电驱动的压强调节和体积运送单元的制作方法_2

文档序号:9872033阅读:来源:国知局
[0036] 图3示出在活塞去程中增压时的控制策略;
[0037] 图4示出在活塞去程和回程中增压时的控制策略;
[0038]图5a示出马达缩放对转速力矩特性曲线的影响;
[0039]图5b示出通过缩小马达尺寸和使用可切换的面产生的压强调节单元的性能;
[0040] 图5c示出通过缩小马达尺寸和使用可切换的面产生的压强调节单元的性能;
[0041] 图6示出在考虑可切换的面时的压强调节方法;
[0042] 图7示出将压强调节单元用于多个消耗器与经由电磁阀降压;以及
[0043] 图8示出压强调节单元作为用于制动系统的中央的压强产生单元的使用。
【具体实施方式】
[0044] 图Ia示出压强调节和体积运送单元的基本结构(接下来也称为压强调节单元),所 述压强调节和体积运送单元由在两侧作用的活塞1(接下来也称为双程活塞)构成,所述活 塞能够经由压杆2沿着两个方向在路径sk上移动。双程活塞1对具有有效面Al的第一压力室 3a限界并且对具有有效面A2的第二压力室3b限界。面Al和A2的横截面的比值近似为2:1、至 少1.5:1并且最大2.5:1。这种比值近似对应于最大压强和典型的工作压强之间的比值。这 两个室3a、3b经由止回阀4a和4b与储备容器5连接。止回阀具有大的开口横截面,由此避免 了节流作用。附加地,在室3a、3b之间设置有可切换的压强平衡阀AV。可切换的阀构成为切 换阀但是不构成为节流阀并且具有大的穿流横截面。此外,双程活塞的前侧和后侧经由具 有小的流动阻力的短的液压管路直接连接。连接多个压力室的或者从这些压力室引导至消 耗器的液压管路的、包含切换阀AV的管路部段是尽可能短的并且至少在压力室处尽可能直 接在活塞汽缸单元的出口处开始。特别地,在该区域中应尽可能避免提高流动阻力的元件、 如附加的阀等。替选地,也能够并联多个切换阀来替代一个切换阀。通过并联能够使用出自 大批量生产的标准阀。通过切换压强平衡阀AV能够建立双程活塞1的前侧和后侧之间的连 接并且在去程中通过压强平衡实现不同的有效面。
[0045] 压强调节单元具有经由两个其它的止回阀6afP6b到消耗器处的倾斜度(AbhSnge ),这两 个止回阀具有大的横截面并且在增压时能够快速地打开而不需要电操作。AV阀由此仅在去 程和回程之间进行切换时或者在切换横截面积时受负荷。例如在压强调节单元在制动系统 (36ccm体积)中应用时,在切换至IOObar的情况下通常需要AV阀的大约5mm 2的横截面。典型 的快速切换的球座阀具有〇.Smm2至1.4_2的横截面。如果压强平衡必须经由两个阀引导(根 据现有技术DE 2011 0803212),那么在阀串联连接的情况下,需要阀的至少四倍的横截面 积。于是,如果还考虑四条具有相应要考虑的流动和阀连接阻力的、连接阀的管路,那么需 要进一步提高横截面积并且在压强较高时的快速的切换在技术上是不可实行的。这样大的 阀的快速的切换在技术上是极其难以实行的并且是非常昂贵的以及对于在不进行切换的 正常运行而言是有阻碍的。这样大的阀极其缓慢地切换并且必须在每次挤压/运送过程中 被激活,因此在每次挤压/体积改变时受负荷从而在涉及多次操作的情况下不是故障安全 的。一个阀的失效导致切换功能的废除,这会导致整个系统失效,因为对于增压所需要的体 积不再充分或者运送必须中断。由此在技术上决定性的是:AV阀设置在止回阀6a和6b上游 并且仅经由止回阀将体积流输送至消耗器。此外,AV阀在每个去程中是可以诊断的并且泄 漏能够及早被识别到。在斜坡中还设置有压强传感器7。压强调节单元经由马达主轴驱动器 驱动。马达主轴驱动器具有滚珠丝杠驱动器8和经由两个轴承9a和9b支承的马达转子10,所 述马达转子装配有永磁体。转子转速和角位置经由探测器14确定。马达此外具有定子11并 且安装在壳体13中,所述定子具有励磁线圈12。在室3a和3b之间,在双程活塞1上安置有密 封件Dl并且在具有有效面A2的室3b和压杆活塞2之间安置有密封件D2。
[0046] 双程活塞1能够在去程和回程中运行。在去程中,在阀AV关闭的情况下面Al变得有 效,在阀AV打开的情况下面A2-A1变得有效,因为能够在这两个室之间实现压强平衡。在回 程中,阀AV关闭并且面A2起作用。
[0047] 适宜的是,面Al和A2之间的比值近似为因数2,由此在去程和回程中能够借助于相 同的、较小的面A2来调节并且在切换时不引起均平衡体积流和降压。
[0048]图Ib不出与图1相同的基本结构,其具有如下区别:止回阀6a设置在切换阀AV上 游,并且借助于压强调节单元给两个液压回路Kl和K2进行供应。在阀AV关闭时,在去程中给 回路1供应压强并且在回程中给回路2供应压强。在阀AV打开时,在去程和回程中共同对回 路1和回路2进行供应。压强调节单元的双回路性在故障关键的系统中、例如制动系统中有 重要意义。
[0049] 图Ic示出对图Ia中的压强调节单元用两个可切换的阀14a和14b进行的扩展。在至 包含止回阀4b的管路的旁通管路部段中,阀14a设置在压强回路和上游的压力室3a之间,阀 Hb设置在下游的压力室3b和储备容器5之间。通过打开这两个阀14a、14b能够通过双程活 塞1的回程经由路径控制sk以受控的方式降低压强。
[0050] 图2描述了与图Ia相同的压强调节单元,具有如下区别:压杆活塞2可经由线性执 行器操作,所述压强调节单元由具有永磁体15a的衔铁15、具有励磁线圈16的定子和线性路 径传感器17构成。功能与在图Ia中相同。如果过双程活塞针对小冲程而设计并且在系统中 出现小的力时,线性执行器相对于马达螺纹驱动器是有利的。
[0051] 图3描述了在去程中的、具有恒定的运送速率的调节方法,其具有如下特征变量: 压强P;阀AV的切换状态;起作用的面A;活塞杆力/马达力矩和马达转速。通常将栗或者压强 调节单元针对最大压强p Max设计,其中正常的工作压强PA通常是所述最大压强的一半大。在 制动系统中阻断压强例如为80bar至IOObar,最大压强为180bar至200bar。压强产生单元通 过打开阀AV有意义地在最大工作压强pa附近从有效面Al切换到第二面A1-A2上。这引起如 下结果:马达转矩/压杆力以面A2/(A2-A1)的比值减小。为了维持恒定的压强上升时间,马 达转速必须以面的比值的提高。这通常没有问题,因为马达在转矩较低时能够经受较高的 转速(参见进一步的阐述图5a至图5c),或者运送速率在压强高时不再必须是如此大的。例 如在制动系统中,直至IOObar的阻断压强的压强上升时间对于功能而言是非常重要的,而 较高的压强相反则能够缓慢地构建而不会限制所需要的功能。
[0052]图4描述了在去程和回程运行时的调节方法。具有去程或回程的运行因此是有利 的,因为能够更小地设计压强产生单元的体积。在第一阶段I中,在具有近似是A2的两倍大 的有效面Al的、具有恒定的转速的去程中增压。在阶段II中,进行到具有较小的有效面A2的 回程上的切换,其中马达改变旋转方向,同时在打开阀AV的情况下进行压强平衡。马达对应 于比值A2/A1、即近似因数2加速到较高的负转速上并且力/力矩变为一半。在切换的阶段 中,压强近似恒定。因为这通常非常快地进行,所以死区时间小于IOms并且不能感觉到。在 阶段IV中再次切换到用于在阶段V中进一步运送/增压的去程上之前,在阶段III中在回程 中在AV阀关闭的情况下进一步增压。在所述阶段中,力和力矩以及转速的符号改变。在比值 为八2以1 = 2时42=4142,因此转速/转矩的绝对值相对于阶段111不改变。
[0053]切换到一半的面上引起如下结果:马达的转矩针对明显小的最大力矩设计,这引 起驱动单元的显著的成本降低。这在接下来的图5a至5c中详细描述。
[0054]图5a描述借助恒定的电压运行的并且受限于最大转速的电动马达的转速、转矩特 性与马达长度按比例缩放的关联关系。该视图用于理解根据本发明的压强产生单元的优化 潜力。所示出的是具有不同的马达长度的三个马达设计方案(马达Ml:l = 30mm,马达M2:l = 20mm,马达M3:1 = 16mm)。如果转矩经由长度减小降低,那么转矩常数和转速提高。较小的马 达能够在力矩较小的情况下产生较高的转速并且不具有功率损失,相反地甚至通常具有功 率提高、尤其在脉冲运行时具有功率提高,在脉冲运行时热边界条件不重要。
[0055] 图5b描
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