CN110869199B - 对受到重量负载或有效负载加载的支撑体的内部压力进行基于重量的控制的方法 - Google Patents

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Abstract

一种对受到重量负载或有效负载加载的支撑体的内部压力进行基于重量的控制的方法，其中，该内部压力借助于电动马达驱动式压缩机产生，并且确定所存在的并且在重力加速度g的作用下以质量m负载的形式作用于支撑体的重量负载或有效负载，这是在于发生该内部压力减小并且随后增大，其中，该内部压力的增大引起该重量负载或有效负载的施加点的位置改变差异量ΔZ，其中：在该内部压力借助于该压缩机增大期间，在恒定马达电压U下测量该压缩机的驱动马达的马达电流I负载并且在压力增大的时间上对其进行积分，并且由此确定位置改变所必需的电功W负载，其中，将该电功W负载与该电功的根据特征图的特征值W0进行比较，其中，根据W负载与W0之间的差异量ΔW和该质量m负载确定该位置变化量ΔZ、质量差异量Δm以及有效负载差异量ΔFZ，并且据此作为结果确定实际存在的该质量m负载和重量负载或有效负载。

Description

对受到重量负载或有效负载加载的支撑体的内部压力进行基 于重量的控制的方法
技术领域
本发明涉及一种对受到重量负载或有效负载加载的支撑体的内部压力进行基于重量的控制的方法，其中，借助于电动马达驱动式压缩机来产生内部压力。本发明还涉及一种在控制机动车辆轮胎的内部压力时执行根据本发明的方法的装置、以及该方法的用途。
背景技术
常见的受到重量负载或有效负载加载的支撑体例如是机动车辆的充气轮胎。为了安全地操作此类机动车辆轮胎，绝对有必要的是，轮胎中的压力必须保持在被相对窄地预先限定的限制内，使得减小轮胎的磨损和温度负载并且轮胎满足其例如关于承载能力、滚动阻力以及侧向引导的要求。
特别是当轮胎在轮胎故障并且已经在车间外修理轮胎之后要再次充气时，也就是说，例如在通常不得不使得轮胎仅暂时恢复至可用状态的轮胎故障的情况下，设定正确的空气压力是重要的。
现今，实际上许多乘用车不再习惯携带备用轮胎，该备用轮胎被充气至设定点压力并被安装在轮辋上、然后可以安装来代替轮胎有缺陷的车轮。越来越多的车辆携带故障套件，该故障套件与备用轮胎相比占用小得多的存储空间并且还更轻。此类轮胎修理套件通常包括压缩机、在轮胎中凝结的密封剂(通常是胶乳乳剂混合物)、相应连接软管和用于能量供应的所需的线缆连接以及开关、压力计以及另外的操作员控制元件。因此提供了完整的修理套件，该修理套件可以连续使用并且在具备该修理套件的情况下可以不用携带安装在轮辋上的备用轮胎或持续地检查其他修理材料，例如软管、各种工具钥匙、汽车千斤顶等。
除了主要的修理功能外，此类轮胎修理套件的空气压缩机还可以用于检查空气压力并且用于改变轮胎压力。这种附加功能在许多情况下甚至比际轮胎修理功能用得更频繁。
在此仅手动地使用压力计来进行设定轮胎压力，该压力计通常位于压缩机上。使用者必须从车辆手册中获得相应额定压力以便进行配适和加载，并且以达到设定点压力的方式自动为轮胎充气。在此类背景下，使用者仅大概知道或完全不知道车辆的附加负载，即轮胎作为支撑体被加载的重量负载或有效负载。因此，当设定轮胎压力时，特别是当存在高附加负载时，使用者通常设定并非最佳的轮胎压力。
当然，其他支撑体也可能产生类似的问题，其中不仅需要考虑修理过程。此类状况还可能发生在例如具有悬架系统的车辆中，在这种车辆中，在加高负载之后，安全驾驶所必需的竖直位置或路面上的位置将通过驾乘高度控制系统来再次设定，该系统可以被驾驶员单独激活。
DE 10 2015 214 006 A1披露了一种用于测量电动马达驱动式压缩机所产生的压力的方法，其中，驱动压缩机的电动马达的平均马达电流的变化(所述变化取决于压缩机输出处的压力的变化)被确定出并且可供用于或被实施为控制装置的输入变量形式的用于操作压缩机的压力比例变量。虽然此类方法允许在没有附加传感器或附加压力计的情况下确定出压力，但是，不能够根据附加负载/载荷来检测所需压力是不利的。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种对受到重量负载或有效负载加载的支撑体的内部压力进行闭环控制的方法，该方法没有所描述的缺点、并且为偶尔的使用者以及自动方法提供一种闭环控制的手段，这些自动方法可以以可靠的方式对实际存在于支撑体上的负载做出反应，并且该方法允许相应地设定内部压力。
这个目的是通过主权利要求的特征实现的。在从属权利要求中披露了进一步有利的发展。
在此背景下，确定所存在的在重力加速度g下以质量m负载的形式作用在支撑体上的重量负载或有效负载是在于内部压力减小并且随后增大。
由于内部压力增大，重量负载或有效负载的施加点的位置改变位置差异量ΔZ。
在此背景下，执行以下进一步方法步骤：
-在该内部压力被该压缩机增大期间，在恒定马达电压U下测量该压缩机的驱动马达的马达电流I负载并且在压力增大的时间上对其进行积分，其中，该位置改变所必需的电功W负载被确定为该马达电压与积分马达电流的乘积，
-将该电功W负载与该电功的根据特征图的特征值W0进行比较，在该特征图中，根据在重力加速度g的作用下以正常质量m0的形式作用的正常负载以及该支撑体的另外的参数存储了该电功的用于在正常负载下实现该施加点的正常位置或标准位置的值，
-根据W负载与W0之间的差异量ΔW借助于以下关系式来确定该位置的变化量ΔZ，该质量的差异量Δm以及有效负载的差异量ΔFZ
ΔW＝ΔFZ·ΔZ
以及
m负载-m0＝Δm
以及
ΔFZ＝g·Δm
并且进而，据此从该质量确定在该压力增大之后存在的该重量负载或有效负载
Figure BDA0002364130340000031
考虑重力加速度g，
在此之后，根据以这种方式确定的该重量负载或有效负载，当达到基于该支撑体的参数针对所确定的重量负载或有效负载而预先限定的内部压力时，将该压缩机关闭。
通过以根据本发明控制内部压力的方式减小并且再次增大支撑体内部压力以及基于马达电流的积分确定相关联的加载作用，可以结合其他方法步骤自动地确定重量负载或有效负载。利用已知的有效负载，就可以基于预先限定的特征值/特征曲线来自动设定最佳内部压力。
就将方法应用于例如机动车辆轮胎的形式的支撑体中而言，此类轮胎于是可以以与实际存在的车轮负载相适配的方式以自动化方式被充气，而使用者无需使用压力计或使用表格进行持续检查。
根据本方法起作用的方式还可以利用在根据本发明的方法在机动车辆轮胎中的用途的实例来非常简单地进行解释。为了增大轮胎压力，为此目的设置的电驱动式空气压缩机实际上需要做一定量的电功。此功主要取决于被传递的空气量、轮胎中的压力、以及空气压缩机的压缩效率。
但是，自从压力增大、车轮的重心竖直升高，就存在对轮胎上的负载，即车轮负载的可测量的依赖度。通过使用空载(或正常加载)轮胎的之前确定的参考特征曲线，就可以确定基于重力移动而做的附加功并且因此计算车轮负载。
当然，控制压力所需的此类负载测量值可以被应用于任何类型的受压力控制的致动器。确切地如在检查轮胎压力和适配轮胎压力的过程的情况下一样，方法构成对最终使用者而言显著的简化并且显著提高了设定内部压力/轮胎压力的准确性。
一个有利发展在于，该电动马达驱动式压缩机借助于电子马达控制单元(MCU)而受控制，获得并且处理该马达电压和马达电流，其方式为，确定该马达电压与积分马达电流的乘积并且将其与存储在该马达控制单元的电子存储器中的特征图的值进行比较，其中，用于该压缩机的驱动马达的电子马达驱动器设备(MD＝马达驱动器)根据也由该马达控制单元确定的该重量负载或有效负载并且在与存储在该马达控制单元的另一个电子存储器中的、针对相应重量负载或有效负载预先限定的内部压力的特征图的值进行比较之后被致动。以这种方式，根据本发明的方法可以非常容易地整合在控制部件内且可以通过硬件和软件紧密结合获得帮助。
另一个有利的实施例在于，电动马达驱动式压缩机设置有压力传感器，该压力传感器检测支撑体的内部压力并且将与内部压力成正比的信号传输至电子马达控制单元(MCU)和/或电子马达驱动器设备(MD)。此类压力传感器于是引起固有检查或反馈以及整个方法中的闭环控制。
当然，还可以借助于如下事实对马达特征变量进行相应的压力敏感评价，即，用DE10 2015 214 006 A1披露的方式确定压力，该方式特别是在于，确定驱动压缩机的电动马达的平均马达电流的变化(所述变化取决于压缩机输出处的压力的变化)并且作为压力比例变量以输入变量的形式提供给控制装置以用于操作压缩机。由于根据本发明的方法总是需要马达电流或马达电流的积分，因而此类用途构成特别简单的可能的实现方式。在这方面，参考DE 10 2015 214 006 A1的全部内容。
另一个有利的实施例在于，至少所确定的重量负载或有效负载以及所确定的该支撑体中的内部压力被作为信号传输至周围系统的另外的控制或监测设备。在将方法应用于机动车辆轮胎的情况下，在这方面有帮助的是，将所确定的变量传输至中央马达控制器，接着该中央马达控制器例如在轮胎压力检查系统的功能范围内经由例如显示或信号装置向驾驶员发出可能的信号。
该方法可以特别有利地在被实施为给机动车辆轮胎充气的轮胎修理套件的装置中实施。在此背景下，该装置具有电动马达驱动式压缩机、优选地由电动马达经由滑块曲柄机构来驱动的往复运动活塞压缩机并且所具有的目标是对该机动车辆轮胎充气，其中，当然已经预先限定了由于该轮胎故障状态所造成的内部压力减小，并且该内部压力由于给该机动车辆轮胎充气而增大，在此期间，作为车轮负载的施加点的轮轴的位置改变了幅值ΔZ。由电动马达驱动的压缩机于是借助于电子马达控制单元(MCU)和电子马达驱动器设备(MD，简称马达驱动器)而受控制，并且在该充气过程期间，该压缩机根据所确定的重量负载或有效负载当达到该机动车辆轮胎的针对所确定的重量负载或有效负载而预先限定的内部压力时关闭。
在此类装置中，当检查轮胎压力时、特别是当使得轮胎压力与实际负载适配时，对于使用者而言处理很大程度上被简化。此外，提高了设定的轮胎压力的准确度。总体上，以引起更大接纳度的方式增大了装置的使用者友好性。
同样在很大程度上是这种情况的是，该装置被实施为用于将机动车辆轮胎密封和充气的轮胎修理套件，其中，为密封剂和增压气体提供了与具有密封剂的容器相连接的阀和分配器单元，并且其中，存在在该阀和分配器单元与该可充气物体之间的例如软管等连接器件、以及如果合适的话存在用于能量供应装置的连接器件、切换装置和/或用于操作该装置的控制和显示装置。因此，在一个工作过程中使得轮胎被密封并且充气复原。特别是在例如迫切需要在马路上并且在随行车流旁边快速完成工作的“紧急情况”下，经常会忘记费力地设定空气压力并且与负载状况适配。
当然，根据本发明的方法还可以有利地用于许多其他情况和使用领域，例如用于控制支撑体中的内部压力，该支撑体被实施为车辆气动悬架系统的空气弹簧囊。如以上已经陈述的，此类控制过程可以手动地或自动地执行。在两种情况下，因为可以免除另外的传感器系统和测量装置，因此根据本发明的方法是有利的。
附图说明
以下将基于示例性实施例、特别是基于用于机动车辆轮胎的轮胎修理套件更详细地解释根据本发明的方法。在附图中：
图1示出了用于某一装置的空气压缩机单元的设计的基本视图，该装置被实施为轮胎修理套件并且所具有的目标是执行根据本发明的方法，并且
图2示出了车辆轮胎的充气过程的示意图。
具体实施方式
图1示出了用于某一装置的空气压缩机单元1的设计的基本视图，该装置实施为轮胎修理套件并且所具有的目标是执行根据本发明的方法，也就是“电子”协助式轮胎修理套件。控制单元2(MCU)借助于马达驱动器3(MD)经由用户界面5(UI)根据使用者的需求来控制连接的空气压缩机4。
因此，术语空气压缩机单元在此表示轮胎修理套件的组件，该组件包括控制单元、马达驱动器、空气压缩机(类似地活塞压缩机)、马达和传动件以及用户界面。
在操作期间，控制单元(MCU)获得所有相关的系统参数，例如温度、马达电压、马达电流或反压力。在此背景下，如上所述，可以借助于电子压力传感器或借助于对平均马达电流的数据进行评价来进行压力测量。
图2是用空气给车辆轮胎6充气的过程的示意图。从状态A(缺气或内部压力过低)到状态B(规定的空气压力)，轮胎6中的空气压力被空气压缩机4从压力P开始增加到压力P结束。在此，轮胎的重心升高幅度差ΔZ。在此，空气压缩机4在马达电压U和瞬时电流I负载下做电功W负载。
Figure BDA0002364130340000071
在此，所做的功由正常加载有质量m0的轮胎的压力增大的部分W0以及额外加载有质量的轮胎的重心移动的部分ΔW组成
m负载＝m0+Δm。
W负载＝W0+ΔW
部分W0已经在校准测量中针对相应系统构造(车辆类型、轮胎尺寸、轮胎位置、操作电压、操作温度、开始压力和结束压力)而被提前确定并且作为值表或特征图存储在控制单元(MCU)中。通过测量瞬时马达电流I负载并且对其进行积分，可以在控制单元(MCU)中测量功W负载，并且因此计算重心移动的部分。
ΔW＝U[∫I负载(t)dt-W0]
利用关系式ΔW＝ΔFZ·ΔZ，可以根据此值计算出除了正常负载的情况之外也起作用的重量力ΔFZ＝g·Δm，并且因此还可以计算车轮负载m负载。
Figure BDA0002364130340000081
为了估计测量准确性，平均马达电流
Figure BDA0002364130340000082
和
Figure BDA0002364130340000083
最后也在此考虑在内。
Figure BDA0002364130340000084
其中
Figure BDA0002364130340000085
获得以下公式
Figure BDA0002364130340000086
对于典型参数U＝12V、Δt＝300s、以及ΔZ＝5cm，获得7.3kg/mA的准确度因数。考虑到5mA的马达电流测量值的测量准确度，因此可以以大约40kg的准确度来确定车轮负载。这对于设定最佳轮胎压力而言是完全足够的。
附图标记说明
1 空气压缩机单元
2 控制单元(MCU)
3 马达驱动器(MD)
4 空气压缩机
5 用户界面(UI)
6 车辆轮胎

Claims (10)

1.一种对受到重量负载或有效负载加载的支撑体的内部压力进行基于重量的控制的方法，其中，该内部压力借助于电动马达驱动式压缩机产生，其特征在于，确定所存在的并且在重力加速度g的作用下以质量m负载的形式作用于支撑体的重量负载或有效负载，这是在于发生该内部压力减小并且随后增大，其中，该内部压力的增大引起该重量负载或有效负载的施加点的位置改变了位置差异量ΔZ，其中，执行以下进一步方法步骤：
-在该内部压力借助于该压缩机增大期间，在恒定马达电压U下测量该压缩机的驱动马达的马达电流I负载并且在压力增大的时间上对其进行积分，其中，该位置改变所必需的电功W负载被确定为该马达电压与积分马达电流的乘积，
-将该电功W负载与该电功的根据特征图的特征值W0进行比较，在该特征图中，根据在重力加速度g的作用下以正常质量m0的形式作用的正常负载、以及该支撑体的另外的参数存储了该电功的用于在正常负载下实现该施加点的正常位置或标准位置的值，
-根据W负载与W0之间的差异量ΔW借助于以下关系式来确定该位置差异量ΔZ，质量差异量Δm以及有效负载差异量ΔFZ
ΔW＝ΔFZ·ΔZ
以及
m负载-m0＝Δm
以及
ΔFZ＝g·Δm
并且进而，据此从该质量确定在该压力增大之后存在的该重量负载或有效负载
Figure FDA0003145407220000011
考虑重力加速度g，
-在此之后，根据以这种方式确定的该重量负载或有效负载，当达到基于该支撑体的参数针对所确定的重量负载或有效负载而预先限定的内部压力时，将该压缩机关闭。
2.如权利要求1所述的方法，其中，该电动马达驱动式压缩机(4)借助于电子马达控制单元(2)而受控制，获得并且处理该马达电压和马达电流，其方式为，确定该马达电压与积分马达电流的乘积并且将其与存储在该马达控制单元的电子存储器中的特征图的值进行比较，其中，用于该压缩机的驱动马达的电子马达驱动器设备(3)根据也由该马达控制单元(2)确定的该重量负载或有效负载并且在与存储在该马达控制单元(2)的另一个电子存储器中的、针对相应重量负载或有效负载预先限定的内部压力的特征图的值进行比较之后被致动。
3.如权利要求2所述的方法，其中，该电动马达驱动式压缩机设置有检测支撑体的内部压力的压力传感器、或通过相应的对马达特征变量的压力敏感评价，其结果是，与该内部压力成正比的信号被传输至该电子马达控制单元(2)和/或该电子马达驱动器设备(3)。
4.如权利要求1至3之一所述的方法，其中，至少所确定的重量负载或有效负载以及所确定的该支撑体中的内部压力被作为信号传输至周围系统的另外的控制或监测设备。
5.一种用于执行如权利要求1至4之一所述的对受到重量负载或有效负载加载的支撑体的内部压力进行基于重量的控制的方法的装置，该支撑体被实施为机动车辆轮胎，该装置被实施为给机动车辆轮胎充气的轮胎修理套件，其中，该装置具有电动马达驱动式压缩机并且所具有的目标是将该机动车辆轮胎充气至内部压力，其中，预先限定了由于该轮胎故障状态所造成的内部压力减小，并且该内部压力由于给该机动车辆轮胎充气而增大，在此期间，作为车轮负载的施加点的轮轴的位置改变了位置差异量ΔZ，其中，该电动马达驱动式压缩机借助于电子马达控制单元(2)和电子马达驱动器设备(3)而受控制，并且在该充气过程期间，该压缩机根据所确定的重量负载或有效负载当达到该机动车辆轮胎(6)的针对所确定的重量负载或有效负载而预先限定的内部压力时关闭。
6.如权利要求5所述的装置，其中，该装置具有由电动马达经由滑块曲柄机构来驱动的往复运动活塞压缩机。
7.如权利要求5所述的装置，其中，至少所确定的重量负载或有效负载以及所确定的该机动车辆轮胎中的内部压力被作为信号传输至该车辆的中央马达控制器。
8.如权利要求5至7之一所述的装置，该装置被实施为用于将机动车辆轮胎密封和充气的轮胎修理套件，其中，为密封剂和增压气体提供了与具有密封剂的容器相连接的阀和分配器单元，并且其中，存在在该阀和分配器单元与可充气物体之间的连接器件、以及切换装置和/或用于操作该装置的控制和显示装置。
9.如权利要求8所述的装置，其中，存在用于能量供应装置的连接器件。
10.如权利要求1至4之一所述的方法用于控制支撑体中的内部压力的用途，该支撑体被实施为车辆气动悬架系统下方的空气弹簧。
CN201880046807.5A 2017-07-13 2018-04-26 对受到重量负载或有效负载加载的支撑体的内部压力进行基于重量的控制的方法 Active CN110869199B (zh)

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