CN104968544A - 用于对机动车制动系统的气动式制动助力器提供负压的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于通过电动机驱动的柱塞型的泵总成(6)对机动车制动系统的气动式制动助力器(2)提供负压的方法，其中，给所述泵总成(6)配置至少一个用于监测气动压力的压力传感器(9)，所述压力传感器(9)的电信号被输送给电子控制单元(14)并且进行分析和处理以用于压力调节。为了提供一种保证功能监测的必要的高可靠性同时相对于现有技术具有成本优势并且可实现具有较低结构空间要求的装置的用于提供负压的方法，根据本发明提出，进行压力传感器(9)的信号的可信性验证，其方式是作为排挤元件(17)的行程内的压力值最大值与压力值最小值之间的差通过信号分析求得压力值幅度(dU)并将其与所存储的比较值相比较，其中，当压力值幅度(dU)与比较值的偏差超过规定的取值时，压力传感器(9)的信号被确定为不可信。

Description

用于对机动车制动系统的气动式制动助力器提供负压的方法

技术领域

本发明涉及一种具有权利要求1前序部分特征的用于对机动车制动系统的气动式制动助力器提供负压/真空的方法。

背景技术

现代机动车的制动系统通常装备有气动式制动助力器。这种制动系统为了产生规定的制动力而需要负压，所述负压大多必须通过专门的泵总成来提供。因为随时足够的制动力的持续可供使用性以高的程度与安全性相关，所以对负压供给在其可靠性方面提出了特别高的要求，这要求持续监测可供制动助力器使用的负压水平/真空度。

由机动车公知了具有压力差控制的气动式制动助力器的制动系统，所述制动系统具有电机驱动的泵总成，所述泵总成具有可行程式运动的排挤元件，所述排挤元件用于对制动助力器进行至少支持性的负压供给，其中，负压水平借助于构造得冗余的压力传感器来测量。制动系统的功能监测以及泵总成的控制由此与压力传感器的信号相关。为了提高测量可靠性以及及时地诊断压力传感器故障，通过两个压力传感器同时接收的值彼此比较并且识别传感器之一的显著的不可信的信号。

由于使用两个具有所属连接器和管线的压力传感器以及所需的分析处理硬件和控制硬件而造成了高的成本和结构空间使用，这被视为总体上需要改善。

发明内容

目的：

因此，本发明的目的在于，给出一种用于提供负压的方法，所述方法保证功能监测的必要的高可靠性，同时相对于现有技术提供成本优势，并且可实现具有较低结构空间要求的装置。

解决方案和优点：

根据本发明，所述目的这样来实现：根据本发明，使用发出信号的压力传感器的信号本身作为源用于其可信性验证，其方式是由信号求得配置给平均压力值的压力值幅度dU，其中，压力值幅度是排挤元件的行程内的压力值最大值与压力值最小值之间的差，接着与用于压力值幅度的先验地已知的可靠的比较值相比较。如果压力值幅度与比较值的偏差超过规定的取值，则所述信号可被归类为非可信的或者说是不可信的。

由此可有利地放弃另外的压力传感器连同相关的插头和导线，电子控制单元可被设计地更节省位置、简单且成本低廉。同时可实现简单且可靠的故障监测和诊断，提高泵总成的功能可提供性。同时，总系统的EMC稳定性可通过节省电子部件和引导电流的电导线而得到改善。

在本发明的一个有利扩展构型中，多个比较值以特性曲线的形式存储在电子控制单元中，其中，所述特性曲线与可在制动助力器中产生的压力值p的值范围相对应。由此可实现压力传感器信号的特别有利的连续的可信性验证，因为这可随时地并且在几乎全部运行点上进行。

根据本发明可实现传感器信号的特别可靠的评价，其方式是仅当压力值幅度与比较值的偏差在可配置数量的情况中都超过规定的取值时，压力传感器的信号才被确定为不可信。

信号的不可信性的及时识别可有利地允许：电子控制单元启动用于警告驾驶员或用于影响发动机控制装置或制动控制装置或用于设定故障代码的反应动作，例如对驾驶员发出警告通知或激活单独的发动机控制程序或制动系统控制程序。由此可提高交通安全性并且向驾驶员指出可能的问题，车辆损坏危险或者甚至事故可显著降低。

在本发明的有利扩展构型中，验证信号可信性所需的比较值或特性曲线在泵总成第一次投入运行之前被计算或记录并且接着存储在电子控制单元中，由此，所述比较值或特性曲线在第一次投入运行时已经可供使用。但比较值或特性曲线也可以在泵总成第一次投入运行期间、例如测试运行期间记录在合适的装置中或者在已证实完好的制动系统第一次投入运行期间记录，并且存储在电子控制单元中。由此可以可靠地保证比较值或特性曲线尽可能精确地对应于相应的制动系统，并且由此实现特别可靠的可信性验证。

在根据本发明的方法的另外的有利扩展构型中，可信性验证可短时间地对于可配置的时间段去激活。这在特定的高动态的事件中特别重要，这些事件例如是通过操作元件或总成操作制动助力器、泵总成的启动、机动车的发动机冷启动、手刹被操作、在机动车的车载电网中出现过电压或欠电压或电压脉冲，或者可短时间地但显著地影响压力传感器的信号的其它事件。

由此，可排除基于信号的不合预期的特性作出的错误评估，这最终导致高的系统稳定性和可靠性。

特别有利的用于实施根据本发明的方法的装置可具有泵总成，所述泵总成具有两个可沿相反方向同步地运动的对置布置的排挤元件，其中，排挤元件在其端部上具有弹性的膜片元件，其中，设置有单个的传感器元件，用于监测制动助力器的至少一个工作腔与至少一个负压腔之间的压力差或存在于制动助力器的至少一个负压腔中的压力，以及用于对压力传感器的信号进行可信性验证。

由此可保证可靠的、低振动的、轻柔的且同时免维修的并且低磨损的负压供给。

附图说明

由从属权利要求结合借助于附图进行的说明得到本发明的其它细节、特征、优点和应用可能性。对应的部件和结构元件尽可能设置相同的参考标号。附图中：

图1示出适合于应用根据本发明的方法的制动系统的一部分的极其简化的原理视图。

图2示出适合于应用根据本发明的方法的泵总成的例子的剖面视图。

图3示出在根据本发明的方法中接收的传感器信号的曲线图。

图4示出原生的传感器信号、压力值p、压力值幅度dU(p)之间的关系的简化视图。

具体实施方式

图1

因为具有气动式制动助力器的液压式制动系统的诸如制动主缸或制动助力器之类的重要部件本身的结构和工作原理已经充分公知，所以，只要对于描述本发明来说不重要，下文不再对其进行详细描述。

优选安装在机动车中的制动系统1的在图1中所示的部分具有气动式制动助力器2，所述气动式制动助力器具有至少一个未示出的可动壁，所述可动壁将制动助力器2的内室划分成至少一个助力器工作腔和至少一个助力器负压腔，所述可动壁的运动可通过壁的两侧上的压力差来控制并且位置可通过合适的装置随时确定，图示部分还具有与制动助力器2连接的制动主缸3、安装在制动主缸3上并且与该制动主缸液压连接的压力介质补偿容器4、通过负压管路5连接在制动助力器2上的泵总成6、用于无延迟地监测当前负压水平的压力传感器9，其中，泵总成6具有电驱动装置7和泵8。通过另外的负压管路10，另外的未示出的负压供给源如自吸式汽油发动机的进气管可连接至制动助力器2。止回阀11在此负责使所述另外的供给源与泵总成6分开。电导线12和13保证泵总成6或压力传感器9与电子控制单元14电连接，所述电子控制单元本身与未示出的另外的部件连接并且适用于控制泵总成6以及用于分析处理压力传感器9的信号。也可在压力传感器9与控制单元14之间或者在泵总成6与控制单元14之间设置另外的电子控制单元，而不偏离本发明。

所示的系统这样设计：为了符合规定的制动功能，助力器负压腔中的负压水平或者说压力值p决不允许违反规定的临界极限值，并且为此在制动系统运行准备就绪时被持续监测。为了遵循规定的极限值，泵总成6在需要时接通或关断。另外，压力值p基于所使用部件的技术结构设计而仅可在受限制的值范围取值，例如总体而言视运行状态而定处于0.2与1Bar之间。

仍须提及的是，被加载负压并且基本上包括制动助力器2的助力器负压腔、负压管路、泵总成的工作腔和相关的管道的容积在结构上已经设计并且不言而喻在制动系统的任意运行状态中已知，并且由此类似于具有其中到处相同的压力值p的密闭容器。

制动助力器2的操作通过操作元件15来进行，所述操作元件构造成作用于制动助力器2的制动踏板。作为替换方案或者与制动踏板相组合，另外的可由驾驶员触发或可与驾驶员无关地触发的操作元件在本发明内也是可以并且允许的，例如机电式、电磁式、电液式以及其它类型的致动器和类似总成。

制动主缸3通过未示出的液压管路以及可能情况下在中间连接另外的液压式或电液式总成的情况下与也未示出的车轮制动器连接。

图2

图2示例性示出了适合于应用根据本发明的方法的干式运行的泵总成6的纵向剖面。泵总成6具有电驱动装置7和与驱动装置7连接的泵8。泵8具有泵壳体16，所述泵壳体具有两个设置在其中的排挤元件17、17′。排挤元件17、17′通过支承元件18、18′可旋转地设置在偏心元件19、19′上。另外，泵8具有两个设置在泵壳体16上的工作室盖22、22′并且排挤元件17、17′具有弹性的膜片元件23、23′，所述膜片元件在其周缘上分别对空气密封地夹紧在工作室盖22、22′与泵壳体16之间。由此，在工作室盖22、22′与膜片元件23、23′之间限定工作室24、24′。

附图示出，排挤元件17、17′以对置布置形式定位在泵8中。偏心元件19、19′在径向和轴向上彼此相对错位180°地无相对扭转地固定在驱动装置7的驱动轴20上，由此，在驱动轴20绕旋转轴线X转动时两个排挤元件17、17′近似沿着行程方向Y分别实施沿相反方向的同步的行程运动。为了平稳的运动，偏心元件19、19′具有平衡元件21、21′，所述平衡元件用于补偿通过对应的排挤元件17、17′造成的不平衡。

通过排挤元件17、17′的沿相反方向的行程运动，对应的膜片元件23、23′交替地在朝对应的工作室盖22、22′或返回的方向上变形，由此，对应的工作室24、24′相应地减小或增大，其中，在排挤元件17、17′的上止点工作室24、24′具有其最小的容积并且在下止点具有其最大的容积。

工作室24、24′通过集成的通道25、25′的系统连接在负压管路5上并且由此连接在制动助力器2上(图1)。构造有小板止回阀的阀装置26、26′负责在排挤元件17、17′的增大工作室的行程运动中使空气通过负压管路5抽吸到对应的工作室24、24′中并且在减小工作室的行程运动中使空气从工作室24、24′排挤到周围环境中。因为空气是可压缩的流体介质，所以在排挤元件17、17′的完整行程中在工作室24、24′和连接在其上的负压管路5以及制动助力器2中可测量局部的压力值峰值，其中，在忽略与距离和容积相关的时间偏差的情况下，在排挤元件17、17′的上止点存在局部的压力值最大值并且在下止点存在局部的压力值最小值。配置给各个排挤元件的各个行程的局部的压力值最大值与其下一个压力值最小值之间的幅度可被称为压力值幅度。

在图3中画出了示例性的在泵总成6运行期间在根据本发明的合适的制动助力器中可检测的压力变化曲线。

图3

图3中的曲线图示出了在泵总成6运行期间与压力值p相关的上述压力值幅度dU的特性。

在此，曲线图基本上画出了由压力传感器9在一个时间区段期间接收的信号，该信号以与压力相关的电压U的形式存在。压力值p越小，电压U越高。为了清楚目的，否则会过度多地延伸到水平线中的曲线图缩短到纸面宽度，并且属于不同压力范围的若干信号区段彼此上下叠置地而不是彼此前后相继地被示出。在此，最下方的信号区段示出了在几乎大气压力时负压建立开始时的状况，最上方的信号区段示出了在几乎饱和的最大可达到的负压时的状况，另外的信号区段示出了中间状态。在此，在纵轴上绘出了以伏特为单位的信号U的电压，在横轴上绘出了以毫秒为单位的时间t。压力传感器9所接收的信号曲线27示出了正弦形的图案，它是通过排挤元件的行程运动引起的，所述行程运动造成已经参照图2描述的局部的压力值最大值和压力值最小值。所给出的极值之间的幅度可被认为是压力值幅度dU并且被接收。所述事实的使用允许在排挤元件17、17′的一个行程期间信号的变化曲线用于诊断压力传感器9，因为该信号单独包括用来在确定的运行点上判断传感器特性的可信性的全部所需信息。

由在所给出的储存器的情况下以及在排挤元件的行程运动时的压力值p的特性，可由所示的曲线图读出：压力值幅度dU直接依赖于在储存器中存在的压力值p而变化，即随着压力值p更小(相当于容积更大)，压力值幅度dU减小。曲线p1和p2画出了与对应压力值相关的经滤波的信号，所述信号近似表示对应的压力值幅度dU的平均值。可清楚地看到，在相对高的压力值p2时的压力值幅度dU(p2)明显高于相对低的压力值p1时的压力值幅度dU(p1)。

在泵总成6启动时，压力值幅度dU(p)可被测量，并且与提前计算出的或在可证实无缺陷的制动系统中测得的已知的极限值比较值(用于配置给在测量时刻求得的压力值p的对应的最大或最小的允许压力值幅度dU(p)的极限值)相比较。所述比较值对于系统先验地已知并且例如存储在电子控制单元14中。如果所测量的压力值幅度dU不在两个极限(最大值和最小值)内，则存在超过允许的取值的偏差，并且压力传感器的信号由此应被评价为不可信。此外可判断，传感器值不是值得信任的并且例如存在缺陷。基于此例如可触发另外的措施或者说反应动作，例如对驾驶员发出警告通知或激活单独的发动机控制程序或制动系统控制程序，这例如通过启动电子控制单元来触发。在此，对于确定信号可信性不需要另外的冗余的传感器的比较信号。

所述方法可在不同的压力值p下重复，只要先验地已知并且存储着用于对应的压力值p的压力值幅度dU的允许的比较值。由此，可连续地对由压力传感器9传送的压力值进行可信性验证。

例如，在电子控制单元14中可执行各个压力传感器9的如下可信性验证：

a)可针对在排挤元件的对应的行程中的压力值最小值和压力值最大值验证所接收的平均压力值p的可信性。这意味着，对于确定的制动系统可校验关系p＝k(p)，其中，k(p)是特性曲线。

b)上述关系出于更精确确定的目的可扩展到k(p,p_ext,T,U_m,I_m,a)，其中，p_ext＝当前存在的外部压力，T＝当前的泵温度或周围环境温度，U_m＝当前的马达电压(或者说机动车的车载电网中的电压)，I_m＝当前的马达电流(或者说机动车的车载电网中的电流)，a＝泵总成的使用时间(或者说运行小时数)。

c)可在排挤元件的对应行程中针对压力值幅度dU验证压力传感器9所接收的平均压力值p或压力值最小值和压力值最大值的可信性。这意味着，对于确定的制动系统可校验关系p＝k(p_vac)*A_pump，其中，k(p)是待求得并且存储在控制单元14中的特性曲线，A_pump是在排挤元件的行程期间所测量的压力值幅度。

d)特性曲线的上述关系为了更精确确定的目的可扩展到k(p,p_ext,T,U_m,I_m,a)，其中，p_ext＝当前存在的外部压力，T＝当前的泵温度或周围环境温度，U_m＝当前的马达电压(或者说机动车的车载电网中的电压)，I_m＝当前的马达电流(或者说机动车的车载电网中的电流)，a＝泵总成的使用时间(或者说运行小时数)。

e)因为在高动态状况中——例如在操作制动踏板时——可导致信号的不预先确定的特性，所以在所述方法的根据本发明的扩展构型中，为了避免错误解释，通过上述方法进行的可信性验证在下列事件发生时可短时间地对于可配置的时间段去激活：

-通过操作元件15或其它总成操作制动助力器2，

-泵总成6启动，

-机动车的主驱动装置例如内燃发动机冷启动，

-操作手刹，

-在机动车车载电网中出现过电压或欠电压或电压脉冲，

-对压力传感器9的信号短时间地但显著影响的其它事件。

f)在另一个实施形式中，上述特性曲线可自动地在泵总成第一次启动时被确定或记录，并且可存储在电子控制单元中。

g)在另一个实施形式中，为了自动地求得特性曲线，可——例如通过PWM(脉宽调制)——施加变化的电压。电压的变化可一直延迟，直到达到真空信号的饱和，由此，转速或电压的变化单独地与所馈入的电压值相关。

图4

图4中的曲线图以简化的视图解释了压力传感器9的用信号曲线27表示的真正的原生信号、由信号曲线27通过信号分析处理(例如滤波、整流、内插或其它方法)获得的平均压力值p与可由信号曲线读出的压力值幅度dU(p)之间的区别。

参考标号清单

1            制动系统

2            制动助力器

3            制动主缸

4            压力介质补偿容器

5            负压管路

6            泵总成

7            驱动装置

8            泵

9            压力传感器

10           负压管路

11           止回阀

12            电导线

13            电导线

14            电子控制单元

15            操作元件

16            泵壳体

17，17′      排挤元件

18，18′      支承元件

19，19′      偏心元件

20            驱动轴

21，21′      平衡元件

22，22′      工作室盖

23，23′      膜片元件

24，24′      工作室

25，25′      通道

26，26′      阀装置

27            信号曲线

p，p1，p2     压力值

dU            压力值幅度

X             旋转轴线

Y             行程方向

Claims (12)

1.一种用于通过电机驱动的柱塞型的泵总成(6)对机动车制动系统的气动式制动助力器(2)提供负压的方法，其中，给所述泵总成(6)配置至少一个用于监测气动压力的压力传感器(9)，其中，将所述压力传感器(9)的电信号输送给电子控制单元(14)并且进行分析和处理以用于压力调节，其特征在于，实施下列步骤：

·通过所述压力传感器(9)发出信号并且通过所述电子控制单元(14)接收所发出的信号，其中，所述信号包括排挤元件(17)的行程内的压力值的变化曲线，

·将所述排挤元件(17)的行程内的压力值最大值与压力值最小值之间的差确定为压力值幅度(dU)，其中，所述压力值幅度(dU)由所述信号通过信号分析来求得，

·由所述信号通过信号分析求得平均压力值(p)，

·对所述压力传感器(9)的信号进行可信性验证，其方式是将所求得的压力值幅度(dU)与存储的比较值相比较并求得所述压力值幅度(dU)与所述比较值的偏差，当所述偏差超过规定的取值时，所述压力传感器(9)的信号被确定为不可信，其中，所述比较值是针对确定的平均压力值(p)的预期压力值幅度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：多个比较值以特性曲线的方式存储在所述电子控制单元(14)中，其中，所述特性曲线与压力值(p)的值范围相对应。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：仅当所述压力值幅度(dU)与所述比较值的偏差在可配置数量的情况中都超过规定的取值时，所述压力传感器(9)的信号才被确定为不可信。

4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于：当所述压力传感器(9)的信号被确定为不可信时，所述电子控制单元(14)启动至少一个用于警告驾驶员或用于影响发动机控制装置或制动控制装置或用于设定故障代码的反应动作。

5.根据权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于：在所述泵总成(6)运行期间连续地进行可信性验证。

6.根据权利要求1至2之一所述的方法，其特征在于：所述比较值或所述特性曲线在所述泵总成(6)第一次投入运行之前被计算或记录，并且接着存储在所述电子控制单元(14)中。

7.根据权利要求1至2之一所述的方法，其特征在于：所述比较值或所述特性曲线在所述泵总成(6)第一次投入运行期间被记录并且接着存储在所述电子控制单元(14)中。

8.根据权利要求1至2之一所述的方法，其特征在于：所述比较值或所述特性曲线在所述制动系统第一次投入运行期间被记录并且接着存储在所述电子控制单元(14)中。

9.根据权利要求1至8之一所述的方法，其特征在于：所述可信性验证能暂停一可配置的时间段。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述可信性验证至少在以下情况下暂停可配置的时间段：

·当通过操作元件(15)或另外的总成操作所述制动助力器(2)时，或

·当所述泵总成(6)启动时，或

·当机动车的主驱动装置冷启动时，或

·当操作手刹时，或

·当在机动车的车载电网中记录过电压或欠电压或电压脉冲时。

11.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述特性曲线包括至少一个另外的值范围，该另外的值范围包括：

·存在的外部压力的值，和/或

·泵温度的值，和/或

·周围环境温度的值，和/或

·机动车的车载电网中的电压的值，和/或

·机动车的车载电网中的电流的值，和/或

·所述泵总成的运行小时数的值。

12.一种用于执行根据权利要求1所述的方法的泵总成，其特征在于：所述泵总成(6)具有两个可沿相反方向同步地运动的排挤元件(17，17′)，其中，所述排挤元件(17，17′)以对置布置形式设置并且在其端部上具有弹性的膜片元件(23，23′)，其中，设置有单个的压力传感器(9)，用于监测所述制动助力器(2)的至少一个工作腔与至少一个负压腔之间的压力差或存在于所述制动助力器(2)的至少一个负压腔中的压力，以及用于对所述压力传感器(9)的信号进行可信性验证。