Klappenrückschlagelektroventil mit Solenoid bezieht,
besteht darin, die Dauer zu messen, während der die
Intensität des Stromes durch den induktiven Effekt in der
aktivierten Spule zunimmt, zwischen dem Zeitpunkt des
Beginns der Leitung und dem Zeitpunkt, zu dem der Strom
einen vorgegebenen Wert erreicht.
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Diese Dauer zeigt die gute oder schlechte elektrische
Betriebsweise des Elektroventils an.
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Das Verständnis der Erfindung wird erleichtert unter
Bezugnahme auf das in Fig. 1 dargestellte Blockschaltbild
eines Ausführungsbeispiels einer derartigen Vorrichtung, in
dem mit 1 der positive Anschluß der Stromversorgung des
Fahrzeugs bezeichnet ist, der über eine Sicherung 2 mit der
Zuleitung 3 des Versorgungsschaltkreises für den
elektronischen Steuerrechner 4 des Elektroventils 5
verbunden ist. Der negative Anschluß der Stromversorgung 6
ist mit der an Masse liegenden Zuleitung 7 desselben
Versorgungsschaltkreises der Steuervorrichtung 4 verbunden.
Der positive Anschluß 3 ist über eine Diode 8 zugleich mit
der Steuerungsanordnung 9, mit der Stromsteuerungsanordnung
10, mit dem Elektroventil 5 über dessen Leitung und
schließlich mit der Kathode der Diode 12 verbunden, deren
Anode über die Leitung 13 mit dem anderen Anschluß des
Elektroventils 5 sowie mit dem Leistungsausgang 14 der
Stromsteuerungsanordnung 10 verbunden ist.
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Der Strom, welcher das Elektroventil 5 durchfließt und der
die Zuleitung 3 durchfließt, wenn die Steuerungsanordnung 9
den Betätigungsbefehl der Stromsteuerungsanordnung 10
erteilt, wobei letztere über die Anschlüsse 15 und 16 und
die Leitung 17 miteinander verbunden sind, durchfließt vor
dem Elektroventil 5 die Diode 8 und die Leitung 11 und nach
dem Ventil die Leitung 13, wonach er über den
Leitungsanschluß 14 in die Stromsteuerungsanordnung 10
eintritt, diese über den Anschluß 18 verläßt und über den
Anschluß 19 in einen Nebenschlußwiderstand 20 eintritt,
diesen durchläuft und über die Leitung 21 zur an Masse
liegenden Zuleitung 7 zurückkehrt. Die Leitung 21 ist
ebenfalls mit dem Anschluß 22 der Steuerungsanordnung 9
verbunden, sowie mit dem Anschluß 23, der
Stromsteuerungsanordnung 10, um diese mit der an Masse
liegenden Zuleitung 7 zu verbinden. Der Anschluß 19 des
Nebenschlußwiderstandes ist mit der
Stromsteuerungsanordnung 10 über den Anschluß 24 und mit
der Steuerungsanordnung 9 über den Anschluß 25 verbunden.
Die mit drei logische Zuständen versehene Verbindung 26 ist
mit der Steuerungsanordnung 9 verbunden und liefert die
Diagnosesignale des Rechners 4.
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Die Aufgabe der Sicherung 2 liegt u. a. darin, die
Verbindung 11 zu schützen, welche den Strom vom
elektronischen Rechner 4 dem Elektroventil 5 zuführt und im
allgemeinen an zwei verschiedenen Stellen im Fahrzeug
angeordnet ist, so daß bei einer Anomalie der Betriebsweise
ein Massenkontakt und damit ein Kurzschluß in der
Stromversorgung des Fahrzeuges auftreten kann.
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Die Diode 8 hingegen schützt die Anordnung des Rechners 4
gegen Polaritätsumkehrungen der Stromversorgung des
Fahrzeugs.
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Die Diode 12 sorgt für den Schutz der
Strombegrenzungsanordnung 10 gegenüber Spannungen, die
durch den induktiven Effekt des Elektroventils 5 auftreten
können.
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Die Funktionsweise dieses Ausführungsbeispiels wird nun im
Zusammenhang mit Fig. 2 beschrieben, in der eine grafische
Darstellung des im Elektroventil 2 fließenden Stromes
dargestellt ist. Man erkennt insbesondere den freien
Anstieg des Stromes bis zum Grenzintensität genannten Wert
IA, welcher den Wert U/R erreichen sollte (wobei U die
Spannung an den Anschlüssen des Elektroventils 5 ist und R
dessen Widerstand), wenn die Betätigungsdauer TA sehr groß
ist gegenüber der Widerstands-Induktions-Zeitkonstanten des
Elektroventils. Ab dem Wert IA setzt die Wirkung der
Strombegrenzungsanordnung 10 ein, die einen sehr geringen
Spannungsabfall bewirkt, um den Strom auf dem
Halteintensität genannten Wert IM zu regeln, solange der
Betätigungsbefehl, der vom Anschluß 15 der
Steuerungsanordnung 9 abgegeben wird, am Eingang 16 der
Strombegrenzungsanordnung 10 anliegt (Dauer TA in Fig. 2).
Wenn der Befehl für das Ende der Betätigung von der
Steuerungsanordnung 9 abgegeben wird, wird die
Strombegrenzungsanordnung 10 abgeschaltet, so daß der Strom
im Elektroventil 5 unterbrochen wird (Dauer TD in Fig. 2).
Der Zyklus kann danach von neuem beginnen mit
entsprechender Abfolge der Dauern TA und TD.
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Das Detektionsprinzip einer Anomalie der elektrischen
Funktionsweise des Elektroventils 5 oder eine Anomalie in
der Kontinuität der Verbindungen 11 und 13 besteht darin,
den Augenblick zu überwachen, in dem der anwachsende Strom
im Elektroventil 5 während der Betätigungsdauer TA der
Strombegrenzungsanordnung 10 einen Schwellwertintensität
genannten Wert IS annimmt, der ganz offensichtlich zwischen
0 und dem Grenzwert IA liegen muß. Zu diesem Zweck wird die
am Anschluß des Nebenschlußwiderstandes 20 anliegende
Spannung, welcher vom Strom des Elektroventils 5
durchlaufen wird, an die Anschlüsse 25 und 22 der
Steuerungsanordnung 9 gelegt, um mit einer Spannung
verglichen zu werden, die repräsentativ für die
Schwellwertintensität IS ist. Die Steuerungsanordnung 9 ist
dabei so ausgelegt, daß sie die Zeit mißt zwischen dem
Beginn der Betätigungsdauer des Stromes im Elektroventil 5
und dem Zeitpunkt, zu dem der anwachsende Strom im
Elektroventil 5 den Schwellwert IS erreicht. Diese Zeit
wird einem Zeitvergleicher eingegeben, der die Abweichungen
von oder die Übereinstimmung mit einer Zeitdauer
feststellt, die zwischen den Werten TS - ΔT und TS + ΔT
liegt, entsprechend dem Erscheinen des Wertes IS bei
korrektem Betrieb unter Berücksichtigung der Toleranzen
oder eventuellen Abweichungen der Funktionsweise.
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Eine anormale Zeitdauer steuert über die Leitung 17 das
Öffnen der Strombegrenzungsanordnung 10, um den Strom im
Elektroventil abzuschalten und sorgt dafür, daß in der
Diagnoseverbindung 26 derjenige logische Zustand von den
drei möglichen logischen Zuständen angenommen wird, der der
Feststellung dieser Anomalie der Betriebsweise entspricht.
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Eine zu kurze Zeitdauer signalisiert entweder einen
Kurzschluß im Elektroventil 5 oder einen ungewöhnlich
geringen Widerstandswert oder einen Kurzschluß in der
positiven Zuleitung für die Verbindung 13.
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Eine zu lange Zeitdauer signalisiert entweder ein
Abschalten des Elektroventils 5 oder eine Unterbrechung
dessen Verbindungen 11 oder 13 oder einen Masse-Kurzschluß
einer oder beider Leitungen 11, 13 kurz vor dem Schmelzen
der Sicherung 2 oder eine Unterbrechung zwischen den
Anschlüssen 14 und 18 der Steuerungsanordnung 9. Es sei
betont, daß die Schnelligkeit dieser Feststellung um so
größer ist, je kürzer der Zyklus zwischen Betätigung/Ende
der Betätigung des Elektroventils 5 (TA+TD) ist.
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Selbstverständlich können zahlreiche Varianten der
beschriebenen Ausführung ins Auge gefaßt werden, ohne den
Bereich der Erfindung zu verlassen. Zum Beispiel sei nur
die Veränderung des Anschließens des Elektroventils genannt
(z. B.
direkte elektrische Verbindung mit dem negativen
Anschluß im Fahrzeug) oder die Verwendung eines derartigen
Prinzips zur Steuerung einer beliebigen Vorrichtung mit
induktiver Wirkung, wie z. B. ein Fühler oder ein Betätiger
mit der Besonderheit, entweder bei gepulster Spannung zu
arbeiten oder aber mit der Möglichkeit, ohne in der Wirkung
beeinflußt zu werden, zeitweise im Betrieb unterbrochen zu
werden, um Spannungsstufen anzulegen und so den Betrieb zu
steuern unter Verwendung des erfindungsgemäßen Prinzips.