BR112018013053B1

BR112018013053B1 - Processo e dispositivo para comandar uma válvula magnética

Info

Publication number: BR112018013053B1
Application number: BR112018013053-2A
Authority: BR
Inventors: Dirk Foerch; Dirk Bodenschatz; Dirk Drotleff; Erich Ludewig; Jacqueline Rausch; José-Maria Rodelgo Lucas; Steffen BENZLER; Volker Edelmann
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2015-12-28
Filing date: 2016-12-28
Publication date: 2022-12-06
Also published as: WO2017114868A1; EP3397848A1; CN108474310A; DE102016226272A1; BR112018013053A2

Abstract

PROCESSO E DISPOSITIVO PARA COMANDAR UMA VÁLVULA MAGNÉTICA. A presente invenção refere-se a um processo, respectivamente a um dispositivo, para o comando de uma válvula magnética que é acionável eletromagneticamente por uma bobina e que é regulável em dois estágios. Nesse caso, a bobina da válvula magnética é energizada de acordo com uma variável nominal. A variável nominal é reduzida de um primeiro valor nominal de corrente predefinido para um segundo valor nominal de corrente predefinido de um modo tal que uma emissão de som audível, que ocorre ao se conectar a válvula magnética, seja reduzida ao menos parcialmente. A essência da invenção consiste em que depois da redução para o segundo valor nominal de corrente, a variável nominal é aumentada para um terceiro valor nominal de corrente predefinido.

Description

[0001] A presente invenção refere-se a um processo e a um dispo sitivo para comandar uma válvula magnética.

[0002] Um comando desse tipo é conhecido pelo EP 2 379 868 B1. Aí é descrito um comando de uma válvula magnética acionável eletromagneticamente por uma bobina, regulável em dois estágios e aberta sem corrente. Nesse caso, a bobina da válvula magnética é energizada para o fechamento da válvula segundo uma variável nominal, sendo que a variável nominal é reduzida de um primeiro valor nominal de corrente predefinido para um segundo valor nominal de corrente predefinido, de um modo tal que uma emissão de som audível, que ocorre ao se comutar a válvula magnética, seja reduzida ao menos parcialmente. No EP 2 379 868 B1, o fechamento da válvula magnética é detectado através de detecção de uma pressão controlada pela válvula magnética. Depois que tiver sido detectado que a válvula magnética foi fechada, o estado de fechamento detectado é mantido através de uma pequena elevação da corrente.

Evidência da Invenção

[0003] A presente invenção parte de um processo, respectivamen te de um dispositivo para comandar uma válvula magnética acionável eletromagneticamente e regulável em dois estágios. Nesse caso, a bobina da válvula magnética é energizada segundo uma variável nominal. A variável nominal é reduzida de um primeiro valor nominal de corrente predefinido para um segundo valor nominal de corrente pre- definido de um modo tal que uma emissão de som audível, que ocorre ao se comutar a válvula magnética, seja reduzida ao menos parcialmente.

[0004] A essência da invenção consiste em que depois da redução para o segundo valor nominal de corrente, a variável nominal é aumentada para um terceiro valor nominal de corrente predefinido.

[0005] A vantagem da invenção consiste em que, por um lado, é garantida uma comutação silenciosa da válvula e, por outro lado, também uma comutação segura da válvula. Caso o comando otimizado quanto a ruídos da válvula não tenha levado à comutação da válvula, então através do aumento do valor de corrente de acordo com a invenção será assegurada uma comutação segura, mesmo que com um ruído aumentado (comutação de segurança).

[0006] A válvula magnética pode assumir dois estágios de comu tação através de regulagem. O primeiro valor nominal de corrente é escolhido vantajosamente de tal modo que seja introduzida uma mudança do estado de comutação da válvula magnética.

[0007] Em uma configuração particularmente vantajosa da inven ção é previsto que o terceiro valor nominal de corrente seja escolhido de um modo tal que se obtenha uma mudança do estado de comutação da válvula magnética. Desse modo consegue-se, com segurança, que, caso o comando otimizado quanto a ruídos da válvula não tenha levado à comutação da válvula, através do aumento do valor de corrente para o valor do terceiro valor nominal de corrente se garanta uma comutação segura mesmo que ligada a um ruído aumentado (comutação de segurança).

[0008] Em uma configuração vantajosa da invenção é previsto que o aumento para o terceiro valor nominal de corrente predefinido ocorra continuamente, especialmente em forma de rampa. Desse modo, mesmo no caso da comutação de segurança da válvula de acordo com a invenção, ocorre um comando com o mínimo de ruído possível.

[0009] Em outra configuração vantajosa da invenção é previsto que o aumento para o terceiro valor nominal de corrente predefinido ocorra dentro de um tempo de duração predefinido. Essa configuração tem a vantagem de que a comutação de segurança ocorre ao máximo possível sem atraso em relação ao comando planejado e otimizado quanto a ruídos. Para isso, no entanto, o tempo de duração deve ser predefinido mais longo do que o tempo máximo de comutação da válvula magnética.

[00010] Além disso, pode ser previsto que a energização com o primeiro valor nominal de corrente ocorra durante um primeiro tempo de duração predefinido, sendo que o primeiro tempo de duração é predefinido em função da resistência da bobina. Já que o comportamento de comutação da válvula é dependente da constante de tempo tau da bobina magnética (tau = L/R, L: indutância, R: resistência da bobina) e a resistência R da bobina magnética se altera ao longo da temperatura (temperatura ambiente e autoaquecimento devido à ener- gização), então, segundo essa forma de execução da invenção, a resistência da bobina será medida ciclicamente e o valor para I1 será determinado em função da resistência da bobina ao longo de uma curva característica (I1 ao longo de R). A dependência do primeiro tempo de duração em relação à resistência da bobina pode ser predefinida de modo fixo.

[00011] Além disso, pode ser previsto que o ajuste dos valores nominais de corrente ocorra através de um comando com modulação de amplitude pulso. Nesse caso, o comando com modulação de amplitude de pulso pode ocorrer com frequência fixa e/ou a relação de amplitude de pulso pode ocorrer em função da tensão de alimentação detectada e/ou da resistência da bobina detectada. Nesse caso, é previsto, especialmente, que os valores nominais de corrente sejam ajustados sem uma regulagem de corrente e/ou sem uma medição de corrente.

[00012] O comando de acordo com a invenção pode ser previsto para a conexão e/ou para a desconexão da válvula magnética.

[00013] Em combinação com a "identificação do ponto de comutação" disponível em futuros aparelhos de controle, é possível testar o resultado em cada processo de conexão/desconexão e otimizar os valores de corrente. Com isso, a curva característica (I1 ao longo de R) pode ser otimizada continuamente para reduzir ainda mais o ruído de comutação. Por esse motivo, em outra configuração da invenção é previsto que a regulagem da válvula magnética seja detectada e que pelo menos um dos valores nominais de corrente seja modificado em função da regulagem detectada.

Desenhos

[00014] A seguir, um exemplo de execução da presente invenção será explicado detalhadamente com base no desenho correspondente. Neste mostram-se:

[00015] Figura 1: em uma exposição fortemente esquematizada, um sistema de freio para um veículo automotor;

[00016] Figura 2: uma válvula de freio projetada como válvula magnética;

[00017] Figura 3: uma trajetória temporal segundo o estado da técnica;

[00018] Figura 4: uma trajetória temporal segundo um exemplo de execução da invenção;

[00019] Figura 5: uma curva característica de corrente/resistência;

[00020] Figura 6: uma trajetória temporal segundo outro exemplo de execução da invenção.

[00021] A figura 1 mostra um circuito de freio em um sistema de freio hidráulico, respectivamente eletro-hidráulico de um veículo automotor, com unidades de freio de roda na roda esquerda (L), respectivamente na roda direita (R) do veículo. Ao sistema de freio são alocados adicionalmente diferentes componentes de freio, como, por exemplo, um cilindro principal 4 que é acionado pelo motorista e uma válvu- la de comutação 5 acionável eletricamente conectada depois do cilindro principal 4. A tubulação hidráulica proveniente da válvula de comutação 5 se bifurca em duas tubulações individuais para as unidades de freio de roda, sendo que em cada uma dessas tubulações está respectivamente disposta uma válvula de freio 6, respectivamente 7, que funciona como válvula de admissão. As válvulas de freio 6 e 7 estão projetadas como válvulas magnéticas acionáveis eletricamente, as quais se encontram em posição de abertura quanto estão no estado sem corrente. Entre a válvula de admissão 6 e a unidade de freio de roda 2 associada a ela pode estar disposto um sensor de pressão 8 para a detecção da pressão de roda hidráulica nesse local.

[00022] Através de uma válvula de comutação principal 9, também acionável eletricamente, e de uma bomba de transporte 10 associada à válvula de comutação principal, o fluido hidráulico é transportado de um reservatório hidráulico para o sistema de freio.

[00023] Na figura 2 é mostrada, como exemplo, uma válvula magnética projetada como válvula de freio 6, 7. A válvula inclui um induzido 11 regulável axialmente com tucho de válvula 14 aí disposto, sendo que o induzido 11 encontra-se rodeado por uma cápsula 12 e envolvido por uma bobina energizável 13 pelo lado do estator. Ao ocorrer uma energização da bobina 13, o induzido 11, incluindo o tucho de válvula 14, é deslocado translatoriamente na direção de um assento de válvula 16, através do qual o fluido de freio hidráulico corre na direção da seta 17 quando a válvula estiver aberta. O tucho de válvula 14 está submetido a uma força por um elemento de mola 15 na direção da posição de abertura da válvula de freio; consequentemente, no es-tado sem corrente a válvula de freio se encontra em sua posição de abertura. Com a energização da bobina 13, o tucho de válvula 14 é pressionado contra a força do elemento de mola 15 para cima do assento de válvula 16 e, consequentemente, assume a posição de fe- chamento, na qual se acha interrompido o fluxo de fluido de freio através da válvula de freio na direção de seta 17.

[00024] Em sistemas de regulagem de freio eletro-hidráulicos, são usadas, portanto, válvulas magnéticas para representar funções hidráulicas. Na ativação e desativação das válvulas, principalmente em válvulas de comutação, ocorrem ruídos de comutação. Uma providência para evitar esses ruídos consiste no comando com uma rampa de corrente, a qual, no entanto, geralmente traz somente uma pequena melhora.

[00025] A figura 3 mostra um comando desse tipo de uma válvula de comutação com rampa de corrente. Na figura 3, a trajetória temporal assinalada pelo número 32 mostra o valor nominal para a corrente; a trajetória temporal assinalada por 33 mostra o valor efetivo da corrente. A trajetória temporal assinalada por 31 representa quantitativamente a corrente requerida para o equilíbrio de forças entre a força de mola e a força magnética.

[00026] Devido à mudança da fenda de ar durante o processo de comutação, a corrente de resposta (curva 31 ao início da trajetória temporal mostrada na figura 3) é nitidamente maior do que a corrente de conservação (curva 31 ao final da trajetória temporal mostrada na figura 3). Enquanto a válvula 6, 7 for movida através da tensão de indução, ocorre uma redução da corrente através da bobina 13 (curva 33), apesar de que o valor nominal (curva 32) permanece inalterado. A diferença que permanece entre a corrente que realmente passa (curva 33) e a corrente (curva 31) requerida para um equilíbrio de força na válvula leva a uma aceleração 34 da válvula. A área entre a trajetória 33 e a trajetória 31 corresponde à energia de aceleração (bloco de aceleração 34) e com isso define a velocidade de impacto (bloco de impacto 35) que, por sua vez, define o nível do ruído de comutação.

[00027] A presente invenção possibilita a comutação de válvulas magnéticas sem ruídos, respectivamente com redução de ruídos.

[00028] Uma condição marginal para o comando na maioria dos sistemas de freio é que não ocorra nenhum sinal de retorno quanto aos processos de comutação da válvula e, consequentemente, não seja possível nenhuma adaptação permanente. Mesmo assim, o comando deve ocorrer de tal modo que seja minimizada a velocidade do induzido de válvula, também se levando em conta as influências perturbadoras, tais como tolerâncias de produção, efeitos de envelhecimento e oscilações de temperatura.

[00029] Em um sistema crítico quanto à segurança não é admissível que a válvula não comute sob condições impróprias. Garantir isso é essencial para a presente invenção.

[00030] Na figura 4, o comando de uma válvula magnética de acordo com a invenção é mostrado com base em um exemplo de execução.

[00031] Também na figura 4, a trajetória temporal assinalada por 32 mostra o valor nominal para a corrente; a trajetória temporal assinalada por 33 mostra o valor efetivo da corrente. A trajetória temporal assinalada por 31 representa quantitativamente a corrente requerida para o equilíbrio de forças entre a força de mola e a força magnética.

[00032] Devido à redução da corrente de I1 para I2 dentro da "fase de voo" da válvula, a aceleração 35 (região entre a trajetória 33 e 31; trajetória 33 está acima da trajetória 31) pode ser reduzida e, inclusive, pode-se obter um retardamento 36 (região entre a trajetória 31 e 33; trajetória 33 está abaixo da trajetória 31) do induzido que se encontra em movimento. Devido a isso, a velocidade de impacto sobre o batente 35 é reduzida drasticamente, o que, consequentemente, possibilita uma nítida redução de ruído até chegar à comutação silenciosa.

[00033] Os valores de corrente aqui apresentados I1, I2 e I3 são apenas valores teóricos no cálculo interno. Efetivamente, é emitida uma relação PWM fixa (relação entre a duração do pulso de corrente e a pausa de pulso) para o tempo T1 e, em seguida, ela é mudada para uma segunda (I2) e uma terceira (I3) relação PWM. A relação PWM é calculada, respectivamente, a partir da resistência medida da bobina R e da tensão de rede de bordo também medida.

[00034] Nesse caso, o tempo T1, no qual é ajustada a corrente I1, é definido apenas uma única vez para cada tipo de válvula e não é alterado. Uma rotina de aprendizado é executada apenas uma vez ao final da produção da válvula ou do sistema de freio ou partes do sistema de freio e os valores assim obtidos (I1 e I2) valem, geralmente, para toda a vida do veículo ou até a troca dos componentes.

[00035] Já que o comportamento de comutação da válvula é dependente da constante de tempo tau da bobina magnética 13 (tau = L/R, sendo L a indutância da bobina) e a resistência R da bobina magnética 13 se modifica ao longo da temperatura (temperatura ambiente e autoaquecimento devido à energização), então a resistência da bobina no sistema é medida ciclicamente e o valor para I1 é calculado ao longo de uma curva característica 51 (figura 5, I1 ao longo de R) em função da resistência da bobina.

[00036] A figura 5 mostra a curva característica para I1 em função da resistência de bobina R. Com ajuda dessa curva característica, um comando otimizado quanto a ruídos pode ser adaptado a uma variação da resistência de bobina, como, por exemplo, devido à temperatura. Desse modo é possível cobrir toda a vida do veículo através de uma única rotina de aprendizagem inicial que ocorra, por exemplo, ao final da produção.

[00037] O valor de corrente aprendido para I2 é ocupado com um offset de segurança e permanece, então, constante ao longo da temperatura e da vida do veículo.

[00038] A válvula é comandada com um estágio final PWM modula- do em amplitude de pulso (sem regulagem de corrente e sem medição de corrente); para isso, a frequência PWM é ajustada fixamente para 4 kHz. Para que ainda assim seja possível um comando reproduzível com corrente definida, a relação PWM necessária (relação entre a duração de pulso e a duração da pausa de pulso) é calculada com base na tensão de rede de bordo medida e da resistência de bobina medida (levando em conta a interconexão interna).

[00039] Em seguida ao comando otimizado quanto aos ruídos (em sua maioria apenas alguns milissegundos), a corrente I3 é ajustada. Isso ocorre, opcionalmente, em forma de rampa (não mostrado na figura 4). Devido a isso, é forçada uma comutação segura da válvula (nesse caso, ligada a um ruído mais elevado), caso o comando otimizado quanto a ruídos não tenha levado à comutação da válvula.

[00040] Nesse caso, a distância temporal para a mudança para I3 tem que ser escolhida como mais longa do que o tempo máximo de comutação da válvula. Ela não tem nenhuma influência sobre o fechamento da válvula otimizado quanto a ruídos.

[00041] Como ampliação da invenção, cabe observar que a invenção também é aplicável ao processo de desconexão. Isso está exposto na figura 6.

[00042] Na figura 6 é mostrada a trajetória temporal da corrente durante a conexão e desconexão da válvula magnética. Nesse caso, como o número de referência 61 mostra-se o pulso de conforto já descrito para a conexão da válvula. Na identificação seguinte de comutação 62 (identificação do processo de conexão da válvula) ocorre, então, o pulso de conforto para a desconexão da válvula (bloco 63). No bloco 64 ocorre, então, novamente a identificação de comutação da desconexão.

[00043] Em combinação com a "identificação de ponto de comutação" disponível em aparelhos de controle é possível testar o resultado a cada processo de conexão/desconexão e otimizar os valores de corrente. Com isso, a curva característica (I1 ao longo de R) pode ser otimizada continuamente para se reduzir ainda mais o ruído de comutação. De resto, pode-se prescindir da rotina de aprendizado inicial.

Claims

1. Processo para comandar uma válvula magnética (6, 7) acionável eletromagneticamente por uma bobina (13) e regulável em dois estágios, sendo que a bobina (13) da válvula magnética (6, 7) é energizada segundo uma variável nominal, e a variável nominal é reduzida de um primeiro valor nominal de corrente predefinido (I1) para um segundo valor nominal de corrente predefinido (I2), de um modo tal que uma emissão de som audível, que ocorre ao se conectar a válvula magnética (6, 7), seja reduzida ao menos parcialmente, e a válvula magnética (6, 7) pode assumir dois estágios de comutação através da regulagem e o primeiro valor nominal de corrente (I1) é escolhido de tal modo, que seja introduzida uma mudança do estado de comutação da válvula magnética (6, 7), sendo que depois da redução para o segundo valor nominal de corrente (I2), a variável nominal é aumentada para um terceiro valor nominal prede- finido (I3), caracterizado pelo fato de que o terceiro valor nominal de corrente (I3) é escolhido de tal modo, que se obtenha uma mudança do estado de comutação da válvula magnética (6, 7).

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o aumento para o terceiro valor nominal de corrente predefinido (I3) ocorre continuamente.

3. Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o aumento para o terceiro valor nominal de corrente predefinido (I3) ocorre em forma de rampa.

4. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o aumento para o terceiro valor nominal de corrente predefinido (I3) ocorre dentro de um tempo de duração predefinido.

5. Processo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a válvula magnética (6, 7) tem um tempo de comutação máximo e o tempo de duração é predefinido como sendo mais longo do que o tempo de comutação máximo da válvula magnética (6, 7).

6. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a energização com o primeiro valor nominal de corrente (I1) ocorre durante um primeiro tempo de duração predefinido (T1), sendo que o primeiro tempo de duração (T1) é predefinido em função da resistência da bobina (13).

7. Processo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a dependência do primeiro tempo de duração (T1) em relação à resistência da bobina (13) é predefinida de modo fixo.

8. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o ajuste dos valores nominais de corrente (I1, I2, I3) ocorre através de um comando com modulação de largura de pulso.

9. Processo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o comando com modulação de largura de pulso, com frequência fixa e/ou a proporção de largura de pulso ocorre em função de uma tensão de alimentação detectada e de uma resistência detectada da bobina (13).

10. Processo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que os valores nominais de corrente (I1, I2, I3) são ajustados sem uma regulagem de corrente e/ou sem uma medição de corrente.

11. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o comando de acordo com a invenção ocorre para a conexão e/ou desconexão da válvula magnética (6, 7).

12. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma regulagem da válvula magnética (6, 7) é detectada e pelo menos um dos valores nominais de corrente (I1, I2, I3) é modificado em função da regulagem detectada.

13. Dispositivo para comandar uma válvula magnética (6, 7) acionável eletromagneticamente por uma bobina (13) e regulável em dois estágios, sendo que a bobina (13) da válvula magnética (6, 7) é energizada segundo uma variável nominal, e a variável nominal é reduzida de um primeiro valor nominal de corrente predefinido (I1) para um segundo valor nominal de corrente predefinido (I2), de um modo tal que uma emissão de som audível, que ocorre ao se comutar a válvula magnética (6, 7), seja reduzida ao menos parcialmente, sendo que a válvula magnética (6, 7) pode assumir dois estágios de comutação através da regulagem e o primeiro valor nominal de corrente (I1) é escolhido de tal modo que seja introduzida uma mudança do estado de comutação da válvula magnética (6, 7), e estão presentes meios através dos quais, depois da redução para o segundo valor nominal de corrente (I2), a variável nominal é aumentada para um terceiro valor nominal de corrente predefinido (I3), caracterizado pelo fato de que o terceiro valor nominal de corrente (I3) é escolhido de tal modo que se obtenha uma mudança do estado de comutação da válvula magnética (6, 7).

14. Dispositivo de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que, - o aumento para o terceiro valor nominal de corrente pre- definido (I3) ocorre continuamente, especialmente em forma de rampa e/ou - o aumento para o terceiro valor nominal de corrente pre- definido (I3) ocorre dentro de um tempo de duração predefinido, sendo que é especialmente previsto que a válvula magnética (6, 7) apresente um tempo de comutação máximo e o tempo de duração seja predefini- do como mais longo do que o tempo de o tempo de comutação máximo da válvula magnética (6, 7).