CN103998786B - 用于电动真空泵的起动控制的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于控制车辆真空系统的电动真空泵的起动的方法，其中，能够按照至少两种不同的起动模式进行起动，即按照标准模式和按照至少一个特殊模式，其中,在标准模式中，真空泵非脉冲式地连接到供电电压，在特殊模式中，真空泵动态脉冲式地连接到供电电压。

Description

用于电动真空泵的起动控制的方法
技术领域
本发明涉及一种用于控制车辆真空系统的电动真空泵的起动的方法。
背景技术
现有技术公开了电动的真空泵/负压泵，其在车辆(乘用车)中替代或补充传统方法(在汽油发动机中通过电机抽真空或者在柴油机中通过机械的真空泵抽真空)。在车辆中，这种真空尤其对于辅助/加强制动力是必要的。
使用电动的真空供给系统的一个原因在于明显更少的能量消耗，因为只有在实际需要真空时才提供泵能量。
出于安全原因，如在其它系统中那样，在电动的真空供给系统中同样需要能够随时提供真空。因此需要能够随时正确地运行电动的真空泵；这尤其包括真空泵的起动。
由于框架条件不同，不同的运行情况会导致真空泵起动的动力学特性发生改变。
例如，真空泵在特定的情况下会“僵硬地”起动，由于是电控制，这会导致起动电流增加。起动电流增加又会导致起控制作用的电子单元(如继电器盒、ECU、......)的热能量释放增加。
在设计中，不仅在对起控制作用的电子单元(部件选择、电路板布局)的布置方面，还在对供电系统(例如发电机、电池、导线)的布置方面，都必须要考虑到这种能量释放。
当前的系统是基于“最坏情况”的需求对结构件或供电系统进行设计。但这意味着：
a)由于对结构件的要求提高，所以成本高，和
b)由于负荷更高，所以寿命更短。
发明内容
因此本发明的目的在于，提供一种用于这种类型的电动的真空泵的起动控制的方法，该方法在起动阶段消耗尽可能少的能量的同时，不会对用于在起动时控制真空泵的结构件提出明显更高的要求。
根据本发明，该目的由独立权利要求的特征得到解决。
根据本发明，可选地，电动的真空泵在标准模式或至少一个特殊模式下起动。
在此，该标准模式相当于正常的运行方式，在该标准模式中，真空泵与供电电压/电源电压在没有特别的控制、调节或脉冲调制的情况下连接。
但是在特殊模式中，真空泵与供电电压的连接不是不间断的，而是脉冲式，也就是周期间歇式。由此，与在标准模式下起动相比，在真空泵起动时实现了明显更低的(平均)电流。
根据本发明，借助于真空泵的环境参数(例如温度)和/或运行参数(例如先前的停机/空转/空闲时长)在这两种起动模式之间做出选择。
如果这些参数会导致以标准模式起动时的电流消耗非常高，那么在起动时不选择正常模式，而是选择所述一个特殊模式或多个特殊模式中的一个，并由此使电流消耗相比标准模式得到减少。
借助于根据本发明的方法，使得所消耗的能量明显减少，但同时还这样向真空泵系统施加负荷，使得真空泵例如变暖且又过渡到正常的运行参数。
根据本发明的实施方式，有利地使用下面的参数作为环境参数和/或运行参数，其中，这些参数能够单独，但也能够组合使用。
在特殊模式中进行起动，如果：
a)真空泵的温度低于阈值T_p，
b)ECU或电子控制装置(马达控制装置/真空泵马达控制装置)的温度低于阈值T_e,
c)用于控制真空泵的(那些)功率驱动器的温度大于阈值T_l，
d)真空泵的停机时间比阈值T_sz更长，
e)发出关于真空泵在唤醒后或接线端子更换后仍旧未运行的叫醒管理信息，
f)环境温度低于阈值T_u，
g)在真空泵起动时的实际起动速度低于阈值V_p，
h)所测得的真空度/负压低于阈值p_vac_th，
i)在真空泵起动时的当前的真空梯度高于阈值p_vac_grad_th。
对于选择用于起动真空泵的模式相关的参数尤其是：真空泵的温度、ECU的温度、功率驱动器的温度、真空泵的停机时间、叫醒管理信息、环境温度、真空泵的起动速度(该速度例如借助于霍尔传感器确定或借助于模型例如通过真空泵的当前电流消耗或真空泵电流确定)、所测得的真空度、真空梯度。所有这些所述的条件都能够以任意(和/或的)方式相关联。
值得注意的是，对于所有这些考虑而言，真空度都应被视为是负的，换句话说，真空度越大，则意味着与环境压力的压差就越大，负的真空梯度意味着形成真空。
根据本发明的另一有利的实施方式，所述相应的阈值在必要时还可以扩展为不同的分级(gestufte)的阈值，这些阈值分别导致不同的起动模式。
同样，所述条件的不同组合会导致不同的起动模式。
根据本发明的其它有利的实施方式，一旦出现下面的情况就应退出特殊模式：
a)在特殊模式中已经进行了时长T_enh的真空泵控制，
b)在系统中存在指示表明真空泵在正常的参数之内运行，例如借助于真空泵转速、当前的电流/电流曲线、真空泵温度、真空度/真空梯度，和/或
c)对真空泵起动已经没有要求。
所有上述条件能够以任意方式(和/或)相关联。
根据所选择的特殊模式来选择真空泵起动控制(该概念控制也可以包括调节)。在此，假设真空泵在标准模式中一直是被简单激活的(例如，静态接通功率电子件)。
在特殊模式中，根据本发明的另一有利的实施方案，可以如下地动态连接(脉冲式连接)功率电子器件:
a)在规定的起动时间t_a内，以分别具有规定的时间T-接通(T_ein)和时间T-断开(T_aus)的打开/关闭(An/Aus)循环形成的模式进行控制；
b)所述时间T-接通(T_ein)和时间T-断开(T_aus)可以根据环境条件得到改变，优选可以根据供电电压,例如根据车辆的车载电网的运行电压(通过线性相关或综合特征曲线)这样改变时间T_ein，使得在运行电压较小时，T-接通(T_ein)被延长；
c)可以根据当前所测得的真空泵电流或功率驱动器温度改变T-断开(T_aus)；和/或
d)可以根据到现在为止的起动或控制曲线的时长改变时间T-接通(T_ein)和时间T-断开(T_aus)，由此，在真空泵激活开始之后，随着时间T的增加，可以以有利的方式增加时间T-接通(T_ein)并且减少时间T-断开(T_aus)，其中总的时长T-接通(T_ein)+T-断开(T_aus)同样也是能够改变的。
根据本发明的另一有利的实施方式，借助于模型或综合特征曲线确定时间特性。
根据本发明的另一有利的实施方式，时间T_ein或时间T_aus的数量级在数秒或100ms的范围。
根据本发明的另一有利的实施方式，根据在所选择的特殊模式时的安全相关性(真空泵不以全功率运行/真空不够用)，发出驾驶员信息或声学的、光学的或组合的报警信号，例如仪表板上的提示、声音上的锣声、或报警信号灯。
根据本发明的另一有利的实施方式，根据在所选择的特殊模式时的安全关联性(真空泵不以全功率运行/真空不够用)，应该向上级驾驶系统发出信息，使该驾驶系统能够切换到一种紧急运行程序中(例如，减小发动机扭矩、通过液压泵在主缸中建立制动压力、在自动变速器中限制档位等)。
由此，根据本发明的用于对电动的真空泵进行起动控制的方法能够以成本更低、更节省空间、能效更高和与温度无关的方式设计控制真空泵的电子件的尺寸，而不会降低真空泵的性能。同时，由于负载减小，还提高了部件的寿命。
本发明使得在考虑参数的情况下能够这样实施简单的控制，使得不会产生用于硬件的附加成本，同时能够遵循汽车工业的技术特征，例如电磁兼容性(EMV)数值、运行范围。
附图说明
下面借助附图对本发明的实施例进行详细说明。附图示出：
图1示出在标准模式和特殊模式之间进行一步选择的示例性的流程图，
图2示出在标准模式和多个起动模式之间进行多步选择的示例性的流程图，
图3示出真空泵在特殊模式中的脉冲式能量供给的示例性的时间曲线图，
图4示出相应于图3的视图，带有不同的示例性的特殊模式，其具有不同的脉冲周期，
图5示出了相应于图3的视图，带有不同的示例性的特殊模式，其具有变化的脉冲周期。
具体实施方式
图1示例性示出在对图中未示出的、用于在车辆的真空系统中产生真空度的电动真空泵的起动进行控制的标准模式和特殊模式之间进行根据本发明的单步选择的流程图。
为了避免真空泵在起动时消耗不希望的大量能量，该真空泵要么能够在标准模式下起动——该标准模式相当于真空泵的正常的运行模式，要么能够在至少一个特殊模式下起动，该特殊模式被这样优化，使得真空泵在起动阶段的电能消耗不会达到非常高，并且在该模式中真空泵与电源脉冲式地相连接。
为了在真空泵起动时进行模式选择，根据本发明使用真空泵的环境参数和/或运行参数。
图1示出特殊模式的一种简单的实施例。在该实施例中，在真空泵起动前确定环境温度并且与阈值T_u(在此阈值为-30摄氏度)相比较。如果该实际温度高于阈值，就在标准模式下起动真空泵，真空泵在该标准模式中与电源以非脉冲方式相连接。
但如果所测得的温度低于该阈值，那么真空泵的起动电流预计会特别高。因此切换到特殊模式，在该特殊模式中，真空泵在起动阶段与电源以脉冲方式相连接。与在标准模式中起动真空泵的情况相比，这导致在起动阶段更低的平均电流消耗。
必要时还可以设有具有不同脉冲参数的多种起动模式。
图2示出了这种实施例。在此通过根据真空泵的环境参数和/或运行参数的多重决定来在三个不同的起动模式(具有不同的脉冲周期)和一个标准模式之间做出选择，以便实现与真空泵起动时的环境条件更好的适配以及更精确地限制起动电流。
如果真空泵已经运行，那么无论怎样都切换到标准模式。如果真空泵未运行，因而应该对真空泵实施起动，那么首先如图1所示实施例那样确定环境温度是低于还是高于阈值T_u_1(在此阈值为-30摄氏度)。
如果实际的温度低于该阈值，那么在下一决定步骤中确定真空泵的停机时间是否长于预先规定的时间。如果是这种情况，则选择特殊模式1；否则就选择特殊模式2。
如果实际温度高于阈值——-30摄氏度，那么在下一决定步骤中确定环境温度是低于还是高于第二阈值T_u_2(在此第二阈值为-20摄氏度)。如果低于第二阈值，那么就选择特殊模式3，否则就选择在标准模式中实施起动。
在此，这样设计起动模式1至3，使真空泵在特殊模式1中的脉冲被这样设计，即，真空泵在相对较短的脉冲周期内与能量源相连接，而在特殊模式3中，真空泵在相对较长的脉冲周期内与能量源相连接。在特殊模式2中选择平均的脉冲周期。
真空泵与能量源相连接的脉冲周期能够被不同地选择并且还能够改变。
图3至图5的随时间变化的脉冲曲线示出了与此有关的实施例。
图3示例性示出特殊模式关于时间的脉冲曲线。在(正)脉冲期间，真空泵在起动时与能量源相连接，而在低位时却不连接。由此与一直与能量源相连接的情况相比，真空泵平均消耗的电流更少。
图4示出了相应于图3的时间曲线，但是真空泵的接通阶段的时间略长。例如可以在下面情况下选择这种特殊模式：与选择根据图3的特殊模式时存在的参数相比，真空泵的环境参数和/或运行参数指示希望更少的起动电流。
还可以以可变的和/或随时间改变的方式选择在脉冲发生阶段中的接通时间。
图5示出这种实施例。在此，在起动过程中的接通阶段总是相对较长。这一点例如在真空泵的温度在起动时首先非常低并且在起动过程中逐渐增高的情况下是有利的。
图1至5的实施例表明，根据本发明的用于起动真空泵的方法能够与所存在的结构条件和环境条件非常灵活地适配。

Claims (26)

1.一种用于控制车辆的真空系统的电动真空泵起动的方法，其中，能够按照至少两种不同的起动模式、即按照标准模式和按照至少一个特殊模式进行起动，其中
-在标准模式中，真空泵以非脉冲方式连接到供电电压，
-在特殊模式中，真空泵以动态脉冲方式连接到供电电压，
并且，在真空泵的环境参数和/或运行参数会导致起动消耗不希望的高的电流时以特殊模式进行真空泵的起动，否则就以标准模式进行起动。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如果真空泵的温度低于阈值T_p，则以特殊模式进行真空泵的起动。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，如果电子控制单元(ECU)的温度低于阈值T_e，则以特殊模式进行真空泵的起动。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，如果电子控制装置的功率驱动器的温度高于阈值T_l，则以特殊模式进行真空泵的起动。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，如果真空泵的、在时间上直接在起动的时间点之前的停机时间大于阈值T_sz，则以特殊模式进行真空泵的起动。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，如果发出了关于真空泵在唤醒后或接线端子改变后仍旧未运行的叫醒管理信息，则以特殊模式进行真空泵的起动。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，如果环境温度低于阈值T_u，则以特殊模式进行真空泵的起动。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，如果在真空泵起动时，当前的起动速度低于阈值v_p，则以特殊模式进行真空泵的起动。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，如果在真空泵系统中测得的真空度小于阈值p_vac_th，则以特殊模式进行真空泵的起动。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，如果在真空泵起动时在真空泵系统中测得的真空度的持续变化高于阈值p_vac_grad_th，则以特殊模式进行真空泵的起动。
11.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，如果环境参数和/或运行参数低于或超过分级的阈值和/或预先规定的阈值组合，使用多个不同的起动模式。
12.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，一旦出现下面情况就退出特殊模式：
-已经以特殊模式执行时长T_enh的真空泵控制，和/或
-存在关于真空泵在正常参数内运行的指示。
13.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在规定的起动时间t_a内，按照由分别具有规定的接通时间(T_ein)和断开时间(T_aus)的打开/关闭(An/Aus)循环形成的模式对真空泵进行控制，其中，根据环境条件改变所述接通时间(T_ein)和断开时间(T_aus)。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，根据供电电压的值选择所述接通时间(T_ein)，其中在供电电压值较小时的接通时间(T_ein)选择得比在供电电压值较高时更长。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，根据当前所测得的真空泵电流和/或真空泵的功率驱动器的温度可变地选择接通时间(T_ein)。
16.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，根据当前所测得的电子控制单元(ECU)的温度T_e和/或功率驱动器的温度可变地选择断开时间(T_aus)。
17.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，根据当前的起动时长改变接通时间(T_ein)和断开时间(T_aus)。
18.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，借助于模型或综合特征曲线确定接通时间(T_ein)和断开时间(T_aus)。
19.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述接通时间(T_ein)在大约几秒的量级，所述断开时间(T_aus)在大约几百毫秒的量级。
20.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在已经激活特殊模式时，在能预先规定的时长之后发出驾驶员信息。
21.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在已经激活特殊模式时，在能预先规定的时长之后向上级驾驶系统发出信息，使得该上级驾驶系统能够切换到一种紧急运行程序中。
22.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述起动速度是真空泵转速。
23.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述正常参数涉及真空泵转速的值、当前的电流或者电流曲线、真空泵温度、真空度或者真空梯度。
24.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，在起动开始后，随着时间T的增加，增加接通时间(T_ein)并且减少断开时间(T_aus)。
25.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，总的时间、即接通时间(T_ein)与断开时间(T_aus)的和是可变的。
26.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述驾驶员信息是声学和/或光学的报警信号。
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