CN101346876A - 控制电磁阻尼器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种控制电磁阻尼器的方法。更具体地说，本发明涉及这样的一种方法，包括在控制单元中确定注入电磁阻尼器(1)的激励电流的最大可允许强度(Im)。所述阻尼器包括轴，该轴承载次级绕组(5)和由所述次级绕组(5)供电的场线圈(13)，所述初级线圈(8)和所述次级绕组(5)形成发电机。所述阻尼器还包括套筒(9)，场线圈(13)在其中产生佛科电流；和用于液体冷却所述套筒的回路。所述方法根据表示所述旋转轴转速、所述冷却回路能耗散的热载荷以及冷却液流速(D)的值和数据实时确定所述最大强度。本发明适用于用在车辆诸如重型车辆上的电磁阻尼器。

Description

控制电磁阻尼器的方法

技术领域

本发明涉及一种控制包括电流发电机的电磁阻尼器的方法，所述电流发电机包括初级线圈，其中注入激励电流。

本发明应用于阻尼器，促动所述阻尼器时，该阻尼器能在装备该阻尼器的车辆的主传动轴或辅助传动轴上产生阻滞阻力扭矩。

背景技术

这种电磁阻尼器包括连接到车辆主或辅助传动轴的旋转轴，以便在其上施加阻滞阻力扭矩，特别用于协助车辆制动。

这种阻滞效果利用提供有DC电流的场线圈产生，以便在铁磁性材料制成的金属件上形成磁场，从而在该金属件上出现涡流。

场线圈可以是固定的，从而与至少一个可动的铁磁性材料金属件协作，该金属件一般表现为刚性固紧在旋转轴上的盘件。

在这种情况下，这些场线圈的取向基本上平行于旋转轴线，并设置在该轴线周围，面对所述盘件，同时固紧到固定板。向两个连续的场线圈供电，从而在相反的方向上产生磁场。

在向所述场线圈供电时，它们在所述盘件上产生的涡流通过它们的作用对抗产生涡流的原因，这样在所述盘件上产生阻力扭矩，并因此在所述旋转轴上产生阻力扭矩，从而使车辆慢下来。

在该实施例中，由来自车辆电气系统的电流，就是说例如来自车辆电池的电流，给场线圈供电。但是，为了增加阻尼器的性能，必须设计辅助电源(recourse)，其中电流发电机整合在所述阻尼器中。

因此，根据从专利文件EP0331559和FR1467310获悉的其他已知设计，向场线圈供电通过包括初级定子线圈和次级转子线圈的发电机来实现，车辆系统给所述初级定子线圈供电，而次级转子线圈固定到旋转轴。

所述场线圈固紧到旋转轴，同时径向伸出，以使得它们与旋转轴一起转动，以便在包围它们的固定柱状套筒(jacket)中产生磁场。

诸如二极管桥式整流器的整流器插置在次级转子绕组以及场线圈之间，以将发电机次级绕组传输的交流电流转换成向场线圈供电的DC电流。

在旋转轴线周围连续的两个径向场线圈产生方向相反的磁场，一个产生取向为离心方向的磁场，另一个产生取向为向心方向的磁场。

操作中，向初级线圈供电能使发电机产生提供给场线圈的电流，这样在固定柱状套筒中引起涡流，从而在旋转轴上产生阻力扭矩，该阻力扭矩使车辆慢下来。

为了降低重量并进一步提升这种阻尼器的性能，根据专利文件EP1527509中所采用的方案，具有优势的是通过倍速器将其连接到车辆传动轴。

则较之其所连接的传动轴转速来说，阻尼器轴的转速数倍增大。这种布置显著增强了由发电机输送的电力，因此增强了阻尼器的动力。

发明内容

本发明的目标是一种为电磁阻尼器的初级线圈确定最大可接受激励电流强度的方法，能使所述阻尼器的性能和可靠性提高。

为此，本发明的目标是一种在控制箱中确定注入电磁阻尼器初级线圈中的最大可接受激励电流强度(Imax)的方法，所述阻尼器包括旋转轴，其承载次级绕组和由该次级绕组供电的场线圈，初级线圈和所述次级绕组形成发电机，该阻尼器包括固定的柱状套筒，其包围所述场线圈并且场线圈在其中产生涡流，并且冷却回路使液体在该套筒中循环，所述方法包括根据表示所述旋转轴转速(Na)、所述冷却回路能耗散的热输出以及冷却液体流速的测量值实时确定所述最大强度，所述这些数据来自连接到所述控制箱的传感器。

根据阻尼器的操作条件实时优化注入初级线圈的激励电流强度，能增加制动扭矩。所述方法能整合各种不同的操作约束条件，以根据阻尼器的热操作条件，在任何时刻确定最优的最大可接受电流强度。

本发明还涉及如上限定的方法，其中表示冷却回路能耗散的热输出的测量值包括冷却回路入口和出口处冷却液体温度的差值以及表示冷却液体流速的值。

本发明还涉及如上限定的方法，包括根据旋转轴的转速确定第一强度，根据冷却回路能耗散的热输出确定第二强度，根据冷却液体流速确定第三强度，并将所述第一强度、第二强度和第三强度中最小的那一个赋给所述最大可接受强度。

本发明还涉及如上限定的方法，其中在所述控制箱中，根据存储在控制箱中的数值表来确定所述最大可接受强度，这些表包括对于不同操作条件而言，表示最大可接受电流的值。

本发明还涉及如上限定的方法，其中所述值以动态二维表(two-waytable)的形式存储。

本发明还涉及如上限定的方法，包括根据车辆热机的速度以及该热机所驱动的水泵的诺模(nomogram)特性来确定表示冷却液体流速的值，该水泵导致冷却液体循环。

本发明还涉及如上限定的方法，其中从CAN总线传输的数据获取表示热机速度的值。

附图说明

现在将更为详细地参照附图说明本发明，所述附图以非限制性示例的方式例述了本发明的实施例。

图1是本发明所适用的电磁阻尼器的局部切开总体图；

图2是适用本发明方法的阻尼器的电子部件的示意图；

图3是表示可接受强度作为旋转轴转速的函数的曲线；

图4是表示套筒临界温度作为冷却液体流速的函数的曲线。

具体实施方式

在图1中，电磁阻尼器1包括形状基本上为柱状的主壳体2，该主壳体第一端被盖板3闭合，第二端被连接件4闭合，所述阻尼器1借助该连接件经由以6表示的倍速器直接或间接固定到变速箱壳体。

固定的壳体2包围旋转轴7，该旋转轴经由倍速器6连接到图中不可见的传动轴，诸如通往车轮的主传动轴，或者辅助传动轴，诸如辅助齿轮箱输出轴。在对应于盖板3内侧的区域中，设置电流发电机，该电流发电机包括固定的初级线圈或定子初级线圈8，该初级线圈包围转子次级绕组，所述次级绕组固紧到旋转轴7。

在图2中示意性示出了所述次级绕组，由附图标记5表示。这些次级绕组5在这里包括3个不同的绕组5A、5B和5C，以便传输三相交流电流，所述三相交流电流的频率取决于旋转轴7的旋转速度。

形状基本上为柱状的内套筒9安装在主壳体2中，径向略微从主壳体2外壁隔开，以限定基本上柱状的中间空间10，该套筒9的冷却液体在该空间中循环。

形状基本上也为柱状的所述主壳体设置有用于将冷却液体引入空间10的通道11；和用于将冷却流体排出该空间10的通道12。

阻尼器的冷却回路可以与装备该阻尼器的车辆热机的冷却回路串联连接。在这种情况下，入口11连接到热机的出口，而出口12连接到该回路的冷却散热器的入口。

套筒9包围若干场线圈13，所述场线圈由刚性固定到旋转轴7的转子14承载。每个场线圈13的取向使得产生径向磁场，同时基本上具有平行于轴7延伸的长方形。

以一种已知的方式，套筒9和转子14的主体由铁磁性材料制成。这里，所述壳体可以是基于铝的的可铸部件，且密封垫圈插置在所述壳体和套筒9之间，盖板3和部件4穿有孔。

通过发电机的转子次级绕组5经由旋转轴7承载的桥式整流器向场线圈13供电。所述桥式整流器可以是图2中表示为15的桥式整流器，且其包括六个二极管15A-15F，将从次级绕组5A-5D引出的三相交流电整流为直流。该桥式整流器还可以为其他类型，例如由MOSFET型晶体管形成的整流器。

从图1中看出，承载场线圈13的转子14总体形状为中空柱状，借助径向臂16连接到旋转轴7。因此，转子14限定了位于轴7周围的环形内空间，该内空间借助轴向风扇17进行通风，所述轴向风扇设置地基本上与盖板3和壳体2的结合部对齐。径向风扇18或导流片设置在壳体2相对端，以排出由风扇17引入的空气。

阻尼器的操作包括把来自车辆电气系统特别是电池的激励电流注入初级线圈8中，以使所述发电机在其次级绕组5处传输电流。由发电机传输的电流然后供应给场线圈13，从而在固定的柱状套筒9上产生任意电流，以便产生阻力扭矩，为车辆提供阻滞效果。该激励电流借助以下所述的控制箱注入初级线圈8。

发电机次级绕组5传输的电力大于供应给初级线圈8的电力，因为这是初级线圈8的磁场以及旋转轴做功的结果。在图1所示的实施例中，阻尼器的轴7经由倍速器6连接到车轮传动轴，所述倍速器作用在连接到齿轮箱主轴的齿轮箱辅助轴上。

该阻尼器包括如图2所示的控制箱19，其例如插置在车辆电源和初级线圈8之间。在图2所示的例子中，控制箱19和初级线圈8串联安装在车辆地线M和车辆电池的供电端Batt之间。从该图中可以看出，二极管D安装在初级线圈8的接线端，从而防止反向电流在初级线圈中循环。

阻尼器的控制箱19是电子箱，包括例如工作在5V的ASIC型逻辑电路和/或能管理高强度电流的功率控制电路。

控制箱19包括输入端，其能接收来自阻尼器的表示要求阻尼器所产生阻力扭矩水平的控制信号。控制箱19实时控制注入初级线圈8的电流的可接受的最大强度Imax。接着根据该最大强度Imax和所述控制信号代表的值限定激励电流的强度水平Ie。

在控制箱19中根据表示旋转轴7转速、冷却回路能耗散的热输出以及冷却液体流速的测量值和数据实时确定注入初级线圈的激励电流Ie的最大可接受强度Imax。

控制箱19首先确定3个强度，分别表示为I1、I2和I3，对应于3个不同的标准，并将三个值I1、I2和I3中最小的那个赋值给Imax。

三个强度I1、I2和I3对应于需要遵循的3种不同条件。

第一强度I1是激励电流的阈值，超过该阈值，流入场线圈13的电流If将会太高，导致场线圈13损坏或桥式整流器15损坏，或者次级绕组5A-5C损坏。第一强度I1主要取决于旋转轴7的转速Na，因为对于注入初级线圈的相同激励电流值Ie而言，流入场线圈13的电流强度If随着轴7转速Na而增大。

强度I2是这样的阈值，超过该阈值时，涡流产生的热输出将大于冷却回路所能排出的热输出。如果激励电流的强度Ie大于I2，则冷却流体开始沸腾。

强度I3是这样的阈值，超过该阈值时，柱状套筒9的温度将会太高，即使冷却流体能排出涡流产生的热输出，也会导致冷却流体沸腾。

通过从存储在控制箱19中的数据表读数而确定强度I1，该数据表包括对于转速Na的各种值而言可接受的激励电流强度Ie。该表对应于图3中的曲线，该曲线表示对于速度Na可接受的电流Ie，该曲线是带有水平渐近线的下降曲线。

旋转轴7的转速Na可以来源于装备该阻尼器的转速传感器，或者可以从箱19所连接的车辆CAN数据总线上可用的数据推导出来。在这种情况下，速度倍速因子6存储在控制箱19中，以使可以根据CAN总线的数据确定速度Na。

根据表示液体冷却回路所能耗散的热输出的测量值和数据确定第二强度I2，从而使涡流产生的热输出对应于冷却回路所能耗散的热输出。

该热输出主要通过进入阻尼器的入口11处和离开阻尼器的出口12处的冷却液体温度之间的差值，表示为DT，以及阻尼器中冷却液体的流速，表示为D，这两者来确定。冷却回路可以耗散的热输出越高，则差值DT和流速D越大。

从两个分别置于冷却液体入口11和出口12处的热探头来确定温度差值DT，所述探头连接到控制箱19。

冷却液体的流速D对应于车辆热机驱动的水泵转速，所述水泵导致液体在冷却回路中循环。流速D由表示为Nt的热机转速和表示所述泵的特性的诺模图(nomogram)产生。控制箱19获取CAN总线上的转速Nt，以便从存储在控制箱19中的泵诺模图中确定流速D。

液体冷却回路耗散的热输出主要对应于柱状套筒9中的涡流产生的热输出。后者直接关系到流入场线圈13且表示为If的电流强度。该电流If本身强度取决于旋转轴7的转速Na以及激励电流强度Ie。

确定第二强度I2包括首先确定流入场线圈的电流If的阈值，超过该阈值时，涡流产生的热输出将大于冷却流体所能耗散的热输出。因此，电流强度If的阈值取决于差值DT和流速D，并例如从存储在控制箱19中的数字数据表中读取。

根据流入场线圈的电流If的阈值以及旋转轴7的转速Na，从另一个数据表中读取激励电流的第二强度I2的值。该另一个数据表表示用于各种If和Na值的Ie值。

第三强度I3对应于套筒温度需要遵循的条件，该温度必须保持低于表示为Tc的临界温度，以便不会导致冷却流体开始沸腾。

临界温度Tc主要取决于冷却流体流速D，根据图4所示曲线描绘的变化规律：流速D越高，临界温度Tc可以越高。

当冷却流体的温度在一百零五度左右变化时，对应于图4所示的曲线，柱状套筒9的温度主要取决于流入场线圈13的电流强度If。

确定第三强度I3包括首先从存储在控制箱19中的数据表中读取对于所涉及的流速D而言可接受的临界温度Tc，该数据表对应于图4的曲线。

然后从另一个数据表中读取流入场线圈13并对应于临界温度Tc的电流If水平，该数据表对于不同的临界温度Tc，对于正常操作条件，就是说冷却液体温度接近一百零五度的情况下，给出对应的If水平。

然后通过从另一个对于不同的速度Na而言匹配Ie和If的数据表中读数，根据旋转轴7的转速Na和上述确定的电流If来确定I3的水平，

在上述实施例中，存储在控制箱19中的数据表现为不同的数据表形式，但是这些数据可以以一个或多个动态二维表的形式存储。

这样有利于实施根据本发明的控制方法，同时带来灵活性，以适配不同的使用环境。

在以上例子中，通过以中间媒介的方式，参照流入感应线圈13的电流If的值并确定对于所涉及的转速Na而言，在要求的If水平时激励电流的强度I2或I3，从而确定强度I2和I3。

还可以直接确定I2和I3的水平而不确定电流If的阈值，这样来实施根据本发明的方法。

可以直接从针对不同的流速D和差值DT给出I2值的表中直接读取I2的水平。以类似的方式，可以从给出对应于不同流速D值的I3水平的数据表中直接读数来确定I3水平。

本发明特别提供以下优势：

可以提高注入初级线圈的激励电流水平，以实现更高的阻滞扭矩。如果不使用这种调节方法，激励电流的强度限制于单纯对应阻尼器预定使用条件的相对较低水平。

通过避免阻尼器在超过其能力的范围内工作，本发明还能提高阻尼器的可靠性，并延长其寿命。

Claims (7)

1.一种用于在控制箱中确定注入电磁阻尼器(1)的初级定子线圈(8)的最大可接受激励电流强度(Imax)的方法，所述阻尼器(1)包括旋转轴(7)，其承载次级绕组(5)和由这些次级绕组(5)供电的场线圈(13)，所述初级线圈(8)和所述次级绕组(5)形成发电机，该阻尼器包括固定的柱状套筒(9)，其包围所述场线圈(13)并且场线圈(13)在其中产生涡流，并且冷却回路使液体在该套筒中循环，所述方法包括根据表示所述旋转轴(7)的转速(Na)、所述冷却回路能耗散的热输出(DT、D)以及冷却液体流速(D)的测量值实时确定所述最大强度(Imax)，所述这些数据来自连接到所述控制箱(19)的传感器。

2.如权利要求1所述的方法，其中表示所述冷却回路能耗散的热输出的所述测量值包括所述冷却回路入口(11)处和出口(12)处的冷却液体温度的差值(DT)以及表示冷却液体流速(D)的值。

3.如权利要求1或2所述的方法，包括根据所述旋转轴(7)的转速(Na)确定第一强度(I1)，根据所述冷却回路能耗散的热输出确定第二强度(I2)，根据所述冷却液体流速确定第三强度(I3)，并将所述第一强度(I1)、第二强度(I2)和第三强度(I3)中最小的那一个赋给所述最大可接受强度(Imax)。

4.如前述权利要求任一项所述的方法，其中根据存储在所述控制箱(19)中的数值表来确定所述最大可接受强度(Imax)，这些表包括表示对于不同操作条件的最大可接受电流(Imax)的值。

5.如前述权利4所述的方法，其中所述值以动态二维表的形式存储。

6.如前述权利要求任一项所述的方法，包括根据车辆热机的速度(Nt)以及该热机所驱动的水泵的诺模特性来确定表示冷却液体流速(D)的值，该水泵导致冷却液体循环。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，从CAN总线传输的数据获取表示热机速度的值。

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