JP2007500843A - 制御装置によって油圧を測定する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明は、流体の圧力又は調整機器に存在する差圧を測定する方法及び装置に関する。この場合、電磁式に制御可能な調整機器（４）が、圧力測定に対して利用される。この場合、バルブ操作装置の位置又はバルブ操作要素に作用する力が、電気制御回路によって制御される。

Description

本発明は、請求項１に記載の油圧を測定する方法に関する。

ヨーロッパ特許出願公開第 1 282 544号明細書から、車両ブレーキシステム用のＡＢＳ制御装置で、しかしホイールブレーキの油圧を測定するＥＳＰ等のような追加の機能を有するいわゆる走行ダイナミック制御でも、ダイヤフラムを有する圧力センサを使用することが公知である。このダイヤフラムの変形が、重要な差圧を推測する。
ヨーロッパ特許出願公開第1 282 544 号明細書

圧力センサを高密度に集積された電子式ブレーキ制御装置内にさらに設ける場合、必要な構造空間及び制御装置の製造コストに多くの望ましくない影響を及ぼす。

これらの説明した欠点は、請求項１に記載の方法によって解決することができる。この方法の場合、油圧を制御し調整するために使用可能なアクチュエータが、圧力測定に使用される。このアクチュエータは、特に油圧バルブである。

アクチュエータの機械部品を制御する配置の磁気部品が制御系によって制御されることによって、アクチュエータを圧力センサとして使用することが可能になる。この制御系は、特に機械部品に作用する力を制御する。こうして、圧力が、調整機器を用いて追加の圧力センサなしに測定できる。

用語である調整機器は、流体の貫流を調整するバルブ及びすべり弁(Shieber) と解される。特に使用される調整機器は、バルブである。好ましい流体としては、空気のほかに適切な油圧作動油(Hydraulikflussigkeit)が考慮される。ブレーキを使用する場合、この油圧作動油は、特に市場で入手可能なブレーキ液である。

調整機器は、特に完全に開かれた位置及び完全に閉ざされている位置を有する。無通電に開き（ＳＯ−Ｖ）又は無通電に閉じる（ＳＧ−Ｖ）方式の調整機器に応じて、バルブ操作装置（例えば、バルブタペット）は、戻り要素によってこれらの位置のうちの一方の位置を占める。適切な戻り要素は、特に所定の力／変位特性曲線を有するばねでもよい。この特性曲線は、この方法にしたがって好ましくは線形方程式によって近似することができる。以下でさらに説明するように、バルブ操作要素の力が均衡する場合、調整機器の開く行程（バルブ操作装置の位置）が、測定可能な磁力から算定され得る。

調整機器は、電磁式配置を有する。機械式の操作要素が、この電磁式配置内で励磁コイルを制御することによって移動可能である。説明した操作要素は、特に軸線方向に移動可能で磁化可能なアンカー(Anker) である。このアンカーは、励磁コイルの磁場によって移動され得る。特にこのアンカーは、バルブドーム内に存在する。

本発明の方法にしたがって制御される磁力又は調整機器開港行程は、好ましくは積分された誘導電圧から算定することができる。上述したように、力／変位の関係が既知である場合、開口行程方向の磁力が、公知の力／変位方程式を使用することによって計算され得る。

磁気回路内では、調整機器が、特に磁束を算定する１つ又は多数の追加の測定要素によって設けられている。この場合、追加の測定要素は、特に測定コイルである。

油圧制御装置の新世代では、いわゆるアナログ式の切替バルブが使用される。このような特に本発明の方法で使用されるアナログ式の切替バルブは電流制御される電磁バルブである。この電磁バルブは、完全な開口又は閉鎖に対してだけ仕様決定されているのではなくて、この電磁バルブがアナログ式の制御特性を有するように、この電磁バルブは、適切な電流調整及びこの電流調整の構造設計によって作動される。

本発明の方法は、好ましくは車両用のブレーキ制御に対する電気油圧式装置で使用される。

正確な圧力測定に対しては、調整機器の開口行程が所定の値に設定されることが好ましい。これに対して、対応する励磁電流が無通電状態で最初に１回既知である必要がある。この関係では、無視できない量産品の調整機器ごとのばらつきが生じることが言える。必要な精度によるこの量産品の希望の電力の調整は簡単に可能にならない。それ故に、例えばバルブに対する個々の特性曲線を方法にしたがって利用することが好ましい。これらの特性曲線は、例えば変動するばね力Ｆ_Feder 及びエアギャップの異なる磁気抵抗のような機構の許容誤差を少なくとも調整できる。

これに対して、存在する特性曲線又は以下の方法にしたがって算出可能な特性曲線（無通電の補正）が使用できる。特性量又は特性マッピングも、特性曲線の代わりに使用され得る。これらは、特にコンピュータ内に記憶されている。特性曲線を算出するため、特に以下で圧力の弱い補正と呼ばれるルーチンが実行される。この補正の場合、１つ又は多数の調整機器に固有の特性曲線，特性量又は特調整機器に対する特性値ＫＧ_ind が算出される。その結果、貫流Ｇと励磁コイルの電流の強さＩと存在する差圧ΔＰとの間の関係が、これらの特性値を用いて確定されている。

補正過程は、特に開口変位ｌ及び／又はばね力Ｆ_Feder 及び／又は調整機器の磁気抵抗の考慮の下で実施される。

特に、測定ルーチンの場合、調整機器の個々の磁気的で機械的な特性値ＫＧ_ind が考慮される。これらの特性値ＫＧ_ind は、主にそれぞれの特性曲線の製造に起因したばらつきを示す。調整機器の製造に起因して僅かにばらつくこれらの特性値は、好ましくは特に別の共通の特性値ＫＧ_all によって製品ラインに対して１回確定され、電子制御装置内で連続して記憶することができる。このとき、調整機器の特性曲線及び必要な差圧に依存する調整機器に対する制御電流が、個々の特性値及び共通の特性値から計算され得る。

補正方法の好適な実施形によれば、磁気回路の全磁気抵抗が測定される。一般に、磁気抵抗の代わりに、巻数Ｎのコイルに関係する適切な磁気回路のインダクタンスＬも、等価な物理値として本発明の方法を実施する適切な方法で利用され得ることが成立する。この場合、完全に開かれている及び／又は完全に閉ざされている調整機器の位置にある磁気抵抗が特に算定される。特に好ましくは、補正の場合、最大タペット行程及び／又はばね力が算定される。

特に調整機器は、１つ又は多数の追加の測定要素、特に測定コイルを有する。これらの測定コイルは、制御コイルに電気的に無関係に切り替えられ得る。しかし好適な実施形によれば、測定コイルを制御コイルに直列に切り替えることが可能である。これによって、３本の制御線を外側に向かって敷設するだけで済むという利点を奏する。

本発明の別の実施形にしたがって調整機器の領域内に配置された測定要素によって、調整機器の内部の物理パラメータを算出すること及びこれらのパラメータを圧力の計算時に考慮することが可能である。

特にセンサ要素としては、コイルのほかに、原理的に全ての磁場感知センサ （例えば、ホールセンサ，ＭＲセンサ）が、有効な磁束の検出に適している場合、これらのセンサが使用され得る。しかしながら、安価な製造の可能性に起因して、コイルの使用が特に好ましい。

収支方程式Ｆ_Feder ＋Ｆ_Hydraulik ＝Ｆ_magnに基づいて特定の差圧時に算出されたいわゆる保持電流が、バルブの開口に対して実際に必要な開口電流にまだ完全に正確に一致しない。何故ならこれらの開口電流は、電流効果によって計算した保持電流より常に若干低いからである。一定の負の電流オフセットＩ_korr ^const が、保持電流特性曲線Ｉ_Halte （ΔＰ）の必要な差圧範囲内で加算されることによって、より正確な開口電流特性曲線Ｉ_Oeffnung（ΔＰ）が好適に算出され得る。補正方法の好適な実施形によれば、それ故にバルブのバルブ開口電流が、保持電流の代わりに基準になる。これに対して、特にバルブ開口電流は、補正項によって補正される。この補正項は、最も簡単な場合は一定の電流オフセットである。このいわゆる開口電流の補正に加えて、もう１つの補正項を設けることが可能であり好ましい。この補正項は、強磁性回路の電流依存する影響を一緒に考慮する。上述したこの磁気的な補正に加えて、熱的な補正を励磁コイルのオーミック抵抗を考慮して実施することがさらに好ましい。

調整機器を制御する励磁コイルは、特にパルス幅変調された電流（ＰＷＭ）を用いて制御される。この場合、コイル抵抗は、特にＰＷＭ制御のデューティーサイクルによって算定される。特に好ましくは、コイル抵抗が、調整機器に固有のパラメータＫＧ_ind の計算時に精度を上げるため一緒に算入される。

本発明によれば、磁束又は磁力を算出するため、調整機器の磁気回路内の誘導電圧に関する積分が算定される。本発明の方法の別の独立した実施形によれば、この積分の測定は、コイルのタップ又は測定コイルのタップで特に簡単に構成されたいわゆる電子矩形回路を用いて実施される。この場合、駆動段によって電気制御可能な誘導性の少なくとも１つの調整機器内の磁束を算出する方法は、電子測定装置を用いてこの調整機器の励磁コイルに誘導された電圧Ｕ_ind を評価又は調整することによって実施される。この場合、コイルに印加される電圧は、測定装置又は誘導性の調整機器の電子制御部又はアクチュエータの構成要素によってほぼ一定な値に能動的に保持され、時間ｔ₁ が算定される。投入又は遮断時に誘導性の構成要素及び測定装置を流れる電流が、この時間ｔ₁ 内に電圧を誘導する。

その他の好適な実施形は、従属請求項及び図に基づく実施の形態の以下の説明に記載されている。

図１中では、図示しなかった電磁配置のバルブタペット１が矢印７の方向に同軸に移動する。その結果、タペット面５が、バルブシート３内に密閉するように挿入される。ばね２の力が、矢印８（Ｆ_Feder ）の方向にバルブタペット１に作用する。このばね２は、バルブシート３上に取り付けられている。電磁配置は、力成分Ｆ_magnを矢印９の方向に生成する。ｐ₃ で示されている圧力が、ホイールブレーキシリンダに至るブレーキ回路の領域内で支配する。圧力ｐ₁ が、ブレーキ装置の図示しなかった圧力を発生するマスタシリンダ内で発生する。矢印１０は、タペット１に作用する油圧力Ｆ_p の力方向を示す。

図１は、油圧力の評価時に評価される制御変数を説明するために使用される。バルブタペットとして作用する力としては、一方では流体力Ｆ_Str を挙げることができる。この流体力Ｆ_Str は、最も狭い横断面Ａ₂ 及びそこで発生する負圧ｐ₂ に起因して発生する。このことは、バルブをＦ_straxial方向に締めることを招く。他方では圧力Ｆ_p を挙げることができる。この圧力Ｆ_p は、タペットに向かう流体の圧力によって発生する。（ｐ₁ ≧ｐ₃ が成立する場合、）このことはバルブを開くことを招く。流体力に対しては、ベルヌーイの方程式から導かれた一般式が立てられる：

この場合、Ｑは体積流量である。Ａ₂ は最も狭い横断面内の貫流面である。α_D は排水係数である。Δｐ＝ｐ₁ −ｐ₃ は差圧である。ρはブレーキ液の密度である。

この場合、簡単のため、排水係数α_D ≒［0.58… 0.7］は、開口行程ｘに対して相対的に一定である。

流体力の非定常な部分を無視した場合、この流体力は：

と与えられる。

この場合、ｖ₂ は最も狭い箇所の流速である。さらにＱ＝Ａ₂ ｖ₂ が成立する。ここから、流体力

が得られる。

この力の軸線方向の成分だけが、タペットに作用する。軸線方向に作用するこの流体力は、バルブの軸線と最も狭い横断面の領域内の流れとが成す角度εによって示すことができる：

最も狭い箇所のいわゆる行程絞り(Hub-Blende)の面積は、図３中にモデルで示されているように真っ直ぐな円錐台の外側面によって正確に算定することができる。この場合、以下の関係が成立する：

この場合、ｌ＝ｘsin εである。

開かれたバルブを通じて流れる流体が原因で、追加の圧力Ｆ_p が発生する。この圧力Ｆ_p は、Ｐ₃ ＜Ｐ₁ の場合は流体力Ｆ_Str の逆方向に作用するものの、Ｐ₃ ＞Ｐ₁ の場合は同じ方向に作用する。

この圧力は、差圧に比例する：

補正係数α_korr≦１は、タペットの縁部に向かって低下することを示す。

ばね力は、式

によって記すことができる。

タペットの移動に対する以下の微分方程式が、上述したタペットの力の平衡から得られる。

図２は、本発明のタペット行程制御に対する可能な回路配置を示す。Ｘ_sollは、タペットの位置に対する目標値を示す。この開始値Ｘ_sollは、制御装置の記憶装置内に記憶された特性値によって確定されている。タペットの行程ｘが、この制御装置１２によって一定に保持される。したがって、加速度は零である。この微分方程式は、磁力にしたがって解かれ得る。これらの個々の力が：

に適切に代入される。

この方程式は、定数ａ及びｂを使用してより簡単に表現することもできる。

この場合、定数ａ及びｂは、結合構造，ばね定数及び一定に制御されるタペットの位置だけに依存する。

磁束(magnetische Fluss) が、磁束に対する磁力の関係から示すことができる：

以下で説明する別の計算方法に応じて、圧力の算定時の精度がさらに向上され得る。

したがって、バルブを通じた差圧が、誘導電圧の積分による磁束のさらに以下で説明する測定を用いて定性的に算定できる。

さらに補足すると、正確な定性的な関係を計算するためには、以下で説明する制御変数をさらに考慮することが好ましいと考えられる：
−図１中に示された横断面Ａ₁ は、第１の流れ絞りと解すことができる。その結果、このモデルは、２つの絞りから構成された直列回路として説明することが可能である。このとき、平均化された貫流が、このモデルから計算され得る。
−上述した第１の絞りＡ₁ の圧力低下は、圧力低下に対する補正項の計算時に考慮され得る。

本発明のさらなる説明に対しては、以下の数学的関係を挙げることが重要である：
磁力は、

から得られる。

この場合、μ₀ は、透磁率（空気）である。Ａ_Anker は、アンカー面(Ankerflache) である。Φは、磁束である。

磁束は、式

にしたがって算出される。

この場合、Ｉは、コイル電流である。Ｎは、バルブコイルの巻数である。Ｒ_m ^gesamtは、バルブ内の磁気回路の全磁気抵抗である。

さらに：

が成立する。

図４は、自動車ブレーキ用の電気油圧式制御装置を概略的に示す。この制御装置は、マイクロコントローラシステムとこのマイクロコントローラシステムに接続されているバルブブロック１４（ＨＣＵ）とを有する制御装置ハウジング１３（ＥＣＵ）から構成される。制御装置の構造の場合、励磁コイル１５が、バルブドーム１６によって押される。これらのバルブドーム１６は、図１との関係で示されているバルブを有する。この制御装置は、さらに制御回路を有する。個々の励磁コイルの電流Ｉが、この制御回路によって各バルブに対して個別にパルス幅変調されて調整され制御され得る。これに対して制御装置１３は、各バルブに対して個別に制御可能なＰＷＭドライバー段を有する。図示しなかった測定装置が、励磁コイルのクランプ１７に対して設けられている。誘導電圧Ｕ_ind （ｔ）が、これらの測定装置によって測定され得る。

バルブコイル１５内の磁束Φが、励磁コイルＩの遮断時に変化する。この変化は、コイルの誘導電圧Ｕ_ind の変化によって測定され得る。これに対して、コイルの誘導電圧Ｕ_ind の変化に関する時間積分が、図示しなかった測定装置内で生成され、制御装置１３のマイクロコントローラに供給される。この信号は、バルブコイルによって引き起こされる磁束Φに比例する。上述した式にしたがう圧力が、この磁束Φから測定できる。

上述した構成は、無通電で開くバルブに関する。同様に説明した方法は、無通電に閉じるバルブに対しても使用できる。

圧力制御弁の油圧要素の概略図である。 一定なタペット位置を制御する制御回路の原理図である。 バルブの最も狭い箇所の基本幾何形状を説明する概略図である。 車両ブレーキ装置の概略図である。

符号の説明

１ バルブタペット
２ ばね
３ バルブシート
４ 調整機器
５ タペット面
７ 矢印
８ 矢印
９ 矢印
１０ 矢印
１２ 制御装置
１３ 制御装置ハウジング
１４ バルブブロック
１５ 励磁コイル
１６ バルブドーム
１７ クランプ

Claims (10)

1. 流体の圧力又は調整機器に存在する差圧を測定する方法において、電磁式に制御可能な調整機器（４）が、圧力測定に対して利用され、この調整機器は、
   −電磁的な配置を有し、この配置の場合、機械的な操作要素が、励磁コイルを制御することによって移動可能であり、及び
   −調整機器を開き閉めるバルブ操作装置を有し、
   この場合、操作要素が、このバルブ操作装置（１）に調整機器を開き及び／又は閉める機械的な力を及ぼし、
   そしてこの場合、このバルブ操作装置又は磁力が、電気制御回路によって制御され、バルブ操作装置に作用する油圧力が、この電気制御装置内で操作要素に作用する磁力を測定することによって特に電気的に測定され、流体管内の圧力及び／又は調整機器内に存在する差圧が、この油圧力から算定されることを特徴とする方法。
2. 調整機器は、油圧式ブレーキ制御装置内に組み込まれていて、この要素のセンサ要素としての機能に加えて、同時にアクチュエータ要素としての圧力制御に対して利用されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 励磁されていない励磁コイルで閉鎖要素を開くか又は閉める戻り要素（２）及びバルブシート（３）が存在し、調整機器を開くか又は閉める閉鎖要素が、このバルブシート（３）内に係入する請求項１又は２に記載の方法。
4. バルブ操作装置を位置決めする電流を算出するため、予め算定した個々の特性値，特性曲線又は特性マッピングが使用され、この場合、これらの個々の特性値，特性曲線又は特性マッピングは、特に調整機器を圧力の弱い状態で測定する補正ルーチンによって算定されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 調整機器に固有の特性値，特性曲線又は特性マッピングを計算するため、開口変位ｌ及び／又はばね力Ｆ_Feder 及び／又は調整機器の磁気抵抗が算定されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 補正ルーチンが実行され、この補正ルーチンの場合、１つの測定ルーチンを算出する調整機器に固有の特性値ＫＧ_ind に加えて、構造に固有の共通の特性値ＫＧ_all も使用されることを特徴とする請求項４又は５に記載の方法。
7. 調整機器の完全に開かれている位置及び／又は完全に閉じられている位置のタペット力及び／又は磁気抵抗Ｒ_M が、補正ルーチンで算定されることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の方法。
8. 磁力が、磁束から算定されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
9. 励磁コイルで電流の変化の結果として誘導された電圧が、測定され特に積分される請求項４〜８のいずれか１項に記載の方法。
10. 圧力を制御する少なくとも１つの調整機器を有する電気油圧式圧力制御装置において、圧力制御に対して設けられている調整機器が、圧力を測定するために使用され、この場合、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法が、特にこの圧力制御装置内で実施されることを特徴とする電気油圧式圧力制御装置。

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