CN101370695A - 真空制动力放大器及其运行方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及真空制动力放大器和用于使车辆制动设备的真空制动力放大器(1)运行的方法，该真空制动力放大器具有外壳(5)，该外壳通过至少一个可动的分隔壁(4)分成至少一个真空室(3)和至少一个工作室(2)，其中真空室(3)通过真空接头(10)连接在真空源上，并且对真空室(3)附设感应单元(6)，该感应单元感应真空室(3)中的压力并将该压力的值输送到电子控制单元(11)，该电子控制单元具有用于评估在真空室(3)中感应的压力的评估单元，并且仅仅以在真空室(3)中存在的压力为基础计算真空制动力放大器(1)的控制点。为了支持对整个系统的监控，按照本发明对由感应单元(6)测得的压力值进行合理性检查。同时找出感应单元(6)或真空制动力放大器(1)的可能的缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及一种真空制动力放大器和用于使车辆制动设备的真空制动力放大器运行的方法，该真空制动力放大器具有外壳，该外壳通过至少一个可动的分隔壁分成至少一个真空室和至少一个工作室，其中，真空室通过真空接头连接在真空源上，并且对真空室附设感应单元，该感应单元感应真空室中的压力并且将该压力的值输送到电子控制单元，该电子控制单元具有用于评估感应到的真空室中的压力的评估单元，并且仅仅以在真空室中存在的压力为基础计算真空制动力放大器的控制点。
背景技术
为了放大由驾驶员施加在制动踏板上的制动力而使用真空制动力放大器。真空制动力放大器由至少两个腔室组成，它们具有压差。这些腔室是工作室和真空室，它们这样组合在制动设备里面，使工作室与大气连接。借助于真空源使真空室排气。两个腔室通过薄膜分开。由内燃机或真空泵提供的真空放大由驾驶员施加的踏板力。根据供使用的真空，对于确定的踏板力达到一个状态，其中，真空制动力放大器已经达到最大可能的放大力，因此只能通过提高踏板力继续提高对于操作单元的作用力。这个状态称为真空制动力放大器的控制点。
由WO 2006/092348 A1已知一种用于识别真空制动力放大器的控制点的方法。在已知的方法中，通过压力传感器测量在真空室中存在的压力，并且借助于数学函数仅仅以真空室中存在的压力计算控制点。按照已知的方法要注意，当压力传感器的压力信号具有最小值时检测控制点。没有述及各个压力传感器信号是否安全或可靠的问题。
发明内容
因此，本发明的目的是，以这样的方式改进上述方法，即，使真空制动力放大器通过仅仅一个压力传感器可靠且安全地运行。
这个关于方法的目的通过独立权利要求1的特征得以实现。在此规定，对由感应单元测得的压力值进行合理性检查，并且找出感应单元或真空制动力放大器的可能的缺陷。
在从属权利要求中给出本发明的特别有利的改进方案和扩展结构。一个有利的改进方案规定，为了进行合理性检查，建立一个模型，该模型以实验获得的数据为基础，并结合流体技术和热力学过程来推测在真空室和工作室中的状态参数。
在另一有利的改进方案中，在模型的建立中加入真空室和工作室的几何尺寸以及真空制动力放大器的环境条件。
在此，由大气压力、真空源压力值、后置的主制动缸的液压压力、和环境温度构成真空制动力放大器的环境条件。
另一有利的改进方案在模型的建立中不仅考虑静态的而且考虑动态的真空制动力放大器运行状态。
此外，所述电子控制单元具有致动单元，该致动单元根据真空室中的压力值的评估来致动有源的液压制动力放大单元。
本发明的目的也通过一种设备得以实现，在该设备中具有这样的装置，该装置对由感应单元测得的压力值进行合理性检查，并且找出感应单元或真空制动力放大器的可能的缺陷。
在一个有利的实施例中，所述装置包括一模型，该模型以实验获得的数据为基础并结合流体技术和热力学过程来推测真空室和工作室中的状态参数。
附图说明
下面借助于附图中的实施例详细描述本发明。附图中：
图1示出真空制动力放大器的截面图；
图2示出按照图1的结构原理图；
图3a示出压力传感器的输出信号随时间的变化曲线，其中，该传感器获得真空室中的压力；
图3b示出图3a的压力传感器信号和压力传感器输出信号的时间变化曲线，其中，该压力传感器获得串列式主缸(THZ)中的液压压力；
图4示出推测算法的结构图；
图5示出实验获得的真空制动力放大器的特性曲线；
图6a、6b示出具有参数变化的对应于图3a视图的时间变化曲线；
图7a、7b示出具有参数变化的对应于图3b视图的时间变化曲线。
具体实施方式
在图1中示出真空制动力放大器1，它也称为“升压器”。该真空制动力放大器1具有外壳5，该外壳分成工作室2和真空室3。这一点通过可动的分隔壁4实现，该分隔壁配有可轴向移动的橡胶薄膜。在真空制动力放大器1的中间设置有控制轮毂9，其功能在下面详细描述。通过力输出机构14实现力的输出，该力输出机构穿过反作用盘15支承在台阶部16上。在另一侧，控制轮毂9穿出外壳5并且通过过滤器17轴向通入大气。通过形锁合安装的密封件18使工作室2相对于环境密封。
通过阀活塞19实现到反作用盘15上的力传递，该阀活塞夹紧在活塞杆7的球形头部上。活塞杆7穿过气室21并且与未示出的操纵踏板连接。在气室21中安装被活塞杆7穿过的分配阀22。
这样设置分配阀22，它使气室21与放大器内部分开，例如在图1中所示的真空制动力放大器1的未操作位置是这种情况。在这个未操作位置，到工作室2的空气输入被关闭。因此，由于工作室2通过开孔与真空室2连接并且由于真空室3通过真空接头10与连续工作的、未示出的低压源或真空源连接，所以在工作室2里面存在真空。这个位置对应于真空制动力放大器的未操作位置或释放位置。
如图1所示，借助于感应单元6测量真空室3中的压力。为此，使感应单元6通过一开孔与真空室3连接。
如果操纵与活塞杆7连接的制动踏板并由此移动活塞杆7和阀活塞19，则分配阀22被操纵并且真空室3与工作室2不再相互连接。在另一运动过程中，通过分配阀22使工作室2与外部空气之间的连接打开。通过施加在可动分隔壁4上压力差放大制动踏板上的输入力，并且通过力输出机构14操纵后置于真空制动力放大器1的主制动缸8。在这个准备位置，踏板力的每个微小变化都在分隔壁4的两侧引起压差的放大或缩小，并通过主制动缸8起到提高或降低制动系统中液压压力的作用，由此调节机动车辆的制动。
如果工作室2完全通气并且在工作室2中存在大气压，则真空制动力放大器1提供最大可能的放大力。控制点处于该状态中。在控制点，达到工作室与真空室3之间的最大压差。只有通过驾驶员的更大的踏板力才能经由力输出机构14继续提高主制动缸活塞上的作用力。在踏板力继续提高时，制动系统中的液压压力只不放大地增加。这导致，在超过控制点以后，继续提高制动力需要更大地增加制动踏板上力花费。
为了克服这个问题，已知在达到控制点时转换到液压放大器并且控制一液压泵，该液压泵建立附加的制动压力。但是，对于这个附加的制动力放大器，必需准确地识别控制点，以按照需要接通附加的液压放大器。因为真空制动力放大器1仅仅具有一个用于获得真空室中压力的压力传感器6，所以要推测或计算控制点。
仅仅通过一个压力传感器6也必需可靠地识别控制点。尤其是传感器的缺陷不能导致错误地识别控制点。因此在上述的方法中对由感应单元6测得的压力值进行合理性检查，并且找出感应单元6或真空制动力放大器1的可能的缺陷，由此查出传感器缺陷并且识别真空制动力放大器1的失效。
为此，提供了一种方法，该方法以实验获得的“适配”特性曲线、流体技术和热力学过程的关系为基础，来建立整个系统的模型并且推测在真空制动力放大器1的腔室2、3中的状态参数。在模型的建立中引入真空制动力放大器1的特征参数如几何尺寸、真空室2和工作室3的容积，并引入环境状态如机动车辆内燃机温度、抽吸管或真空接头10中的真空度、大气压和主制动缸8的压力。
模型的建立和真空制动力放大器1的两个腔室2、3中的压力推测不只局限于制动力放大器1的确定的操纵状态，即不只局限于操纵制动踏板或不操纵制动踏板，而是适用于真空制动力放大器1的所有运行状态。
在模型的建立中包括所考察系统的主要部分。如图1所示，它们是可动的分隔壁1、工作室2和真空室3。另外，还有设置在充气侧、工作室2、真空室3与排气侧(抽吸管)之间的三个阀门。充气侧和排气侧形成系统边界。(所述系统)与踏板单元通过活塞杆7的连接位于充气侧。用于主制动缸8、压力传感器6和真空接头10的接头位于排气侧。
模型的建立基于在图2中示出的整个系统的结构图。根据制动力放大的原理，显而易见的是，通过由驾驶员施加在踏板上的力或制动踏板行程来表达驾驶员的愿望。所获得的驾驶员愿望是系统的输入参数。其它输入参数是抽吸管或真空接头10中的真空度、大气压或零液位以上的高度、以及环境温度。
腔室2、3和阀门的特征参数作为真空制动力放大器1的参数加入到模型的建立里面。借助于腔室2、3中的质量守恒定律和沿着流动线路的脉冲获得真空制动力放大器1中发生的流体技术过程。沿着流动线路的脉冲能够由伯努利(Bernoulli)方程推导出来。理想气体的状态方程形成描述热力学过程的基础。热力学的第一和/或第二定律的关系提供了准确描述制动力放大器1的腔室2、3中的状态变化的方法。由图2可以得到所考虑的制动力放大器1状态。
在真空室3中的真空度被选择作为输出参数。这个输出参数反馈到系统输入，即反馈到抽吸管。对此的前提是，在抽吸管中安装止回阀。另一输出参数是主制动缸8中的液压压力。
为了帮助建立模型，一实验汽车配有所有必需的用于测量在图2中提到的输入参数、状态参数和输出参数的传感器。这些传感器连接到用于存储所接收到的值的测量技术设备。
特性曲线用于分析整个系统的静态和动态特性，以再现因果关系。此外，所获得的整个系统模型在模拟工具中执行并仿真。最后使非线性的模型线性化，以确定系统的输入与输出之间的传递特性。
因为所进行的分析主要涉及识别特征以及实验地确定整个系统状态之间的功能，它们保证在真空室3中使用的压力传感器6的运行可靠的功能，在这个解释中示出真空室3中真空对于不同的运行状态的典型特性。在行驶实验期间，借助于压力传感器6测量相对于大气压力的真空值。
起始点是制动力放大器1在未操作状态中的排气。通过真空源建立真空能够通过一阶的延迟系统表示，如图3a所示的那样。在此忽视打开止回阀之前的延迟时间。一阶的延迟系统通过两个参数描述，即时间常数TE和传递系数KE，该传递系数表示在静止状态输出振幅与输入振幅的比。
如图3b所示，在开始制动、即开始操纵真空制动力放大器1时，可以通过一阶延迟系统表示充气。其参数是时间常数TB和传递系数KB。在继续的制动过程中并且直到释放踏板，真空室3中的压力曲线振荡。在释放踏板后，一方面，部分地由于真空室3的跃变式容积增加而使这种短时间的振荡加剧，其中，所述跃变式容积增加导致真空室3跃变式的压力下降。另一方面同时使用于对工作室2充气的分配阀关闭并且打开工作室与真空室2、3之间的阀门，这导致真空室3中的压力重新升高，直到在两个腔室2、3之间达到平衡。
为了执行实验分析并对应于图2的视图，必需在实验汽车中使用多个传感器，但是它们不在所有的制动系统或汽车中存在。
尽管与制动力放大器1特性的因果关系很明显，但是大多可测量参数由于微小的使用性而不被选择作为用于推测制动力放大器1状态的输入参数。而是在本方法中定义一个替换参数，由此推测制动力放大器1的所有腔室2、3中的压力。
在本方法中，仅仅考虑用一个测量参数来设计推测制动力放大器1状态参数的方法。该测量参数是主制动缸8中的液压压力。根据需要，可以将输入参数如抽吸管中的压力或真空度、零液位以上的高度或大气压力依次地引入到算法里面。对于选择主制动缸8的压力作为推测算法的输入参数重要的是，规定制动力放大器1的特性而不是只描述其特性。图4示出用于将产生的推测算法用于实践的结构。
在主制动缸中测得的压力主要用于确定行驶状态“制动”和“未制动”以及这些行驶状态之间的过渡。踏板操纵的开始和结束、达到控制点即达到制动力放大器1的放大极限、以及开始释放踏板，被认为是过渡。根据通过实验和经验获得的主制动缸压力与要确定的状态和过渡之间的函数FZ来确定状态和上述过渡。本方法确保，确定控制点所必需的压力传感器6的值是可靠的。
上述特性曲线用于描述制动力放大器1的腔室2、3中的状态参数的特性。在本方法中规定特性曲线的三维说明，除了一个输入参数外，该特性曲线还包括其梯度作为另一输入参数。此外，阀门的特征也包括在特性曲线里面。作为示例，在图5中示出用于获得工作室2中的真空梯度的特性曲线。
对于未制动状态，唯一重要的是真空源中的压力与真空室3中的压力之间的因果关系。此外，在振荡过程以后，工作室2和真空室3中的压力是一致的。
在不同的大气条件下，例如在零液位以上的高度下，使用制动力放大器1。此外，重要的特征参数在运行过程中可能例如由于磨损过程而变化。为了平衡这种大气条件差和变化，本方法中提供了所谓的适配算法。这样对所使用的参数进行适配，即，在车辆运行中进行适配。为此，在非易失存储器中收集用于产生算法参数或其对变化的适配所需的数据，并且例如在车辆检查时适配。
在图6a中示出由于参数变化而改变的真空。该图示出，动态特性可以变化到这样的程度，使得可以通过延迟系统或二阶微分方程式描述。在本方法中，这个变动范围的极限不以从属的微分方程式描述，而是借助于同级的代数方程式推测它，如同在图6b中所示的那样。
这个变动范围通过由传感器制造者给定的误差来扩展。此外，在静止状态最大可达到的真空度受到最大供使用的自然/物理真空的限制。
推测的制动力放大器1的两个腔室2、3中的压力值一方面用于计算两个腔室2、3之间的推测的压力差，另一方面用于由唯一的压力传感器6给出的压力值的合理性检查。
对于由压力传感器6给出的压力值的合理性检查，使这个压力值与可比较的推测压力值进行比较。接着根据给定的误差或阈值识别压力传感器6和/或制动力放大器1的无故障或有误差的运行。误差值由用于推测的、用于压力传感器6的和用于识别算法的各个误差值组成。
推测算法由两个主要部分组成。第一部分结合图7a解释。第一部分覆盖在制动后的运行状态。参数31、32与推测算法一起执行。其余的参数33、34、35、36持久地适配或适应于给定的条件。推测算法的第二部分借助于图7b清楚地表示：这个第二部分用于在制动期间的所有状态。借助于与整个系统并行运行的模型，使真空室2中的真空度精确化。在合理性检查时，重要的是派生的振动振幅与由驾驶员控制的主制动缸8中压力的关系。在由压力传感器6给出的压力值位于推测的期望范围内部时，只证明在所有状态中无缺陷的运行。
为了在车间中支持克服故障，本方法规定用于使故障与故障源建立联系的方法。这个方法涉及通过存储的表格或矩阵识别制动力放大器1的传感器和/或缺陷，所述表格或矩阵表示原因或故障和其对压力传感器8或对推测的压力值作用的明确可交换的配置关系。借助于实验产生表格或矩阵。为此定义用于在实验期间再调整这个故障的某些故障情况和措施。接着进行实验，用于使对压力传感器8和/或制动力放大器1的影响与原因或故障建立联系。
由上述的用于研制一种推测制动力放大器1状态参数的方法为基础可以看到，这个基础提供了用于对制动力放大器1的腔室2、3中的压力进行合理性检查的灵活方案的可能性。
Claims (8)
1.一种用于使车辆制动设备的真空制动力放大器(1)运行的方法，该真空制动力放大器具有外壳(5)，该外壳通过至少一个可动的分隔壁(4)分成至少一个真空室(3)和至少一个工作室(2)，其中，真空室(3)通过真空接头(10)连接在真空源上，并且对真空室(3)附设感应单元(6)，该感应单元感应真空室(3)中的压力并将该压力的值输送到电子控制单元(11)，该电子控制单元具有用于评估感应到的真空室(3)中的压力的评估单元，并且仅仅以在真空室(3)中存在的压力为基础计算真空制动力放大器(1)的控制点，其特征在于，对由感应单元(6)测得的压力值进行合理性检查，并且找出感应单元(6)或真空制动力放大器(1)的可能的缺陷。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，为了进行合理性检查，建立一个模型，该模型以实验获得的数据为基础，并结合流体技术和热力学过程来推测在真空室(3)和工作室(2)中的状态参数。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在模型的建立中加入真空室(3)和工作室(2)的几何尺寸以及真空制动力放大器(1)的环境条件。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，由大气压力、真空源压力值、后置的主制动缸(8)的液压压力和环境温度构成真空制动力放大器(1)的环境条件。
5.如权利要求2至4中任一项所述的方法，其特征在于，在模型的建立中不仅考虑静态的而且考虑动态的真空制动力放大器(1)运行状态。
6.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述电子控制单元(11)具有致动单元，该致动单元根据真空室(3)中的压力值评估来致动有源的液压制动力放大单元。
7.一种车辆制动设备的真空制动力放大器(1)，具有外壳(5)，该外壳通过至少一个可动的分隔壁(4)分成至少一个真空室(3)和至少一个工作室(2)，其中，真空室(3)通过真空接头(10)连接在真空源上，并且对真空室(3)附设感应单元(6)，该感应单元感应真空室(3)中的压力并将该压力的值输送到电子控制单元(11)，该电子控制单元具有用于评估感应到的真空室(3)中的压力的评估单元，并且仅仅以在真空室(3)中存在的压力为基础计算真空制动力放大器(1)的控制点，其特征在于，设有装置，该装置对由感应单元(6)测得的压力值进行合理性检查，并且找出感应单元(6)或真空制动力放大器(1)的可能的缺陷。
8.如权利要求7所述的真空制动力放大器，其特征在于，所述装置包括一模型，该模型以实验获得的数据为基础，并结合流体技术和热力学过程来推测在真空室(3)和工作室(2)中的状态参数。
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