CN116490413A - 具有噪声优化阀控制的制动系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于机动车辆的制动系统，该制动系统具有液压管线系统，该液压管线系统具有至少一个常闭液压阀(15)，其中，设置了输出级以用于对该至少一个液压阀(15)进行电操控。为了使噪声排放最小化，该输出级是能模拟控制的输出级，并且设置了计算单元，该计算单元被配置成基于该液压阀(15)两端的压力差来确定阀电流，并对输出级进行操控以将阀电流提供给液压阀(15)。

Description

具有噪声优化阀控制的制动系统

本发明涉及一种用于机动车辆的制动系统，该制动系统具有液压管线系统，该液压管线系统具有至少一个常闭液压阀，其中，设置有输出级以用于对该至少一个常闭液压阀进行电操控。

机动车辆制动系统一般具有制动流体储器，通过用于提供液压压力的加压装置(比如液压泵或直线致动器)从该制动流体储器为至少一个车轮制动器进行供给。在这种情况下，液压管线系统至少连接制动流体储器、车轮制动器和加压装置。这种类型的制动系统还在液压管线系统中具有大量的液压阀，以将产生的制动压力分配给各个车轮制动器并实现辅助功能和安全功能。取决于预期目的，这些液压阀部分地被设计成常开的，部分地被设计成常闭的。常闭阀一般具有机械弹簧，该机械弹簧将阀柱塞压靠在阀座上并且因此使阀保持关闭。

特别地，重要的常闭阀是车轮制动器的出口阀，例如在ABS控制系统中，可以打开这些出口阀以降低车轮压力。到目前为止，这些阀是通过数字式输出级操控的，数字式输出级只能设定阀电压开启和阀电压关闭这两种状态。在开启状态下，在此处存在阀电流，该阀电流取决于当前施加的车载电压、以及阀控制链的和线圈的当前存在的电阻。因此，特别地，电阻和阀电流还是随温度变化的。当常闭阀被关闭时，电流减小到0。为了设定出通过出口阀的期望流量，该出口阀在脉冲模式下进行操作。

在此，常闭阀必须被设计成，即使是具有极限位置/边界层的阀在高压(可能上至225巴)下、在由于高温引起的高电阻下、在特别低的车载电压(上至9V)下，也能被切换。这意味着，在绝大多数情况下(即，在阀是普通的、液压压力相当低至中等、并且车载电源的电压正常的情况下)，阀会因此在能量过剩非常大的情况下被开启，这会导致可清楚听到的开关噪声。当阀被关闭时，阀的衔铁会被关闭弹簧力所加速。由于衔铁对阀座的冲击是无制动的，因此这也导致了可清楚听到的噪声排放。特别地，在一体化系统(在该一体化系统中，制动主缸与液压阀一起位于单个壳体中)的情况下，制动系统必须直接安装在车辆的隔板后面。这允许结构传播噪声被直接传送，使得驾驶员更强烈地感知到噪声。衔铁的过剩能量还导致液压阀的磨损增加。

因此，本发明的目的是，提供一种噪声排放降低并且耐用性提高的制动系统。

该目的通过一种根据权利要求1所述的用于机动车辆的制动系统来实现，该制动系统具有液压管线系统，该液压管线系统具有至少一个常闭液压阀，其中，设置有能模拟控制的输出级以用于对该至少一个液压阀进行电操控。为了对模拟输出级进行操控，设置有计算单元，该计算单元被配置成基于液压阀两端的压力差来确定阀电流。相应地，输出级被控制成在液压阀处提供确定的阀电流。为此目的，特别地，输出级可以被设计成是电流控制的。

通过根据需要操控常闭阀，阀衔铁的过剩能量减少，并且因此衔铁对磁芯的冲击速度得以最小化。这既使得阀的噪声排放减少、又使得阀的磨损降低。

在本发明的一个优选实施例中，计算单元被配置成，为了打开液压阀，至少根据液压阀的弹簧力和液压阀两端的压力差来确定一反作用力。反作用力是当没有电流流过阀的线圈时作用于液压阀的衔铁的力。然后，计算单元可以根据反作用力确定比该反作用力大一预定量的打开力并且可以进一步根据该打开力确定相关联的阀打开电流。然后，当液压阀被开启时，计算单元对输出级进行操控以提供相关联的阀打开电流。因为用于阀和制动系统的相应当前状态的反作用力是由计算单元确定的、并且被用于确定阀电流，所以可以根据需要提供阀电流。因此，不必在能量过剩较大情况下打开液压阀，以在所有可能的情形下都确保安全打开。

在本发明的另一个优选实施例中，制动系统被配置成，为了关闭液压阀确定一比反作用力一小预定量的关闭力。然后，根据关闭力确定相关联的阀关闭电流，并且当阀被关闭时，对输出级进行操控以提供相关联的阀关闭电流。以这种方式，当液压阀被关闭时，能量过剩减少，因此噪声排放也减少。

在本发明的一个优选实施例中，输出级被配置成在液压阀处提供电流脉冲以便相应地短时间地打开该阀，其中，所述电流脉冲的长度特别地为10ms至1000ms、优选地为10ms至100ms。由于常闭阀无法在车轮压力对关闭起作用的典型安装方向上稳定地被设定到在完全关闭状态与完全打开状态之间的中间状态，因此常闭阀以脉冲方式进行操作，以实现在时间上平均化的期望流量。在车轮压力反作用于关闭弹簧力的相反安装方向上，常闭阀可以稳定地被设定，但随后必须在阀中安装非常强力的弹簧，以在所有极限位置对抗最大车轮压力而关闭。这进而需要非常强固的线圈来完全打开阀。因此，这样的系统将是大型的、笨重的且昂贵的。因此，即使在根据本发明通过模拟输出级操控液压阀的情况下，阀也是以脉冲方式进行操作，从而在阀打开电流和阀关闭电流之间来回切换。替代性地，可以在阀打开电流与零点之间切换。

在本发明的一个特别优选的实施例中，基于阀电流对所述电流脉冲的长度进行适配，使得特别是通过阀的流量对应于最大阀电流下的流量。因此，通过阀的流量与用如从现有技术中已知的数字式输出级操控时的流量相同，但噪声排放显著减少。

在本发明的另一个优选实施例中，液压阀是制动系统的车轮制动器的出口阀。车轮制动器的出口阀会在自动的辅助功能期间、特别是在ABS控制期间被操控，以降低车轮制动器中的压力。噪声减少使得可以以机动车辆的驾驶员注意不到的方式实施自动干预。

在本发明的另一个优选实施例中，预定量至少基于阀公差和/或线圈公差。对液压阀的特性了解得越精确，选择出的量就可以越小，因此噪声排放可以进一步减少。

在本发明的另一优选实施例中，液压阀在通电状态下具有残余气隙。为此目的，阀可以例如在衔铁与磁芯之间具有垫片。残余气隙减少了作用于液压阀衔铁的电磁力，从而使能量过剩和噪声排放最小化。

在本发明的另一优选实施例中，液压阀与制动主缸一起布置在壳体中。相应地，制动系统形成为一体化系统。

该目的另外通过一种用于控制制动系统、特别是上述制动系统中的常闭液压阀的方法来实现，该方法具有以下步骤：

-基于液压阀两端的压力差确定阀电流，

-通过能模拟控制的输出级提供所确定的阀电流。

在根据本发明的方法的一个优选实施例中，进行以下步骤：

-至少根据液压阀的弹簧力和液压阀两端的压力差计算出一反作用力，

-根据反作用力计算出一开关力，该开关力比该反作用力大或小一预定量，

-根据开关力计算出相关联的阀切换电流。

本发明的其他特征、优点和可能的应用也可以在下面对示例性实施例的描述和附图中找到。所描述和/或图示描绘的所有特征单独地并且以任何组合、同时独立于其在权利要求中的总结或其反向引用而属于本发明的主题。

图1示意性地示出了根据本发明的制动系统，

图2示意性地示出了根据本发明的图1的制动系统的出口阀，

图3示出了关于随不同切换电流变化的阀力的曲线图，

图4示出了关于当阀被打开时根据本发明的输出级的模拟操控的切换电流的曲线图，

图5示出了关于当阀被关闭时根据本发明的输出级的模拟操控的切换电流的曲线图，

图6示出了关于流量曲线的曲线图，

图7示出了关于噪声排放的曲线图。

图1示出了根据本发明的制动系统，在该制动系统中，四个车轮制动器6、7、8、9被供应以来自制动流体储器2的制动流体。制动系统形成为线控制动系统。为此目的，设置有制动主缸3，该制动主缸将制动流体经由打开的模拟器阀10移位到模拟器4中。在正常操作中，制动主缸3通过关闭的主缸阀11与车轮制动器6、7、8、9分离。直线致动器5基于踏板行程和由压力传感器17确定的制动主缸压力而被操控。这会产生液压压力，该液压压力通过打开的供应阀12被供给到各个车轮制动器6、7、8、9。在正常操作中，回路隔离阀13被打开，使得前车桥的车轮制动器6、7和后车桥的车轮制动器8、9都被供应以液压压力。车轮制动器6、7、8、9中的每一个都配备有入口阀14和出口阀15。根据本发明，现在提供的是，出口阀15连接到模拟输出级，使得这些出口阀可以根据需要被可变的切换电流操控。

图2通过举例方式示出了根据本发明的制动系统1的出口阀15。在出口阀15中，衔铁18或阀柱塞压靠在阀座19上以液压地关闭该出口阀。在该过程中，弹簧20对衔铁18施加弹簧力以在不通电时使出口阀15固定处于关闭状态。衔铁18可以朝向磁芯21移动一行程23以打开出口阀15。在完全打开状态下，液压阀15仍有残余气隙22。为此目的，可以在磁芯21与衔铁18之间设置例如垫片。

为了对出口阀15进行切换，该出口阀具有由输出级供电的电线圈。这会产生磁场，该磁场作用于衔铁18并且对该衔铁产生电磁力。电磁力的大小一方面取决于通过出口阀15的线圈的电流，并且另一方面取决于带磁芯的电线圈与衔铁18之间的距离。

在图3中以一组曲线24的形式示出了力与这些变量之间的关系。电磁力随着电流增加而增加，因此，更上方的曲线表示在较高电流下的力。如果出口阀15现在是数字操控的(如现有技术中常见的)，则输出级始终提供最大电流，最大电流如图3中最上面的曲线所示出的。

对于没有残余气隙的出口阀15，电磁力因此由虚曲线部分26给出，该虚曲线部分在0mm的气隙与0.25mm的气隙之间延伸。在形成有残余气隙22的出口阀15的情况下，得出了标记的曲线部分25，该标记的曲线部分由于出口阀15的磁场产生线圈与衔铁18之间的距离较大而在较小的力下延伸。除了电磁力25、26之外，相应的反作用力27、28也作用于衔铁18并且主要由弹簧20的弹簧力和液压阀15两端的压力差产生。

开启时的冲击能量对应于在力-位移图中、磁力与关闭力(阀的弹簧力加上压力)之间的面积。如果现在对出口阀15进行切换，那么曲线26与曲线28之间的整体面积/积分会得出在没有残余气隙的情况下阀柱塞18冲击磁芯21的能量。除了高噪声水平外，这还会导致高磨损。具有残余气隙的设计会产生稍低量的能量，这是从曲线25与曲线27之间的整体面积/积分推导出来的。然而，这种量的能量仍然非常高，并且因此也会导致出口阀15的高噪声产生和严重磨损。

根据本发明，现在提供的是，通过模拟输出级来控制出口阀15。为此目的，基于液压阀15两端的当前压力差和出口阀15的弹簧力确定出当前的反作用力27，打开该阀必须克服该反作用力。由此可以确定出打开力29，该打开力比反作用力27大一预定量。为了打开出口阀15，现在提供可以产生期望的打开力29的电流。如上文所解释的，阀柱塞18的过剩能量从曲线29与曲线27之间的整体面积得出。由于出口阀15的模拟的、因此减少的操控意味着曲线29和曲线27比在数字操控的情况下更加接近彼此，因此能量过剩较少。这意味着既可以大大减少出口阀的噪声产生、又可以大大减少出口阀的磨损。

如果出口阀15两端存在较大的压力差，那么这会产生大得多的反作用力30，该反作用力使液压阀保持处于关闭状态。如果在这种状态下，阀也被供应以与在较低的压力差下的阀电流相同的阀电流，那么将只会产生不足以对抗反作用力30而打开液压阀的电磁力29。然而，由于阀电流是基于压力差并且因此基于当前的反作用力30根据需要选择的，因此得出了打开力31，该打开力如先前情况一样比反作用力30大预定量。因此，在任何压力差的情况下都确保了出口阀的安全打开。

现在，在图5中示出了阀关闭时的行为。在现有技术中所提供的数字式输出级的情况下，当阀关闭时，阀电流只能减小到0。相应地，衔铁18的过剩能量从反作用力27的整体面积得出。此能量还会在阀柱塞18冲击阀座19时导致衔铁18的高速度，因此导致出口阀15的强噪声形成和磨损。根据本发明，现在提供了产生电磁力32的电流，该电磁力比反作用力27小预定量。因此，阀柱塞18的过剩能量仅从曲线27与曲线32之间的整体面积得出。因此，在关闭期间同样既减少了出口阀15的噪声形成、又减少了该出口阀的磨损。

典型地，出口阀15通过相继的电流脉冲来操控，这些相继的电流脉冲相继地若干次短暂地打开和关闭出口阀15。在电流脉冲期间通过液压阀的流量33一方面取决于脉冲的长度，而且特别地还取决于在脉冲期间液压阀两端的压力差以及阀电流。图6示出了一组曲线，该组曲线展示了液压阀两端的压力差与在脉冲长度固定、阀电流不同的情况下产生的流量33之间的关系。在此可以看出，这些曲线在上部范围内靠近在一起。相应地，为了噪声最小化而略微减小阀电流(如根据本发明所提供的)仅使得流量略微减小。这可以通过稍长的脉冲持续时间而得以补偿。

如图7所示，通过根据本发明的方法可以大大减少在开关出口阀15时产生的噪声。曲线35示出了对于没有残余气隙的液压阀而言的各种车轮压力下的结构传播噪声的测量结果，该液压阀如从现有技术已知的是数控的。使用具有残余气隙的液压阀已经使得噪声显著减少。这种阀的数字操控产生如曲线36所示的结构传播噪声。根据本发明根据需要用阀电流对出口阀15进行模拟操控使得噪声形成明显减少，这点在曲线37中示出。

附图标记清单：

1 制动系统

2 制动流体储器

3 制动主缸

4 模拟器

5 直线致动器

6 车轮制动器

7 车轮制动器

8 车轮制动器

9 车轮制动器

10 模拟器阀

11 主缸阀

12 供应阀

13 回路隔离阀

14 入口阀

15 出口阀

16 系统压力传感器

17 主缸压力传感器

18 阀柱塞

19 阀座

20 阀弹簧

21 磁芯

22 残余气隙

23 行程

24 力特性曲线

25 在具有气隙的情况下进行数字开关的打开力

26 在没有气隙的情况下进行数字开关的打开力

27 第一反作用力

28 第二反作用力

29 进行模拟开关的第一打开力

30 第三反作用力

31 进行模拟开关的第三打开力

32 进行模拟开关的第一关闭力

33 流量曲线

34 电流特性曲线

35 进行数字开关的噪声曲线

36 具有残余气隙情况下的噪声曲线

37 具有残余气隙情况下进行模拟开关的噪声曲线

Claims (11)

1.一种用于机动车辆的制动系统，该制动系统具有液压管线系统，该液压管线系统具有常闭的至少一个液压阀(15)，其中，设置有输出级以用于对该至少一个液压阀(15)进行电操控，其特征在于，该输出级是能模拟控制的输出级，并且设置有计算单元，该计算单元被配置成基于液压阀(15)两端的压力差来确定阀电流，并对输出级进行操控以将阀电流提供给液压阀(15)。

2.根据权利要求1所述的制动系统，其特征在于，为了打开该液压阀(15)，该计算单元：

-至少根据液压阀(15)的弹簧力(20)和该液压阀(15)两端的压力差确定反作用力(27，30)，

-根据该反作用力(27，30)确定一打开力(29，31)，该打开力比反作用力(27，30)大一预定量，

-根据打开力(29，31)确定相关联的阀打开电流，

-在开启液压阀(15)时对输出级进行操控以提供相关联的阀打开电流。

3.根据权利要求1或2所述的制动系统，其特征在于，该计算单元为了关闭液压阀(15)：

-确定一关闭力(32)，该关闭力比反作用力(27)小一预定量，

-根据关闭力(32)确定相关联的阀关闭电流，

当关闭液压阀(15)时对输出级进行操控以提供相关联的阀关闭电流。

4.根据前述权利要求之一所述的制动系统，其特征在于，该输出级被配置成，在液压阀(15)处提供电流脉冲以便短时间地打开液压阀(15)，其中，所述电流脉冲的长度特别地为10ms至1000ms、优选地上至100ms。

5.根据权利要求4所述的制动系统，其特征在于，基于阀电流对所述电流脉冲的长度进行适配，使得特别是通过该压阀(15)的流量对应于在最大阀电流下的流量。

6.根据前述权利要求之一所述的制动系统，其特征在于，该液压阀(15)是制动系统(1)的车轮制动器(6，7，8，9)处的出口阀。

7.根据前述权利要求之一所述的制动系统，其特征在于，预定量至少基于阀公差和/或线圈公差。

8.根据前述权利要求之一所述的制动系统，其特征在于，液压阀(15)在通电状态下具有残余气隙(22)。

9.根据前述权利要求之一所述的制动系统，其特征在于，液压阀(15)与制动主缸(3)一起布置在壳体中。

10.一种用于控制特别是根据权利要求1至9之一所述的制动系统(1)中的常闭液压阀(15)的方法，该方法具有以下步骤：

-基于液压阀(15)两端的压力差确定阀电流，

-通过能模拟控制的输出级提供所确定的阀电流。

11.根据权利要求10所述的方法，该方法具有以下步骤：

-至少根据液压阀(15)的弹簧力和液压阀(15)两端的压力差计算出一反作用力(27，30)，

-根据该反作用力(27，30)计算出一开关力(29，31，32)，该开关力比该反作用力(27，30)大或小一预定量，

-根据该开关力(29，31，32)计算出该相关联的阀电流。