CN101970269A - 用以识别液压制动系统的刚性的变化的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于识别在汽车的制动管路中的空气的方法。所述汽车具有带有负压制动力增大器(8)的液压制动装置。通过一种方法可简单和可靠地识别进气。在此方法中，测量制动装置在操作状态和未操作状态时在负压制动力增大器(8)的真空室(1)中的压力(P_FC)，将表示制动特性特征的特性参数(S、V_MC、ΔP)确定为测量压力的函数，并且将这些表示特征的特性参数(S、V_MC、ΔP)和基准值进行比较。

Description

用以识别液压制动系统的刚性的变化的方法

现有技术

本发明涉及一种用于识别汽车液压制动系统的刚性变化的方法，以及具有一种用于执行此方法的算法的控制装置。

在已公开的汽车液压制动装置中特别是通过制动液中的进气出现制动特性的变化。制动特性的这些变化通常可由驾驶人员在操作制动踏板时识别到，因为为了达到相同的汽车减速必须踏更大的踏板行程。然而这只适用于那些常规的液压制动装置，在这些制动装置中在制动踏板和制动钳之间存在一种机械渗透。然而这样一些制动装置，即在这样的制动装置中制动踏板和其余的制动系统已机械脱耦，则不提供有关制动踏板的反馈信息。

发明内容

本发明的任务是提供一种方法。借助这种方法可自动识别(液压的、也包括脱耦的)制动系统中的刚性的变化。

根据本发明这个任务通过在权利要求1中以及在权利要求11中所说明的特征得以完成。本发明的其它方案是从属权利要求的主题。

本发明的一个主要方面是测量在制动器的操作状态和非操作状态时在负压制动力增大器的真空室中的压力，并且从这些所测量的压力中计算出用于表示制动特性特征的特性参数，例如由增大器隔膜或者主制动缸走过的行程，由主制动缸排出的体积，或者简单地只计算在这两个状态中的压差，并且将这些特性参数和一个基准值进行比较。通过这一措施只根据所测得的真空室压力就能识别制动系统的刚性变化。

优选地将基准值作为液压制动压力(例如预压)的函数计算，或者借助一个特性曲线确定。

根据本发明的一个第一实施形式，将在操作状态和未操作状态时的真空室压力之间的压力差作为表示特征的参数计算，并且和基准值进行比较。例如可用下述关系式：

$\mathrm{\Δp}=p_{\mathrm{FC}}^{\mathrm{Rel}.}-p_{\mathrm{FC}}^{\mathrm{Appl}.}=\frac{(s_B+\frac{V_{\mathrm{RC}}^{\mathrm{Rel}.}}{A_B})\·(p_{\mathrm{MC}}^{\mathrm{Appl}.}\·(A_{\mathrm{MC}}+\mathrm{\α})+D\·s_B+F_0)}{V_B}---\left(1\right)$

将基准值ΔP作为液压制动压力P^Appl. _MC的函数计算，或者从一个相应的特性曲线中求得。(关于该公式的解释请参见专门的附图描述)。

在根据第一实施形式的方法中，优选地首先测量制动装置的操作状态时的真空室压力，然后测量制动装置的未操作状态时的真空室压力。

根据本发明的一个第二实施形式，将由制动力增大器的隔膜走过的行程，或者和它成比例的参数确定为在操作状态和未操作状态时所测量的真空室压力的函数。例如可根据下述关系式求出由隔膜所走过的行程s：

$s_B^{\mathrm{Appl}.}=\frac{V_{\mathrm{FC}}^{\mathrm{Rel}.}-V_{\mathrm{FC}}^{\mathrm{Appl}.}}{A_B}=\frac{V_{\mathrm{FC}}^{\mathrm{Rel}.}}{A_B}\·[1-{\left(\frac{p_{\mathrm{FC}}^{\mathrm{Rel}.}}{p_{\mathrm{FC}}^{\mathrm{Appl}.}}\right)}^{1/\mathrm{\κ}}]---\left(2\right)$

(关于此公式的解释请参见专门的附图描述)。

从如此计算出的行程s中优选地计算出由主制动缸排出的体积。这个体积V_MC例如可如下地计算出：

$V_{\mathrm{MC}}=A_{\mathrm{MC}}\·(s_B^{\mathrm{Appl}.}-s_0)---\left(3\right)$

将从真空室压力确定的体积V_MC优选地和一个从在系统中存储的P/V特性曲线中求得的体积进行比较。若偏差大于所规定的阈值，则识别出制动系统的刚性的变化。这种情况例如可借助一个检查灯或者另一装置向驾驶人员显示。

附图说明

下面借助附图示范性地对本发明进行更加详细的说明。这些附图是：

图1：负压制动力增大器的简图。

图2：用于示出用于识别制动系统的刚性变化的方法的主要方法步骤的流程图。

图3：根据本发明的第二实施形式的用于示出用于识别制动系统的刚性变化的方法的主要方法步骤的流程图。

具体实施方式

图1简图示出现有技术已公开的常规的负压制动力增大器(UBKV)。这个UBKV主要包括一个工作室2、具有一个负压接头的真空室1和一个隔膜7，所述隔膜设置在两个室1、2之间。在负压接头3上连接有一个负压源(未示出)。这个负压源例如由内燃机驱动，并且在真空室1中产生规定的负压。在UBKV8的中心区域设置有一个双阀门4。它完成两个功能，即a)将工作室2和真空室1分开，或者将两个腔室1、2彼此连接起来，b)对工作室2进行通风，或者将它和外界空气分开。

在未制动状态时真空室1和工作室2之间的连接是通着的。因此在两个腔室1、2中的负压是相同的。当操作脚制动踏板时这两个腔室1、2彼此分开，并且对工作室2通风。

根据通过活塞杆6调节的行程在真空室1中的压力和环境压力之间出现压力差。在这种情况中由压力差产生的作用到工作隔膜7上的力增强了通过活塞杆6施加的制动力。当松开力F以后中断用环境空气进行通风，并且腔室阀门重新打开。通过这一措施由负压源给两个腔室1、2提供负压。

与已公开的UBKV的不同之处是所示的UBKV8包括一个传感器装置9、10、11。借助这些传感器装置可检测制动力增大器的力-行程-特性的变化。在此，这个传感器装置包括一个设置在真空室1中的压力传感器9和一个压力传感器10，其中，压力传感器9的输出信号由控制器11分析。所述压力传感器10用于测量液压制动压力(预压力)，其也和控制器连接。

方案1：确定松开制动踏板时的刚性。

根据本发明的一个第一实施形式首先测量制动器在操作状态时的在真空室1中的压力，然后测量制动器在松开状态时的真空室1中的压力，并且从其中形成压力差。最后将这个压力差和基准值进行比较。

图2示出了这个方法的主要的方法步骤。

在步骤15中首先监控，是否操作了脚制动踏板，并且是否在一个规定的短时间间隔内，例如至少500毫秒保持恒定。此外还检测，真空室1中的负压是否是恒定的。当满足了这两个条件时在步骤16中测量真空室1中的负压

(标记：appl：施加或操作，FC：前室或真空室)，以及测量液压制动压力

(标记MC：Master Cylinder或者主制动缸)。

在下面的步骤17中监控，踏板的运动方向是否有变化，和制动器是否被松开。当脚制动踏板松开规定的短时间，并且在真空室1中的压力在规定的时间间隔内是恒定的，则在步骤18中记录一个压力测量值

(标记Rel：released或松开)。这个压力测量值是下述计算的基础。

然后在步骤19中从两个测量值中形成压力差

为基准值有下述方程式：

$p_{\mathrm{FC}}^{\mathrm{Rel}.}-p_{\mathrm{FC}}^{\mathrm{Appl}.}=\frac{(s_B+\frac{V_{\mathrm{RC}}^{\mathrm{Rel}.}}{A_B})\·(p_{\mathrm{MC}}^{\mathrm{Appl}.}\·(A_{\mathrm{MC}}+\mathrm{\α})+D\·s_B+F_0)}{V_B}---\left(1\right)$

在这种情况中α表示在制动缸中密封装置的与压力有关的摩擦。D表示弹簧的力和与压力有关的摩擦。F₀表示在隔膜从它的静止位置运动出来之前通过压力差在隔膜7上必须存在的初始力。此外，A_MC表示主制动缸的有效面积，S_B表示由隔膜或者主制动缸走过的行程。

从下述考虑中公式(1)可被推导。

下述等式适用于制动力增大器8中的整个空气体积V_B：

$p_{\mathrm{FC}}^{\mathrm{Rel}.}\·V_B=p_{\mathrm{FC}}^{\mathrm{Appl}.}{V}_{\mathrm{FC}}^{\mathrm{Appl}.}+p_{\mathrm{RC}}^{\mathrm{Appl}.}{V}_{\mathrm{RC}}^{\mathrm{Appl}.}---\left(5\right)$

在方程式(4)中假设，在卸载期间真空室1和真空提供装置的连接中断。假若情况不是这样，则首先确定真空提供装置的压力P_vac，其做法是测量真空室1中的压力，而不操作制动力增大器。在卸载期间持续地测量真空室1中的压力。可从腔室压力P_RC和真空压力的压差中确定卸载期间流出的空气质量：

Δm＝A_c∫Ψ(p_RC，p_vac)dt

其中，函数：

当 $p_{\mathrm{vac}}<p_{\mathrm{RC}}{\left(\frac{2}{\mathrm{\&kappa;}}\right)}^{\frac{\mathrm{\&kappa;}}{\mathrm{\&kappa;}+1}}$ 时，

当 $p_{\mathrm{vac}}\&GreaterEqual;p_{\mathrm{RC}}{\left(\frac{2}{\mathrm{\&kappa;}}\right)}^{\frac{\mathrm{\&kappa;}}{\mathrm{\&kappa;}+1}}$ 时， $\mathrm{\&psi;}=p_0\sqrt{\frac{2}{\mathrm{RT}}}\sqrt{\frac{\mathrm{\&kappa;}}{\mathrm{\&kappa;}-1}}\sqrt{{\left(\frac{p_{\mathrm{vac}}}{p_{\mathrm{RC}}}\right)}^{\frac{2}{\mathrm{\&kappa;}}}-{\left(\frac{p_{\mathrm{vac}}}{p_{\mathrm{RC}}}\right)}^{\frac{\mathrm{\&kappa;}+1}{\mathrm{\&kappa;}}}}.$

为了能从方程式(5)中计算出隔膜7的移动情况S_B，必须确定在操作状态时的在工作室中的压力

(标记RC：后室)。为此，下式视为在操作状态时的主制动缸和隔膜7之间的力的平衡：

$p_{\mathrm{MC}}^{\mathrm{Appl}.}\&CenterDot;A_{\mathrm{MC}}+p_{\mathrm{MC}}^{\mathrm{Appl}.}\&CenterDot;\mathrm{\&alpha;}+D\&CenterDot;s_B+F_0=A_B(p_{\mathrm{RC}}^{\mathrm{Appl}.}-p_{\mathrm{FC}}^{\mathrm{Appl}.})---\left(6\right)$

其中，α表示在制动缸中密封装置的与压力有关的摩擦，D表示弹簧的力(隔膜和主制动缸)和行程有关的摩擦，F₀表示在隔膜从它的静止位置运动出来之前通过压力差在隔膜7上必须存在的初始力。

方程式(6)只适用于无机械耦合的系统。在通常的负压制动力增大器中必须对方程进行下述修改，即考虑输入力F_in：

$p_{\mathrm{MC}}^{\mathrm{Appl}.}\&CenterDot;A_{\mathrm{MC}}+p_{\mathrm{MC}}^{\mathrm{Appl}.}\&CenterDot;\mathrm{\&alpha;}+D\&CenterDot;s_B+F_0=A_B(p_{\mathrm{RC}}^{\mathrm{Appl}.}-p_{\mathrm{FC}}^{\mathrm{Appl}.})+F_{\mathrm{in}}$

只要还没有达到制动力增大器的控制点(此情况可在P_MC上识别到)，则可线性地靠近增大：

其中β为增大系数。若通过

代替参数A_B，则在通常的负压制动力增大器中方程式(6)也包含有它的有效性。

现在可从方程式(5)和(6)计算出松开踏板时的隔膜7的行程S_B：

$s_B=-(\frac{A_B}{2\&CenterDot;D}\&CenterDot;X+\frac{V_{\mathrm{RC}}^{\mathrm{Rel}.}}{2\&CenterDot;A_B})+\sqrt{{(\frac{A_B}{2\&CenterDot;D}\&CenterDot;X+\frac{V_{\mathrm{RC}}^{\mathrm{Rel}.}}{2\&CenterDot;A_B})}^2+\frac{(p_{\mathrm{FC}}^{\mathrm{Rel}.}-p_{\mathrm{FC}}^{\mathrm{Appl}.})\&CenterDot;V_B-V_{\mathrm{RC}}^{\mathrm{Rel}.}\&CenterDot;X}{D}}---\left(7\right)$

$X:=\frac{p_{\mathrm{MC}}^{\mathrm{Appl}.}\&CenterDot;(A_{\mathrm{MC}}+\mathrm{\&alpha;})+F_0}{A_B}---\left(8\right)$

从方程式(7)和(8)计算的行程S_B可直接(或者在将行程S_B换算成体积V后)和表示制动系统特性的PV特性曲线进行比较。因此从两个数值的偏差中可以确定是否有空气进入。

但是因为在本形式中公式(7)在控制装置中只有用高的花费用才能计算，并且在使用时只对在制动系统中体积容纳何时超过某个界限感兴趣，因此建议使用下述做法。

首先按照在操作状态和松开状态时的压差

解方程(7)和(8)，这样人们就得到下述方程式：

$p_{\mathrm{FC}}^{\mathrm{Rel}.}-p_{\mathrm{FC}}^{\mathrm{Appl}.}=\frac{(s_B+\frac{V_{\mathrm{RC}}^{\mathrm{Rel}.}}{A_B})\&CenterDot;(p_{\mathrm{MC}}^{\mathrm{Appl}.}\&CenterDot;(A_{\mathrm{MC}}+\mathrm{\&alpha;})+D\&CenterDot;s_B+F_0)}{V_B}---\left(9\right)$

其中，只有由主制动缸所走的行程S_B是未知的。这个参数可通过作为液压的预压力P_MC的函数的下述方程式，并且从通风的制动系统的PV特性曲线

(PMC)确定。

因此，公式(9)只仍然是液压压力P_MC的一个函数，并且对每个测得的液压压力

给被期待压力差ΔP提供一个所属的数值。因此，所测量的压力差ΔP必须只和从特性曲线(9)中求得的压力差进行比较。当这两个数值之间的差别大于一个规定的阈值时则识别出一个关键状态，并且输出一个相应的报警信号。

方案2：确定操作制动踏板时的刚性。

根据本发明的一个第二实施形式得到在操作脚制动踏板时由主制动缸移动的体积V_MC，并且和系统的PV特性曲线进行比较。下述公式适用于在操作状态(标记Appl.)时的真空室1的容积(标记FC)：

$V_{\mathrm{FC}}^{\mathrm{Appl}.}=V_{\mathrm{FC}}^{\mathrm{Rel}.}\&CenterDot;{\left(\frac{p_{\mathrm{FC}}^{\mathrm{Rel}.}}{p_{\mathrm{FC}}^{\mathrm{Appl}.}}\right)}^{1/\mathrm{\&kappa;}}---\left(10\right)$

其中，又是从此出发，即负压提供已中断。可和上述情况相类似地计算和考虑质量差。

其中，

或

是未操作状态或操作状态时的真空室1中的压力，并且K＝1为状态等温变化。然后下述公式适用于由隔膜7所走过的行程

$s_B^{\mathrm{Appl}.}=\frac{V_{\mathrm{FC}}^{\mathrm{Rel}.}-V_{\mathrm{FC}}^{\mathrm{Appl}.}}{A_B}=\frac{V_{\mathrm{FC}}^{\mathrm{Rel}.}}{A_B}\&CenterDot;[1-{\left(\frac{p_{\mathrm{FC}}^{\mathrm{Rel}.}}{p_{\mathrm{FC}}^{\mathrm{Appl}.}}\right)}^{1/\mathrm{\&kappa;}}]---\left(11\right)$

其中，A_B为隔膜7的有效面积。由主制动缸移动的体积V_MC现在可从主制动缸的横截面积A_MC和行程

计算出，因为在主制动缸8中所走过的行程和隔膜7的行程一致地扣除空的行程S₀，直到在主制动缸(MC)中形式压力。此时适用下述方程式：

$V_{\mathrm{MC}}=A_{\mathrm{MC}}\&CenterDot;(s_B^{\mathrm{Appl}.}-s_0)---\left(12\right)$

从V_MC和通风制动系统的PV特性曲线

的比较中可以确定在制动系统中是否有进气。

Claims (12)

1.用于识别具有负压制动力增大器(8)的液压制动系统的刚性变化的方法，其特征在于具有下述步骤：

-测量制动装置在操作状态和未操作状态时在负压制动力增大器(8)的真空室(1)中的压力(P_FC)，

-得到表示制动特性特征的特征参数(S_B、V_MC、ΔP)，作为测量的真空室压力的函数，

-将这个表示特性的特征参数和基准值进行比较。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，将在操作状态和未操作状态中的测量的真空室压力之间的压力差(ΔP)作为表示特性的参数计算，并且和相应的基准值进行比较。

3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，将基准值作为液压制动压力(P_MC)的函数得出。

4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，按照下述关系式：

$p_{\mathrm{FC}}^{\mathrm{Rel}.}-p_{\mathrm{FC}}^{\mathrm{Appl}.}=\frac{(s_B+\frac{V_{\mathrm{RC}}^{\mathrm{Rel}.}}{A_B})\&CenterDot;(p_{\mathrm{MC}}^{\mathrm{Appl}.}\&CenterDot;(A_{\mathrm{MC}}+\mathrm{\&alpha;})+D\&CenterDot;s_B+F_0)}{V_B}$

或从相应的特性曲线中求出基准值。

5.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，根据在系统中存储的PV特性曲线确定由隔膜(7)走过的行程(S_B)。

6.按照前述权利要求的任一项所述的方法，其特征在于，首先测量制动器的操作状态时的真空室压力然后测量制动器的未操作状态时的真空室压力

7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，将由隔膜(7)走过的行程(S_B)或者与它成比例的参数确定为测量的真空室压力的函数。

8.按照权利要求7所述的方法，其特征在于，按照下述关系式计算行程(S_B)：

$s_B^{\mathrm{Appl}.}=\frac{V_{\mathrm{FC}}^{\mathrm{Rel}.}-V_{\mathrm{FC}}^{\mathrm{Appl}.}}{A_B}=\frac{V_{\mathrm{FC}}^{\mathrm{Rel}.}}{A_B}\&CenterDot;[1-{\left(\frac{p_{\mathrm{FC}}^{\mathrm{Rel}.}}{p_{\mathrm{FC}}^{\mathrm{Appl}.}}\right)}^{1/\mathrm{\&kappa;}}]$

9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于，从由隔膜(7)所走过的行程(S_B)确定由主制动缸排出的体积(V_MC)。

10.按照权利要求9所述的方法，其特征在于，按照下述关系式计算由主制动缸排出的体积：

$V_{\mathrm{MC}}=A_{\mathrm{MC}}\&CenterDot;(s_B^{\mathrm{Appl}.}-s_0)$

11.按照权利要求10所述的方法，其特征在于，将从真空压力室压力确定的体积(V_MC)和从P/V特性曲线中求得的容积进行比较。

12.控制装置，包括用于执行前述要求保护的任一方法的机构。

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