CN110550004A - 用于控制液压制动系统的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于控制液压制动系统的方法，其中，制动系统包括由电动机驱动的液压泵，用于产生用于液压制动系统的流体体积流量，并且制动系统包括电磁阀，用于控制从液压泵到车轮制动器的流体体积流量，其中，该方法的特征在于，对电磁阀进行驱控，从而抵消车轮制动器处的流体脉动。此外，本发明涉及一种相应的装置。

Description

用于控制液压制动系统的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于控制液压制动系统的方法，其中制动系统包括由电动机驱动的液压泵，用于产生用于液压制动系统的流体体积流量，并且制动系统包括电磁阀，用于控制从液压泵到车轮制动器的流体体积流量，其中，该方法的特征在于，对电磁阀进行驱控，从而抵消在车轮制动器处的流体脉动。此外，本发明涉及一种相应的装置。
背景技术
诸如ESP的驾驶员辅助系统需要阀和压力供应单元来主动地干预在车轮制动钳的压力调节。这些阀通常设计为电磁阀，其最初设计用于调节预定的压力差，并因此具有非常低的液压阻力。最常用的压力供应单元类型是径向柱塞泵与由电动机驱动的偏心轮的组合。当以恒定速度运行时，泵的抽吸阶段和输送阶段周期性地交替，其中体积流量在理想情况下分别是半正弦的。然而，在实际运行中，这些过程仍受入口阀和出口阀的影响。取决于构造类型，被输送的体积流量在时间上并不是恒定的，而是在理想情况下以半正弦方式延伸。这些波动会导致能听到的压力脉动，并且视车辆的情况而定还会导致方向盘上的可感觉到的振动(“搓擦声”)。
除了由于半正弦过程引起的脉动之外，由于空气释放效应而在抽吸侧产生压力峰值，而在泵出口阀的压力侧引起高频脉动(泵千斤顶Pumpentackern)。脉动通过车辆内舱的液压管路的结构振动传递，并且被驾驶员感知为干扰噪音。因此，存在NVH问题(噪声-振动-声振粗糙度“Noise-Vibration-Harshness”)。为了降低引起这种现象的高频脉动，可以安装低通过滤器组件(容量装置和节流阀的串联连接)。缺点是该阻尼措施的成本，此外，该节流阀也会对马达和泵产生额外负载。
发明内容
相反，根据本发明的方法和装置有利地使得能够以降低的成本改善NVH特性。
根据本发明，这可以通过独立权利要求中给出的特征实现。本发明的其他实施例是从属权利要求的主题。
根据本发明的用于控制液压制动系统的方法，其中制动系统包括由电动机驱动的液压泵，用于产生液压制动系统的流体体积流量，并且制动系统包括电磁阀，用于控制从液压泵到车轮制动器的流体体积流量，其特征在于：对电磁阀进行驱控，从而抵消在车轮制动器处的流体脉动。
例如，ESP系统或其他驾驶员辅助系统的控制可以被理解为液压制动系统的控制。这种系统通常具有至少一个电磁阀，用于控制从液压泵到车轮制动器的流体体积流量。例如，入口阀可以理解为电磁阀，该入口阀例如是常开的并且可以电磁致动地关闭。在这种意义上，阀位置的调节和设定可以被理解为对电磁阀的控制。这也实现了对能够通过阀门的流体流量的设定。
通过减小制动系统中的压力波动和/或体积波动来实现对流体脉动的抵消。管道系统中的流体脉动被平滑。同样地，实现了车轮制动器处的流体脉动的平滑。例如，通过脉动的避免或减少来实现该优化，脉动的避免或减少在具有偏心轮的径向活塞泵的情况中通过半正弦形的体积流量走向实现。可选地或附加地，优化是由于抽吸侧上的空气排气效应导致的压力峰值的减小。可选地或附加地，通过减小由压力侧上的泵出口阀产生的高频脉动，即减小压力摆动宽度(也称为压力摆动幅度)来实现优化。特别地，提供了无刷直流电动机的优化驱控(BLDC，无刷DC马达)。特别地，可以有利地进行电磁阀的周期性驱控-与泵电动机的转子位置同步。
有利地，通过本发明至少暂时地引起电磁阀的液压阻力的增加，以便能够将其用作低通滤波器的节流阀。优化的驱控允许不依赖于压力差来设定在时间上几乎恒定的体积流量，这对应于非常高的液压阻力。因此，与具有静态节流阀的情况相比，在低通滤波器的作用范围内可以更强烈地平滑体积流量。此外，可以节省静态节流阀的成本，并且可以在高度动态的运行期间减少马达负荷(或泵负荷)。有利地，因此通过这种驱控避免或至少减少压力脉动。由此，实现了避免或至少减少干扰噪声。通常，这导致NVH特性(噪声-振动-声振粗糙度)的改善。有利地，通过优化的驱控也使得恒定输送的流体体积流量成为可能。此外，由于可以在液压制动系统中省去另外的物理衰减措施，例如放弃液压容量和节流阀，因此通过这种新颖的驱控可以实现成本降低。
在一个有利的实施例中，该方法的特征在于，对电磁阀进行驱控，从而在从液压泵到车轮制动器的流体体积流量中实现限定的节流效果。
应该理解的是，通过对电磁阀的驱控，在流体体积流量中设定限定的节流效果。这种实现的节流效果以这样的方式产生，即它抵消流体脉动。这使得在车轮制动器上施加或者到达有很少的流体脉动。
在一个可能的实施例中，该方法的特征在于，对电磁阀进行驱控，从而调节在从液压泵到车轮制动器的流体体积流量中随时间变化的液压阻力。
应该理解的是，通过对电磁阀的驱控，产生限定的液压阻力。由此，电磁阀能够实现如节流阀一样的功能。然而，这种节流效果能够有利地通过对(阀门)在其强度和时间进程方面的驱控进行设定。根据需要进行驱控，以减少流体脉动或减轻其扩散。
在优选实施例中，该方法的特征在于周期性地改变电磁阀的开度。
这应理解为，以具有例如重复模式的规则的间距改变行程高度。阀门的行程高度(或开度)在此决定了流量。通过驱控电磁阀，因此设定了在相应的时间点所需的。相应地实现这种变化(调制)以减少或避免流体脉动。例如，在具有2个活塞的径向柱塞泵的情况中可以改变转速/半正弦波。这意味着阀的开口轮廓理想地与现有的泵结构匹配。由于具有2个相同活塞的泵结构，沿着抽吸和输送阶段的行程轮廓对于两个泵是相同的并且因此可以针对两个活塞均匀地设定。此外，在具有两个相对的活塞的泵结构中，理想的开度在电动机转子的每180°旋转角度上重复。
在以可替换的改进方案中，该方法的特征在于，在电动机的一次旋转期间改变电磁阀的开度。
这应理解为，电磁阀的开度在电动机转子的一次旋转期间被调制，使得流体脉动被抵消。也就是说，阀的行程高度在泵的电动机的一次旋转期间发生变化，以便减少流体脉动或减少它们的传播并因此实现车轮制动器处的流体脉动的减小。当然，也可以设置为在几次旋转期间或在一次旋转的一部分期间改变行程轮廓。例如。行程轮廓定义用于半圈(半正弦形的)。阀的行程高度例如在泵电动机的转子的半圈的过程中特别地限定。
在一个有利的实施例中，该方法的特征在于，考虑到泵位置来实现对电磁阀的驱控。
这应理解为，优化的驱控基于或取决于液压泵的位置来实现。阀开度在此例如根据泵位置确定。泵的状态或位置被理解为泵位置。泵位置可以通过泵组件的状态限定，例如，从泵的旋转角度或驱动泵的电动机的转子位置限定。因此，电磁阀的优化驱控被设计为依赖于旋转角度的驱控。有利地，可以考虑泵的当前位置或者在预定时间-特别是在近间隔中-的预期的泵位置。
在一个可能的实施例中，该方法的特征在于，根据电动机的转子位置设定电磁阀的开度。
这意味着，根据电动机的转子位置对电磁阀的行程高度进行调制，从而抵消液压制动系统中的流体脉动。例如，在第一转子位置中设定第一行程高度，并在第二转子位置中设定第二行程高度，该第二行程高度不同于第一行程高度。原则上，在每个转子位置都可以设定一个合适的行程高度。这种类型的实施方式对应于转子角位置上的锚定提升轮廓的定义，或者在一次旋转的时间上的液压阻力定义。有利地，为此目的使用并评估转子位置传感器。基于如此确定的转子位置，可以定义和应用用于电磁阀的线圈的合适的驱动电流。
在优选实施例中，该方法的特征在于该方法包括以下步骤中的至少一个：
定义泵的体积流量，
确定泵和车轮制动器之间所需的压力差，以平滑流体脉动，
确定所需的控制电流以设定阀位置，通过阀位置基于由此形成的节流效果而引起所需的压力差，
利用确定的控制电流驱控电磁阀，以调节相应的阀位置。
有利地，每个步骤被配置为泵位置或泵的电动机的转子位置的函数。此外，所有步骤都有利地包括在该方法中。
如果已知阀的液压和电子特性，则可以基于体积流量平衡计算控制电流，该控制电流使得通过阀门的体积流量尽可能保持恒定。对于进气门处的所需压力差ΔpEV，首先出现(此处为前轴(VA))：
在此，QPE将是来自泵的体积流量描述为旋转角度的函数，其可以在良好的近似中假设为半正弦曲线。QVA和QHA表示通过前轴和后轴的入口阀的(最初未知的)体积流量。这些函数fdamper和fVA可以代表减震器容量和车轮弹性的pV曲线。如果体积流量QVA和QHA各自随时间设定为恒定，则产生所需的压力差作为旋转角度的函数。如果阀门特性是已知的，则可以根据预定的体积流量和计算的压力差确定在时间上变化的控制电流，该控制电流仅调节阀门处的该体积流量。
该方法可以例如以软件或硬件或以软件和硬件的混合形式例如在控制单元中实现。因此，可以提供用于控制电磁阀的控制设备，该电磁阀被配置为执行所描述的方法。
此处介绍的方法还提出了一种装置，该装置被设计为，在相应的装置中执行、驱控或者实现此处介绍的方法的变体的步骤。同样通过本发明的这种装置形式的实施例变体，可以快速有效地解决本发明的根本问题。在当前情况下，该装置可以被理解为表示处理传感器信号并且依赖于其输出控制和/或数据信号的电子设备。该设备可以具有接口，该接口可以以硬件和/或软件形成。在基于硬件的实施例的情况下，接口可以是所谓的系统ASIC的一部分，例如，其包含装置的各种功能。然而，接口也可以是它们自己的集成电路或者至少部分地由分立元件组成。在软件的设计中，接口可以是除了其他软件模块之外还存在于例如微控制器上的软件模块。
还有利的是具有程序代码的计算机程序产品或计算机程序，该程序代码可以存储在机器可读载体或存储介质上，例如半导体存储器，硬盘存储器或光学存储器，并且用于执行，实现和/或驱控根据上述实施例之一的方法的步骤，尤其是当程序产品或程序在计算机或装置上执行时。
在当前情况下，装置也可以理解为用于驱动液压制动系统的泵的无刷直流电动机，其中，该直流电动机包括转子位置传感器。
装置还应该理解为液压制动系统，其被配置为执行所述方法，其中，制动系统没有用于平滑车轮制动器处的流体脉动的静态节流阀。相反，有利地提出，通过电磁阀的满足节流阀的功能。特别地，入口阀有利地用于此目的，其另外承担根据需要调节液压阻力的功能。有利地提出，形成由液压容量和电磁阀的串联回路构成的液压低通过滤器，该电磁阀被能作为节流阀来驱控。
附图说明
应当注意，说明书中单独列出的特征可以以任何技术上有意义的方式彼此组合，并且示出了本发明的其他实施例。通过参考附图对实施例的描述给出本发明的其他特征和合理性。
图中示出：
图1以简化视图示出了机动车的制动系统；和
图2流量特征曲线；和
图3体积流量曲线。
具体实施方式
图1以简化的视图示出了用于机动车辆的制动系统1，其在此未详细示出。制动系统1具有多个车轮制动器2，其作为行车制动器可以由机动车辆的驾驶员借助于制动踏板装置3来致动。车轮制动器2由LR，RF，LF和RR表示，其中明确它们在机动车辆上的位置或对应关系，LR为左后方，RF为右前方，LF为左前方，RR为右后方。在制动踏板装置3和车轮制动器2形成两个制动回路4和5，其中制动回路4被分配给车轮制动器LF和RR并且制动回路5被分配给车轮制动器LR和RF。两个制动回路4和5构造相同，因此下面将参考制动回路4更详细地说明两个制动回路4，5的结构。
制动回路4最初与制动踏板装置3的主缸6连接，其中制动踏板装置3还具有可由驾驶员致动的制动踏板7和制动助力器8。制动助力器例如可以气动或机电致动。制动回路4具有切换阀9'和高压切换阀9，它们彼此并联连接并且跟随主缸6。切换阀9'设计成常开，并允许制动回路的液压介质在两个方向上流动，从而使制动液流动。高压切换阀9形成为常闭，并且在通电状态下仅允许制动液在车轮制动器的方向上流动。切换阀9'还在相应的入口阀10的中间连接的情况下与两个车轮制动器2连接，入口阀10在两个方向上形成为常开。如果制动回路4，5的两个切换阀9'关闭，则制动回路4，5的位于下部的部段中的，即切换阀和车轮制动器2之间的液压被锁定或保持，即使当驾驶员松开制动踏板7时。
制动回路4的车轮制动器2此外分别分配有出口阀11，该出口阀设计成常闭的。出口阀11在出口侧跟随有液压蓄压器12，出口阀11也连接到泵13的抽吸侧，其压力侧在切换阀9'和入口阀10之间与制动回路4连接。泵13机械地联接到电动马达14。可以提出，电动机14配属于两个制动回路4和5的泵13。替代地，也可以提出，每个制动回路4，5具有其自己的电动机14。控制单元20控制电动机14和阀9，9'，10，11。
在现有技术的ESP系统中，使用由容量元件和节流阀组成的压力减震器。例如，这种压力减震器位于泵13和每个制动回路4，5的入口阀10之间。这由液压容量18和液压阻力(节流阀)19形成。通过该压力减震器，通过泵13产生的流体体积流量的压力和体积波动被减小。在车轮制动器2中积聚有效压力的情况下，入口阀10完全打开，以便产生尽可能小的阻力。然而，在本发明的一个实施例中提出，显著增加入口阀10的液压阻力，从而能够实现所需的节流效果。不再需要单独的节流阀19。
图2示出了不同流动特性曲线的图示。X轴表示压力差，Y轴表示体积流量。图2示出了三种不同的系统。点划线表示静态节流阀的流量特性曲线V1，虚线表示恒流电磁阀的流量特性曲线V2(电流I从左到右[0.12；0.14；0.16；0.18；0.20]Amper)以及实线表示具有优化的、取决于旋转角度的通电的电磁阀的流动特性曲线V3，如其在本发明中所提出的那样。在这设计方案中，体积流量在很宽的压力范围内几乎保持不变。因此，液压阻力dp/dQ高于静态节流阀的情况，并且远高于典型的恒流电磁阀。
图3示出了不同流量特性曲线的图示。X轴在此示出了时间轴，Y轴示出了体积流量。比较地示出了两种不同的系统。虚线表示没有压力减震器的车轮中的体积流量曲线S1。实线表示具有液压容量的系统与具有优化的、根据旋转角度控制的电磁阀的组合的情况的体积流量曲线S2。可以清楚地看到优化的体积流量曲线。有一个基本上不变的走向。体积流量峰值也显着降低。
应当注意，各个图示中的X轴和Y轴的比例(a＝现有技术，b＝本发明的设计方案)是相同的。由此能够以简单的方式确定差异。

Claims (10)

1.一种用于控制液压制动系统(1)的方法，其中，所述制动系统(1)包括由电动机(14)驱动的液压泵(13)，用于产生用于所述液压制动系统(1)的流体体积流量，并且所述制动系统(1)包括电磁阀(10)，用于控制从所述液压泵(13)到车轮制动器(2)的流体体积流量，其特征在于，对所述电磁阀(10)进行驱控，从而抵消所述车轮制动器(2)处的流体脉动。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述电磁阀(10)进行驱控，使得在从所述液压泵(13)到所述车轮制动器(2)的所述流体体积流量中实现限定的节流效果。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，对所述电磁阀(10)进行驱控，从而调节在从所述液压泵(13)到所述车轮制动器(2)的所述流体体积流量中随时间变化的液压阻力。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述电磁阀(10)的开度被周期性地改变。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述电动机(14)的一次旋转期间改变所述电磁阀(10)的开度。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，考虑到泵位置实现对所述电磁阀(10)的驱控。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，根据所述电动机(14)的转子位置设定所述电磁阀(10)的开度。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤中的至少一个：
-定义所述液压泵(13)的所述流体体积流量，
-确定所述液压泵(13)和所述车轮制动器(2)之间所需的压力差，以平滑所述流体脉动，
-确定所需的控制电流以设定所述阀位置，通过所述阀位置基于由此形成的节流效果引起所述所需的压力差，
-利用所确定的所述控制电流驱控所述电磁阀(10)，以设定相应的所述阀位置。
9.一种控制设备(20)，所述控制设备被配置为，执行根据权利要求1至8中任一项所述的方法。
10.一种液压制动系统(1)，所述液压制动系统被配置为，执行根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，所述制动系统(1)没有用于平滑所述车轮制动器(2)处的流体脉动的静态节流阀。
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