专利名称：用于制造和/或调节可电磁控制的致动器的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的方法以及根据权利要求12的前序部分的调节设备。
背景技术：
现有技术中已知在机动车制动系统的ABS控制设备以及具有附加功能例如ESP等的所谓驱动动力控制器中使用可电磁控制的模拟阀以用于改善控制或用于降低噪声。
在新一代的液压控制设备中使用了所谓的模拟开关阀。模拟开关阀是电流驱动的磁力阀，所述电磁阀设计成用于完全打开或关闭，而且通过特定的电流调节操作使其具有模拟调节特性。
EP 0 813 481 B1(P 7565)公开了一种用于识别模拟操作的开关阀的开关点，尤其用于从阀调节电流的电流变化中确定压力条件的方法。
原则上，可通过改变流经阀中电磁线圈的电流来调节压力梯度或相应模拟开关阀的取决于压差的流量G。必须非常精确地调节在控制范围内的体积流量Q。基本的影响系数是压差Δp、流经阀中电磁线圈的电流I以及各种阀参数。尽管可以使用特征域确定期望的流量，但是不太易于将上述量的依赖关系存储在一个一次确定的特征域内。这是由于阀元件的制造公差对所需的驱动电流影响较大。因此需要在制造阀时需要为每个单独的阀确定特征域并将该特征域储存在控制设备中电子装置的存储器内。但是，为了建立单独的特征域，需要在供应商处或在机动车制造商的工厂装配线的最后环节以控制设备的限定的加压采取复杂的测量方法。如WO01/98124 A1(P 9896)中说明的，通过该复杂的测量方法确定的特征域然后可用于调整期望的压力梯度。
已经知道，特征曲线或尤其是其梯度的剩余偏差主要起因于机械公差，例如变化的弹力和磁场回路(例如空气间隙的磁阻等)。因此，需要在连续生产中电磁特性和机械特性的偏差尽可能小的阀。
发明内容
根据本发明，通过根据权利要求1的方法和根据权利要求12的调节设备实现这一目的。
根据本发明的方法，测量致动器的至少一项电磁特性，并将已测量的电磁特性本身或由其推导出的量用作控制修正变量的实际值。此外，该修正变量直接用于致动器的制造或调节。
术语“控制”涉及一种操作，在该操作中连续检测一变量—即待控制的变量(控制变量、实际值)、将该变量与另一变量—指令变量(额定值)进行比较、并根据指令变量的调整来改变该变量。控制的特征是闭环作用过程，其中在控制电路的作用线路中控制变量持续影响其本身。
优选利用可编程的电子控制器进行控制。修正变量有利地是致动器的至少一项机械特性，特别是下面定义的挺杆冲程l和/或磁装置中的空气间隙。
术语“致动器”包括用于调节流体流动的阀和滑动件。优选地，所用的致动器为阀。优选的流体是空气或任何适当的液压流体，尤其是用于制动装置中的常规制动液。致动器包括机电装置和具有关闭元件的阀致动装置。该机电装置有利地包括机械连接到衔铁的关闭元件。有利地，该关闭元件是挺杆。当励磁线圈中无电流流过时，该关闭元件通过复位元件向回移动。复位元件优选为作用于复位元件的复位弹簧。
所述推导出的量优选为磁力。
由电磁特性推导出的量优选是作用在关闭元件上的磁力Fmag。该力尤其与复位元件的力FFeder相关。
此外，在优选的方式中，所推导出的量涉及将在下面定义的开启行程(挺杆冲程)l和/或在下面定义的致动器的弹力FFeder。
有利地，致动器具有完全打开和完全关闭的位置。根据致动器的种类—常开(SO-V)或常闭(SG-V)，致动器响应于复位元件的动作而占用其中一个位置。适当的复位元件优选是弹簧，该弹簧具有确定的力/行程特征曲线，尤其可通过线性方程模拟/近似该曲线。
本发明的方法有利地用于制造阀，所述阀用于机动车制动控制中的电动液压设备，例如ABS/ESP制动控制装置。
如上面所述，已经知道，特征曲线或尤其是其梯度的不期望的偏差主要起因于机械公差，例如变化的弹力FFeder和致动器的磁力线回路(例如空气间隙的磁阻等)。
所测量的电磁特性有利地选自致动器的下列一个或多个特性-机电装置的磁阻RM，-机电装置的电感L，-作用在阀致动装置上的电测量的磁力Fmagn，-打开或关闭所需的保持电流Ihalt，或者-打开或关闭所需的开启电流Ioff。
根据本发明的方法，开启电流、保持电流、磁阻或电感优选由控制器调节。这可以例如当致动器完全关闭时或在致动器被以明确的方式致动的条件下实现。尤其是在(致动器为)阀的情况下，通过移动阀座来减小磁装置中衔铁和挺杆导向器之间的空气间隙—例如残余空气间隙，直至总磁阻达到期望值。
为了实施根据本发明的控制，优选地根据预定模式例如锯齿波模式或斜坡模式连续改变励磁线圈中励磁电流的额定值。在这种情况下，根据励磁电流和/或感应电压的瞬时实际值来确定阀保持电流的时刻。测量励磁线圈上和/或磁路中的测量线圈上的感应电压以便确定控制变量。也可以确定表明阀开启时刻的阀开启电流而非确定阀保持电流。如果例如将励磁电流的额定值以斜坡形式连续降低，则当衔铁在使用非理想的电流源的条件下移动时，在阀开启时刻励磁线圈将表现出不规律的电学特性。当监控励磁电流、励磁线圈上的电压或者—尤其需要强调的—附加安装在磁路中的测量线圈的感应电压时可看出这种不规律性。通过确定这种不规律的时刻可以确定阀保持电流。
除了励磁电流的斜坡式下降(或升高)，还可根据一可选的优选实施例斜坡式地或按预定模式来改变励磁电压。
为了测量电磁特性，除了励磁线圈之外有利地在致动器的磁路中设置至少一个附加的电感元件，计算电磁变量时考虑该元件的感应电压。该附加的电感元件尤其是以测量线圈。
在使用测量线圈的情况下，所述电磁特性尤其为测量线圈上的电压积分。
根据以这种方式或其它方式测量的感应电压以及随后产生的积分值，优选根据本方法来确定磁通量，并由此确定磁力和/或挺杆冲程。
根据本方法的优选实施例，根据与致动器相关的参数来确定致动器的保持电流和/或开启电流。
本发明的目的包括在生产过程中使与待调节的压力量有关的电特征曲线中的偏差尽可能小或者使特性一致。优选地，这是指确定开启电流和压差之间的关系的特征曲线。因此，根据本方法的另一优选实施例，致动器在制造或调节时具有精确确定的预定压差和/或精确确定的预定流量。
如果需要进一步提高制动控制的精度，尤其是为了补偿长时间磨损的影响，根据本发明另一优选实施例的适当作法是，首先在目标物例如机动车外部对致动器进行额外的调节，然后在将致动器安装进该目标物之后，在该使用阀的目标物内部进行调节，所述调节同样基于对机电特性的测量。
在根据权利要求1进行制造和/或调节之后，在不对致动器加压的情况下根据本方法的该优选实施例进行另一次校准，其特征在于，通过制动系统的电控制独立实施该次校准。如上所述，这使得可利用根据本发明制造的致动器来进一步改善致动器的模拟控制的精确度。根据本方法，在不对致动器进行加压(压差ΔP＝0)的情况下自动确定与致动器相关的参数，特别优选通过将致动器线圈上的积分感应电压作为控制变量来控制挺杆力或磁阻。
为了理解本发明，为了简化技术关系可有利地将致动器的特性划分为单独的例如可由参数KGind描述的磁特性与机械特性以及通用的例如可由参数KGall描述的磁特性与机械特性。参数KGind包括由公差引起的在各阀间具有特别大的偏差的量。参数KGall表示偏差较小并因此可根据结构形式或产品系列一次性确定的参数。因此，通用参数KGall可适当地在永久存储在目标物内部的电子控制装置中。可容易地参数KGall和KGind计算出致动器特征曲线并因此计算出各个致动器所需的取决于压差的驱动电流。当然也可存储特征域(Kennfeld)、校准曲线等以代替特征量。
根据本方法的有利实施例，在电磁装置中测量磁路的总磁阻RM。普遍适用的是，可使用与线圈的圈数N有关的相应磁路的电感L来代替磁阻作为等效的物理量以便以相应的方式实施本发明的方法。
优选地，在磁路中设置至少一个附加的测量元件，尤其是至少一个测量线圈，所述测量线圈用于分别测量电感、磁通量或者磁阻。除了线圈之外，原则上本身已知的对磁场有响应的传感器例如霍耳传感器、MR传感器等都可用作测量元件，只要其适合于检测有效磁通量。然而，使用线圈是特别有利的，因为线圈的生产成本低。
前述测量线圈可以电独立于驱动线圈。但是也可根据优选实施例将测量线圈与驱动线圈串联电连接。这样做是有利的，因为只需要三个致动线路。
除了压差和几何形状上的流动特性之外，原则上通过作用在各致动器的挺杆上的力(挺杆力)来确定流经相应致动器或阀的流量G。磁力Fmagn、由流体引起的(例如气动或液压的)取决于压力的力Fhyd和由复位元件施加的力FFeder同时作用在阀的挺杆上。在力平衡(挺杆静止)状态下这些共同作用的力相互补偿。在这种条件下，在通过励磁线圈产生磁力的情况下只有所谓的保持电流Ihalt流过。
根据本发明的方法，优选在计算程序中确定弹力以及—如有必要—最大挺杆冲程。然后将这些量包括进来以计算例如力。
除了其它特征外，本发明的方法的一个特殊的特征在于，优选地测量磁通量并且特别根据该磁通量进行控制。这是合理的，因为磁力直接取决于磁通量。
本发明还涉及一种用于可电磁驱动的致动器的制造和/或机械调节的调节设备，该设备可有利地实施上述方法。该设备本身包括电磁激励线圈，致动器(在这种情况下致动器一般不包含励磁线圈)可滑入该线圈中一相应的容腔内。该调节设备的特征在于一控制电路，该控制电路将可用于该调节设备的致动器的电磁特性作为实际值使用。该控制的修正变量通过调节设备作用于调整器的机械特性，从而可利用该设备调节该机械特性—例如挺杆冲程。
优选地，该调节设备包括附加的电感元件，该电感元件提供电信号以形成控制电路的实际值，该电感元件尤其是测量线圈。
有利地，该控制的修正变量改变了用于压力装置的压制材料的固定设备的间隔，其中该压力装置可容纳致动器以进行压入操作。为此，尤其通过控制器来控制压力保持器臂的间隔。尤其通过预先设置一速度信号(保持器的关闭速度)或间隔信号来控制间隔。该控制器还可调节压制功率。
在上述的校准方法中，有利地借助于压入操作来调节阀的阀座。插入尺寸优选在大约0.2μm至500μm的范围内。
从从属权利要求和下面结合附图对实施例的说明中可见其它的优选实施方式。在附图中图1是阀校准过程的示意图；图2是根据本发明可被采用的阀；图3是用于调节阀的调节设备的示意图；以及图4示出用于解释调节控制电路的示意图。
具体实施例方式
图1说明了用在具有ABS/ESP功能的机动车1中电动液压制动系统2的电磁阀15的制造过程。首先，制造出电磁阀后在制造工厂/车间3利用本发明的方法在使其开启电流特性一致方面进行机械校准，然后将它们装入制动控制设备2内。由于已经存在的或随时间出现的残余公差，如果希望制动控制具有特别高的精度，可在已经将制动控制装置2装入机动车1之后在机动车内通过电子控制器21附加地实施下面将说明的校准过程。
图2非常适宜性地示出常见电磁阀15的结构。衔铁6、壳体7、套筒8和线圈9是机械地作用在实际的阀上的电磁装置的元部件。更具体地说，衔铁6通过阀线圈9的磁场而移动，从而机械地作用于挺杆5。对于常开阀(SO阀)，当不存在磁场时，复位弹簧27迫使挺杆5处于打开状态。分图c)示出处于关闭状态的阀，其中阀线圈已通电。此时挺杆5封闭阀座4上的开口。在阀的关闭操作中，所示阀的衔铁6将靠近壳体7，但不完全与之接触。位于衔铁和壳体之间的剩余空间称作剩余空气间隙d。根据本文说明的方法，该剩余空气间隙d是通过沿箭头11的方向移动阀座4来调节的。通过考虑在阀关闭时的磁阻或考虑开启电流来实现该调节，如下文所述，该开启电流可由励磁线圈9的明确的激励确定。
在阀打开时进行第二次调节。当阀完全打开时，衔铁6与套筒8接触。完全关闭位置与完全打开位置之间的距离称为挺杆冲程，该距离可通过将打开位置与关闭位置的磁阻相比较来确定。可通过移动套筒8来调节挺杆冲程。
在机动车中的校准过程上述在机动车1中的校准过程是在制动控制设备的电子控制单元21中自动执行的，并且该过程用于计算阀流量控制所需的各单独的阀的开启电流特征曲线。该校准操作的一个特征是，实际的校准操作是在不对阀加压的情况下进行的。因此，校准操作在任何时候都是独立的并且可不在车间内实施。在该示例中弹力是单独确定的。首先逐步提高常开电磁阀15的线圈电流I(分别在接通和断开阀电流的情况下)。从一确定的电流起阀将关闭、衔铁6会沿箭头22的方向移动(图2c)。衔铁的移动导致衔铁6和壳体7之间的空气间隙减小，因此导致总磁阻Rm的一可测量的变化并因此也导致电感L变化。
然后应用L=N2Rm,]]>Φ=N×IRm]]>(N＝线圈的圈数，Φ＝磁通量)。
在衔铁6开始移动的时刻，在压差ΔP＝0时存在磁力Fmagn和作用在衔铁上的弹力FFeder相平衡的状态FFeder=Fmagn=12*μ0*AAnker*Φ2,]]>(μ0＝空气的导磁常数，AAnker＝衔铁面积)。因此可在考虑衔铁面积AAnker的情况下根据磁通量Φ来计算弹力FFeder。然后可将由此测得的由公差引起的弹力偏差存储在控制器21的存储器内。
图3中的示意图示出了用于调节阀15的阀座4的压力机12。压力机12在上部包括阀15可装入其中的压力机容腔13。在阀容腔13内一体形成有用于致动阀15的励磁线圈9。此外，阀容腔13包括外铁芯14，该铁芯上可缠绕测量线圈23的附加绕组。可利用测量线圈23以特别简单的方式确定磁路中的磁通量。
压力挺杆16在压力机的底部被沿轴向引导从而可沿箭头19的方向移动。可通过使用了心轴18的传动装置17来调节压力挺杆16的位置。可通过经由电输入端20的电信号来预先确定挺杆16的绝对位置。使压力挺杆以速度v＝ΔX/Δt沿箭头19连续移动，以便将阀座4压入壳体7内。励磁线圈9通有预定模式(例如锯齿模式等)的电流，该电流的值根据阀最初是打开的还是关闭的而变化以使该阀动作。所述模式有利地设计成使得阀以规则的间隔重复动作(时钟式/节拍式地致动)。
图4示出了用于调节电磁特性的关闭控制回路。压力机控制电子装置24生成一修正变量ΔX/Δt，该修正变量预先规定了压力机12的压入速度并被传送到输入端20。阀15响应该信号而被压缩。通过经由线路25的阀电磁量26的反馈，形成了一结合压力机的控制回路，该回路允许通过压力机(控制)电子装置24非常精确地控制所期望的电磁量。如图4的方框中所示，电磁量26的反馈可以是在励磁线圈9上或在独立的测量线圈23上测得的感应电压Uind，或者是该量的电子地确定的积分值∫Uind。该积分值∫Uind与磁通量成比例，从而可实现磁通量控制。在感应电压通过线路25传送的情况下，需要在实际的控制操作之前在电子装置24中求出积分。或者，可以通过线路25将当前的阀保持电流Ihalt或阀开启电流Ioff作为控制变量传送给电子装置24。
下面说明一个用于确定阀挺杆冲程l的示例。下面挺杆冲程的计算基于下述物理关系Uind=-N*dΦdt]]>以及Φ=-1N∫0tUinddt.]]>当断开阀电流I时，阀15中的磁通量Φ将发生变化，这在励磁线圈9或测量线圈23中引起感应电压Uind。可在阀打开和关闭的状态下测量总磁阻RM。该总磁阻包括取决于衔铁位置的衔铁处空气间隙的磁阻RMLuft＝l/(μ0*AAnker)，其中AAnker是衔铁6的磁有效面积—它对于阀的产品系列是特定的，参考标记l代表挺杆冲程。实际的测量方法不是直接确定RMLuft的值，而是通过当阀完全打开时测量磁阻并将其减去阀关闭时的磁阻得出。因此，可仅通过这样测量电磁特性来确定挺杆冲程l。
在上述示例中，在测量磁阻期间阀始终是完全打开或完全关闭的。下面将说明利用时钟控制式的阀开启的调节方法的示例。首先，将阀座4移入壳体7中以便调节阀关闭时的空气间隙d，从而关闭的阀的磁阻将连续增加。开始时励磁线圈中的电流高于阀的关闭电流。当压力机以恒定的速度进行挤压时，阀将通过励磁线圈9中的电流重复地—即时钟式地打开，此时确定阀开启电流。可通过感应电压和/或励磁线圈电压和/或线圈电流的时间变化来确定阀开启电流，因为在这种情况下发生的阀衔铁6的移动使得设置在磁通回路中的线圈的电压变化和电流变化中出现可测量的峰值。可根据在峰值时刻流过的电流的范围来确定在当前确定的空气间隙调节中阀的阀开启电流。将确定的开启电流按时传送到控制单元24。该按时或节拍式/周期性的确定以很高的测量频率进行，该测量频率高到可为压力机的调节提供准连续的控制信号。
上述说明涉及的是常开阀(SO阀)。对于常闭阀(SG阀)也可以类似的方式采用所述的方法。
权利要求
1.用于制造和/或调节适用于控制流体流动的可电磁控制的致动器、尤其是液压或气动的模拟阀或模拟的开关阀(10)的方法，其中致动器包括可通过励磁线圈(9)驱动的电磁装置，所述电磁装置包括至少一个可移动的衔铁(6)；其中所述电磁装置机械地作用于打开和关闭致动器用的阀致动装置；该阀致动装置包括至少一个关闭元件(5)、用于当励磁线圈未被激励时打开或关闭关闭元件的复位元件(27)和其内接合用于打开或关闭致动器的关闭元件的阀座(4)，其特征在于，测量致动器的至少一项电磁特性、将所测得的电磁特性本身或由该电磁特性推导出的量用作控制修正量的实际值、将该修正量直接用于生产或调节所述致动器。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，所述电磁特性选自下列组中的一个或多个特性机电装置的磁阻RM，机电装置的电感L，作用在阀致动装置上的电测量的磁力Fmagn，打开或关闭所需的保持电流Ihalt，或者打开或关闭所需的开启电流Ioff。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，励磁线圈是装配或调节设备的一部分，致动器安装在该设备内以执行权利要求1所述的方法。
4.根据上述权利要求中至少一项的方法，其特征在于，当致动器完全关闭时通过控制器调节电磁特性，该电磁特性尤其是开启电流、保持电流、磁阻或电感。
5.根据上述权利要求中至少一项的方法，其特征在于，当致动器完全打开时通过机械地调节挺杆冲程和/或磁装置中的空气间隙来调节磁特性，尤其是磁阻。
6.根据上述权利要求中至少一项的方法，其特征在于，对在励磁线圈上和/或在磁性装置中的测量线圈上由电流变化引起的感应电压进行测量并尤其是对其求积分。
7.根据上述权利要求中至少一项的方法，其特征在于，根据预定模式持续改变励磁线圈中的励磁电流的额定值，根据励磁电流的瞬时实际值和/或阀开启和/或阀保持电流的感应电压来确定该额定值，其中测量在励磁线圈上和/或磁路中的测量线圈上的感应电压。
8.根据权利要求7的方法，其特征在于，所述电流模式对应于锯齿形的变化过程。
9.根据上述权利要求中至少一项的方法，其特征在于，所述调节是在阀的制造过程中实施的机械调节。
10.根据上述权利要求中至少一项的方法，其特征在于，首先在目标物(1、2)的外部进行调节；在将致动器安装进该目标物之后，在该使用致动器的目标物内部进行调节，所述调节同样基于对机电特性的测量。
11.根据上述权利要求中至少一项的方法，其特征在于，在目标物外部进行的调节用于补偿公差对开启电流特征的影响，所述开启电流特征尤其基于复位元件的不同的力/行程变化。
12.用于制造和/或机械调节可电磁控制的致动器、尤其是气动或液压阀的调节设备，包含电磁励磁线圈(6)以及容腔，所述励磁线圈是调节设备的组成部分，所述容腔允许装入可通过励磁线圈电磁驱动的致动器，所述致动器包括至少一个衔铁(7)、可移动的挺杆(8)以及阀致动装置(4、5、6)，衔铁可通过励磁线圈电流而移动以便打开和/或关闭致动器，其特征在于，所述调节设备包括控制电路，该电路中的实际值是可用于所述调节设备的致动器的电磁特性，该致动器的至少一个机械特性通过修正变量来调节。
13.根据权利要求12的调节设备，其特征在于，修正变量决定压力设备的压制品容纳保持装置的间隔(X、ΔX)。
14.根据权利要求12或13的调节设备，其特征在于，该调节设备被用来实施根据权利要求1至11中至少任意一项所述的方法。
全文摘要
本发明涉及用于制造和/或调节适于调节流体流动的可电磁控制的致动器的方法和设备，所述致动器包括可通过励磁线圈(9)控制的机电装置，所述励磁线圈具有可移动的衔铁(6)。所述机电装置机械地作用于打开和关闭致动器用的阀致动装置。所述阀致动装置包括至少一个关闭元件(5)、用于当励磁线圈未被激励时打开或关闭关闭元件的复位元件(27)和其内接合用于打开或关闭致动器的关闭元件的阀座(4)。根据本发明，测量致动器的至少一项电磁特性、将所测得的电磁特性本身或由该电磁特性推导出的量用作调整调节变量的实际值。所述调节变量直接用于生产或调节所述致动器。
文档编号H01F7/18GK1832877SQ200480022270
公开日2006年9月13日 申请日期2004年7月28日 优先权日2003年7月31日
发明者M·海因茨, A·里希特, W·乔克尔, A·施米茨, C·施泰因巴赫, P·多德尔曼, W·西蒙, W·法伊, M·恩格尔曼, A·克特尔 申请人:大陆-特韦斯贸易合伙股份公司及两合公司