JP5918357B2 - 電動真空ポンプのための制御装置および電動真空ポンプを制御するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、特にブレーキブースタを備える自動車における、電動真空ポンプのための制御装置および電動真空ポンプを制御するための方法に関する。

電動真空ポンプは、自動車においてブレーキブースタの真空チャンバ内で負圧（低圧、真空）を発生するために使用される。この場合、電動真空ポンプは単一の真空源として、または他の真空源、例えば、内燃機関または機械式真空ポンプに対して付加的に使用することができる。

一般に、電動真空ポンプの制御は、ブレーキブースタの真空チャンバ内で測定された負圧もしくはブレーキブースタ内の差圧を制御変数として行われる。差圧が所定の下限閾値を下回った場合、すなわち、ブレーキブースタの真空チャンバ内の負圧が小さすぎる場合には電動真空ポンプがスイッチオンされ、再びより大きい差圧が形成される。所定の上限閾値を超えた場合、すなわち、ブレーキブースタの真空チャンバ内の負圧がブレーキブースタを正常に作動するために十分な変数を再びとった場合には、電動真空ポンプは再びスイッチオフされる。

電動真空ポンプは、熱的な負荷耐性に関して様々に設計されている。電動真空ポンプが作動された場合には、電動真空ポンプの作動温度は作動時間に伴い上昇する。電動真空ポンプの作動温度が所定の臨界温度を超えた場合には、熱的な過負荷、ひいては電動真空ポンプの故障が生じることもある。それ故、電動ポンプは一般に連続的に作動することはできず、作動時間と非作動時間との所定の比率を保持する必要がある。

米国特許出願公開第２００６／０１５８０２８号明細書は、ブレーキブースタの電動真空ポンプの制御方法を記載している。電動真空ポンプを保護するために車両の最低速度が決定され、この最低速度未満の場合には電動真空ポンプのスイッチオンが防止される。

米国特許出願公開第２００６／０１５８０２８号明細書

本発明は、電動真空ポンプの臨界温度に到達しないか、または稀にしか到達しないように電動真空ポンプの制御を設計し、危険な走行状態で電動真空ポンプが強制的にスイッチオフされないようにするという思想に基づいている。先行する所定期間に蓄積された電動真空ポンプの作動時間が長い程、制御変数の上限閾値はそれだけわずかに調節され、これにより、短時間内に電動真空ポンプに高い要求が課されることが防止される。それ故、電動真空ポンプの制御が適応的に行われ、一時的に蓄積された電動真空ポンプの作動時間を危険ではない範囲で動的に制御することができる。

したがって、本発明は、一実施形態にしたがって、電動真空ポンプの作動時間または温度に依存する電動真空ポンプの作動パラメータおよび電動真空ポンプのための制御変数を検出するように構成された決定装置と、制御変数と少なくとも１つの目標値との比較に基づいて電動真空ポンプをスイッチオンまたはスイッチオフするように構成された切換装置と、作動パラメータに基づいて制御変数の少なくとも１つの目標値を変更するように構成された調整装置とを備える電動真空ポンプのための制御装置を提供する。

さらに本発明は、一実施形態にしたがって、自動車におけるブレーキブースタのために負圧を発生するように構成された電動真空ポンプと、電動真空ポンプを制御するように構成された本発明による制御装置とを備えるシステムを提供する。

本発明は、さらに一実施形態にしたがって、電動真空ポンプの作動時間または温度に依存する電動真空ポンプの作動パラメータを検出するステップと、電動真空ポンプのための制御変数を検出するステップと、作動パラメータに基づいて制御変数の少なくとも１つの目標値を変更するステップと、制御信号を発生するために制御変数と少なくとも１つの目標値とを比較するステップと、制御信号に基づいて電動真空ポンプの作動状態を変更するテップとを備える電動真空ポンプを制御するための方法を提供する。

発明の利点
有利な一実施形態では、制御装置は、電動真空ポンプの総作動時間の割合に依存して作動パラメータを検出し、決定装置に供給するように構成された作動時間カウンタを含む。これにより、電動真空ポンプの相対的な作動時間を決定することができる。

好ましくは、作動時間カウンタは、切換装置が電動真空ポンプをスイッチオン状態に保持している場合に一様な時間間隔をおいて作動パラメータを増大し、切換装置が電動真空ポンプをスイッチオフ状態に保持している場合に一様な時間間隔をおいて作動パラメータを低減するように構成されている。これにより、電動真空ポンプの作動時間を簡単に蓄積された値として得ることができる。

有利には、制御変数は、電動真空ポンプによって発生された負圧であってもよく、少なくとも１つの目標値は上限閾値を含み、切換装置は、負圧が上限閾値を超えた場合には電動真空ポンプをスイッチオフするように構成されている。このように、電動真空ポンプの過負荷の恐れがある場合には電動真空ポンプの一時的な早期スイッチオフを行うことができる。これにより、特に自動車の実際の走行時に電動真空ポンプを強制的にスイッチオフしなければならないという可能性が減じられる。

本発明による方法の好ましい一実施形態では、作動パラメータがパラメータ閾値を超えた場合には少なくとも１つの目標値を所定量だけ低減することができる。これにより、１つ以上の個別の目標値段階で簡単な閾値調整を行うことができる。

代替的な実施形態では、作動パラメータの増大に伴い少なくとも１つの目標値を連続的に低減することができる。これにより、スイッチオフ閾値の一様な低減および微調節可能な閾値調整を行うことができる。

本発明による方法の有利な一実施形態では、作動パラメータの検出は電動真空ポンプの作動パラメータの検出を含む。このことは、電動真空ポンプの作動温度と作動時間との依存性を示す温度モデルを使用できるという利点を有する。

好ましい実施形態がそれぞれの従属請求項の対象である。

上記構成および変化態様は、有意義に任意に互いに組み合わせることができる。本発明の他の可能な構成、変化態様、および実施形態は、これまでに説明した本発明の特徴または以下に実施例に関して説明する本発明の特徴の組合せ（明示されていない場合であっても）を含む。

本発明の実施形態のさらなる特徴および利点が添付の図面を参照した以下の説明により明らかである。

本発明の一実施形態による自動車における電動真空ポンプを備えるシステムの概略図である。 本発明の別の実施形態による電動真空ポンプを制御するための方法の概略図である。 本発明の別の実施形態による電動真空ポンプの制御に関する特性線図を示す概略図である。 本発明の別の実施形態による電動真空ポンプの制御に関する特性線図を示す概略図である。 本発明の別の実施形態による電動真空ポンプの制御時の電動真空ポンプの差圧および作動時間の経時変化を示す線図である。

図面では、等しいまたは機能が等しい部材、特徴および構成要素には、特に説明しない限りはそれぞれ同じ符号を付す。当然ながら、構成要素および部材は、明瞭さおよびわかりやすさを理由として、図面には必ずしも互いに縮尺にしたがって再現されていない。

本発明の他の特徴および利点が、添付の図面を参照した以下の説明から明らかである。

図１は、自動車における電動真空ポンプ１３を備えるシステム１０の概略図を示す。システム１０は、制御装置（開ループ制御装置）１２、制御装置１２によって制御される電動真空ポンプ１３、ブレーキブースタ１４、および任意に他の真空源１５を備える。この他の真空源１５は、例えば、自動車の内燃機関または機械式真空ポンプであってもよい。電動真空ポンプ１３、および必要に応じて他の真空源１５は、ブレーキブースタ１４の真空チャンバ内で負圧を発生するように設計されている。

この場合、制御装置１２および電動真空ポンプ１３は共通のシステム装置１１内に含まれていてもよい。制御装置１２が電動真空ポンプ１３の電子装置に組み込まれていることも可能である。代替的には、制御装置１２は、自動車のモータ制御器またはそのほかの制御器内で実施されていてもよい。制御装置１２は、決定装置１２ａ、切換装置１２ｄ、および調整装置（閉ループ制御装置）１２ｃを備えていてもよい。さらに制御装置１２は経過時間カウンタ１２ｂを含んでいてもよい。

切換装置１２ｄは、制御変数と１つ以上の目標値との比較に依存して電動真空ポンプ１３をスイッチオンまたはスイッチオフするように設計されている。例えば、切換装置１２ｄは、ブレーキブースタ１４の真空チャンバ内の負圧もしくは差圧が下限閾値未満に低下した場合に電動真空ポンプ１３をスイッチオンすることができる。この場合、電動真空ポンプ１３は起動状態に移行され、これによりブレーキブースタ１４の負圧が増大される。電動真空ポンプ１３によって発生された負圧もしくは差圧が十分に大きい場合、すなわち、負圧が上限閾値を超えた場合、切換装置１２ｄは電動真空ポンプ１３を再びスイッチオフする。この場合、目標値は、下限閾値および上限閾値を含んでいてもよい。

決定装置１２ａは、電動真空ポンプ１３の制御変数、例えば、ブレーキブースタ１４の真空チャンバ内の負圧もしくは差圧を検出するように設計されている。

さらに決定装置１２ａは、電動真空ポンプ１３の作動時間または温度に依存する電動真空ポンプ１３の作動パラメータを検出するように設計されている。作動パラメータは、例えば、経過時間カウンタ１２ｂのカウンタ値であってもよい。このために、切換装置１２ｄが電動真空ポンプ１３をスイッチオン状態に保持している場合に経過時間カウンタ１２ｂのカウンタ値を一様な時間間隔をおいて増大させてもよい。同様に、切換装置１２ｄが電動真空ポンプ１３をスイッチオフ状態に保持している場合に経過時間カウンタ１２ｂのカウンタ値を一様な時間間隔をおいて低減してもよい。このように、蓄積された作動パラメータを電動真空ポンプ１３の作動時間の基準としてもよい。特に、作動パラメータは、電動真空ポンプ１３が過去の所定時間にわたって起動状態にあった割合を百分率で示すことができる。換言すれば、作動パラメータは、電動真空ポンプ１３の負荷がどの程度の高さであったかについての情報を与えることができる。作動パラメータが高い程、それだけ蓄積された電動真空ポンプ１３の作動時間は長くなる。

代替的には、作動パラメータが、電動真空ポンプ１３の作動パラメータを示す値であることも可能である。例えば、電動真空ポンプ１３の温度モデルに関する作動パラメータを推定することもできる。特に、例えば、システム全体をスイッチオンした後に経過時間カウンタ１２ｂがまだ極めて小さい値を示しているが、作動温度が外部の影響により既に高い初期値を示している場合には、経過時間カウンタの状態ではなく、作動温度を作動パラメータとして用いた方が有利な場合もある。

調整装置１２ｃは、作動パラメータに依存して制御変数の１つ以上の目標値を変更するように設計されている。例えば、調整装置１２ｃは、現時点における蓄積された電動真空ポンプ１３の作動時間がどの程度の高さであるかに応じて、負圧の上限閾値を増減させることができる。調整装置１２ｃは、同様に、現時点における蓄積された電動真空ポンプ１３の作動時間がどの程度の高さであるかに応じて、負圧の下限閾値を増減させることもできる。

図２は、電動真空ポンプ、特に図１の電動真空ポンプ１３を制御するための方法２０の概略図を示す。この場合、方法２０は、例えば図１の制御装置１２によって実施することができる。

第１ステップ２１では、電動真空ポンプの作動時間に依存する電動真空ポンプの作動パラメータの検出、および電動真空ポンプのための制御変数の検出が行われる。第２ステップ２２では、作動パラメータに依存して制御変数の少なくとも１つの目標値の変更が行われる。第３ステップ２３では、制御信号を発生するために制御変数と少なくとも１つの目標値との比較が行われる。第４ステップ２４では、制御信号に依存して電動真空ポンプの作動状態の変更が行われる。

図３ａ、図３ｂ、および図４を参照して、図２の方法の例示的な実施形態を以下に詳細に説明する。この例示的な実施形態では、少なくとも１つの目標値の変更は、負圧の上限閾値ｐＴの増減によって行われる。しかしながら、少なくとも１つの目標値の変更は、負圧の下限閾値の増減を含んでいてもよいことは自明である。

図４は、電動真空ポンプが制御された場合の電動真空ポンプの差圧および作動時間の経時変化の線図を示す。第１の線図４０では、電動真空ポンプ１３によって発生された負圧もしくは差圧ｐの経時変化が、ブレーキブースタ１４で検出された制御変数として示される。線図４０と同じ経時変化を横座標で示す第２の線図４１には、電動真空ポンプ１３のための切換装置１２ｄの制御信号が示される。この場合、論理値０の制御信号は、電動真空ポンプ１３を停止状態、すなわち、スイッチオフされた作動状態に保持し、論理値１の制御信号は電動真空ポンプ１３を起動状態、すなわち、スイッチオンされた作動状態に保持する。線図４０と同じ経時変化を横座標で示す第３の線図４２には、作動パラメータｘ、特に経過時間カウンタ１２ｂのカウンタ値の経時変化が示される。この場合、作動パラメータの実際値は、任意に決定され比較目的でのみ規定された数値であってもよい。特に作動パラメータは、増分的な間隔をおいた個々の値、例えば、整数または自然数であってもよい。個々の値は、明瞭さおよびわかりやすさを理由として、図４には示されていない。

図４は、電動真空ポンプ１３が繰り返しスイッチオンされ、再びスイッチオフされる例示的なシミュレーションを示す。まず、電動真空ポンプ１３が切換装置１２ｄによってスイッチオンされる。次いで電動真空ポンプ１３が起動状態となった場合に、電動真空ポンプ１３の排出操作により負圧ｐが上昇する。負圧ｐが閾値ｐＴに達した場合には、電動真空ポンプ１３をスイッチオフするために切換装置１２ｄが制御信号を線図４１において論理値０に設定することができる。電動真空ポンプ１３の排出操作がもはや行われていない場合には、負圧ｐはもはや上昇しない。例えば、負圧ｐは上限閾値ｐＴのレベルで一定不変に保持することができる。負圧ｐが再び減少することも可能である。

電動真空ポンプ１３がスイッチオンされている場合、作動パラメータｘは（例えば）値０から０よりも大きい値に上昇されている。例えば、制御信号が線図４１において論理値１の値をとっている場合には、周期的な時間間隔をおいて所定量だけ経過時間カウンタによって作動パラメータｘを増大することができる。これにより、一定不変の勾配による作動パラメータｘの値の上昇が得られる。切換装置１２ｄが電動真空ポンプ１３を再びスイッチオフした場合にはすぐに、周期的な時間間隔をおいて所定量だけ作動パラメータを再び減少させることができる。これにより、一定不変の勾配による作動パラメータｘの値の降下が得られる。このようにして、作動パラメータｘは電動真空ポンプ１３の蓄積された作動時間の割合を再現する。

線図４０にシミュレーションにより示すように、負圧ｐが下限閾値未満に低下した場合には、切換装置１２ｄは電動真空ポンプ１３を再び起動状態に移行するように設計されていてもよい。この場合、作動パラメータｘの値を再び増大させることができる。下限閾値は、本実施例では電動真空ポンプ１３の作動時間にわたって一定不変なものとして示された。しかしながら、下限閾値を動的変数として構成すること、すなわち、以下に説明するパラメータ閾値に依存して下限閾値を変更することも同様に可能である。

電動真空ポンプ１３がスイッチオン状態である場合には、線図４２の時点ｔ１に示唆するように、作動パラメータｘの値が第１パラメータ閾値ｘ１を超えて上昇するということが起こり得る。この場合、調整装置１２ｃは、上限閾値ｐＴを変更、例えば低減するように設計されていてもよい。このために、調整装置１２ｃは、作動パラメータｘの値と上限閾値ｐＴの変化との間の比率を示す特性線を用いてもよい。

例示的な特性線が、図３ａおよび図３ｂの線図に示されている。図３ａでは特性線３０ａはステップ関数である。作動パラメータｘの値が第１パラメータ閾値ｘ１未満である場合には、調整装置１２ｃは上限閾値ｐＴを変化量Δ＝０だけ調整するように設計されている。すなわち、上限閾値ｐＴは所定値に保持される。しかしながら、作動パラメータｘの値が第１パラメータ閾値ｘ１を超えているが、第２パラメータ閾値ｘ２未満である場合には、調整装置１２ｃは上限閾値ｐＴを変化量Δ＝Δ１だけ調節するように設計されている。さらに作動パラメータｘの値が第２パラメータ閾値ｘ２を超えた場合には、調整装置１２ｃは上限閾値ｐＴを変化量Δ＝Δ２だけ調整するように設計されている。

図４の例示的な経時変化では、調整装置１２ｃは、例えば上限閾値ｐＴを時点ｔ１から量Δ１だけ低減するように設計されている。これは、線図４０に低減された閾値ｐＴ−Δ１によって示唆されている。電動真空ポンプ１３の排出操作によって負圧ｐが上昇した場合には、切換装置１２ｄは時点ｔ１から、変更された、すなわち、低減された上限閾値と制御変数ｐとを比較するように設計されている。負圧ｐが、上限閾値ｐＴ−Δ１に達した場合には、切換装置１２ｄは電動真空ポンプ１３を再びスイッチオフするように設計されている。

再び下限閾値を下回った場合には、切換装置１２ｄは電動真空ポンプを再びスイッチオンする。時点ｔ１に関して説明したように、作動パラメータｘが時点ｔ２で第２パラメータ閾値ｘ２を超えて上昇した場合には、調整装置１２ｃは上限閾値ｐＴ−Δ１を再びｐＴ−Δ２に低減する。

このようにして、上限閾値ｐＴが電動真空ポンプ１３の作動時間に応じて動的に調整され、電動真空ポンプ１３の要求が高い場合にはスイッチオン時間が短縮される。これに応じて、調整装置１２ｃは、図４の時点ｔ４に例示的に示されているように、電動真空ポンプ１３の負荷がより小さい場合に作動パラメータｘがパラメータ閾値未満に低下した場合には上限閾値ｐＴを再び上昇させることができる。

図３ｂには、調整装置１２ｃのための代替的な特性線３０ｂが示されている。特性線３０ｂは、パラメータ閾値ｘ３、ｘ４、ｘ５およびｘ６の間の補間された部分から構成され、作動パラメータｘが変化した場合には、上限閾値ｐＴの連続的な調整が行われる。この場合、図３ａおよび図３ｂに示された特性線は例示的なものにすぎず、パラメータ閾値の数、特性線の勾配、および変化量Δの値は他の値をとってもよいことは明らかである。

図３ａもしくは図３ｂに示すような適宜な特性線を下限閾値についてもあてはめることができる。この場合、下限閾値のための特性線は、例えば、上限閾値のための特性線と同等であてもよい。

Claims (11)

1. 電動真空ポンプ（１３）のための制御装置（１２）において、
   前記電動真空ポンプ（１３）の作動時間に依存する前記電動真空ポンプ（１３）の作動パラメータ（ｘ）および前記電動真空ポンプ（１３）のための制御変数（ｐ）を決定するように構成された決定装置（１２ａ）と；
   前記制御変数（ｐ）と少なくとも１つの目標値（ｐＴ）との比較に基づいて前記電動真空ポンプ（１３）をスイッチオンまたはスイッチオフするように構成された切換装置（１２ｄ）と；
   前記作動パラメータに基づいて前記制御変数（ｐ）の少なくとも１つの目標値（ｐＴ）を変更するように構成された調整装置（１２ｃ）と
   を備え、
   前記作動パラメータ（ｘ）は、前記電動真空ポンプ（１３）のスイッチオン状態において増加し、前記電動真空ポンプ（１３）のスイッチオフ状態において減少するように構成される、電動真空ポンプ（１３）のための制御装置（１２）。
2. 請求項１に記載の制御装置（１２）において、
   前記電動真空ポンプ（１３）の総作動時間の割合に依存する前記作動パラメータ（ｘ）を決定し、前記決定装置（１２ａ）に供給するように構成された作動時間カウンタ（１２ｂ）を備える制御装置（１２）。
3. 請求項２に記載の制御装置（１２）において、
   前記作動時間カウンタ（１２ｂ）が、前記切換装置（１２ｄ）が前記電動真空ポンプ（１３）をスイッチオン状態に保持している場合に前記作動パラメータ（ｘ）を増大し、前記切換装置（１２ｄ）が前記電動真空ポンプ（１３）をスイッチオフ状態に保持している場合に前記作動パラメータ（ｘ）を低減するように構成されている制御装置（１２）。
4. 請求項３に記載の制御装置（１２）において、
   前記作動時間カウンタ（１２ｂ）が、前記切換装置（１２ｄ）が前記電動真空ポンプ（１３）をスイッチオン状態に保持している場合に一様な時間間隔をおいて前記作動パラメータ（ｘ）を増大し、前記切換装置（１２ｄ）が前記電動真空ポンプ（１３）をスイッチオフ状態に保持している場合に一様な時間間隔をおいて前記作動パラメータ（ｘ）を低減するように構成されている制御装置（１２）。
5. 請求項１から４までのいずれか一項に記載の制御装置（１２）において、
   前記制御変数（ｐ）が、前記電動真空ポンプ（１３）によって発生された負圧であり、少なくとも１つの目標値（ｐＴ）が上限閾値を含み、前記切換装置（１２ｄ）が、負圧が前記上限閾値を超えた場合に前記電動真空ポンプ（１３）をスイッチオフするように構成されている制御装置（１２）。
6. 自動車におけるブレーキブースタ（１４）のための負圧を発生するように構成された電動真空ポンプ（１３）と；
   該電動真空ポンプ（１３）を制御するように構成された請求項１から５までのいずれか一項に記載の制御装置（１２）と
   を備えるシステム（１１）。
7. 電動真空ポンプ（１３）を制御するための方法（２０）において、
   前記電動真空ポンプ（１３）の作動時間に依存する前記電動真空ポンプ（１３）の作動パラメータ（ｘ）を決定するステップと；
   前記電動真空ポンプ（１３）の制御変数（ｐ）を検出するステップと；
   前記作動パラメータ（ｘ）に基づいて前記制御変数（ｐ）の少なくとも１つの目標値（ｐＴ）を変更するステップと；
   制御信号を発生するために前記制御変数（ｐ）を少なくとも１つの目標値（ｐＴ）と比較するステップと；
   前記制御信号に基づいて前記電動真空ポンプ（１３）の作動状態を変更するステップとを備え、
   前記作動パラメータ（ｘ）は、前記電動真空ポンプ（１３）のスイッチオン状態において増加し、前記電動真空ポンプ（１３）のスイッチオフ状態において減少するように構成される、電動真空ポンプ（１３）を制御するための方法（２０）。
8. 請求項７に記載の方法（２０）において、
   前記作動パラメータ（ｘ）がパラメータ閾値（ｘ１；ｘ２）を超えた場合に、少なくとも１つの前記目標値（ｐＴ）を所定量（Δ）だけ低減する方法（２０）。
9. 請求項７に記載の方法（２０）において、
   前記作動パラメータ（ｘ）の増大に伴い少なくとも１つの前記目標値（ｐＴ）を連続的に低減する方法（２０）。
10. 請求項７から９までにいずれか一項に記載の方法（２０）において、
    前記制御変数（ｐ）が、前記電動真空ポンプ（１３）によって発生された負圧であり、少なくとも１つの前記目標値（ｐＴ）が上限閾値を含み、前記作動状態を変更するステップが、負圧が前記上限閾値を超えた場合に前記電動真空ポンプ（１３）をスイッチオフすることを含む方法（２０）。
11. 請求項７から１０までのいずれか一項に記載の方法（２０）において、
    前記電動真空ポンプ（１３）をスイッチオン状態に保持している場合に一様な時間間隔をおいて前記作動パラメータ（ｘ）が増大し、前記電動真空ポンプ（１３）をスイッチオフ状態に保持している場合に一様な時間間隔をおいて前記作動パラメータ（ｘ）が低減する、方法。

Images