JP2015503715A - ピストン蓄圧器内部のピストンの位置を誘導センサを使って特定する方法ならびに好適設計のピストン蓄圧器 - Google Patents

Abstract

【課題】ここで述べるのは、ピストン蓄圧器（１）、ならびに、このピストン蓄圧器（１）のハウジング（３）の内部を移動できるピストン（５）の位置を特定する方法である。【解決手段】ここで、ハウジング（３）の外被面（２１）の外側に１つ又は複数の誘導センサ（１５）が配置されており、ハウジング（３）内部のピストン（５）の運動を電磁誘導に基づき検出できるように設計されている。こうして、技術的に簡単に実現できる非接触の形でピストン（５）の現実位置を特定することができ、この方法を例えばピストン蓄圧器（１）のチャージ状態の精査に利用することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、ピストン蓄圧器内部のピストンの位置を特定する方法に関する。更に本発明は、好適設計のピストン蓄圧器に関する。本発明は更に、ピストン蓄圧器のチャージ状態についての情報を精査する方法、ならびに、ピストン蓄圧器を監視するモニタに関する。

ピストン蓄圧器は、圧力下の気体の圧縮によりフルードを蓄積する仕方でエネルギーを蓄積するために使用される。例えば、液圧式ハイブリッド車の場合、ピストン蓄圧器は、例えば車輪制動時に生じさせられるエネルギーを蓄積し、これを例えば後続の車両加速時に再び役立てるために使用される。

ピストン蓄圧器では、例えば円筒形のハウジングの中に、その内部を移動できるピストンがピストン蓄圧器の２つの体積部を分かつ分離エレメントとして設けられていてよい。体積部の一方に圧縮性フルードを導き入れることができる。他方の体積部には非圧縮性フルードを導き入れることができる。特に非圧縮性フルードは、圧縮性の気体の圧縮によりエネルギーを機械的に蓄積したり再び解放したりするために、好適な弁システムを通して対応する体積部に導き入れたり再びそこから導き出したりすることができる。

特許文献１が１つの従来型ピストン蓄圧器について述べている。

ピストン蓄圧器のチャージ状態（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ， ＳＯＣ）を特定できるようにするため、すなわち、どれだけの量のエネルギーが現実にピストン蓄圧器の中に蓄積されているか特定できるようにするために、内部エネルギー量を決定する測定変数、例えば、ピストン蓄圧器内部を支配する圧力やそこで支配的な温度を測定することができる。このような圧力測定や温度測定が、単純なセンサを使って可能である。

いずれにしても、特にダイナミックな動作条件のもとでは、例えば温度測定の潜在時間のためにチャージ状態特定時に部分的に大きい誤差の生じ得ることが観察された。

あるいは代わりに、ピストン蓄圧器のチャージ状態を、ピストン蓄圧器のハウジング内部のピストンの現実位置に則して検知することができる。ピストンの位置は、従来、例えばスイッチングロッドを使って、ピストン蓄圧器のハウジング内部の蓄圧器の一端及び／又は他端におけるピストン端位置を検知する端位置スイッチにより検知することができる。あるいは代わりに、ハウジング内部のピストンの道程ないしは位置を、例えばピストンロッド、ケーブル測定システム又は超音波道程測定システムを使って検知することができる。

ピストンの現実位置を特定するこの種のシステムは、しかしながら、構造上、製作にかなりの手間を要する。特に、例えば端位置スイッチ又はピストンロッド等のコンポーネントをピストン蓄圧器のヴォリューム内部に一体化させることが必要であり、ここで、そのようなコンポーネントを外部に向けて機械的及び／又は電気的に結合させることが必要であり得る。

独国特許第１０２０１０００１２００Ａ１号公報

ここで提案する、ピストン蓄圧器内部のピストンの位置を特定する方法、ならびに、相応に形作られたピストン蓄圧器は、ピストン蓄圧器内部のピストンの現実位置を高い精度で、しかも、構造上僅かな手間で特定することを可能にする。

また、こうして特定されたピストン蓄圧器内部のピストンの位置に則してピストン蓄圧器のチャージ状態についての情報を検知し、こうして別の方法で得られたこのチャージ状態についての情報を精査することができる。ピストン蓄圧器のチャージ状態監視は、これでより信頼できるものになり得る。

本発明の第１の態様に従い、ピストンがハウジングの内部を移動できる構造のピストン蓄圧器を提案する。ここでは、ハウジングの外被面の外側に、導電性材料及び／又は強磁性材料で形作られたピストンのハウジング内部での運動を電磁誘導に基づき検出できるように設計された少なくとも１つの誘導センサが配置されている。

このようなピストン蓄圧器であれば、ピストン蓄圧器内部のピストンの現実位置を特定する方法が、ハウジング外側に取り付けられた誘導センサを使って実行可能となる。ピストンの位置は、ここで、ハウジング内部を移動するピストンのその運動に基づき変化する電磁誘導から導き出すことができる。

提案したピストン蓄圧器、ないしは、これを使って実行できる、ピストンの現実位置を特定する方法の利点は、測定センサ又は他のコンポーネントをピストン蓄圧器の蓄圧ヴォリューム内部に配置する必要が無いことの中に見ることができる。

ピストンの現実位置を特定するために、１つ以上の誘導センサをピストン蓄圧器のハウジングの外側に配置することができる。この１つ以上の誘導センサを使って、ハウジング内部で変化するピストン位置を検出することができる。１つ以上の誘導センサは、ここで電磁誘導の測定に基づき、ハウジング内部におけるピストンの位置ないしは運動を認識することができる。

誘導センサは、ここで様々な物理的測定原理を採用でき、特に、振動回路ないしはコイルの電磁誘導、減衰又は周波数変化のどれをベースにしてもよい。

例えば、誘導センサは、差動変圧器、誘導形距離センサ、渦流センサ又は誘導形近接スイッチとして形作られていてよい。

誘導センサは、通常、例えば測定コイルの付近で移動する導電性対象物及び／又は強磁性対象物のその運動に基づく磁場の変化を測定する。それゆえ、誘導センサは、誘導法則をベースにする自らの働き方に基づき、ピストンの運動を非接触で、従ってまた、摩耗なしで測定することができる。

ここで提案したピストン蓄圧器に関連付けて言えば、具体的に誘導センサが発出できるのは、例えば、脇を通過するピストンないしはその素材として見込まれた導電性材料の中に渦流を生じさせる電磁場である。ここで、誘導センサの中に設けられた発振器からエネルギーが取り出される。これは、適当なセンサ装置を使って検出され、測定信号に変換できる。誘導センサから送出された測定信号に基づき、最終的に、ピストンがハウジング内部でセンサの脇を通過した時の瞬間位置についての情報を導き出すことができる。

好ましくは、ピストン蓄圧器のハウジングは、少なくともその外被面の部分域が電気絶縁材及び／又は反磁性材料で形作られている。

ハウジング又は少なくともハウジング部分域のためにこのような材料を選択することにより、ハウジング外被面外側に配置された誘導センサがハウジング内部に対して電磁的に遮蔽される事態を回避することができる。

ハウジングが少なくとも、ハウジングの外被面において誘導センサを配置した部分域で、導電性も強磁性さえも持たない材料からなることにより、誘導センサは、ハウジング囲壁を貫通して、ハウジング内部を移動するピストンにより呼び起こされる磁場の変化を検出することができるように作用し得る。

ピストンの瞬間位置を精密に検知するために、ハウジングの外被面に複数の誘導センサが配置されていてよい。ここでハウジングに設けられるセンサの数が多ければ多いほど、ハウジング内部のピストンの現実位置をより精確に検出することができる。

複数の誘導センサは、ピストンの運動方向に平行な直線に沿って配置されていてよい。誘導センサのこのような配置により、誘導センサから検出された測定信号の分析評価が簡単にできることになる。

ピストン蓄圧器内部のピストンの位置を特定する先述の方法は、特定されたピストン位置に基づきピストン蓄圧器のチャージ状態についての情報を精査するために有利に使用できる。このような方法は、ピストン蓄圧器を監視するモニタにおいて実行できる。

例えばピストン蓄圧器の通常動作時、そのチャージ状態は、他の測定変数、例えばピストン蓄圧器に蓄積されたフルードないしは気体の圧力や温度だけを基礎にして特定することができる。このような簡単に検知すべき測定変数に則して、チャージ状態を簡単に、しかもほぼ十分な精度で特定することができる。いずれにしても、或る程度の時間間隔で、又は、例えばピストン蓄圧器の特定の動作条件のもとで、補助的にピストン蓄圧器内部のピストンの現実位置についての情報を検知した上で、実行されたチャージ状態測定を監視し、補正し、又は厳密に示すことが有利であり得る。加えて、誘導センサから提供された、ピストンの現実位置に関するデータを使って、例えば計算モデルを初期化、補正及び／又は監視することができる。こうした補助情報を使って、ピストン蓄圧器のチャージ状態をより厳密に特定したり、他の測定方法で検知されたチャージ状態を再確認したりすることができる。これは、例えばいわゆるＳＯＣスイングをより良く活用し得るようにするために利用できる。すなわち、十分な安全余裕度を確保できるようにするために、チャージプロセスを例えば９０％のチャージ状態ですでに終了させる必要はなく、例えば９８％のチャージ状態まで続けてよい。そうすることにより、ピストン蓄圧器の内在エネルギーをより効率的に活用できることになる。

ここで、本発明の実施形態の実現可能な特徴と利点が、或る部分ではピストン蓄圧器内部のピストンの位置を特定する方法に関して、或る部分ではピストン蓄圧器のチャージ状態についての情報を精査する方法に関して、また、或る部分では相応に形作られたピストン蓄圧器に関して述べられていることを示唆しておく。当業者であれば、本発明の更なる実施形態に到達するために、あるいは相乗効果に到達するために、述べられた特徴を適当な形で互いに組み合わせること、及び／又は、交換することが可能であることに気付くであろう。

以下、本発明の実施形態を添付図面に則して詳細に説明する。説明も図面も、本発明を局限するものでないと解するものとする。

本発明の一実施形態によるピストン蓄圧器の側断面図である。

図は概略図にすぎず、縮尺通りではない。

図１は、本発明の一実施形態によるピストン蓄圧器１を示す。ピストン蓄圧器１は、大部分がガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＫ）又は炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＫ）からなる軽量構造のハウジング３を具備する。このＧＦＫないしはＣＦＫは、実質的に非導電性ガラス繊維と非導電性プラスチックマトリックス（例えば合成樹脂の形の）から構成される。ハウジングは、例えば、直径が例えば１０〜３０ｃｍ、長さが例えば５０〜３００ｃｍの円筒の形状であってよい。

ハウジング３の内部に、例えば金属等の導電性材料、例えばアルミニウムからなるピストン５が配置されている。ピストン５は、ハウジング３内部の２つの体積部７、９の間の分離エレメントとして役立ち、両体積部を互いに封止する。ピストン５は、ここで、ハウジング３の円筒の中心軸に対応する運動方向１９に沿って移動でき、これで、体積部７、９を変えることができる。

第１の体積部７では、例えば弁システム１１を介して非圧縮性フルード、例えば液体、特に油を導き入れたり導き出したりすることができる。他方の体積部９では、弁システム１３を介して圧縮性フルード、例えば気体を導き入れたり導き出したりすることができる。ピストン５は、ここで、体積部７に導き入れられた非圧縮性フルードの量に応じて運動方向２３に沿って移動でき、第２の体積部９の中に入れられた圧縮性フルードにおける圧力の上昇によりエネルギーを蓄積できる。

ピストン蓄圧器１の円筒形ハウジング３の外被面２１に１つ又は複数の誘導センサ１５が配置されている。複数の誘導センサ１５を使用する場合、これらは、ピストン５の運動方向１９に平行の方向において相前後して配置されている。この方向において隣接する誘導センサ１５の相互間隔“ｓ”は、ここで、同方向におけるピストン５の長さ“Ｌ”より小さいか同等か、これより大きくしてよく、これは、例えばピストン位置特定においてどの程度の精確さを目標とするか、また、センサ同士がマイナスの影響を及ぼすのを回避するために、隣接するセンサの間でどの程度の最小間隔を保たなければならないかに応じて決められる。

誘導センサ１５は、それぞれモニタ１７と結合しており、自らの測定信号をこのモニタ１７に伝送することができる。ピストン蓄圧器１の長さ全体にわたって分布した誘導センサ１５を使って、ピストン５の現実位置を個別的に特定することができる。

この情報は、モニタ１７により例えば、物理的測定変数、例えば、ピストン蓄圧器１の内部を支配する圧力やそこで支配的な温度をベースにしてピストン蓄圧器１のチャージ状態を算出する計算モデルを初期化したり、ピストン蓄圧器１の動作中に検定し、修正したりするために利用できる。こうして、特にダイナミックな動作条件のもとで明らかにより高い精度で現実のチャージ状態の算出値が獲得できる。

１ ピストン蓄圧器
３ ハウジング
５ ピストン
７ 第１の体積部
９ 第２の体積部
１１ 弁システム
１３ 弁システム
１５ 誘導センサ
１７ モニタ
１９ ピストン運動方向
２１ ハウジング外被面

複数の誘導センサは、ピストンの運動方向に平行な直線に沿って配置されていてよい。誘導センサのこのような配置により、誘導センサから送出された測定信号の分析評価が簡単にできることになる。

第１の体積部７では、例えば弁システム１１を介して非圧縮性フルード、例えば液体、特に油を導き入れたり導き出したりすることができる。他方の体積部９では、弁システム１３を介して圧縮性フルード、例えば気体を導き入れたり導き出したりすることができる。ピストン５は、ここで、体積部７に導き入れられた非圧縮性フルードの量に応じて運動方向１９に沿って移動でき、第２の体積部９の中に入れられた圧縮性フルードにおける圧力の上昇によりエネルギーを蓄積できる。

Claims (9)

1. ハウジング（３）と、
   このハウジング（３）の内部を移動できるピストン（５）
   を具備するピストン蓄圧器（１）であって、
   前記ピストン蓄圧器（１）が更に少なくとも１つの誘導センサ（１５）を具備し、
   ここで、前記ピストン（５）が導電性材料及び／又は強磁性材料で形作られており、また、
   前記誘導センサ（１５）が前記ハウジング（３）の外被面（２１）の外側に配置されていて、前記ハウジング（３）内部の前記ピストン（５）の運動を電磁誘導に基づき検出できるように設計されていることを特徴とする
   ピストン蓄圧器。
2. 前記ハウジング（３）が少なくとも、その外被面（２１）の部分域において、電気絶縁材及び／又は反磁性材料で形作られている請求項１に記載のピストン蓄圧器。
3. １つ又は複数の誘導センサ（１５）が前記ハウジング（３）の外被面（２１）に配置されている請求項１又は２に記載のピストン蓄圧器。
4. 前記誘導センサ（１５）が前記ピストン（５）の運動方向（１９）に平行な直線に沿って配置されている請求項３に記載のピストン蓄圧器。
5. ピストン蓄圧器（１）、詳記するならば、ハウジング（３）と、このハウジング（５）の内部を移動できるピストン（５）を具備するピストン蓄圧器（１）の内部のピストン（５）の位置を特定する方法であって、
   少なくとも１つの誘導センサ（１５）を使って前記ピストン（５）の位置を特定するステップを有することを特徴とする方法。
6. 前記ピストン（５）の位置を、前記ハウジング（３）の内部を移動する前記ピストン（５）のその運動に基づき変化する電磁誘導から導き出す請求項５に記載の方法。
7. ピストン蓄圧器（１）のチャージ状態についての情報を精査する方法であって、
   請求項５又は６に記載の方法に従って前記ピストン蓄圧器（１）の内部の前記ピストン（５）の位置を特定するステップ、
   及び、
   前記ピストン（５）の特定された位置を考慮した上で前記ピストン蓄圧器（１）のチャージ状態についての情報を精査するステップ
   を有することを特徴とする方法。
8. 前記ピストン蓄圧器内部のフルードの測定された圧力と測定された温度をベースにして前記チャージ状態を検知し、こうして検知されたチャージ状態を、先に特定された前記ピストンの位置を考慮した上で精査する請求項７に記載の方法。
9. ピストン蓄圧器（１）を監視するモニタ（２５）であって、
   前記モニタ（２５）が、請求項５〜８の１項に記載の方法を実行すべく形作られていることを特徴とするモニタ。

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