CN102227565A - 气动执行器、和用于控制该气动执行器的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及气动执行器,其包括汽缸和被布置为在所述汽缸内进行往返运动的活塞,所述活塞将所述汽缸分为:第一空间,其具有第一端口,用于将第一气体介质传送到所述第一空间中;以及第二空间,其具有第二端口,用于将第二气体介质传送到所述第二空间中,从而移动所述活塞;其中,所述第一气体介质被布置为以第一脉冲组的形式提供,并且所述第二气体介质被布置为以第二脉冲组的形式提供,所述第一和第二脉冲组被布置为提供冲击差以移动所述活塞,在所述气动执行器处布置至少一个位置传感器,以感测所述活塞的位置,所述气动执行器的控制基于活塞的位置。本发明还涉及用于控制气动执行器的系统。本发明还涉及用于控制气动执行器的方法。本发明还涉及计算机程序和计算机程序产品。
Description
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的前序部分的气动执行器。本发明还涉及根据权利要求7的前序部分的用于控制该气动执行器的系统。本发明还涉及机动车辆。本发明还涉及根据权利要求9的前序部分的用于控制气动执行器的方法。本发明还涉及计算机程序和计算机程序产品。
背景技术
在许多应用中都使用气动执行器(pneumatic actuator)或汽缸。例如,将气动执行器用于控制机动车辆的变速箱中的换挡(gear shift)。这种气动执行器包括汽缸,在汽缸中将活塞布置为进行往返运动,所述活塞被布置为通过冲程来驱动所述变速箱的换挡。活塞将汽缸分为第一空间和第二空间。取决于活塞想要移动的方向,通过将压缩空气从空气阀经由汽缸的第一和第二通道引入到第一或第二空间中,来使活塞进行往返运动。
这种布置的一个问题在于活塞将会移动得太快,可能导致破坏传输。因此,在空气通道处布置阻气门或阻塞物,以便引入压缩空气并且减小活塞经历冲程的移动速度。这具有下面的缺点:经历冲程的活塞的速度是受限的,而这基本只在冲程的中间或者末端才是必要的。
发明目的
本发明的一个目的是提供一种气动执行器,其中活塞的冲程以有效和经济的方式可控。
本发明的另一个目的是提供一种用于控制气动执行器的系统,其中活塞的冲程以有效和经济的方式可控。
本发明的又一个目的是提供一种用于控制气动执行器的方法,其中活塞的冲程以有效和经济的方式可控。
发明内容
通过气动执行器、用于控制气动执行器的系统、机动车辆、方法、计算机程序和计算机程序产品来实现根据下面的描述显现的这些和其他目的,经由说明来陈述其类型并且此外示出在所附权利要求1、7、8、9、16和17的特征部分中陈述的特征。在所附从属权利要求2-6和10-15中定义创造性的气动执行器的优选实施例。
具体地,为了实现本发明的一个目的,气动执行器包括汽缸和被布置为在所述汽缸内进行往返运动的活塞,所述活塞将所述汽缸分为:第一空间,其具有第一端口,用于将第一气体介质传送到所述第一空间中或传送出所述第一空间;以及第二空间,其具有第二端口,用于将第二气体介质传送到所述第二空间中,从而移动所述活塞;其中,所述第一气体介质被布置为以第一脉冲组的形式提供,并且所述第二气体介质被布置为以第二脉冲组的形式提供,所述组被布置为提供冲击差(impact difference)以移动所述活塞。这样实现的合力便于控制活塞,并且至少一个位置传感器被布置为感测活塞的位置,所述气动执行器的控制基于活塞的位置。这便于简单且准确的控制活塞。因而,以这种方式可以将期望的预定移动给予气动执行器的活塞。此外,力或者冲击的快速改变是可以的,并且给出了施加强力的能力。通过单个空气阀可以实现所述脉冲,并且因而可以保持较低的成本。
根据所述气动执行器的一个实施例,所述第一脉冲组和所述第二脉冲组被设置有基本上相同的频率。这便于连续的操作。
根据所述气动执行器的一个实施例,通过第一与第二脉冲组之间的脉冲持续时间上的差异来提供所述冲击差。通过以脉冲持续时间上的差异(即,脉冲宽度上的差异)的形式来提供脉冲上的差异,可以实现容易地编程以及由此控制脉冲和因而控制活塞。
根据所述气动执行器的一个实施例,所述第一脉冲组和所述第二脉冲组被布置为在同时触发。这易于编程并且因而便于容易地控制活塞。
根据所述气动执行器的一个实施例,通过第一与第二脉冲组之间的脉冲幅度上的差异来提供所述冲击差。这提供了实现所述冲击差(即,所述合力)的可选方式。优点是控制与脉冲长度是独立的。此处通过馈送的压力来进行控制,这在特定应用中可以更加容易。
根据所述气动执行器的一个实施例,第一气体介质和/或第二气体介质是空气。空气是容易得到的,并且因而可以在许多应用中使用且是经济的。
一种用于控制气动执行器的系统,其包括:根据上面实施例的任意一个的气动执行器;至少一个气体源;第一阀构件,其被布置为从所述空气源接收所述第一气体介质,所述第一阀构件被连接到所述第一空间以提供所述第一脉冲组;以及第二阀构件,其被布置为从所述空气源接收所述第二气体介质,所述第二阀构件被连接到所述第二空间以提供所述第二脉冲组;以及用于控制所述脉冲的模块。因此,实现了由这样实现的合力所控制气动执行器的系统,所述系统便于力或者冲击的快速改变,并且能够施加强力。用于提供所述脉冲的所述阀构件可以是单一空气开关,并且因而可以保持很低的成本。
一种用于控制气动执行器的方法,所述气动执行器包括汽缸和被布置为在所述汽缸内进行往返运动的活塞,所述活塞将所述汽缸分为:第一空间,其具有第一端口,用于将第一气体介质传送到所述空间中;以及第二空间,其具有第二端口,用于将第二气体介质传送到所述空间中,从而移动所述活塞;所述方法包括步骤:以第一脉冲组的形式来提供所述第一气体介质,并且以第二脉冲组的形式来提供所述第二气体介质,所述组提供冲击差以移动所述活塞,并且确定所述活塞的位置并且以所述位置的函数的形式来提供所述组。这改善了活塞的控制。这样实现的合力便于活塞的控制。因而,在这种方式下,可以将期望的预定移动给予气动执行器的活塞。此外,可以进行力或者冲击的快速改变,并且给出了施加强力的能力。通过单一空气开关可以实现所述脉冲,并且因而可以保持很低的成本。
根据上述方法的一个实施例,所述第一脉冲组和所述第二脉冲组被设置有基本上相同的频率。这便于连续的操作。
根据上述方法的一个实施例,通过第一与第二脉冲组之间的脉冲持续时间上的差异来提供所述冲击差。通过以脉冲持续时间上的差异(即,脉冲宽度上的差异)的形式来提供脉冲上的差异,可以实现容易地编程以及由此控制脉冲和因而控制活塞。
根据上述方法的一个实施例,所述第一脉冲组和所述第二脉冲组在同时被触发。这易于编程并且因而便于容易地控制活塞。
根据上述方法的一个实施例,通过第一与第二脉冲组之间的脉冲幅度上的差异来提供所述冲击差。优点是控制与脉冲长度是独立的。此处通过馈送的压力来进行控制,这在特定应用中可能更加容易。
根据上述方法的一个实施例,提供所述组的步骤是以活塞的位置为基础的,所述冲击差是所述位置的函数。这改善了活塞的控制。
根据上述方法的一个实施例,所述第一气体介质和/或第二气体介质是空气。空气是容易得到的,并且因而可以用于许多应用中且是经济的。
附图说明
参照以下的详细描述并结合附图,将会更好地理解本发明,在各个附图中,相似的参考标记指代相似的部分,并且在附图中:
图1示意性地示出了根据本发明的一个实施例的气动执行器;
图2示意性地示出了根据本发明的一个实施例的用于控制图1中的驱动器的系统;
图3示意性地示出了根据本发明的一个实施例的机动车辆;
图4示意性地示出了根据本发明的一个实施例的计算机;
图5a和图5b示意性地示出了根据本发明的实施例的用于控制气动执行器的方法;
图6a和图6b示意性地示出了用于控制图1和2中的驱动器的活塞的第一和第二脉冲组,根据第一实施例来提供所述脉冲;
图7a和图7b示意性地示出了用于控制图1和2中的驱动器的活塞的第一和第二脉冲组,根据第二实施例来提供所述脉冲;
图8a和图8b示意性地示出了用于控制图1和2中的驱动器的活塞的第一和第二脉冲组,根据第三实施例来提供所述脉冲;
图9示意性地示出了用于控制图1和2中的驱动器的活塞的第一和第二脉冲组,根据第四实施例来提供所述脉冲;
图10示意性地示出了用于控制图1和2中的驱动器的活塞的第一和第二脉冲组,根据第五实施例来提供所述脉冲;
图11示意性地示出了用于控制图1和2中的驱动器的活塞的第一和第二脉冲组,根据第六实施例来提供所述脉冲;
图12示意性地示出了根据第一实施例的脉冲组的细节;以及
图13示意性地示出了根据第七实施例的所述脉冲组的细节。
具体实施方式
本文中,术语“链路”指的是通信链路,其可以是诸如光电通信线路之类的物理线路,或者是诸如无线连接之类的非物理线路,例如,无线电或微波链路等。
图1示意性地示出了根据本发明的一个实施例的气动执行器100。
气动执行器100包括汽缸110和被布置为在所述汽缸110内进行往返运动的活塞120。活塞120将汽缸110分为第一空间112和第二空间114。汽缸包括第一端口116、通道116或开口116,其用于将第一气体介质(例如空气等)传送到第一空间112中和/或传送出第一空间112。汽缸还包括第二端口118、通道118或开口118,其用于将第二气体介质(例如空气等)传送到第二空间114中和/或传送出第二空间114。
根据本发明,所述第一气体介质被布置为以第一脉冲组P1的形式提供,并且所述第二气体介质被布置为以第二脉冲组P2的形式提供,所述组被布置为提供冲击差来移动所述活塞。因而所述组P1、P2被布置为提供合力来移动所述活塞。
根据这个实施例,活塞120包括活塞杆122,该活塞杆122被布置为在期望的应用中用于进行驱动。
根据一个实施例,第一气体介质P1和第二气体介质P2是相同的。根据一个实施例,第一和/或第二气体介质是空气。
图2示意性地示出了根据本发明的一个实施例的用于控制图1中的驱动器的系统200。
系统200包括例如根据图1的气动执行器100,所述气动执行器100包括汽缸110和被布置为在所述汽缸110内进行往返运动的活塞120,活塞120将汽缸110分为第一空间112和第二空间114。汽缸110包括:第一端口116,其用于将第一气体介质(例如空气)传送到第一空间112中和/或传送出第一空间112;以及第二端口118,其用于将第二气体介质(例如空气)传送到第二空间114中和/或传送出第二空间114。
系统200还包括气体源210,该气体源210包括所述第一和第二气体介质,此处示出为公共源。
系统还包括:第一阀构件220,其被布置为从所述气体源210接收所述第一气体介质;以及第二阀构件230,其被布置为从所述气体源210接收所述第二气体介质。第一阀构件220与第一端口116气体连接(gas connected),而第二阀构件230与第二端口118气体连接。
系统还包括位置传感器240,该传感器240被布置为感测活塞120的位置。
系统还包括电子控制单元250。电子控制单元250经由链路225与第一阀构件220信号连接(signal connected)。电子控制单元250还经由链路235与第二阀构件230信号连接。电子控制单元250经由链路245与位置传感器信号连接。
第一阀构件220被布置为将所述第一气体介质以第一脉冲组P1的形式经由所述第一端口116提供给第一空间112,并且第二阀构件230被布置为将所述第二气体介质以第二脉冲组P2的形式经由所述第二端口118提供给第二空间114。所述第一脉冲组P1和所述第二脉冲组P2被布置为提供冲击差来移动所述活塞120。因而,第一和第二脉冲组P1、P2的冲击上的差异将冲量(impulse)给予活塞120以使活塞120移动,即,活塞被布置为由于所述脉冲组P1、P2所提供的合力而执行冲程。图6-13公开了通过所述第一和第二脉冲组P1、P2来实现这个冲击差的不同方式。
根据一个实施例,电子控制单元250被布置为经由链路245来从位置传感器240接收表示活塞位置数据的信号。电子控制单元250被布置为处理所述活塞位置数据,从而将表示第一脉冲组的信号经由链路225提供给第一阀构件220,以便第一阀构件220将所述第一气体介质以所述第一脉冲组P1的形式提供给第一空间112。电子控制单元250还被布置为处理所述活塞位置数据,从而将表示第二脉冲组的信号经由链路235提供给第二阀构件230,以便第二阀构件230将所述第二气体介质以所述第二脉冲组P2的形式提供给第二空间114。
因而,电子控制单元250被布置为基于活塞120的位置来控制所述第一阀构件220以及第二阀构件230,以便将第一和第二脉冲组P1、P2分别提供给第一和第二空间112、114,以便实现用于移动所述活塞的冲击上的所述差异,活塞120的位置被布置为通过所述位置传感器240来感测。
因而,基于活塞240的位置信息,可以通过电子控制单元250来确定移动活塞120所需要的第一与第二脉冲组P1、P2之间的冲击差。根据一个实施例,冲击差基于活塞120的移动(即,活塞120的位置)而变化,以便实现期望的活塞120的移动。根据一个实施例,这可以通过反馈回路来实现,在该反馈回路中,在特定数量的第一和第二脉冲组P1、P2之后,例如在第一和第二脉冲组P1、P2中的每个脉冲之后,确定活塞的位置。
根据一个实施例,基于确定了活塞的位置的所述反馈(即冲程或是活塞移动期间、和在完成了驱动应用之后(其中活塞应该处于静止位置或止动位置)来连续地供给第一和第二脉冲组。因而,根据这样的一个实施例,当活塞处于其止动位置时,提供第一和第二脉冲组P1、P2以使冲击差为零,即,通过所述脉冲组P1、P2使活塞保持在止动位置。根据另一实施例,供给第一和第二脉冲组直到完成了驱动为止,此时所述脉冲组终止。在这个实施例中,为了使活塞保持在其止动位置,提供了保持活塞的模块,所述模块例如是受载弹簧球。见图5a和5b,示出了进行这样的方法的流程图。根据具体的应用,电子控制单元250被编程为控制活塞120。
由于活塞传感器240给出了位置的准确结果,所以活塞传感器240使活塞120的控制变得容易,并且减小了出错和故障的风险。
根据可选的实施例,通过对气动执行器100进行建模,无需所述位置传感器而可以实现气动执行器100的活塞120的控制。此处,诸如气动执行器的温度、磨损、容错度、润滑以及运行之类的可变参数可能会影响性能,并且因此更加难于通过对气动执行器100的建模来实现满意的结果。
为了朝着第二空间114的方向移动活塞120,通过第一和第二脉冲组生成的冲击差应该使得:存在有第一空间中的第一气体介质的冲击,反之亦然。
当活塞120由于所述冲击差而朝着例如第二空间114的方向移动时,第二气体介质从第二空间114排出。因而,当活塞120朝着第二空间114的方向移动时,将第一气体介质以所述第一脉冲组P1的形式引入到第一空间112中,并且将第二气体介质以所述第二脉冲组P2的形式引入到第二空间114中,并且所述第二气体介质的气体从所述第二空间114排出。当活塞120朝着第一空间的方向移动时,其方式相反。
因而,第一阀构件220包括用于当活塞120朝着所述第一空间112的方向移动时从所述第一空间112排出所述第一气体介质的模块,并且第二阀构件230包括用于当活塞120朝着所述第二空间的方向移动时从所述第二空间114排出所述第二气体介质的模块。
由于应用并且由于实现所述冲击差的第一和第二脉冲组P1、P2的实施例,第一和第二阀构件220、230可以变化。根据一个实施例,第一和第二阀构件220、230的每个均包括3/2阀,该3/2阀包括:端口,其用于从所述气体源接收气体;供应端口,气体介质被布置为以一脉冲组的形式从该供应端口供应;以及排出端口,气体被布置为从该排出端口排出。根据一个可选实施例,第一和第二阀构件220、230中的每个均包括两个阀,其中一个用于提供所述脉冲组,以及排出阀,气体被布置为从该排出阀排出。根据又一实施例,第一和第二阀构件220、230的每个均包括两个阀,其中一个为所述脉冲组提供第一幅度(即,第一压力),并且另一个为所述脉冲组提供不同于所述第一幅度/压力的第二幅度(即,第二压力)。根据一个实施例,阀构件还可以包括比例阀,用于改变所述脉冲组的压力。
图3示意性地示出了根据本发明实施例的机动车辆300。示例性的车辆300包括牵引车310和拖车312。车辆300可以是诸如卡车或公共汽车之类的重型车辆。可选地,车辆可以是轿车。
根据一个实施例,图1中的气动执行器100被布置在车辆300中。根据一个实施例,图2中示出的系统200是车辆300的子系统。根据一个实施例,图1、2中的气动执行器100是气动换挡汽缸,其被布置为驱动车辆300的变速箱的换挡。
图4示意性地示出了根据本发明的一个实施例的计算机。
参照图4,示出了电子控制单元250的一个实施例的图示。电子控制单元250还被称为设备和计算机。该设备包括非易失性存储器420、数据处理装置410、以及读/写存储器450。非易失性存储器420具有第一存储区部430,在该第一存储区部430中存储了诸如操作系统之类的计算机程序,以控制设备250的功能。此外,设备250包括总线控制器、串行通信端口、I/O模块、A/D转换器、时间日期项目和传输单元、事件计数器以及中断控制器(未示出)。非易失性存储器420还具有第二存储区部440。
可以以可执行的方式或以压缩的状态在分开的存储器460和/或读/写存储器450中存储包括用于控制气动执行器的例程的计算机程序P。存储器460是诸如快闪存储器、EPROM、EEPROM或ROM之类的非易失性存储器。存储器460是计算机程序产品。存储器450是计算机程序产品。
当表明数据处理装置410进行特定的功能时,应当理解的是,数据处理装置410执行在分开的存储器460中存储的程序的特定部分,或者执行在读/写存储器450中存储的程序的特定部分。
数据处理装置410可以通过数据总线415来与数据通信端口499进行通信。非易失性存储器420用于经由数据总线412来与数据处理装置410进行通信。分开的存储器460用于经由数据总线411来与数据处理装置410进行通信。读/写存储器450用于经由数据总线414来与数据处理装置410进行通信。
当在数据端口499处接收到数据时,在第二存储区部440中临时存储该数据。当已经临时存储了接收到的输入数据时,数据处理装置410被设置为以上面描述的方式来进行代码的执行。根据本发明的优选实施例,在数据端口499处接收的数据包括从与活塞相关联的位置传感器接收到的活塞位置数据信息。可以通过系统来使用该信息,从而控制气动执行器,即,控制气动执行器的活塞。
可以通过数据处理装置410运行在分开的存储器460或读/写存储器450中存储的程序,由设备250来进行本文描述的方法的部分。当设备运行程序时,执行本文描述的方法的部分。
图5a示意性地示出了根据本发明的一个实施例的用于控制气动执行器的方法。
根据一个实施例,一种用于控制气动执行器100(或者更确切地说气动执行器的活塞)的方法,包括第一步骤S510。在这个步骤中,确定了气动执行器100的活塞120的位置。根据一个实施例,通过位置传感器240来确定活塞的位置。
该方法还包括第二步骤S520。在这个步骤中,将第一脉冲组P1提供给第一空间112,并且将第二脉冲组P2提供给第二空间114,基于所述活塞来提供所述脉冲,从而提供冲击差以移动所述活塞。分别通过第一和第二阀构件来提供脉冲。根据一个实施例,通过被布置为从所述位置传感器接收活塞位置数据的电子控制单元来控制所述阀构件。相关于图2来对此进行描述。
方法还包括第三步骤S530。在这个步骤中,检查活塞是否处于期望的位置,例如,已经进行了一个冲程等,并且如果已经到达了期望的位置,则结束该方法,或者如果没有,则继续依照步骤S510来确定活塞的位置,根据步骤S520来提供冲击差,并且根据步骤S530来再次检查,直到到达期望的位置为止,即,完成了气动执行器100的驱动。如果完成了驱动,则方法结束,即,终止了第一和第二脉冲组P1、P2的供给。此处,根据图5a中未示出的一个实施例,例如通过保持模块,来将活塞设置到止动位置。
图5b示意性地示出了根据本发明一个实施例的用于控制气动执行器的方法。
用于控制气动执行器100(或者更确切地说气动执行器的活塞)的该方法包括第一步骤S510。在这个步骤中,确定了气动执行器100的活塞120的位置。根据一个实施例,通过位置传感器240来确定活塞的位置。
该方法还包括第二步骤S520。在这个步骤中,将第一脉冲组P1提供给第一空间112,并且将第二脉冲组P2提供给第二空间114,基于所述位置来提供所述脉冲,从而提供冲击差以移动所述活塞。分别通过第一和第二阀构件来提供脉冲。根据一个实施例,通过被布置为从所述位置传感器接收活塞位置数据的电子控制单元来控制所述阀构件。相关于图2来对此进行描述。
根据这个实施例,基于确定了活塞的位置的所述反馈(即冲程或是活塞移动期间、和在完成了驱动应用之后(其中活塞应该处于静止位置或止动位置)来连续地供给第一和第二脉冲组。因而,当活塞处于其止动位置时,提供第一和第二脉冲组P1、P2以使冲击差为零,即,通过所述脉冲组P1、P2使活塞保持在止动位置。
图6a和图6b示意性地示出了用于控制图1和2中的驱动器的活塞的第一和第二脉冲组P1、P2,根据第一实施例来提供所述脉冲。
所述第一脉冲组P1和所述第二脉冲组P2被设置有基本上相同的频率。
通过第一与第二脉冲组P1、P2之间的脉冲持续时间上的差异来提供所述冲击差。在根据图6a和图6b的实施例中,所述第一脉冲组P1和所述第二脉冲组P2被布置为在同时触发,即,第一和第二脉冲组P1、P2中的每个脉冲均同时开始。
在图6a中,第一脉冲组P1的持续时间长于第二脉冲组P2的持续时间,即,第一脉冲组P1的脉冲宽度宽于第二脉冲组P2的脉冲宽度。在图6a中,第二脉冲组P2先于第一脉冲组P1结束。因而,在根据图6a的示例中,图1或2中的气动执行器100的活塞将朝着第二空间114的方向移动,使得第二空间114变窄。这是由于第一与第二脉冲组P1、P2之间的持续时间上的差异所致。因而,相较于第二脉冲组P2,第一脉冲组P1的更长的持续时间造成了冲击上的差异,即合力。因而,在持续时间上的这个差异期间,由持续时间上的这个差异中的第一脉冲组P1的每个脉冲的一部分所构成的第一气体介质将冲量给予活塞,使活塞由于实现的合力而朝着第二空间114的方向移动。
在图6b中,第二脉冲组P2的持续时间长于第一脉冲组P1的持续时间,即,第二脉冲组P2的脉冲宽度宽于第一脉冲组P1的脉冲宽度。在图6b中,第一脉冲组P1先于第二脉冲组P2结束。因而,在根据图6b的示例中,图1或2中的气动执行器100的活塞将朝着第一空间112的方向移动,使得第一空间112变窄。
这个实施例的一个优点在于容易编程,例如,当使用电子控制单元时,由于脉冲被触发为在同时开始,因而仅仅需要两个计时器来在同时开始即可。
图7a和图7b示意性地示出了用于控制图1和2中的驱动器的活塞的第一和第二脉冲组P1、P2,根据第二实施例来提供所述脉冲。
所述第一脉冲组P1和所述第二脉冲组P2被设置有基本上相同的频率。
通过第一与第二脉冲组P1、P2之间的脉冲持续时间上的差异来提供所述冲击差。在根据图7a和图7b的实施例中,所述第一脉冲组P1和所述第二脉冲组P2被布置为在同时结束。
在图7a中,第一脉冲组P1的持续时间长于第二脉冲组P2的持续时间,即,第一脉冲组P1的脉冲宽度宽于第二脉冲组P2的脉冲宽度。在图7a中,第一脉冲组P1先于第二脉冲组P2开始。因而,在根据图7a的示例中,图1或2中的气动执行器100的活塞将朝着第二空间114的方向移动,使得第二空间114变窄。这是由于第一与第二脉冲组P1、P2之间的持续时间上的差异所致。因而,相较于第二脉冲组P2,第一脉冲组P1的更长的持续时间造成了冲击上的差异。因而,在持续时间上的这个差异期间,由持续时间上的这个差异中的第一脉冲组P1的每个脉冲的一部分所构成的第一气体介质将冲量给予活塞,使活塞朝着第二空间114的方向移动,这是由于这样实现的合力所致。
在图7b中,第二脉冲组P2的持续时间长于第一脉冲组P1的持续时间,即,第二脉冲组P2的脉冲宽度宽于第一脉冲组P1的脉冲宽度。在图7b中,第二脉冲组P2先于第一脉冲组P1开始。因而,在根据图7b的示例中,图1或2中的气动执行器100的活塞将朝着第一空间112的方向移动,使得第一空间112变窄。
图8a和图8b示意性地示出了用于控制图1和2中的驱动器的活塞的第一和第二脉冲组P1、P2,根据第三实施例来提供所述脉冲。
所述第一脉冲组P1和所述第二脉冲组P2被设置有基本上相同的频率。
通过第一与第二脉冲组P1、P2之间的脉冲持续时间上的差异来提供所述冲击差。
在图8a中,第一脉冲组P1的持续时间长于第二脉冲组P2的持续时间,即,第一脉冲组P1的脉冲宽度宽于第二脉冲组P2的脉冲宽度。在根据图8a的实施例中,所述第一脉冲组P1先于第二脉冲组P2开始并且后于第二脉冲组P2结束。因而,在根据图8a的示例中,图1或2中的气动执行器100的活塞将朝着第二空间114的方向移动,使得第二空间114变窄。这是由于第一与第二脉冲组P1、P2之间的持续时间上的差异所致。因而,相较于第二脉冲组P2,第一脉冲组P1的更长的持续时间造成了冲击上的差异。因而,在持续时间上的这个差异期间,由持续时间上的这个差异中的第一脉冲组P1的每个脉冲的一部分所构成的第一气体介质将冲量给予活塞,使活塞朝着第二空间114的方向移动,这是由于这样实现的合力所致。
在图8b中,第二脉冲组P2的持续时间长于第一脉冲组P1的持续时间,即,第二脉冲组P2的脉冲宽度宽于第一脉冲组P1的脉冲宽度。在图8b中,第二脉冲组P2先于第一脉冲组P1开始并且后于第一脉冲组P1结束。因而,在根据图8b的示例中,图1或2中的气动执行器100的活塞将朝着第一空间112的方向移动,使得第一空间112变窄。
图9示意性地示出了用于控制图1和2中的驱动器的活塞的第一和第二脉冲组P1、P2,根据第四实施例来提供所述脉冲。
所述第一脉冲组P1和所述第二脉冲组P2被设置有基本上相同的频率。
通过第一与第二脉冲组P1、P2之间的脉冲持续时间上的差异来提供所述冲击差。在根据图9的实施例中,第一脉冲组P1的持续时间长于第二脉冲组P2的持续时间,即,第一脉冲组P1的脉冲宽度宽于第二脉冲组P2的脉冲宽度。在图9中,所述第一脉冲组P1中的每个脉冲先于所述第二脉冲组P2的每个脉冲开始且结束。
在这个实施例中,第一和第二脉冲组P1、P2的频率使得,由于活塞的惯性所致,活塞只由于第一脉冲组P1的脉冲宽度与第二脉冲组P2的脉冲宽度上的差异而移动。因而,由于活塞的惯性以及所述脉冲组的足够高的频率,活塞由于脉冲宽度上的所述差异而将朝着一个方向移动。因而,在根据图9的示例中,图1或2中的气动执行器100的活塞将朝第二空间114的方向移动,使得第二空间114变窄。这是由于第一与第二脉冲组P1、P2之间的持续时间上的差异所致。因而,相较于第二脉冲组P2,第一脉冲组P1的更长的持续时间造成了冲击上的差异。因而,给定足够的频率,以便活塞的惯性防止让活塞来回地移动,在持续时间上的这个差异期间,由持续时间上的这个差异中的第一脉冲组P1的每个脉冲的一部分所构成的第一气体介质将冲量给予活塞,使活塞朝着第二空间114的方向移动。
反之,通过使第二脉冲组具有比第一脉冲组更长的持续时间,活塞将朝着相反的方向移动。
可选地,两个脉冲组中的一个脉冲组中的每个脉冲可以于另一脉冲组的每个脉冲之内开始,并且后于该脉冲组中的所述每个脉冲结束(未示出),因而实现了所述冲击差,即移动活塞的合力。
图10示意性地示出了用于控制图1和2中的驱动器的活塞的第一和第二脉冲组P1、P2,根据第五实施例来提供所述脉冲。
在所述第二脉冲组P2中,每个脉冲由一对脉冲构成。所述第一脉冲组P1和所述第二脉冲组P2被设置有基本上相同的频率。因而,第二脉冲组P2中的每对脉冲具有与第一脉冲组P1中的每个脉冲相同的频率。
通过第一与第二脉冲组P1、P2之间的脉冲持续时间上的差异来提供所述冲击差。在根据图10的实施例中,第一脉冲组P1的持续时间长于第二脉冲组P2的持续时间,即,第一脉冲组P1的脉冲宽度宽于第二脉冲组P2的脉冲宽度。此处,第二脉冲组P2中的每对脉冲中的每第一个脉冲与第一脉冲组P1中的每个脉冲在同时开始,并且第二脉冲组P2中的该对脉冲中的每第二个脉冲先于第一脉冲组P1中的每个脉冲结束。
因而,在根据图10的示例中,图1或2中的气动执行器100的活塞将朝着第二空间114的方向移动,使得第二空间114变窄。这是由于第一与第二脉冲组P1、P2之间的持续时间上的差异所致。因而,相较于第二脉冲组P2,第一脉冲组P1的更长的持续时间造成了冲击上的差异。因而,在持续时间上的这个差异期间,由持续时间上的这个差异中的第一脉冲组P1的每个脉冲的一部分所构成的第一气体介质将冲量给予活塞,使活塞朝着第二空间114的方向移动。
根据一个可选的实施例,脉冲没有在同时开始。根据另一个可选实施例,作为一对脉冲(即,两个脉冲)的替代,第二脉冲组中的每个脉冲包括多于两个脉冲(例如,三个脉冲)。根据一个可选的实施例,第一脉冲组中的每个脉冲还可以包括多于一个脉冲。这些变体可以以适合的方式自然地结合以实现所述冲击差(即合力)来移动所述活塞。
图11示意性地示出了用于控制图1和2中的驱动器的活塞的第一和第二脉冲组,根据第六实施例来提供所述脉冲。
所述第一脉冲组和所述第二脉冲组被设置有基本上相同的频率。
通过第一与第二脉冲组之间的脉冲幅度上的差异来提供所述冲击差。在根据图11的实施例中,所述第一脉冲组和所述第二脉冲组被布置为在同时触发,即,第一和第二脉冲组中的每个脉冲在同时开始并在同时结束,因而第一和第二脉冲组的持续时间相同。
在根据图11的实施例中,第一脉冲组的幅度高于第二脉冲组的幅度。因而,在根据图11的示例中,图1或2中的气动执行器的活塞将朝着第二空间的方向移动,使得第二空间变窄。这是由于第一与第二脉冲组之间的幅度上的差异所致。因而,第一脉冲组的相较于第二脉冲组的更高的幅度造成了冲击上的差异,即合力。因而,幅度上的差异(即,压力上的差异),由压力上的这个差异中的第一脉冲组的每个脉冲的一部分所构成的第一气体介质将冲量给予活塞,使活塞朝着第二空间的方向移动,这是由于这样实现的合力所致。
图12示意性地示出了根据第一实施例的所述脉冲组的细节。在第一实施例中,通过第一与第二脉冲组之间的脉冲持续时间上的差异x来提供所述冲击差,所述差异x构成了所述冲击差,即,造成了合力。在这个示例中,第一和第二脉冲在同时开始,并且第二脉冲先于第一脉冲结束。
图13示意性地示出了根据第七实施例的所述脉冲组的细节。在这个实施例中,通过第一与第二脉冲组之间的脉冲持续时间上的差异x、以及第一与第二脉冲组之间的脉冲幅度上的差异y的组合来提供所述冲击差,所述差异构成了所述冲击差,即,造成了合力。在这个示例中,第一和第二脉冲在同时结束,并且第二脉冲先于第一脉冲开始,相较于第二脉冲,所述第一脉冲具有更高的幅度。
上面描述了提供用于控制驱动器(例如根据图1和2的驱动器)的活塞的第一和第二脉冲组的多个实施例。在所有这些实施例中,所述组被布置为提供冲击差以移动所述活塞。本发明不限于这些实施例,而落入本发明范围之内的气动执行器包括:汽缸和被布置为在所述汽缸内进行往返运动的活塞,所述活塞将所述汽缸分为:第一空间,其具有第一端口,用于将第一气体介质传送到所述空间中或传送出所述空间;以及第二空间,其具有第二端口,用于将第二气体介质传送到所述空间中或传送出所述空间,从而移动所述活塞;其中,所述第一气体介质被布置为以第一脉冲组的形式提供,并且所述第二气体介质被布置为以第二脉冲组的形式提供,所述组被布置为提供冲击差以移动所述活塞。
根据上面实施例的气动执行器包括具有活塞杆的活塞。所述活塞杆在所述第二空间中占据空间,因而当提供所述脉冲组时应予以考虑。
在根据图1和2的实施例中,第一气体介质被布置为通过第一端口引入到第一空间中和从第一空间排出,并且第二气体介质被布置为通过第二端口引入到第二空间中和从第二空间排出。根据一个可选实施例,存在:将第一气体介质引入到第一空间的第一进气口,以及将第一气体介质从第一空间排出的第二端口。当然,也可以存在:用于在所述空间的一个中引入和排出的一个端口;以及两个单独的端口,一个用于在另一个空间中引入而另一个用于在另一个空间中排出。
在图6-13中,实施例公开了通过所述第一和第二脉冲组P1、P2来实现冲击差的不同方式。如图13中所公开的,可以组合幅度差和持续时间差。诸如将提供了持续时间差的脉冲对与其他脉冲组以及幅度差进行组合之类的其他适当的组合也是可能的。当然,除了矩形脉冲以外的诸如锯齿形脉冲之类的其他类型的组合也是可实现的,这需要更加复杂类型的阀构件,例如比例阀等。
可以将根据本发明的气动执行器100用于任何适合的应用中,例如,诸如换挡、刹车系统、悬挂之类的车辆之内的应用,以及其他使用气动执行器的工业领域等。
为了说明和例示,提供了本发明优选实施例的以上描述。其目的不是为了穷尽说明或是将本发明限制为公开的确实形式。显然,对本领域技术人员而言许多修改和变更都是显而易见的。对实施例进行的选择和描述是为了最佳地解释本发明的主旨和其实际应用,从而使本领域其他技术人员能够理解本发明的各种实施例,以及构思适合于特定应用的各种修改。
Claims (18)
1.一种气动执行器(100),包括汽缸(110)和被布置为在所述汽缸(110)内进行往返运动的活塞(120),所述活塞将所述汽缸分为第一空间(112)和第二空间(114),所述第一空间(112)具有第一端口(116),用于将第一气体介质传送到所述第一空间(112)中;以及所述第二空间(114)具有第二端口(118),用于将第二气体介质传送到所述第二空间(114)中,从而移动所述活塞(120),其特征在于:
所述第一气体介质被布置为以第一脉冲组(P1)的形式提供,并且所述第二气体介质被布置为以第二脉冲组(P2)的形式提供,所述第一和第二脉冲组被布置为提供冲击差以移动所述活塞(120),并且在所述气动执行器(100)处布置至少一个位置传感器(240),用于感测所述活塞(120)的位置,所述气动执行器的所述控制基于所述活塞(120)的位置。
2.根据权利要求1所述的气动执行器,其中
所述第一脉冲组(P1)和所述第二脉冲组(P2)被设置有基本上相同的频率。
3.根据权利要求1或2所述的气动执行器,其中
通过所述第一和所述第二脉冲组(P1、P2)之间的脉冲持续时间上的差异(x)来提供所述冲击差。
4.根据权利要求1-3中的任意一项所述的气动执行器,其中
所述第一脉冲组(P1)和所述第二脉冲组(P2)被布置为在同时被触发。
5.根据权利要求1-4中的任意一项所述的气动执行器,其中
通过所述第一和所述第二脉冲组(P1、P2)之间的脉冲幅度上的差异(y)来提供所述冲击差。
6.根据任一前述权利要求所述的气动执行器,其中
所述第一气体介质和/或所述第二气体介质是空气。
7.一种用于控制气动执行器的系统,所述系统包括:根据权利要求1-6中的任意一项所述的气动执行器;至少一个气体源(210);第一阀构件(220),其被布置为从所述空气源接收所述第一气体介质,所述第一阀构件(220)连接到所述第一空间(112)以提供所述第一脉冲组(P1);以及第二阀构件(230),其被布置为从所述空气源(210)接收所述第二气体介质,所述第二阀构件(230)连接到所述第二空间(114)以提供所述第二脉冲组(P2);以及用于控制所述阀构件(220、230)的模块(250),并且至少一个位置传感器(240)被布置为感测所述活塞(120)的位置,所述气动执行器的所述控制基于所述活塞(120)的位置。
8.一种机动车辆,其包括根据权利要求1-6中的任意一项所述的气动执行器或根据权利要求7所述的系统。
9.一种用于控制气动执行器(100)的方法,所述气动执行器(100)包括汽缸(110)和被布置为在所述汽缸(110)内进行往返运动的活塞(120),所述活塞将所述汽缸分为第一空间(112)和第二空间(114),所述第一空间(112)具有第一端口(116),用于将第一气体介质传送到所述空间中;以及所述第二空间(114)具有第二端口(118),用于将第二气体介质传送到所述空间中,从而移动所述活塞(120),其特征在于以下步骤:
以第一脉冲组(P1)的形式来提供所述第一气体介质,并且以第二脉冲组(P2)的形式来提供所述第二气体介质,所述第一和第二脉冲组(P1、P2)提供冲击差以移动所述活塞(120),以及确定所述活塞(120)的位置并且根据所述位置来提供所述第一和第二脉冲组(P1、P2)。
10.根据权利要求9所述的方法,其中
所述第一脉冲组(P1)和所述第二脉冲组(P2)被设置有基本上相同的频率。
11.根据权利要求9或10所述的方法,其中
通过所述第一和所述第二脉冲组(P1、P2)之间的脉冲持续时间上的差异(x)来提供所述冲击差。
12.根据权利要求9-11中的任意一项所述的方法,其中
所述第一脉冲组(P1)和所述第二脉冲组(P2)在同时被触发。
13.根据权利要求9-12中的任意一项所述的方法,其中
通过所述第一和所述第二脉冲组之间的脉冲幅度上的差异(y)来提供所述冲击差。
14.根据权利要求9-13中的任意一项所述的方法,其中
提供所述第一和第二脉冲组(P1、P2)的步骤是基于所述活塞的位置的,所述冲击差是所述位置的函数。
15.根据权利要求9-14中的任意一项所述的方法,其中
所述第一气体介质和/或所述第二气体介质是空气。
16.一种包括程序代码的计算机程序(P),当在计算机(250)上运行所述计算机程序(P)时,所述程序代码执行根据权利要求9-15所述的方法步骤。
17.一种包括程序代码的计算机程序产品,所述程序代码存储在计算机可读介质上,当在计算机(250)上运行所述计算机程序(P)时,所述程序代码执行根据权利要求9-15所述的方法步骤。
18.一种可直接存储在计算机的内部存储器中的计算机程序产品,所述计算机程序产品包括计算机程序(P),当在计算机上运行所述计算机程序(P)时,所述计算机程序(P)执行根据权利要求9-15所述的方法步骤。
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