JPH11503088A - 外部駆動可能な制御されるブレーキブースタおよびその運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 外部駆動可能な制御されるブレーキブースタ（７）を操作する電磁石（１）の温度を監視するために、本発明に従い、数学的モデルに基づいて制御回路（３，５，６，１）の目標値およびまたは実際値を推察することが提案される。

Description

【発明の詳細な説明】 外部駆動可能な制御されるブレーキブースタおよびその運転方法 本発明は、電磁石によって操作可能であり、この電磁石が制御回路内に設けら れ、この制御回路の目標値が上位の制御ユニットによって設定されている、外部 駆動可能な制御されるブレーキブースタと、このブレーキブースタを運転するた めの方法に関する。 このような外部駆動可能な制御されるブレーキブースタは例えばドイツ連邦共 和国特許出願公開第４３２４６８８号公報によって知られている。この場合、電 磁石はブレーキブースタの制御ケーシング内の中央に装着されている。ブレーキ ブースタの外部駆動運転の間、電磁石はほとんど中断されないで電流を供給され る。これは電磁石の加熱につながり、この加熱は所定の臨界的な範囲の上方で小 さな出力となる。これにより、極端な場合には、電磁石の出力がブレーキブース タを操作するのに充分でなくなる。電磁石がブレーキブースタの制御ケーシング の中央個所に設けられているので、電磁石の充分な冷却は不可能であるかあるい は冷却するために多大のコストがかかる。付加的な温度センサを配置することは スペースおよびコスト上の理由からあまり有利ではない。 本発明の課題は、付加的な温度センサを必要とせずに、磁石温度の監視を可能 にする手段を提供することである。 そのために、本発明に従い、制御回路の目標値およびまたは実際値から電磁石 の平均温度に比例する量（媒介変数）を求める手段が設けられている。これは、 特別な温度プローブを必要としないという利点がある。媒介変数は制御過程の間 、制御回路の処理される既存の目標値または実際値に基づいて検出可能である。 媒介変数は特に信号処理ユニット内で推定され、監視ユニットに伝達される。 信号処理ユニットは制御回路の目標値およびまたは実際値に基づいて媒介変数推 定を行う。監視ユニットはエラー機能を上位の機能ユニットに報告する。そして 、この機能ユニットは例えば制御または調整を中断し、警報を発するかあるいは 予め定めた類似の方法で応答する。 更に、入力値およびまたは推定された媒介変数の妥当性がチェックされ、妥当 性があるとき（正であるとき）にのみ媒介変数が更に伝達される。推定された媒 介変数の理論的に可能な所定の範囲の外にあるときあるいは信号処理ユニットで 処理される目標値または実際値が、有意義な推定を期待可能な範囲の外に移動す るときには、負の妥当性チェック信号が解放ユニットに伝達される。これは最後 に検出された妥当性のある値を監視ユニットに伝達し、エラー機能報告を行うか あるいは他の方法で応答する。好ましくは電磁石の電流と電圧の実際値と、電磁 石のアーマチュアの変位が処理される。これは後続の推定の高い精度を保証する 。なぜなら、電流と電圧の実際値が電磁石の温度と相関しているからである。 他の有利な実施形では、電磁石の電流の目標値と実際値が推定のために用いら れる。これは、電磁石が電流コントローラを介して制御されるときに可能であり 、推定を簡単な手段で実現する。 。この媒介変数の挙動（静的増幅率が小さくなり、ダイナミクスが弱まる）に基 づいて、電磁石の平均温度θへの逆推理が行われる。 目標値およびまたは実際値は特に、短い時間的な等間隔をおいて検出される。 推定は電磁石の数学的な媒介変数モデルを介して行われる。このモデルは信号処 理ユニット内に格納され、電磁石の実際値およびまたは目標値と物理的媒介変数 とを相関させることができる。その際、媒介変数は温度自体であるかあるいは温 度に依存する他の量、例えば温度に依存する抵抗である。 本発明による方法は、外部駆動の制御されるブレーキブースタを運転するため と、位置比例式制御される電磁石の温度を監視するために利用可能である。これ は、制御過程を妨害干渉せずに、既存の目標値およびまたは実際値が用いられる という利点がある。所定の静的測定条件は不要である。この場合にも、媒介変数 、平均抵抗または平均温度は電磁石の数学的な媒介変数モデルに基づいて推定可 能である。 本発明の他の効果は２つの実施の形態に基づく次の説明から明らかである。 図１は電磁石の比例位置式制御を示す図、 図２は本発明による第１の実施の形態を示す図、そして 図３は本発明による第２の実施の形態を示す図である。 図１には、電磁石１の比例位置式制御の一例が概略的に示してある。制御回路 の位置でも制御ユニットでもよい上位の機能ユニット２は、アーマチュア変位目 標値Ｓ_A.Wを、電磁石１の位置コントローラ３に供給する。この位置コントロー ラはアーマチュア実際値Ｓ_Aとの比較から、電流目標値Ｉ_A.Wを検出する。加算器 においてこの電流目標値から電流実際値Ｉ_Aが引算され、その差が電流コントロ ーラ５に供給される。この電流コントローラの出力信号Ｙは増幅器６で増幅され 、アーマチュア電圧Ｕ_Aとして電磁石１に供給される。その際、アーマチュア変 位実際値Ｓ_Aと電流実際値Ｉ_Aが生じる。（アーマチュア変位実際値Ｓ_Aを有する ）アーマチュアはブレーキブースタ７に作用する。この場合、電磁石１に対する 反作用力Ｆ_Lastは外乱変数として反作用する。他の外乱変数は電磁石１に作用す る温度である。 ブレーキブースタ７の操作により、車両減速度Ｖ_xが生じる。この車両減速度 はできるだけ、上位の機能ユニット２によって設定された所望減速度Ｖ_wの近く にあるべきである。 電磁石１を統合したブレーキブースタ７の実施の形態はドイツ連邦共和国特許 出願公開第４３２４６８８号公報から推察することができる。 電磁石１の電圧の時間的な経過については次式があてはまる。 電磁石の平均温度に依存するコイル抵抗Ｒの測定は、静的条件の場合にのみ、 オームの法則に従って行うことができる。すなわち、インダクタンスＬ＝一定、 アーマチュア変位Ｓ_A＝一定、そして電流Ｉ_A＝一定である。 従って、電磁石１の 比例位置式制御の間、オームの法則によって電磁石１の 電気抵抗Ｒを測定することはできない。なぜなら、電磁石１の連続する作動およ び駆動は制御の間、可変値で行われるからである。 更に、電磁石１の永続的な電流供給は多少の温度上昇を生じることになる。こ れは機能に影響を与え、エラー機能を生じることになるかあるいは臨界温度を連 続して上回るときには電磁石１の破壊につながる。上述のように、制御過程の間 電気抵抗を測定することができないので、温度依存関係Ｒ（θ）を利用すること はできない。 上記の式の時間的な微分を行うと、次式のようになる。 この場合、値Ｕ_A，Ｉ_A，Ｓ_Aは直接測定することができる。時間的な変化率 できる。未知数として、追求する電気抵抗ＲとインダクタンスＬ（Ｓ_A（ｔ）） とＳ_Aによるその変化率が残る。本発明に従い、Ｌ（Ｓ_A（ｔ））についてはモデ ル経路を想定する。それによって、コイル抵抗Ｒは電磁石の能動的な位置比例式 制御の間電圧測定と電流測定に基づいて測定または推定することができる。これ は図２に示してある。 電磁石１の位置比例式制御運転の間、磁石信号Ｓ_A，Ｉ_Aは時間的等間隔で測定 され、信号処理ユニット８で評価される。この信号処理ユニット８は、測定され た信号に基づいて温度に依存する磁石コイルの抵抗を推定する。その根拠は上述 のように、電磁石１の電気的な部分系のための数学的な媒介変数モデルにある。 このモデルは例えば微分方程式の形で、プロセス測定信号の間の関係を充分に正 確に表し、それによって信号Ｉ_A，Ｓ_A，Ｕ_Aと電気的な部分系の物理的媒介変数 とを相関させることができる。コイル抵抗はこの媒介変数の一つである。 信号処理ユニット８は測定された磁石信号Ｉ_A，Ｓ_A，Ｕ_Aに基づいて、一般的 に２乗（正方形）の制御基準の最小化によって、実際のコイル抵抗について推 コイルインダクタンスＬ（Ｓ_A（ｔ））の正確な認識は必ずしも必要ではない。 って確かめられる。この妥当性チェックは妥当性チェックユニット９において行 われる。推定が妥当な値であることを妥当性チェックユニット９が確かめると、 妥当性チェックユニットはこれを解放ユニット１０に報告する。そして、この解 囲にあるかどうかを確かめ、そして上位の機能ユニット２に状態報告をする。監 視のために、予備実験で検出された特性曲線Ｒ（θ）が利用される。推定された やあるいは予め定めた観察時間の間この限界抵抗を上回るや否や、これが、電磁 石１の許容される確実な機能をもはや保証できないしるしとして見なされるよう に、評価を行うことができる。この状態報告は上位の機能ユニット２に行われる 。 図２の実施の形態は、特別な温度センサを必要をせず、もっぱら内部の磁石信 号を利用するという利点がある。連続する抵抗推定または温度推定は特に、電磁 石１の能動的な位置比例式制御の場合にも可能であり、抵抗Ｒに加えて他のモデ ル媒介変数を測定することは、必ずしも必要ではない。 図３には温度監視の他の例が示してある。この温度監視は、電流制御回路（３ ，５，６，１）を介して電磁石１の能動的な位置比例式制御を行うときに、特に 有利に実現可能である。そのために、電流目標値Ｉ_A.Wと電流実際値Ｉ_Aを時間的 等間隔で測定するだけでよい。この場合、電磁石１の最高アーマチュア電圧Ｕ_{A. max} が車両の搭載電圧（ボード電圧）によって制限されることが利用される。通 常の場合、すなわち電磁石の温度θが許容温度範囲内にあるとき、電流実際値Ｉ_A は遅延状態に従って電流目標値Ｉ_A.Wに追従する。電流制御回路（３，５，６， １）の静的な増幅率は約１である。 電磁石１の温度θが上昇すると、それに伴う抵抗Ｒの増大に基づいて、所定の 目標電流Ｉ_A.Wを生じるためには、大きな電圧Ｕ_Aが必要である。この電圧Ｕ_Aの 上側が搭載電圧Ｕ_maxによって制限されているので、コイル抵抗Ｒが増大するに つれて最高電流Ｉ_Aは減少する。上位の位置コントローラ３の操作量として要求 される電流目標値Ｉ_A.Wが最高電流を上回ると、制御変数Ｉ_Aは予め定めた目標電 流Ｉ_A.W（案内変数）に追従できなくなる。これは電流制御回路（５，６，１） の静的および動的状態の変化として理解される。考察される制御回路の媒介変数 の測定は上述の測定信号に基づいて一般的には２乗（正方形）の制御基準の最小 化によって行われる。その根拠は、例えば微分方程式の形の数学的な媒介変 数モデルである。この微分方程式は電流制御回路の静的および動的状態（目標電 流と実際電流の間の関係）を充分に正確に表す。 電流回路（５，６，１）がまだ正しく作動しているかどうかあるいは許容磁石 温度θを上回ることによってエラー機能が存在するかどうかを、媒介変数変化に 基づいて確かめることができる。その際、信号処理ユニット８′は電流制御回路 クユニット９′が正の妥当性信号を発するときに、解放ユニット（レリースユニ ット）１０′によって解放される。温度監視ユニット１１′は媒介変数に基づい 回路がまだ正しく作動しているかどうかあるいは許容磁石温度を上回ることに基 づいてエラー機能が存在するかどうかをチェックし、上位の機能ユニット２の状 態報告をする。 この場合にも、特別な温度センサは不要であり、比較的に簡単に測定可能な内 部の信号だけが用いられる。運転中の電流制御回路の機能監視は、特別な試験信 号を必要とせず、監視は連続的に行うことが可能である。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９７年１月１７日 【補正内容】 ９．制御回路（３，５，６，１）内に設けた位置比例式制御される電磁石（１） が、アーマチュア変位（Ｓ_A）を調節するために、アーマチュア電圧（Ｕ_A）とア ーマチュア電流（Ｉ_A）で運転される、電磁石の温度（θ）を監視するための方 法において、制御の間、制御回路（３，５，６，１）の少なくとも２つの目標値 およびまたは実際値（Ｉ_A，Ｓ_A，Ｉ_A.W，Ｕ_A）が短い間隔で検出され、この値と その時間的な挙動から、電磁石（１）の温度θに比例する媒介変数が推定される ことを特徴とする方法。 10．制御回路（３，５，６，１）内に設けた電磁石（１）によって操作可能であ る、外部駆動可能な制御されるブレーキブースタ（７）を運転するための方法に おいて、制御の間、制御回路（３，５，６，１）の少なくとも２つの目標値およ びまたは実際値（Ｉ_A，Ｓ_A，Ｉ_A.W，Ｕ_A）が短い間隔で検出され、この値とその 時間的な挙動から、電磁石（１）の温度θに比例する媒介変数が推定されること を特徴とする方法。 11．アーマチュア電圧（Ｕ_A）と電流実際値（Ｉ_A）とアーマチュア変位実際値 請求項１０記載の方法。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．電磁石（１）によって操作可能であり、この電磁石が制御回路（３，５，６ ，１）内に設けられ、この制御回路の目標値（Ｓ_A.W）が上位の機能ユニット（ ２）によって設定されている、外部駆動可能な制御されるブレーキブースタ（７ ）において、制御回路の目標値およびまたは実際値（Ｉ_A，Ｓ_A，Ｉ_A.W，Ｕ_A）か ら電磁石の温度（θ）に比例する媒介変数を求める手段が設けられていることを 特徴とするブレーキブースタ。 ２．前記手段が媒介変数推定を行う信号処理ユニット（８，８′）と、監視ユニ ット（１１，１１′）を備えていることを特徴とする請求項１記載のブレーキブ ースタ（７）。 ３．手段が更に、妥当性チェックユニット（９，９′）と解放ユニット（１０， １０′）を備えていることを特徴とする請求項２記載のブレーキブースタ（７） 。 ４．信号処理ユニット（８）が電磁石（１）の電流実際値（Ｉ_A）と、アーマチ ュア電圧（Ｕ_A）と、アーマチュア変位実際値（Ｓ_A）を処理することを特徴とす る請求項２または３記載のブレーキブースタ（７）。 ５．信号処理ユニット（８′）が電磁石（１）の電流実際値（Ｉ_A）と電流目標 値（Ｉ_A.W）を処理することを特徴とする請求項２または３記載のブレーキブー スタ（７）。 ６．目標値および実際値が短い時間間隔をおいて検出されることを特徴とする請 求項１〜５のいずれか一つに記載のブレーキブースタ（７）。 ７．信号処理ユニット（８）内に、電磁石（１）の数学的な媒介変数モデルが記 憶され、このモデルが電磁石（１）の実際値およびまたは目標値と物理的媒介変 数とを相関させることができることを特徴とする請求項２〜６のいずれか一つに 記載のブレーキブースタ（７）。 ７．信号処理ユニット（８）内に、電流制御回路（５，６，１）の静的および動 的挙動のための数学的な媒介変数モデルが記憶され、このモデルが電磁石の目標 電流（Ｉ_A.W）と実際電流（Ｉ_A）との関係を充分に正確に表すことを特徴 とする請求項２〜６のいずれか一つに記載のブレーキブースタ（７）。 ９．位置比例式制御される電磁石（１）が、アーマチュア変位（Ｓ_A）を調節す るために、アーマチュア電圧（Ｕ_A）とアーマチュア電流（Ｉ_A）で運転される、 電磁石の温度（θ）を監視するための方法において、制御の間、少なくとも２つ の目標値およびまたは実際値が短い間隔で検出され、この値とその時間的な挙動 から、電磁石（１）の温度θに比例する媒介変数が推定されることを特徴とする 方法。 10．電磁石（１）によって操作可能である、外部駆動可能な制御されるブレーキ ブースタ（７）を運転するための方法において、制御の間、少なくとも２つの目 標値およびまたは実際値が短い間隔で検出され、この値とその時間的な挙動から 、電磁石（１）の温度θに比例する媒介変数が推定されることを特徴とする方法 。 11．アーマチュア電圧（Ｕ_A）と電流実際値（Ｉ_A）とアーマチュア変位実際値 請求項１０記載の方法。 が媒介変数として推定されることを特徴とする請求項９または１０記載の方法。 13．推定値が電磁石（１）およびまたは電流制御回路の数学的な媒介変数モデル に基づいて検出されることを特徴とする請求項９〜１２のいずれか一つに記載の 方法。 の機能ユニット（２）が伝達されることを特徴とする請求項９〜１３のいずれか 一つに記載の方法。 15．推定と平行に妥当性チェックが行われ、このチェックが正の結果であるとき 徴とする請求項９〜１３のいずれか一つに記載の方法。 16．実際値およびまたは目標値の検出が等間隔で行われることを特徴とする請求 項９〜１５のいずれか一つに記載の方法。 の間予め定めた限界値を上回るときに、エラー状態報告が行われることを特徴と する請求項９〜１６のいずれか一つに記載の方法。