CN109931422A - 一种用于线控制动系统的高速开关电磁阀及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于线控制动系统的高速开关电磁阀及其控制方法，旨在解决现有电磁阀采用大电流直接控制，具有精度差、发热量大的不足。该发明包括阀体、安装在阀体上的动铁、阀座，阀体上套装有线圈，阀体和动铁之间设置有预紧弹性件，动铁可在预紧弹性件轴向方向上升降移动，阀座上设有进液通道和若干纵向设置的出液通道，进液通道在阀座的侧壁上设有进液口，动铁上设有阀球，阀球封闭进液通道上的出口，线圈连接可输出PWM信号的控制器。通过采用PWM形式控制，具有精度高，发热量小，需液量少的优点。

Description

一种用于线控制动系统的高速开关电磁阀及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种电磁阀，更具体地说，它涉及一种用于线控制动系统的高速开关电磁阀及其控制方法。

背景技术

制动系统是汽车行驶安全的重要保障。线控制动技术相比传统制动系统，具有结构简单、制动响应快、控制精度高、布置灵活、踏板特性一致等诸多优点。线控制动系统取消了制动踏板与制动轮缸的直接连接， 采用踏板行程模拟器给驾驶员一个踏板反作用力，使驾驶员有一个良好的制动踏板感觉。轮缸制动力压力源由电动泵及蓄能器系统提供，根据驾驶员踏板行程信号的不同，通过轮缸压力控制电磁阀输出需求轮缸制动力，完成驾驶员制动需求。通过判断踏板行程传感器等信号，得到所需轮缸所需压力，通过轮缸压力传感器反馈实时轮缸压力，闭环控制增压阀、减压阀即可实现轮缸压力对目标值的跟随。

现在的电磁阀通过大电流直接控制，对于工作次数频繁的电磁阀来说，大电流控制气动次数多，发热量大，线圈老化快，电磁阀调节液压的精度会受到影响，同时，阀芯需要克服液压力，反应速度也会受到影响。

中国专利公告号 CN201220003436.2 ，名称为矿用防爆电磁阀 ，该申请案公开了一种矿用防爆电磁阀，它包含电磁阀本体防爆外壳、先导阀、主导阀和防爆接线盒，本体防爆外壳内设置有先导阀和主导阀，先导阀与主导阀相连，防爆接线盒设置在电磁阀本体防爆外壳外部。它解决了电磁阀使用中出现电火花、容易引起爆炸的缺点，但是采用大电流直接控制，具有精度差、发热量大的不足。

发明内容

本发明克服了现在直接用电流控制的电磁阀，提供了一种用于线控制动系统的高速开关电磁阀，它的精度高，发热量小，需液量少。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种用于线控制动系统的高速开关电磁阀，包括阀体、安装在阀体上的动铁、阀座，阀体上套装有线圈，阀体安装在阀座上，阀体和动铁之间设置有预紧弹性件，动铁可在预紧弹性件轴向方向上升降移动，阀座上设有进液通道和若干纵向设置的出液通道，进液通道在阀座的侧壁上设有进液口，动铁上设有阀球，阀球封闭进液通道上的出口，线圈连接可输出PWM信号的控制器。

控制器采用PWM式的高频脉冲方式连接线圈，通过调节脉冲占单位时间的值来调节线圈的电流通电次数，进而影响动铁，使得动铁客服预紧弹性件抬升，阀球抬升，进液通道连通阀体和阀座之间的空间，也与阀座上的出液通道连接。在压强的作用下，油液从进液通道经阀体和阀座之间的空间到出液通道。在不通电状态下，动铁在预紧弹性件的作用下复位，动铁底部的阀球抵接在进液通道的入口处，油液不能进入。动铁与阀体之间有缝隙，因此，油液可以进入到这些缝隙内，这样动铁上下部分表面面积接近，油液带来的液压力很小，不会对动铁的上下移动造成影响。PWM的占空比越大，电磁阀能提供的油压就越大，相对传统的电磁阀精度高，需液量少。

作为优选，阀座上还连接有第二阀体，第二阀体和阀座上设置有第二动铁，第二动铁和第二阀体之间设置有预紧弹性件，第二动铁末端设有阀球，进液通道在阀座上对应第二动铁底部的阀球位置设有对应的进液支管，第二阀体上套装有线圈，线圈连接可输出定额电流的控制器。第二阀体是为了解决当电磁阀pwm低空占比的时候，达到所需的输出压强时间较慢，反应到汽车的线控制动系统中也就是踩刹车幅度较小的时候，反应比较慢，脚感“肉”。因此增加了新的第二阀体。第二阀体也设置在阀座上。进油管连通进液支管，第二阀体的阀球对应进液支管。第二阀体对应的进液支管辅助进液，在进液通道压强变大后关闭。第二阀体与阀座之间的空间上设有连通出液通道的出液支管。具有反应灵敏、反馈性好的优点。第二阀体使得各个占空比的延迟均低，即使是低占空比下的电磁阀，反应依然灵敏。

作为优选，阀体和阀座之间连接有用于密封的O型密封圈。阀座上设有一圈用于容纳密封圈的凹槽，防止油液从阀体和阀座之间的缝隙漏出。

作为优选，动铁的表面设有若干轴向油槽。动铁表面的轴向油槽保证了动铁上下底面的表面积相近，可以忽略动铁上下面积差带来的液压力。

作为优选，阀座上套装有用于避免液体倒流的单向密封圈。单向密封圈避免液体反向流入电磁阀中，液体倒流会降低电磁阀对应控制的缸体内的压强，从而影响电磁阀控制的精度。

作为优选，进液通道为T字形，进液通道贯通阀座，进液通道靠近底部位置设有防止油液从进液通道漏出的封油球，进液通道靠近顶部段为窄道，窄道直径较其他段小，窄道在阀座的表面设有上大下小的锥孔。进液通道包括横向的通道、纵向的通道，两通道连通。为便于加工，设计纵向通道贯穿阀座底部，为防止漏油，横向的进液通道下方设置封油口。锥孔是为了对齐阀球，避免阀球在多次工作后偏离进液通道。进液通道在锥孔下的直径小，根据帕斯卡定律，油液通道入口处需要若干倍于动铁重力和预紧弹性件的弹力的力才能顶开阀球，避免在非意图的情况下进液通道出油。

一种用于线控制动系统的高速开关电磁阀的控制方法，包括步骤：

(1)当控制器设定一个5Mpa及以上的压强需求时：

(a)控制器检索到与所需压强需求对应的占空比，并输出对应的PWM脉冲信号给阀体上的线圈；

(b)PWM脉冲信号作用在动铁上，动铁克服预紧弹性件上升，阀球随之上升，进液通道连通出液通道，电磁阀开启，输出油液；

(2)当控制器设定一个5Mpa以下的压强需求时：

(a)控制器检索到与所需压强需求对应的占空比，并输出对应的PWM脉冲信号给阀体上的线圈；

(b)控制器检索到与所需压强需求对应的电流作用时长，并输出电流给第二阀体上的线圈并作用对应时长；

(c)PWM脉冲信号作用在动铁上，动铁克服预紧弹性件上升，阀球随之上升，进液通道连通出液通道，电磁阀开启，输出油液；

(d)电流信号作用在第二动铁上，并作用相应的时长，第二动铁克服预紧弹性件上升，阀球随之上升，在规定时间后电流停止，第二动铁复位，进液支管不再连通出液通道，进液支管不再输入油液。

线控制动系统取消了制动踏板与制动轮缸的直接连接， 采用踏板行程模拟器给驾驶员一个踏板反作用力，使驾驶员有一个良好的制动踏板感觉。轮缸制动力压力源由电动泵及蓄能器系统提供，根据驾驶员踏板行程信号的不同，通过轮缸压力控制电磁阀输出需求轮缸制动力，完成驾驶员制动需求。所谓的压强需求就是指模拟器为对应制动踏板踩下的幅度生成的轮缸需要达到的压强。而对应的压强是通过高速开关电磁阀和电动泵及蓄能器系统来控制的。在出厂时就预先在控制器中录入输出压强和占空比的对应关系。控制器生成对应的压强需求给控制器，控制器依照压强需求与占空比的对应关系，输出对应的PWM信号给线圈，从而实现阀的导通。如图3所示，PWM的占空比越高生成的压强越大，在高占空比的状态下，达到所需压强的时间短，延迟小。但是，对应较小的压强需求，要达到所需压强的时间长，延迟大，反应到线控制动系统中也就是反应慢，脚感肉。因此，控制器在输出pwm信号给阀体上的线圈时，也会输出电流给第二阀体上的线圈并作用一定时长并断电。首先由阀体对应的进液通道和第二阀体对应的进液支管分别进液，后续由阀体对应的进液通道进油，从而使得在PWM信号控制时补充电流控制使得电磁阀反应灵敏，延迟较低。

作为优选，出液通道附近设有液压传感器，液压传感器电连接控制器，包括步骤：

(1)控制器控制动铁上升，油液从进液通道至出液通道；

(2)液压传感器检测出液通道附近的最终稳态液压并反馈至控制器；

(3)控制器得到液压并与所需的压强需求作对比：

(a)当最终稳态液压大于压强需求时：控制器将输入的占空比映射检测到的液压；

(b)当最终稳态液压小于压强需求时：控制器将输入的占空比映射检测到的液压；

(c)当最终稳态液压等于压强需求时：控制器不做改变；

(4)液压传感器检测出液通道到达最终稳态液压的时间并反馈至控制器；

(a)检测到的时间大于控制器内置电流作用时长时：控制器增加电流单位作用时长；

(b)检测到的时间小于控制器内置电流作用时长时：控制器减少电流单位作用时长；

(c)检测到的时间等于控制器内置电流作用时长时：控制器不做改变。

当高速开关电磁阀被长期使用时，控制器中的输出压强和占空比之间的关系可能不再对应。液压传感器将输出的液压反馈到控制器，与预期的液压做对比，如果有较大差别，则将新的数据与之前输入的占空比录入，形成新的映射关系；同样，控制器会检测液压传感器输出最终稳态液压时的时间，若与控制器中出厂时设定的预估时间有较大出入，则修改电流工作时间1单位，1单位时间可设定为10ms，这样即使依然不准确，通过多次使用，就会回归到精确状态下。控制器对占空比映射的液压做统计，若各数据集中在某一个区间，则向线控制动系统报警，提示更换。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：（1）精度高，需液量少；（2）设置第二阀体使得各个占空比的延迟均低，反应灵敏；（3）轴向油槽使得动铁上下的液压差可忽略不计，不会影响。

附图说明

图1是本发明的忽略线圈的剖视图；

图2是本发明的图1A-A的剖面图；

图3是本发明经多次试验得到的PWM信号占空比与电磁阀出油口压力关系特性曲线图；

图中：1、阀体，2、动铁，3、阀座，4、封油球，5、预紧弹性件，6、进液通道，7、出液通道，8、进液口，9、阀球，10、第二阀体，11、第二动铁，12、进液支管，13、O型密封圈，14、轴向油槽，15、出液支管，16、单向密封圈。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体描述：

实施例：

一种用于线控制动系统的高速开关电磁阀，如图1和2所示，包括阀体1、安装在阀体1上的动铁2、阀座3，阀体1上套装有线圈，阀体1安装在阀座3上，阀体1和动铁2之间设置有预紧弹性件5，动铁2可在预紧弹性件5轴向方向上升降移动，阀座3上设有进液通道6和若干纵向设置的出液通道7，进液通道6在阀座3的侧壁上设有进液口8，动铁2上设有阀球9，阀球9封闭进液通道6上的出口，线圈连接可输出PWM信号的控制器。阀座3上还连接有第二阀体10，第二阀体10和阀座3上设置有第二动铁11，第二动铁11和第二阀体10之间设置有预紧弹性件5，第二动铁11末端设有阀球9，进液通道6在阀座3上对应第二动铁11底部的阀球9位置设有对应的进液支管12，第二阀体10上套装有线圈，线圈连接可输出电流的控制器。阀体1和阀座3之间连接有用于密封的O型密封圈13。动铁2的表面设有若干轴向油槽14。阀座上套装有用于避免液体倒流的单向密封圈16。进液通道6为T字形，进液通道6贯通阀座3，进液通道6靠近底部位置设有防止油液从进液通道6漏出的封油球4，进液通道6靠近顶部段为窄道，窄道直径较其他段小，窄道在阀座3的表面设有上大下小的锥孔。

控制器采用PWM式的高频脉冲方式连接线圈，通过调节脉冲占单位时间的值来调节线圈的电流通电次数，进而影响动铁2，使得动铁2客服预紧弹性件5抬升，阀球9抬升，进液通道6连通阀体1和阀座3之间的空间，也与阀座3上的出液通道7连接。在压强的作用下，油液从进液通道6经阀体1和阀座3之间的空间到出液通道7。在不通电状态下，动铁2在预紧弹性件5的作用下复位，动铁2底部的阀球9抵接在进液通道6的入口处，油液不能进入。动铁2与阀体1之间有缝隙，因此，油液可以进入到这些缝隙内，这样动铁2上下部分表面面积接近，油液带来的液压力很小，不会对动铁2的上下移动造成影响。PWM的占空比越大，电磁阀能提供的油压就越大，相对传统的电磁阀精度高，需液量少。如图3所示，第二阀体10是为了解决当电磁阀pwm低空占比的时候，达到所需的输出压强时间较慢，反应到汽车的线控制动系统中也就是踩刹车幅度较小的时候，反应比较慢，脚感“肉”。因此增加了新的第二阀体10。第二阀体10也设置在阀座3上。进油管连通进液支管12，第二阀体10的阀球9对应进液支管12。第二阀体10对应的进液支管12辅助进液，在进液通道6压强变大后关闭。第二阀体10与阀座3之间的空间上设有连通出液通道的出液支管15。反应灵敏。阀座3上设有一圈用于容纳密封圈的凹槽，防止油液从阀体1和阀座3之间的缝隙漏出。动铁2表面的轴向油槽14保证了动铁2上下底面的表面积相近，可以忽略动铁2上下面积差带来的液压力。单向密封圈避免液体反向流入电磁阀中，液体倒流会降低电磁阀对应控制的缸体内的压强，从而影响电磁阀控制的精度。进液通道6包括横向的通道、纵向的通道，两通道连通。为便于加工，设计纵向通道贯穿阀座3底部，为防止漏油，横向的进液通道6下方设置封油口。锥孔是为了对齐阀球9，避免阀球9在多次工作后偏离进液通道6。进液通道6在锥孔下的直径小，根据帕斯卡定律，油液通道入口处需要若干倍于动铁2重力和预紧弹性件5的弹力的力才能顶开阀球9，避免在非意图的情况下进液通道6出油。

一种用于线控制动系统的高速开关电磁阀的控制方法，包括步骤：

(1)当控制器设定一个5Mpa及以上的压强需求时：

(a)控制器检索到与所需压强需求对应的占空比，并输出对应的PWM脉冲信号给阀体1上的线圈；

(b)PWM脉冲信号作用在动铁2上，动铁2克服预紧弹性件5上升，阀球9随之上升，进液通道6连通出液通道7，电磁阀开启，输出油液；

(2)当控制器设定一个5Mpa以下的压强需求时：

(a)控制器检索到与所需压强需求对应的占空比，并输出对应的PWM脉冲信号给阀体1上的线圈；

(b)控制器检索到与所需压强需求对应的电流作用时长，并输出电流给第二阀体10上的线圈并作用对应时长；

(c)PWM脉冲信号作用在动铁2上，动铁2克服预紧弹性件5上升，阀球9随之上升，进液通道6连通出液通道7，电磁阀开启，输出油液；

(d)电流信号作用在第二动铁11上，并作用相应的时长，第二动铁11克服预紧弹性件5上升，阀球9随之上升，在规定时间后电流停止，第二动铁11复位，进液支管12不再连通出液通道7，进液支管12不再输入油液。

出液通道7附近设有液压传感器，液压传感器电连接控制器，包括步骤：

(1)控制器控制动铁2上升，油液从进液通道6至出液通道7；

(2)液压传感器检测出液通道7附近的最终稳态液压并反馈至控制器；

(3)控制器得到液压并与所需的压强需求作对比：

(a)当最终稳态液压大于压强需求时：控制器将输入的占空比映射检测到的液压；

(b)当最终稳态液压小于压强需求时：控制器将输入的占空比映射检测到的液压；

(c)当最终稳态液压等于压强需求时：控制器不做改变；

(4)液压传感器检测出液通道7到达最终稳态液压的时间并反馈至控制器；

(a)检测到的时间大于控制器内置电流作用时长时：控制器增加电流单位作用时长；

(b)检测到的时间小于控制器内置电流作用时长时：控制器减少电流单位作用时长；

(c)检测到的时间等于控制器内置电流作用时长时：控制器不做改变。

线控制动系统取消了制动踏板与制动轮缸的直接连接， 采用踏板行程模拟器给驾驶员一个踏板反作用力，使驾驶员有一个良好的制动踏板感觉。轮缸制动力压力源由电动泵及蓄能器系统提供，根据驾驶员踏板行程信号的不同，通过轮缸压力控制电磁阀输出需求轮缸制动力，完成驾驶员制动需求。所谓的压强需求就是指模拟器为对应制动踏板踩下的幅度生成的轮缸需要达到的压强。而对应的压强是通过高速开关电磁阀和电动泵及蓄能器系统来控制的。在出厂时就预先在控制器中录入输出压强和占空比的对应关系。控制器生成对应的压强需求给控制器，控制器依照压强需求与占空比的对应关系，输出对应的PWM信号给线圈，从而实现阀的导通。如图3所示，PWM的占空比越高生成的压强越大，在高占空比的状态下，达到所需压强的时间短，延迟小。但是，对应较小的压强需求，要达到所需压强的时间长，延迟大，反应到线控制动系统中也就是反应慢，脚感肉。因此，控制器在输出pwm信号给阀体1上的线圈时，也会输出电流给第二阀体10上的线圈并作用一定时长并断电。首先由阀体1对应的进液通道6和第二阀体10对应的进液支管12分别进液，后续由阀体1对应的进液通道6进油，从而使得在PWM信号控制时补充电流控制使得电磁阀反应灵敏，延迟较低。当高速开关电磁阀被长期使用时，控制器中的输出压强和占空比之间的关系可能不再对应。液压传感器将输出的液压反馈到控制器，与预期的液压做对比，如果有较大差别，则将新的数据与之前输入的占空比录入，形成新的映射关系；同样，控制器会检测液压传感器输出最终稳态液压时的时间，若与控制器中出厂时设定的预估时间有较大出入，则修改电流工作时间1单位，1单位时间可设定为10ms，这样即使依然不准确，通过多次使用，就会回归到精确状态下。控制器对占空比映射的液压做统计，若各数据集中在某一个区间，则向线控制动系统报警，提示更换。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (8)

1.一种用于线控制动系统的高速开关电磁阀，其特征是，包括阀体、安装在阀体上的动铁、阀座，阀体上套装有线圈，阀体安装在阀座上，阀体和动铁之间设置有预紧弹性件，动铁可在预紧弹性件轴向方向上升降移动，阀座上设有进液通道和若干纵向设置的出液通道，进液通道在阀座的侧壁上设有进液口，动铁上设有阀球，阀球封闭进液通道上的出口，线圈连接可输出PWM信号的控制器。

2.根据权利要求1所述的用于线控制动系统的高速开关电磁阀，其特征是，阀座上还连接有第二阀体，第二阀体和阀座上设置有第二动铁，第二动铁和第二阀体之间设置有预紧弹性件，第二动铁末端设有阀球，进液通道在阀座上对应第二动铁底部的阀球位置设有对应的进液支管，第二阀体上套装有线圈，线圈连接可输出电流的控制器。

3.根据权利要求1所述的一种用于线控制动系统的高速开关电磁阀，其特征是，阀体和阀座之间连接有用于密封的O型密封圈。

4.根据权利要求3所述的一种用于线控制动系统的高速开关电磁阀，其特征是，动铁的表面设有若干轴向油槽。

5.根据权利要求1所述的一种用于线控制动系统的高速开关电磁阀，其特征是，阀座上套装有用于避免液体倒流的单向密封圈。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的一种用于线控制动系统的高速开关电磁阀，其特征是，进液通道为T字形，进液通道贯通阀座，进液通道靠近底部位置设有防止油液从进液通道漏出的封油球，进液通道靠近顶部段为窄道，窄道直径较其他段小，窄道在阀座的表面设有上大下小的锥孔。

7.一种根据权利要求1所述的用于线控制动系统的高速开关电磁阀的控制方法，其特征是，包括步骤：

(1)当控制器设定一个5Mpa及以上的压强需求时：

(a)控制器检索到与所需压强需求对应的占空比，并输出对应的PWM脉冲信号给阀体上的线圈；

(b)PWM脉冲信号作用在动铁上，动铁克服预紧弹性件上升，阀球随之上升，进液通道连通出液通道，电磁阀开启，输出油液；

(2)当控制器设定一个5Mpa以下的压强需求时：

(a)控制器检索到与所需压强需求对应的占空比，并输出对应的PWM脉冲信号给阀体上的线圈；

(b)控制器检索到与所需压强需求对应的电流作用时长，并输出电流给第二阀体上的线圈并作用对应时长；

(c)PWM脉冲信号作用在动铁上，动铁克服预紧弹性件上升，阀球随之上升，进液通道连通出液通道，电磁阀开启，输出油液；

(d)电流信号作用在第二动铁上，并作用相应的时长，第二动铁克服预紧弹性件上升，阀球随之上升，在规定时间后电流停止，第二动铁复位，进液支管不再连通出液通道，进液支管不再输入油液。

8.根据权利要求7所述的一种用于线控制动系统的高速开关电磁阀的控制方法，出液通道附近设有液压传感器，液压传感器电连接控制器，包括步骤：

(1)控制器控制动铁上升，油液从进液通道至出液通道；

(2)液压传感器检测出液通道附近的最终稳态液压并反馈至控制器；

(3)控制器得到液压并与所需的压强需求作对比：

(a)当最终稳态液压大于压强需求时：控制器将输入的占空比映射检测到的液压；

(b)当最终稳态液压小于压强需求时：控制器将输入的占空比映射检测到的液压；

(c)当最终稳态液压等于压强需求时：控制器不做改变；

(4)液压传感器检测出液通道到达最终稳态液压的时间并反馈至控制器：

(a)检测到的时间大于控制器内置电流作用时长时：控制器增加电流单位作用时长；

(b)检测到的时间小于控制器内置电流作用时长时：控制器减少电流单位作用时长；

(c)检测到的时间等于控制器内置电流作用时长时：控制器不做改变。