JP4289883B2 - ブレーキ弁を制御する装置 - Google Patents

Description

【０００１】
現代の商用車ブレーキ装置において、個々のホイールブレーキに電気的に制御可能な電気気圧変調器（圧力制御モジュール）が付属しており、これらの変調器は、運転者のブレーキ要求に相応して、ブレーキシリンダ内へのブレーキ圧力を制御する。圧力制御モジュールは、それぞれ１つの電磁切換え弁を有し、この切換え弁は、パルス状に切換えられ、かつリレー部分の制御空間内に蓄積空気を挿入しまたは排気する。
【０００２】
できるだけ正確なブレーキ圧力制御のために、ブレーキ装置のそれぞれの動作状態において同じパルス時間が、できるだけ同じブレーキ圧力変化を引起こすようにする。とくに現在の供給電圧に関係なく、パルスの間に切換え弁の電磁石に常に同じ電流経過が存在するようにする。すなわち、９Ｖ〜３６Ｖの種々の供給電圧が支配可能(controllable)な、世界中で使用可能なブレーキ圧力制御装置を提供することが求められる。十分に大きな“磁気切換え力”のために、低い供給電圧の際に磁石コイルは、小さなオーム性抵抗を持たなければならない。しかし小さな抵抗は、高い供給電圧の際にきわめて大きなコイル電流を通す。
【０００３】
さらにブレーキ圧力制御モジュールにおいて、高い“切換え運動力”が要求され、その際、流通横断面は比較的大きくなければならない。しかし同時にブレーキ圧力の良好な段階付け能力を達成するために、きわめて短い開き時間が可能でなければならない。しかしこのように短い開き時間の間になお、定義された接極子運動が成立するようにするため、弁は、パルスの始めに急速に開き、かつ最後に再び急速に下降しなければならない。その結果、接極子が急速かつ確実に弁座から持ち上げられるようにするために、まずきわめて急速に大きなエネルギー量、すなわち大きな磁石電流が、コイルに流れなければならない。パルスの最後において、接極子が戻しばねによって再び急速に戻し運動し、かつ弁座を密閉するようにするために、コイルに蓄積されたエネルギーはできるだけ急速に除去しなければならない。このことは、できるだけ小さい磁石電流を必要とする。必要な高い切換え運動力にもかかわらず、磁石は、ほぼ８０°Ｃの動作温度の際にも、高いパーセンテージ投入時間（ＥＤ）を持たなければならない。このことは、小さな電流を必要とする。
【０００４】
本発明の課題は、前記の要求を満たすブレーキ圧力制御を行なう装置を提供することにある。
【０００５】
この課題は、特許請求の範囲第１項の特徴によって解決される。本発明の有利な構成および変形は、特許請求の範囲従属請求項から引出すことができる。
【０００６】
本発明の基本方式は次の点にある。すなわち動作の間に継続的に、ブレーキ弁の電磁石の制御のために利用できる供給電圧を測定し、かつ電磁石のコイルに加わる電圧の実効値を、現在存在する供給電圧に応じて、“デューティー比”の、すなわちパルス時間の変化によって変化させる。
【０００７】
換言すれば、接極子の所望の開きまたは閉じ運動経過を発生させるために、デューティー比は、現在の供給電圧に応じ、制御電子装置によって調節される。デューティー比の変化は、電圧パルスの“幅”すなわち期間の変化によって、および／またはその間にある励磁されない状態の期間の変化によって変化させることができる。
【０００８】
その際、磁石は、動作中に起こり得る最小の生じる供給電圧の際にも、なお確実かつ急速に引付けられるように、すなわち所定の最小引付け電流Ｉ_Aminを明らかに上回るように構成されている。
【０００９】
制御電子装置によって、励磁クロック(timing device)の整合による電磁石の制御電圧の実効値は、パルスの始めに電磁石に常に所定の引付け電圧Ｕ_Aが加わるように制御される。そのためにデューティー比は、現在の供給電圧Ｕ_Vに応じて相応して調節される。
【００１０】
所定の引付け時間の後に、接極子は確実に完全に引付けられている。操作された位置に接極子を保持するために、大幅に小さな保持電流Ｉ_Hが、また、ひいては以下に保持電圧Ｕ_Hと称される一層低い実効電圧も必要である。引付け電圧Ｕ_Aが所定の期間にわたって電磁石に加わった後に、デューティー比は、供給電圧Ｕ_Vに応じて、保持電圧Ｕ_Hを調節するように調節される。それにより磁石電流Ｉ_Hは低下し、したがって磁石コイル内に蓄積されるエネルギーは低下し、それによりパーセンテージ投入期間は拡大する。この時に一層小さなエネルギーは、パルスの最後により急速に除去することができ、このことは、切換え運動力を改善する。
【００１１】
次に本発明を図面に関連して実施例により詳細に説明する。
【００１２】
図１は、ハウジング１と、蓄積圧力入口２と、ブレーキ圧力出口３とを有するブレーキ圧力制御弁を示している。ハウジング１内に接極子４が配置されており、この接極子は、ばね５によって予備応力(pre-stress)を与えられており、かつここに図示されたブレーキ圧力制御弁の励磁されていない状態において、弁座６に押付けられるので、蓄積圧力入口２は、ブレーキ圧力出口３に対して遮断されている。さらにハウジング１内に電磁石７が配置されており、この電磁石は、電線８、９を介して供給電圧Ｕ_Vに接続可能である。励磁された状態において電磁石７は、ばね５に抗する作用をする力を接極子４に及ぼすので、接極子４は、弁座６から持ち上げられ、かつ蓄積圧力入口２は、ブレーキ圧力出口３に通じ、接続される。
【００１３】
さらに電圧測定器１０が設けられており、この電圧測定器は、常に供給電圧Ｕ_Vを測定し、かつ測定結果を、線１１を介して制御電子装置１２に供給する。線１３を介して制御電子装置１２に、さらに例えば運転者からブレーキペダルを介してあらかじめ与えられるブレーキ要求信号、ホイール回転速度センサから供給されるホイール回転速度信号等のような、種々の入力信号が供給される。測定された供給電圧Ｕ_Vおよび入力信号１３に応じて、制御電子装置１２は、ここにおいて概略的に示しただけのスイッチ装置１４を制御する。スイッチ装置１４は、急速なパルス状の切換えのために構成されており、すなわち電磁石７に加わる実効電圧Ｕ_effは、供給電圧Ｕ_Vに応じてスイッチ装置１４のデューティー比、すなわちクロックを変化させることによって変化させることができる。
【００１４】
したがって、制御電子装置１２によってあらかじめ与えられるデューティー比の変化によって、電磁石７に加えられる実効電圧Ｕ_effを変化させることができる。したがって、接極子４の所定の所望の開きまたは閉じ運動経過は、供給電圧Ｕ_Vが異なる際または動作中に変動する際にさえ、デューティー比の整合だけで達成することができる。
【００１５】
供給電圧Ｕ_Vを測定するここに図示した実施例の代わりに、電磁石に加わる現在の電圧またはそれにより得られる実効電圧Ｕ_effを測定し、かつデューティー比の制御のために利用することもできる。
【００１６】
今度は図２ａないし図２ｃに関連してスイッチ過程を詳細に説明する。
【００１７】
図２ａの電圧時間線図において次の電圧レベルが記入されている：
− Ｕ_V：供給電圧、
− Ｕ_A：接極子の引付け電圧、
− Ｕ_H：接極子の保持電圧、
− Ｕ_R：リフレッシュ電圧。
【００１８】
図２ｂの電流時間線図において時間に関して電磁石に流れる実効電流Ｉ_effが示されており、その際、次の実効電流が記入されている：
− Ｉ_max ：電磁石の最大の励磁の際に流れる電流、
− Ｉ_Amin ：接極子を引付けるために必要な最小の電流、
− Ｉ_H ：接極子を保持するために必要な保持電流。
【００１９】
ｔ₀〜ｔ₁の時間において、電磁石は励磁されておらず、かつ接極子は、その操作されない位置にある。時点ｔ₁に電磁石は、“幅”または期間Δｔの供給電圧Ｕ_Vによって励磁される。時間間隔ｔ₁〜ｔ₄において、図２ａから明らかなように、このような４つの電圧パルスが投入接続される。電圧パルスの幅およびその間にある励磁されない状態の期間は、ここにおいて引付け電圧Ｕ_Aとして示しかつ供給電圧Ｕ_Vより小さい実効電圧が磁石に加わるように、制御電子装置によってあらかじめ与えられている。
【００２０】
時間間隔［ｔ₁、ｔ₄］において、時点ｔ₂まで、磁石において電流は、最小引付け電流Ｉ_Aminにまで上昇し続ける。相応して接極子は、時点ｔ₂までその操作されない位置に留まる。換言すれば、コイル電流Ｉ_Aminの際に初めて、磁界の強さが十分に大きいので、接極子は、ばね力に抗して動くことができる。時間間隔［ｔ₂、ｔ₃］において、接極子は、磁力によってばね力に抗して操作され、かつその励磁された状態に達する。時点ｔ₄まで電磁石に流れるコイル電流Ｉ_maxは、加えられた実効電圧、すなわち引付け電圧Ｕ_Aの値に相応して上昇する。
【００２１】
接極子が完全に引付けられたとき、この接極子は、この位置に保持するだけでよく、このことは、一層小さい磁力により、すなわち一層低い実効電圧および一層低い電流によって可能である。そのために時点ｔ₄に、電圧パルスの“幅”が減少され、または電磁石が励磁されない電圧パルスの間の期間が大きくなり、このことは、図２ａから明らかである。デューティー比の変化によって、電磁石に加えられる実効電圧は、保持電圧Ｕ_Hに減少する。したがって、図２ｂに示される電磁石に流れる電流も、接極子の位置をなんら変化することなく、値Ｉ_Hに減少する。
【００２２】
接極子が大きな外部加速度またはその他の妨害作用によって意図に反して下降した場合、周期的に、またはこのような下降を認識した際に、期間Δｔ₁にわたってデューティー比の変化によって、ここでは“リフレッシュ電圧”Ｕ_Rと称する一層高い実効電圧が再び加えられる。“リフレッシュ時間間隔”［ｔ₅、ｔ₆］内において、電圧パルスの幅は拡大されるので、電磁石に加わる実効電圧は、Ｕ_HからＵ_Rに上昇する。それに相応して、時間間隔［ｔ₅、ｔ₆］内において電流もＩ_HからＩ_maxに上昇し、かつそれにより接極子は、再びその操作された位置に達する。この“リフレッシュ段階”の後に、デューティー比は、電磁石に加わる実効電圧が保持電圧Ｕ_Hに等しく、かつコイル電流がそれに相応して再びＩ_Hに低下するように、再び変化する。
【００２３】
時点ｔ_Eにおいて、ブレーキ弁は完全に不活性化され、すなわち電圧または電流は遮断されるので、ｔ_Eに続く短い遅延時間の後に、接極子は、その操作されない位置に戻り、このことは、図２ｃから明らかである。
【００２４】
図３ａないし図３ｃに、供給電圧が引付け電圧Ｕ_Aより低いが最小引付け電圧Ｕ_Aminより高い値Ｕ_V1に低下した場合が示されている。この場合、１００％のデューティー比の際でさえ、すなわち供給電圧が永続的に投入されているときでさえ、引付け電圧Ｕ_Aには達しない。この場合、制御電子装置によってあらかじめ与えられた引付け時間が、期間［ｔ₁、ｔ₄］に延長されれば、それにもかかわらず接極子は、引付けることができ、その際、接極子の引付け過程は、時点ｔ₂において始まり、かつ接極子は、時点ｔ₃において完全に引付けられている。図２ａないし図２ｃと同様に、ここでも引付け電圧は引続き維持され、その際、減少した供給電圧Ｕ_V1に相応した最大の引付け電流Ｉ_maxは、時点ｔ₄に設定される。
【００２５】
接極子が完全に引付けられているとき、図２ａないし図２ｃに相応して保持電圧または保持電流は、Ｕ_HまたはＩ_Hに減少する。Ｕ_Hへの実効電圧の減少は、図３ｃに相応して時間間隔［ｔ₄、ｔ₅］において、デューティー比の変化によって、すなわち減少した供給電圧Ｕ_V1を電磁石にパルス状に加えることによって行なわれる。
【００２６】
リフレッシュ電圧Ｕ_Rより低い、低下した供給電圧Ｕ_V1の図３ａないし図３ｃに示された場合においてもなお、“リフレッシュ”は行なうことができる。しかしながら、ここでは図２ａないし図２ｃとは相違して、期間Δｔ₁（図２ｃ）は、Δｔ₂に増加されるので、リフレッシュ過程はいくらか長く継続する。電磁弁の最小引付け電圧Ｕ_Aminが、供給電圧に対する限界を形成している。
【００２７】
図２ａないし図２ｃと同様に、リフレッシュ後、時点ｔ₆において、デューティー比は改めて変化するので、実効電圧は、再び保持電圧Ｕ_Hに、かつ実効電流はＩ_Hに低下する。時点ｔ_Eにおいて、電圧または電流は遮断され、かつ接極子は、その操作されない出口位置に戻る。
【００２８】
図２ａおよび図３ａから、“高い”実効電圧Ｕ_AまたはＵ_V1は限定された時間にわたってしか電磁石に加えられないことが明らかである。したがって、電磁石のコイルの電流負荷は、平均においてきわめてわずかであり、許容パーセンテージ投入期間（ＥＤ）は著しく高まる。
【００２９】
電圧、電流、時間、デューティー比等に関する前記のすべての値は、あらかじめ実験によって、またはその他の適当な方法で検出され、かつ電子制御装置のメモリ装置内に記憶される。この時、なお供給電圧Ｕ_Vの検出だけは、動作中に必要である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による装置を示す概略図である。
【図２】 図２ａは本発明の第１の実施例の電圧時間図である。図２ｂは図２ａに相応する電流時間図である。図２ｃは図２ａまたは図２ｂに相応する接極子位置時間図である。
【図３】 図３ａは本発明の第２の実施例の電圧時間図である。図３ｂは図３ａに相応する電流時間図である。図３ｃは図３ａまたは図３ｂに相応する接極子位置時間図である。

Claims (5)

1. ブレーキ圧力弁が、蓄積圧力入口（２）、ブレーキ圧力出口（３）、電磁石（７）、および前記ブレーキ圧力出口（３）に対して前記蓄積圧力入口（２）を開放または遮断するための前記電磁石（７）によって操作可能な接極子（４）を有し、前記電磁石（７）をパルス状に励磁する電圧源（Ｕ_V）および制御電子装置（１２、１４）、および現在存在する供給電圧（Ｕ_V）を判定する測定装置（１０）が設けられており、その際、前記接極子（４）の所定の開きまたは閉じ運動経過を発生する前記制御電子装置（１２、１４）は、前記電磁石（７）を励磁する電圧パルスを発生し、かつ前記現在存在する供給電圧（Ｕ_V）に応じてパルス時間を変化させ、前記制御電子装置（１２、１４）は、電圧パルスまたはその間にある励磁されない状態の期間を変化させ、前記接極子（４）の前記開き／閉じ運動の開始の際、前記電磁石（７）に加えられる電圧の実効値が、所定の引付け電圧(pull-in voltage)（Ｕ_A）に等しく、前記引付け電圧が、前記接極子（４）の所定の最小引付け電圧（Ｕ_Amin）よりも大きくなるように前記電磁石（７）が励磁され、接極子（４）を引付けた際に、前記接極子位置において前記電磁石（７）に加えられる電圧の実効値が、所定の保持電圧（Ｕ_H）に等しく、前記保持電圧が、前記引付け電圧（Ｕ_A）よりも小さくなるように前記電磁石（７）が励磁され、規則的な間隔をおいて周期的に、または必要な場合に所定の期間（Δｔ₁）にわたって短期的に、前記電磁石（７）に実効電圧（Ｕ_R）が加えられ、前記実効電圧は前記保持電圧（Ｕ_H）より大きく、かつ前記引付け電圧（Ｕ_A）よりも小さくなるように前記電磁石（７）の励磁を変化させることを特徴とする、ブレーキ圧力弁を制御する装置。
2. 現在の蓄積圧力を測定する圧力センサ、および実際のブレーキ圧力を測定する圧力センサが設けられていることを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 電子メモリが設けられており、前記メモリは、前記制御電子装置に接続されており、その際、前記メモリ内に認識フィールドが記憶されており、前記認識フィールドによって前記現在の実際ブレーキ圧力および前記現在の蓄積圧力のような現在存在するブレーキシステムパラメータから、前記電磁石（７）を制御するための目標パルス時間または目標パルス周波数が引出し可能であることを特徴とする請求項１または２記載の装置。
4. 前記制御電子装置（１２）は、現在学習されたパラメータにしたがって、記憶された前記目標パルス時間または前記目標パルス周波数を変更することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の装置。
5. 動作中に起こり得る最小の生じる供給電圧の際に、前記接極子を引付けるように前記電磁石（７）および前記接極子（４）が構成(dimension)されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の装置。

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