CN115768668A - 机动车真空泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机动车真空泵(10)，其包括具有能旋转的泵转子(26)的泵送单元(24)、用于驱动所述泵转子(26)的电子换向电动机(30)、用于周期性地接收由机动车压力传感器(18)提供的压力参数(P)的压力传感器连接器(38)，和用于控制电动机(30)的可变的电动机转速(MS)的泵控制单元(34)，所述泵控制单元(34)包括‑标准运行控制模块(40)，所述标准运行控制模块设置用于在标准运行速度范围(SSR)内控制可变的电动机转速(MS)；‑提升驱动控制模块(42)，所述提升驱动控制模块设置用于在被触发时否决标准运行控制模块(40)，并且与高于标准运行速度范围(SSR)的提升速度值(BS1、BS2、BSn)对应地设定可变的电动机转速(MS)；‑安全控制模块(44)，所述安全控制模块设置用于监控所述压力参数(P)并且基于所述压力参数(P)触发所述提升驱动控制模块(42)。按照本发明的泵控制单元(34)允许一般性地针对相对较低的标准运行速度范围(SSR)设计机动车真空泵(10)，但也允许在危急情况下临时地提供提升的泵性能。这提供了一种可靠且有成本效益的机动车真空泵(10)。

Description

机动车真空泵

本发明涉及一种机动车真空泵、尤其是用于向机动车制动助力器提供真空的电动旋转叶片真空泵。

电动真空泵由电动机驱动并且通常在机动车中使用，以向机动车制动系统的制动助力器提供真空、尤其向制动助力器的真空室提供真空。电动真空泵可以是制动助力器的唯一真空源，或者可以与其它真空源、例如内燃机的进气系统结合地使用。

制动助力器利用其真空室压力和周围的大气压力之间的压力差来增强机械制动力，该机械制动力通过按压机动车的制动踏板产生并且机械地操作(或者说促动)机动车制动系统。因此，为制动助力器真空室提供足够的真空对于确保制动助力器的可靠运行并且因此对于确保机动车制动系统的可靠和便利的运行是至关重要的。

现代的机动车电动真空泵配备有电子换向电动机，该电动机不具有在机械上磨损的电刷触头，并且允许对该电动机的电动机转速进行电子控制。这提供了一种相对耐用并且高效的机动车真空泵。

例如在专利文献WO 2017/028839 A1中公开了这种机动车真空泵。真空泵包括具有能旋转的泵转子的泵送单元和用于驱动泵转子的电子换向电动机。真空泵还包括泵控制单元，该泵控制单元提供对电动机的电动机转速的闭环控制，并且因此即使在负载和/或电源电压波动的情况下也确保恒定的电动机转速。

出于安全要求，机动车真空泵必须设计用于即使在重复地操作制动踏板并且因此具有高真空需求的危急的机动车行驶情况中也能在制动助力器的真空室中实现足够的真空。因此，专利文献WO 2017/028839 A1的机动车真空泵必须设计用于始终提供相对高的泵性能。这通常需要相对昂贵的泵部件/材料，从而导致机动车真空泵的高价格。

因此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种可靠且有成本效益的机动车真空泵。

所述技术问题通过具有权利要求1的特征的机动车真空泵解决。

按照本发明的机动车真空泵配备有具有能旋转的泵转子的泵送单元。真空泵优选是叶片泵，其中，泵转子包括转子体，该转子体偏心地布置在基本上呈圆柱状的泵送室中，并且包括多个能径向地滑动的转子叶片。在泵运行期间，转子叶片与泵送室侧壁径向地接触并且定义了多个旋转的泵送室隔间，所述泵送室隔间的容积在一个泵转子旋转周(或者说泵转子的一转)内变化。

按照本发明的机动车真空泵还配备有用于驱动泵转子的电子换向电动机。所述电子换向电动机允许电子地控制电动机的电动机转速。通常，电子换向电动机由脉宽调制的驱动能量供能，其中，通过控制脉宽调制的占空比来控制有效的电驱动功率，从而控制电动机转速。电动机通常包括具有至少一个定子线圈的电磁的电动机定子，并且包括与泵转子可共同旋转地连接的永磁电动机转子。

按照本发明的机动车真空泵还配备有压力传感器连接器，其用于周期性地接收由机动车压力传感器提供的压力参数。真空泵优选配备有车辆数据总线连接器，其设置用于通过车辆数据总线系统、例如通过机动车的CAN总线系统提供与其它机动车单元的数据通信。在这种情况下，压力参数通常通过车辆数据总线系统接收，这意味着压力传感器连接器由车辆数据总线连接器定义。真空泵备选地可以配备有单独的压力传感器连接器，其用于提供与机动车压力传感器的直接的电连接。可以通过模拟压力信号周期性地接收压力参数，所述模拟压力信号的当前的振幅和/或频率表明当前的压力参数，或者可以通过周期性地传输数字编码的压力参数的数字信号接收所述压力参数。压力参数通常可以通过允许周期性的参数传输的任何种类的信号来接收。

压力参数通常表明当前的负压，或者换而言之，压力参数通常表明机动车制动助力器的真空室相对于当前的大气压力的当前压力差(或者说差压)。在这种情况下，较高的压力参数表明较低的绝对真空室压力。然而，压力参数也可以表明绝对真空室压力。就本发明而言，较高的(正)压力参数总是表明较高的真空度并且因此表明较低的绝对真空室压力，而较低的(正)压力参数总是表明较高的真空度并且因此表明较低的绝对真空室压力。

根据本发明的机动车真空泵还配备有泵控制单元，该泵控制单元设置用于控制电动机的可变的电动机转速。泵控制单元优选设置用于提供对所述可变的电动机转速的闭环控制，即泵控制单元设置用于基于电动机速度反馈信号连续地调整电动机驱动功率，以实现期望的设定的电动机速度。

按照本发明，泵控制单元包括标准运行控制模块，该标准运行控制模块设置用于在泵正常运行期间、即在正常的、非危急的车辆行驶情况中控制可变的旋转电动机。标准运行控制模块设置用于在标准运行速度范围内控制所述可变的电动机转速。标准运行速度范围通常包括每分钟3000转(RPM)至4000RPM的范围内的电动机速度值。标准运行控制模块尤其设置用于确定处于标准运行速度范围内的当前的电动机速度值并且与所确定的当前的电动机速度值对应地设定可变的电动机转速。标准运行控制模块优选设置用于确定在磨损方面优化和/或在效率方面优化的当前的电动机速度值。这提供了机动车真空泵在正常的、非危急的情况下并且因此在泵寿命的大部分时间内的可靠、高效和低磨损的运行。

按照本发明，泵控制单元还包括提升驱动控制模块(或者说增强驱动控制模块)，其用于在非正常的、潜在的危急情况下临时地提供提升的泵性能。提升驱动控制模块相对于标准运行控制模块处于上位，这意味着提升驱动控制模块设置用于在所述提升驱动控制模块被触发时否决(overrule)标准运行控制模块。提升驱动控制模块设置用于与高于标准运行速度范围的提升速度值对应地临时地设定可变的电动机转速。这使得能够在需要时、例如在危急的机动车行驶情况中在由重复地操作制动踏板引起过度的真空需求的情况下临时地提供提升的泵性能。按照本发明，提升速度值明显高于标准运行速度范围并且导致过大的电动机转速，其在原则上对于真空泵是“有害的”，因此如果真空泵总是在这种过大的提升电动机速度中运行，则真空泵可能被损坏。提升速度值通常比标准运行速度范围的最大标准运行速度值至少高10％并且优选等于或者高于4500RPM。

按照本发明，泵控制单元还包括安全控制模块，该安全控制模块设置用于监控压力参数并且基于压力参数触发提升驱动控制模块。安全控制模块尤其设置用于基于压力参数检测/预计过度的真空需求。安全控制模块可以设置用于只评估当前的压力参数，或者可以设置用于评估压力参数的(时间)顺序、例如确定压力变化率。安全控制模块设置用于在过度的真空需求的情况下触发提升驱动控制模块，从而使得真空泵在这种情况下临时地提供提升的泵性能以处理过度的真空需求。因此，安全控制模块设置用于(只)在非正常的、潜在危急情况下并且尤其不在泵正常运行期间触发提升驱动控制模块。

按照本发明的提升驱动控制模块允许在相对短的、无害的持续时间内以过大的、原则上有害的提升电动机速度驱动电动机。这在相对少见的过度真空需求的情况中、尤其是在危急的机动车行驶情况中允许临时地提供提升的泵性能。因此，按照本发明的机动车真空泵不必设计用于总是提供提升的泵性能，而是可以一般地设计用于标准运行速度范围的相对低的电动机转速。这提供了一种可靠且有成本效益的机动车真空泵。

如果制动助力器的真空室负压/压力差下降到最小工作压力阈值以下，则制动助力器无法再充分地提高制动力。这导致制动踏板“不平稳”、难以操作，从而降低了车辆驾驶员的舒适性，甚至会在危急的机动车行驶情况中导致制动力不足。因此，在本发明的优选实施例中，安全控制模块设置用于在压力参数低于定义(或者说规定)的最小工作压力阈值时触发提升驱动控制模块，以在这种情况下提供提升的泵效率。这确保了真空室再次被快速地提供足够的真空室负压/压力差。这确保了机动车制动助力器的可靠工作并且因此提供了可靠的机动车真空泵。最小工作压力阈值通常由实验确定，并且对于不同的机动车制动系统是特定的。最小工作压力阈值通常被定义在250mbar到350mbar(负压)的范围内。

机动车真空泵通常不是连续地起作用(泵送)，而是设计用于临时地、按需地运行。因此，泵控制单元优选设置用于在压力参数等于或高于停用(或者说去激活)压力阈值时关断电动机，并且在压力参数低于启动(或者说激活)压力阈值时接通电动机。停用压力阈值通常以这样的方式定义，使得在关断真空泵时，真空室负压/压力差足以用于多次制动助力器运行。启动压力阈值通常以这样的方式定义，使得至少在正常条件下，真空泵在真空室负压/压力差达到不足的压力水平之前被接通。因此，最小工作压力阈值优选被定义为低于启动压力阈值，使得压力参数在正常情况下不会下降到最小工作压力阈值以下，而只在具有过度真空需求的非正常的、潜在危急情况下才会下降到最小工作压力阈值以下。这确保了机动车真空泵只在非正常情况下并且因此相对较少地以原则上“有害的”提升电动机速度运行。这提供了可靠的并且耐用的机动车真空泵。停用压力阈值通常在700mbar到800mbar的范围内，而启动压力阈值在450mbar到550mbar(负压)的范围内。提升驱动控制模块通常设置用于以提升电动机速度驱动电动机，直到压力参数达到/超过停用压力阈值、即直到电动机被泵控制单元关断。

正常运行期间的最大标准运行电动机速度通常只为机动车真空泵的最大能实现的电动机转速的80％。这使得能够提供不同的提升电动机速度等级。因此，在本发明的优选实施例中，安全控制模块设置用于基于压力参数定义提升速度值。安全控制模块优选配备有提升速度图，该提升速度图具有至少两个与压力相关的提升速度值。安全控制模块例如可以设置用于在压力参数介于最小工作压力阈值和最大提升压力阈值之间时定义中等的提升速度值，并且在压力参数低于最大提升压力阈值时定义最大的提升速度值。这提供了对提升电动机速度的分等级的、基于需求的控制，从而能够使由过高的提升电动机速度引起的泵磨损最小化。所有提升速度值通常比标准运行速度范围的最大标准运行速度值至少高10％并且优选等于或者高于4500RPM。

机动车真空泵优选配备有车辆数据总线连接器，其用于通过车辆数据总线系统接收至少一个车辆参数，其中，安全控制模块设置用于基于至少一个车辆参数触发提升驱动控制模块和/或基于至少一个车辆参数定义提升速度值。所述至少一个车辆参数可以通过泵控制单元从与车辆数据总线系统连接的车辆单元/系统中读出，或者备选地可以通过与车辆数据总线系统连接的车辆单元/系统写入到控制单元的车辆参数存储器中。所述至少一个车辆参数例如可以表明当前的机动车速度、当前的机动车加速度、当前的机动车倾斜度、车辆紧急制动系统的状态等。通常，车辆参数可以是由车辆控制单元、车辆传感器系统或者(直接或间接地)与车辆数据总线系统连接的任意其它车辆单元/系统提供的任意参数。车辆参数使得能够检测/预计具有较高的真空需求的情况，例如，高速行驶增加了持续时间相对较长的制动过程的风险，上坡/下坡行驶可能导致反复地操作制动踏板等。这使得提升驱动功能能够针对不同的车辆情况进行精确的并且也可预测的适配，并且因此提供了可靠的、高效的并且耐用的机动车真空泵。所述至少一个车辆参数也可以直接表明外部的提升驱动请求。在这种情况下，安全控制模块设置用于在接收到外部的提升驱动请求时总是(与压力无关地)触发提升驱动控制模块。这允许例如通过车辆控制单元经由车辆数据总线从外部触发提升驱动控制模块，并且因此提供了通用的机动车真空泵。

在本发明的优选实施例中，一个车辆参数表明机动车速度。安全控制模块例如可以设置用于基于机动车速度定义触发压力阈值。由于在低速行驶期间行驶噪声相对较低，因此安全控制模块尤其可以设置用于在机动车速度相对较低的情况下定义相对较低的触发压力阈值，以便在这种情况下尽可能地避免由于提升电动机速度产生的干扰性的噪声。安全控制模块还可以设置用于在机动车速度相对较低的情况下定义相对较低的提升速度值，以便将在以提升电动机速度运行时通过真空泵产生的噪声最小化。这提供了一种可靠且相对低噪声的机动车真空泵。安全控制模块还可以设置用于在检测到相对较高的车速时与压力无关地触发提升驱动控制，以确保在真空室中实现定义的目标压力。这确保了在高速行驶的情况下制动助力器的正确工作，并且因此提供了改善车辆行驶安全性的机动车真空泵。

一个车辆参数优选表明紧急制动系统状态，其中，安全控制模块设置用于在紧急制动的情况下始终并且立即地触发提升驱动控制模块。这在紧急制动的情况下提供了最大的泵性能，并且因此尽可能地确保了机动车制动助力器的正确工作，并且因此在这种情况下确保了机动车制动系统的正确工作。这提供了一种改善车辆行驶安全性的机动车真空泵。

参考附图描述本发明的实施例，其中，

图1示出了具有机动车制动助力器和按照本发明的机动车真空泵的机动车制动系统的一部分的示意图，并且

图2示出了图1的机动车真空泵的当前的压力参数和当前的电动机转速之间的相互关系的示意图。

图1示出了在机动车制动系统12中使用的机动车真空泵10，其用于向机动车制动助力器16的真空室14提供真空。

机动车制动系统12还包括机动车压力传感器18，该机动车压力传感器18与真空室14在流体上连接并且设置用于测量真空室相对于大气压力的压力差。机动车压力传感器18还设置用于向机动车控制单元20提供压力参数P，该压力参数P表明所测量的真空室压力差。机动车控制单元20与车辆数据总线系统22连接，所述车辆数据总线系统22设置用于实现连接的机动车单元之间的数据通信。

机动车真空泵10包括具有能旋转的泵转子26的泵送单元24。在本实施例中，机动车真空泵10是旋转叶片泵，其中，泵转子26包括多个转子叶片，所述转子叶片设置为能径向地滑动并且在基本上呈圆柱状的泵室内旋转。泵送单元24通过止回阀28与机动车制动助力器16的真空室14在流体上连接。泵送单元24设置用于抽空所述真空室14。

机动车真空泵10还包括电子换向电动机30，其设置用于经由转子轴32驱动泵转子26，所述转子轴32与所述泵转子26能共同旋转地连接。电动机30设置用于以可变的电动机转速运行。

机动车真空泵10还包括泵控制单元34，所述泵控制单元34设置用于提供对电动机30的可变的电动机转速的闭环控制。泵控制单元34经由车辆数据总线连接器36与车辆数据总线系统22连接，所述车辆数据总线连接器36设置用于经由车辆数据总线系统22实现数据通信。

在所述实施例中，泵控制单元34设置用于经由车辆数据总线系统22从机动车控制单元20中周期性地读出压力参数P。车辆数据总线连接器36因此定义了压力传感器连接器38，所述压力传感器连接器设置用于接收由机动车压力传感器18提供的压力参数P。在备选的实施例中，泵控制单元34可以通过单独的压力传感器连接器直接地与机动车压力传感器18电连接。

泵控制单元34设置用于基于压力参数P控制电动机30的当前的电动机转速MS。泵控制单元34尤其设置用于在压力参数P低于启动压力阈值PA时接通电动机30(MS>0)，并且设置用于在压力参数P等于或高于停用压力阈值PD时关断电动机30(MS＝0)。在本实施例中，启动压力阈值PA为500mbar，停用压力阈值PD为750mbar。

按照本发明，泵控制单元34包括标准运行控制模块40，所述标准运行控制模块40设置用于在泵正常运行期间主动地控制所述可变的电动机转速MS，即如果电动机30开启，则标准运行控制模块40总是处于激活的。标准运行控制模块40设置用于从标准运行速度范围SSR中确定在效率方面优化和在磨损方面优化的当前标准运行速度值SS。在本实施例中，标准运行速度范围包括在3000RPM至4000RPM的范围内的速度值。

按照本发明，泵控制单元34还包括提升驱动控制模块42，其设置用于在被触发时否决标准运行控制模块40，并且与触发提升驱动控制模块42的当前的提升速度值BSn对应地临时地设定当前的电动机转速MS。在本实施例中，提升驱动控制模块设置用于保持与当前的提升速度值BSn对应的当前的电动机转速MS，直到在压力参数P达到/超过停用压力阈值PD时由泵控制单元34关断电动机30。

按照本发明，泵控制单元34还包括安全控制模块44，其设置用于触发提升驱动控制模块42。在本实施例中，安全控制模块44包括提升速度图存储器46，其存储具有两个提升速度值BS1、BS2和相应的提升压力阈值BP1、BP2的提升速度控制图48。在本实施例中，第一提升速度值BS1为4500RPM，并且相应的第一提升压力阈值BP1为300mbar。第二提升速度值BS2为5000RPM，并且相应的第二提升压力阈值BP2为200mbar。因此，两个提升速度值BS1、BS2明显高于标准运行速度范围SSR，并且两个提升压力阈值BP1、BP2低于启动压力阈值PA。

安全控制模块44设置用于监测压力参数P并且基于压力参数P触发提升驱动控制模块42。安全控制模块44尤其设置用于在压力参数P介于第一提升压力阈值BP1和第二提升压力阈值BP2之间时以第一提升速度值BS1触发提升驱动控制模块42。此外，安全控制模块44设置用于在压力参数P低于第二提升压力阈值BP2时以第二提升速度值BS2触发提升驱动控制模块42。

图2示意性地示出了由按照本发明的泵控制单元34基于压力参数P设定的相应的当前的电动机转速MS。

如果压力参数P低于第二提升压力阈值BP2，则与第二提升速度值BS2对应地设定当前的电动机转速MS。如果压力参数P介于两个提升压力阈值BP1、BP2之间，则与第一提升速度值BS1对应地设定当前的电动机转速MS。如果压力参数P介于第一提升压力阈值BP1和停用压力阈值PD之间，则与当前的标准运行速度值SS对应地从标准运行速度范围SSR中设定当前的电动机转速MS。如果压力参数P等于或高于停用压力阈值PD，则电动机30被关断(MS＝0)。

在本实施例中，安全控制模块44还设置用于经由车辆数据总线系统22从机动车控制单元20中周期性地读出第一车辆参数VP1，其中，第一车辆参数VP1表明当前的机动车速度。安全控制模块44设置用于监控第一车辆参数VP1，并且基于第一车辆参数VP1适配(或者说调整)前述纯粹地基于压力的触发程序。

安全控制模块44尤其设置用于，在第一车辆参数VP1表明高于相对较高的制动临界速度阈值的机动车速度的情况下，在压力参数低于第一提升压力阈值BP1时就已经以第二提升速度值BS2触发提升驱动控制模块42。安全控制模块44还设置用于，在第一车辆参数VP1表明低于相对较低的噪声临界速度阈值的机动车速度的情况下，只在压力参数P低于第二提升压力阈值BP1时才触发提升驱动控制模块42(并且如果压力参数P介于两个提升压力阈值BP1、BP2之间则不触发提升驱动控制模块42)。

在本实施例中，安全控制模块44还设置用于经由车辆数据总线系统22从紧急制动系统控制单元50中周期性地读出第二车辆参数VP2，其中，所述第二车辆参数VP2表明当前的紧急制动系统状态。安全控制模块44设置用于监控第二车辆参数VP2，并且在第二车辆参数VP2表明紧急制动的情况下，始终并且立即地(与压力参数P无关地)以第二提升速度值BS2触发提升驱动控制模块42。

附图标记列表

10 机动车真空泵

12 机动车制动系统

14 真空室

16 机动车制动助力器

18 机动车压力传感器

20 机动车控制单元

22 车辆数据总线系统

24 泵送单元

26 泵转子

28 止回阀

30 电子换向电动机

32 转子轴

34 泵控制单元

36 车辆数据总线连接器

38 压力传感器连接器

40 标准运行控制模块

42 提升驱动控制模块

44 安全控制模块

46 提升速度图存储器

48 提升速度控制图

50 紧急制动系统控制单元

BP1、BP2 提升压力阈值

BS1、BS2 提升速度值

BSn 当前提升速度值

MS 当前电动机转速

P 压力参数

PA 启动压力阈值

PD 停用压力阈值

SS 当前标准运行速度值

SSR 标准运行速度范围

VP1、VP2 车辆参数

Claims (7)

1.一种机动车真空泵(10)，包括

-具有能旋转的泵转子(26)的泵送单元(24)，

-用于驱动所述泵转子(26)的电子换向电动机(30)，

-压力传感器连接器(38)，所述压力传感器连接器用于周期性地接收由机动车压力传感器(18)提供的压力参数(P)，和

-用于控制电动机(30)的可变的电动机转速(MS)的泵控制单元(34)，

所述泵控制单元(34)包括

-标准运行控制模块(40)，所述标准运行控制模块设置用于在标准运行速度范围(SSR)内控制可变的电动机转速(MS)，

-提升驱动控制模块(42)，所述提升驱动控制模块设置用于在被触发时否决标准运行控制模块(40)，并且与高于标准运行速度范围(SSR)的提升速度值(BS1、BS2、BSn)对应地设定可变的电动机转速(MS)，

-安全控制模块(44)，所述安全控制模块设置用于监控所述压力参数(P)并且基于所述压力参数(P)触发所述提升驱动控制模块(42)。

2.根据权利要求1所述的机动车真空泵(10)，其中，所述安全控制模块(44)设置用于在所述压力参数(P)低于定义的最小工作压力阈值(BP1、BP2)时触发所述提升驱动控制模块(42)。

3.根据权利要求2所述的机动车真空泵(10)，其中，所述泵控制单元(34)设置用于在所述压力参数(P)等于或高于停用压力阈值(PD)时关断所述电动机(30)，并且在所述压力参数(P)低于启动压力阈值(PA)时接通所述电动机(30)，并且其中，所述最小工作压力阈值(BP1、BP2)低于所述启动压力阈值(PA)。

4.根据前述权利要求之一所述的机动车真空泵(10)，其中，所述安全控制模块(44)设置用于基于所述压力参数(P)定义所述提升速度值(BS1、BS2、BSn)。

5.根据前述权利要求之一所述的机动车真空泵(10)，其中，车辆数据总线连接器(36)被提供用于通过车辆数据总线系统(22)接收至少一个车辆参数(VP1、VP2)，并且其中，所述安全控制模块(44)设置用于基于所述至少一个车辆参数(VP1、VP2)触发所述提升驱动控制模块(42)和/或基于所述至少一个车辆参数(VP1、VP2)定义所述提升速度值(BS1、BS、BSn)。

6.根据权利要求5所述的机动车真空泵(10)，其中，一个车辆参数(VP1)表明机动车速度。

7.根据权利要求5或6所述的机动车真空泵(10)，其中，一个车辆参数(VP2)表明紧急制动系统状态，并且其中，所述安全控制模块(44)设置用于在紧急制动的情况下始终触发所述提升驱动控制模块(42)。

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