用於製造和/或調節可電磁控制的致動器的方法和設備的製作方法
2023-04-23 00:16:16 1
專利名稱：用於製造和/或調節可電磁控制的致動器的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種根據權利要求1的前序部分的方法以及根據權利要求12的前序部分的調節設備。
背景技術：
現有技術中已知在機動車制動系統的ABS控制設備以及具有附加功能例如ESP等的所謂驅動動力控制器中使用可電磁控制的模擬閥以用於改善控制或用於降低噪聲。
在新一代的液壓控制設備中使用了所謂的模擬開關閥。模擬開關閥是電流驅動的磁力閥，所述電磁閥設計成用於完全打開或關閉，而且通過特定的電流調節操作使其具有模擬調節特性。
EP 0 813 481 B1(P 7565)公開了一種用於識別模擬操作的開關閥的開關點，尤其用於從閥調節電流的電流變化中確定壓力條件的方法。
原則上，可通過改變流經閥中電磁線圈的電流來調節壓力梯度或相應模擬開關閥的取決於壓差的流量G。必須非常精確地調節在控制範圍內的體積流量Q。基本的影響係數是壓差Δp、流經閥中電磁線圈的電流I以及各種閥參數。儘管可以使用特徵域確定期望的流量，但是不太易於將上述量的依賴關係存儲在一個一次確定的特徵域內。這是由於閥元件的製造公差對所需的驅動電流影響較大。因此需要在製造閥時需要為每個單獨的閥確定特徵域並將該特徵域儲存在控制設備中電子裝置的存儲器內。但是，為了建立單獨的特徵域，需要在供應商處或在機動車製造商的工廠裝配線的最後環節以控制設備的限定的加壓採取複雜的測量方法。如WO01/98124 A1(P 9896)中說明的，通過該複雜的測量方法確定的特徵域然後可用於調整期望的壓力梯度。
已經知道，特徵曲線或尤其是其梯度的剩餘偏差主要起因於機械公差，例如變化的彈力和磁場迴路(例如空氣間隙的磁阻等)。因此，需要在連續生產中電磁特性和機械特性的偏差儘可能小的閥。
發明內容
根據本發明，通過根據權利要求1的方法和根據權利要求12的調節設備實現這一目的。
根據本發明的方法，測量致動器的至少一項電磁特性，並將已測量的電磁特性本身或由其推導出的量用作控制修正變量的實際值。此外，該修正變量直接用於致動器的製造或調節。
術語「控制」涉及一種操作，在該操作中連續檢測一變量—即待控制的變量(控制變量、實際值)、將該變量與另一變量—指令變量(額定值)進行比較、並根據指令變量的調整來改變該變量。控制的特徵是閉環作用過程，其中在控制電路的作用線路中控制變量持續影響其本身。
優選利用可編程的電子控制器進行控制。修正變量有利地是致動器的至少一項機械特性，特別是下面定義的挺杆衝程l和/或磁裝置中的空氣間隙。
術語「致動器」包括用於調節流體流動的閥和滑動件。優選地，所用的致動器為閥。優選的流體是空氣或任何適當的液壓流體，尤其是用於制動裝置中的常規制動液。致動器包括機電裝置和具有關閉元件的閥致動裝置。該機電裝置有利地包括機械連接到銜鐵的關閉元件。有利地，該關閉元件是挺杆。當勵磁線圈中無電流流過時，該關閉元件通過復位元件向回移動。復位元件優選為作用於復位元件的復位彈簧。
所述推導出的量優選為磁力。
由電磁特性推導出的量優選是作用在關閉元件上的磁力Fmag。該力尤其與復位元件的力FFeder相關。
此外，在優選的方式中，所推導出的量涉及將在下面定義的開啟行程(挺杆衝程)l和/或在下面定義的致動器的彈力FFeder。
有利地，致動器具有完全打開和完全關閉的位置。根據致動器的種類—常開(SO-V)或常閉(SG-V)，致動器響應於復位元件的動作而佔用其中一個位置。適當的復位元件優選是彈簧，該彈簧具有確定的力/行程特徵曲線，尤其可通過線性方程模擬/近似該曲線。
本發明的方法有利地用於製造閥，所述閥用於機動車制動控制中的電動液壓設備，例如ABS/ESP制動控制裝置。
如上面所述，已經知道，特徵曲線或尤其是其梯度的不期望的偏差主要起因於機械公差，例如變化的彈力FFeder和致動器的磁力線迴路(例如空氣間隙的磁阻等)。
所測量的電磁特性有利地選自致動器的下列一個或多個特性-機電裝置的磁阻RM，-機電裝置的電感L，-作用在閥致動裝置上的電測量的磁力Fmagn，-打開或關閉所需的保持電流Ihalt，或者-打開或關閉所需的開啟電流Ioff。
根據本發明的方法，開啟電流、保持電流、磁阻或電感優選由控制器調節。這可以例如當致動器完全關閉時或在致動器被以明確的方式致動的條件下實現。尤其是在(致動器為)閥的情況下，通過移動閥座來減小磁裝置中銜鐵和挺杆導向器之間的空氣間隙—例如殘餘空氣間隙，直至總磁阻達到期望值。
為了實施根據本發明的控制，優選地根據預定模式例如鋸齒波模式或斜坡模式連續改變勵磁線圈中勵磁電流的額定值。在這種情況下，根據勵磁電流和/或感應電壓的瞬時實際值來確定閥保持電流的時刻。測量勵磁線圈上和/或磁路中的測量線圈上的感應電壓以便確定控制變量。也可以確定表明閥開啟時刻的閥開啟電流而非確定閥保持電流。如果例如將勵磁電流的額定值以斜坡形式連續降低，則當銜鐵在使用非理想的電流源的條件下移動時，在閥開啟時刻勵磁線圈將表現出不規律的電學特性。當監控勵磁電流、勵磁線圈上的電壓或者—尤其需要強調的—附加安裝在磁路中的測量線圈的感應電壓時可看出這種不規律性。通過確定這種不規律的時刻可以確定閥保持電流。
除了勵磁電流的斜坡式下降(或升高)，還可根據一可選的優選實施例斜坡式地或按預定模式來改變勵磁電壓。
為了測量電磁特性，除了勵磁線圈之外有利地在致動器的磁路中設置至少一個附加的電感元件，計算電磁變量時考慮該元件的感應電壓。該附加的電感元件尤其是以測量線圈。
在使用測量線圈的情況下，所述電磁特性尤其為測量線圈上的電壓積分。
根據以這種方式或其它方式測量的感應電壓以及隨後產生的積分值，優選根據本方法來確定磁通量，並由此確定磁力和/或挺杆衝程。
根據本方法的優選實施例，根據與致動器相關的參數來確定致動器的保持電流和/或開啟電流。
本發明的目的包括在生產過程中使與待調節的壓力量有關的電特徵曲線中的偏差儘可能小或者使特性一致。優選地，這是指確定開啟電流和壓差之間的關係的特徵曲線。因此，根據本方法的另一優選實施例，致動器在製造或調節時具有精確確定的預定壓差和/或精確確定的預定流量。
如果需要進一步提高制動控制的精度，尤其是為了補償長時間磨損的影響，根據本發明另一優選實施例的適當作法是，首先在目標物例如機動車外部對致動器進行額外的調節，然後在將致動器安裝進該目標物之後，在該使用閥的目標物內部進行調節，所述調節同樣基於對機電特性的測量。
在根據權利要求1進行製造和/或調節之後，在不對致動器加壓的情況下根據本方法的該優選實施例進行另一次校準，其特徵在於，通過制動系統的電控制獨立實施該次校準。如上所述，這使得可利用根據本發明製造的致動器來進一步改善致動器的模擬控制的精確度。根據本方法，在不對致動器進行加壓(壓差ΔP＝0)的情況下自動確定與致動器相關的參數，特別優選通過將致動器線圈上的積分感應電壓作為控制變量來控制挺杆力或磁阻。
為了理解本發明，為了簡化技術關係可有利地將致動器的特性劃分為單獨的例如可由參數KGind描述的磁特性與機械特性以及通用的例如可由參數KGall描述的磁特性與機械特性。參數KGind包括由公差引起的在各閥間具有特別大的偏差的量。參數KGall表示偏差較小並因此可根據結構形式或產品系列一次性確定的參數。因此，通用參數KGall可適當地在永久存儲在目標物內部的電子控制裝置中。可容易地參數KGall和KGind計算出致動器特徵曲線並因此計算出各個致動器所需的取決於壓差的驅動電流。當然也可存儲特徵域(Kennfeld)、校準曲線等以代替特徵量。
根據本方法的有利實施例，在電磁裝置中測量磁路的總磁阻RM。普遍適用的是，可使用與線圈的圈數N有關的相應磁路的電感L來代替磁阻作為等效的物理量以便以相應的方式實施本發明的方法。
優選地，在磁路中設置至少一個附加的測量元件，尤其是至少一個測量線圈，所述測量線圈用於分別測量電感、磁通量或者磁阻。除了線圈之外，原則上本身已知的對磁場有響應的傳感器例如霍耳傳感器、MR傳感器等都可用作測量元件，只要其適合於檢測有效磁通量。然而，使用線圈是特別有利的，因為線圈的生產成本低。
前述測量線圈可以電獨立於驅動線圈。但是也可根據優選實施例將測量線圈與驅動線圈串聯電連接。這樣做是有利的，因為只需要三個致動線路。
除了壓差和幾何形狀上的流動特性之外，原則上通過作用在各致動器的挺杆上的力(挺杆力)來確定流經相應致動器或閥的流量G。磁力Fmagn、由流體引起的(例如氣動或液壓的)取決於壓力的力Fhyd和由復位元件施加的力FFeder同時作用在閥的挺杆上。在力平衡(挺杆靜止)狀態下這些共同作用的力相互補償。在這種條件下，在通過勵磁線圈產生磁力的情況下只有所謂的保持電流Ihalt流過。
根據本發明的方法，優選在計算程序中確定彈力以及—如有必要—最大挺杆衝程。然後將這些量包括進來以計算例如力。
除了其它特徵外，本發明的方法的一個特殊的特徵在於，優選地測量磁通量並且特別根據該磁通量進行控制。這是合理的，因為磁力直接取決於磁通量。
本發明還涉及一種用於可電磁驅動的致動器的製造和/或機械調節的調節設備，該設備可有利地實施上述方法。該設備本身包括電磁激勵線圈，致動器(在這種情況下致動器一般不包含勵磁線圈)可滑入該線圈中一相應的容腔內。該調節設備的特徵在於一控制電路，該控制電路將可用於該調節設備的致動器的電磁特性作為實際值使用。該控制的修正變量通過調節設備作用於調整器的機械特性，從而可利用該設備調節該機械特性—例如挺杆衝程。
優選地，該調節設備包括附加的電感元件，該電感元件提供電信號以形成控制電路的實際值，該電感元件尤其是測量線圈。
有利地，該控制的修正變量改變了用於壓力裝置的壓制材料的固定設備的間隔，其中該壓力裝置可容納致動器以進行壓入操作。為此，尤其通過控制器來控制壓力保持器臂的間隔。尤其通過預先設置一速度信號(保持器的關閉速度)或間隔信號來控制間隔。該控制器還可調節壓制功率。
在上述的校準方法中，有利地藉助於壓入操作來調節閥的閥座。插入尺寸優選在大約0.2μm至500μm的範圍內。
從從屬權利要求和下面結合附圖對實施例的說明中可見其它的優選實施方式。在附圖中圖1是閥校準過程的示意圖；圖2是根據本發明可被採用的閥；圖3是用於調節閥的調節設備的示意圖；以及圖4示出用於解釋調節控制電路的示意圖。
具體實施例方式
圖1說明了用在具有ABS/ESP功能的機動車1中電動液壓制動系統2的電磁閥15的製造過程。首先，製造出電磁閥後在製造工廠/車間3利用本發明的方法在使其開啟電流特性一致方面進行機械校準，然後將它們裝入制動控制設備2內。由於已經存在的或隨時間出現的殘餘公差，如果希望制動控制具有特別高的精度，可在已經將制動控制裝置2裝入機動車1之後在機動車內通過電子控制器21附加地實施下面將說明的校準過程。
圖2非常適宜性地示出常見電磁閥15的結構。銜鐵6、殼體7、套筒8和線圈9是機械地作用在實際的閥上的電磁裝置的元部件。更具體地說，銜鐵6通過閥線圈9的磁場而移動，從而機械地作用於挺杆5。對於常開閥(SO閥)，當不存在磁場時，復位彈簧27迫使挺杆5處於打開狀態。分圖c)示出處於關閉狀態的閥，其中閥線圈已通電。此時挺杆5封閉閥座4上的開口。在閥的關閉操作中，所示閥的銜鐵6將靠近殼體7，但不完全與之接觸。位於銜鐵和殼體之間的剩餘空間稱作剩餘空氣間隙d。根據本文說明的方法，該剩餘空氣間隙d是通過沿箭頭11的方向移動閥座4來調節的。通過考慮在閥關閉時的磁阻或考慮開啟電流來實現該調節，如下文所述，該開啟電流可由勵磁線圈9的明確的激勵確定。
在閥打開時進行第二次調節。當閥完全打開時，銜鐵6與套筒8接觸。完全關閉位置與完全打開位置之間的距離稱為挺杆衝程，該距離可通過將打開位置與關閉位置的磁阻相比較來確定。可通過移動套筒8來調節挺杆衝程。
在機動車中的校準過程上述在機動車1中的校準過程是在制動控制設備的電子控制單元21中自動執行的，並且該過程用於計算閥流量控制所需的各單獨的閥的開啟電流特徵曲線。該校準操作的一個特徵是，實際的校準操作是在不對閥加壓的情況下進行的。因此，校準操作在任何時候都是獨立的並且可不在車間內實施。在該示例中彈力是單獨確定的。首先逐步提高常開電磁閥15的線圈電流I(分別在接通和斷開閥電流的情況下)。從一確定的電流起閥將關閉、銜鐵6會沿箭頭22的方向移動(圖2c)。銜鐵的移動導致銜鐵6和殼體7之間的空氣間隙減小，因此導致總磁阻Rm的一可測量的變化並因此也導致電感L變化。
然後應用L=N2Rm,]]>=NIRm]]>(N＝線圈的圈數，Φ＝磁通量)。
在銜鐵6開始移動的時刻，在壓差ΔP＝0時存在磁力Fmagn和作用在銜鐵上的彈力FFeder相平衡的狀態FFeder=Fmagn=12*0*AAnker*2,]]>(μ0＝空氣的導磁常數，AAnker＝銜鐵面積)。因此可在考慮銜鐵面積AAnker的情況下根據磁通量Φ來計算彈力FFeder。然後可將由此測得的由公差引起的彈力偏差存儲在控制器21的存儲器內。
圖3中的示意圖示出了用於調節閥15的閥座4的壓力機12。壓力機12在上部包括閥15可裝入其中的壓力機容腔13。在閥容腔13內一體形成有用於致動閥15的勵磁線圈9。此外，閥容腔13包括外鐵芯14，該鐵芯上可纏繞測量線圈23的附加繞組。可利用測量線圈23以特別簡單的方式確定磁路中的磁通量。
壓力挺杆16在壓力機的底部被沿軸向引導從而可沿箭頭19的方向移動。可通過使用了心軸18的傳動裝置17來調節壓力挺杆16的位置。可通過經由電輸入端20的電信號來預先確定挺杆16的絕對位置。使壓力挺杆以速度v＝ΔX/Δt沿箭頭19連續移動，以便將閥座4壓入殼體7內。勵磁線圈9通有預定模式(例如鋸齒模式等)的電流，該電流的值根據閥最初是打開的還是關閉的而變化以使該閥動作。所述模式有利地設計成使得閥以規則的間隔重複動作(時鐘式/節拍式地致動)。
圖4示出了用於調節電磁特性的關閉控制迴路。壓力機控制電子裝置24生成一修正變量ΔX/Δt，該修正變量預先規定了壓力機12的壓入速度並被傳送到輸入端20。閥15響應該信號而被壓縮。通過經由線路25的閥電磁量26的反饋，形成了一結合壓力機的控制迴路，該迴路允許通過壓力機(控制)電子裝置24非常精確地控制所期望的電磁量。如圖4的方框中所示，電磁量26的反饋可以是在勵磁線圈9上或在獨立的測量線圈23上測得的感應電壓Uind，或者是該量的電子地確定的積分值∫Uind。該積分值∫Uind與磁通量成比例，從而可實現磁通量控制。在感應電壓通過線路25傳送的情況下，需要在實際的控制操作之前在電子裝置24中求出積分。或者，可以通過線路25將當前的閥保持電流Ihalt或閥開啟電流Ioff作為控制變量傳送給電子裝置24。
下面說明一個用於確定閥挺杆衝程l的示例。下面挺杆衝程的計算基於下述物理關係Uind=-N*ddt]]>以及=-1N0tUinddt.]]>當斷開閥電流I時，閥15中的磁通量Φ將發生變化，這在勵磁線圈9或測量線圈23中引起感應電壓Uind。可在閥打開和關閉的狀態下測量總磁阻RM。該總磁阻包括取決於銜鐵位置的銜鐵處空氣間隙的磁阻RMLuft＝l/(μ0*AAnker)，其中AAnker是銜鐵6的磁有效面積—它對於閥的產品系列是特定的，參考標記l代表挺杆衝程。實際的測量方法不是直接確定RMLuft的值，而是通過當閥完全打開時測量磁阻並將其減去閥關閉時的磁阻得出。因此，可僅通過這樣測量電磁特性來確定挺杆衝程l。
在上述示例中，在測量磁阻期間閥始終是完全打開或完全關閉的。下面將說明利用時鐘控制式的閥開啟的調節方法的示例。首先，將閥座4移入殼體7中以便調節閥關閉時的空氣間隙d，從而關閉的閥的磁阻將連續增加。開始時勵磁線圈中的電流高於閥的關閉電流。當壓力機以恆定的速度進行擠壓時，閥將通過勵磁線圈9中的電流重複地—即時鐘式地打開，此時確定閥開啟電流。可通過感應電壓和/或勵磁線圈電壓和/或線圈電流的時間變化來確定閥開啟電流，因為在這種情況下發生的閥銜鐵6的移動使得設置在磁通迴路中的線圈的電壓變化和電流變化中出現可測量的峰值。可根據在峰值時刻流過的電流的範圍來確定在當前確定的空氣間隙調節中閥的閥開啟電流。將確定的開啟電流按時傳送到控制單元24。該按時或節拍式/周期性的確定以很高的測量頻率進行，該測量頻率高到可為壓力機的調節提供準連續的控制信號。
上述說明涉及的是常開閥(SO閥)。對於常閉閥(SG閥)也可以類似的方式採用所述的方法。
權利要求
1.用於製造和/或調節適用於控制流體流動的可電磁控制的致動器、尤其是液壓或氣動的模擬閥或模擬的開關閥(10)的方法，其中致動器包括可通過勵磁線圈(9)驅動的電磁裝置，所述電磁裝置包括至少一個可移動的銜鐵(6)；其中所述電磁裝置機械地作用於打開和關閉致動器用的閥致動裝置；該閥致動裝置包括至少一個關閉元件(5)、用於當勵磁線圈未被激勵時打開或關閉關閉元件的復位元件(27)和其內接合用於打開或關閉致動器的關閉元件的閥座(4)，其特徵在於，測量致動器的至少一項電磁特性、將所測得的電磁特性本身或由該電磁特性推導出的量用作控制修正量的實際值、將該修正量直接用於生產或調節所述致動器。
2.根據權利要求1的方法，其特徵在於，所述電磁特性選自下列組中的一個或多個特性機電裝置的磁阻RM，機電裝置的電感L，作用在閥致動裝置上的電測量的磁力Fmagn，打開或關閉所需的保持電流Ihalt，或者打開或關閉所需的開啟電流Ioff。
3.根據權利要求1或2的方法，其特徵在於，勵磁線圈是裝配或調節設備的一部分，致動器安裝在該設備內以執行權利要求1所述的方法。
4.根據上述權利要求中至少一項的方法，其特徵在於，當致動器完全關閉時通過控制器調節電磁特性，該電磁特性尤其是開啟電流、保持電流、磁阻或電感。
5.根據上述權利要求中至少一項的方法，其特徵在於，當致動器完全打開時通過機械地調節挺杆衝程和/或磁裝置中的空氣間隙來調節磁特性，尤其是磁阻。
6.根據上述權利要求中至少一項的方法，其特徵在於，對在勵磁線圈上和/或在磁性裝置中的測量線圈上由電流變化引起的感應電壓進行測量並尤其是對其求積分。
7.根據上述權利要求中至少一項的方法，其特徵在於，根據預定模式持續改變勵磁線圈中的勵磁電流的額定值，根據勵磁電流的瞬時實際值和/或閥開啟和/或閥保持電流的感應電壓來確定該額定值，其中測量在勵磁線圈上和/或磁路中的測量線圈上的感應電壓。
8.根據權利要求7的方法，其特徵在於，所述電流模式對應於鋸齒形的變化過程。
9.根據上述權利要求中至少一項的方法，其特徵在於，所述調節是在閥的製造過程中實施的機械調節。
10.根據上述權利要求中至少一項的方法，其特徵在於，首先在目標物(1、2)的外部進行調節；在將致動器安裝進該目標物之後，在該使用致動器的目標物內部進行調節，所述調節同樣基於對機電特性的測量。
11.根據上述權利要求中至少一項的方法，其特徵在於，在目標物外部進行的調節用於補償公差對開啟電流特徵的影響，所述開啟電流特徵尤其基於復位元件的不同的力/行程變化。
12.用於製造和/或機械調節可電磁控制的致動器、尤其是氣動或液壓閥的調節設備，包含電磁勵磁線圈(6)以及容腔，所述勵磁線圈是調節設備的組成部分，所述容腔允許裝入可通過勵磁線圈電磁驅動的致動器，所述致動器包括至少一個銜鐵(7)、可移動的挺杆(8)以及閥致動裝置(4、5、6)，銜鐵可通過勵磁線圈電流而移動以便打開和/或關閉致動器，其特徵在於，所述調節設備包括控制電路，該電路中的實際值是可用於所述調節設備的致動器的電磁特性，該致動器的至少一個機械特性通過修正變量來調節。
13.根據權利要求12的調節設備，其特徵在於，修正變量決定壓力設備的壓製品容納保持裝置的間隔(X、ΔX)。
14.根據權利要求12或13的調節設備，其特徵在於，該調節設備被用來實施根據權利要求1至11中至少任意一項所述的方法。
全文摘要
本發明涉及用於製造和/或調節適於調節流體流動的可電磁控制的致動器的方法和設備，所述致動器包括可通過勵磁線圈(9)控制的機電裝置，所述勵磁線圈具有可移動的銜鐵(6)。所述機電裝置機械地作用於打開和關閉致動器用的閥致動裝置。所述閥致動裝置包括至少一個關閉元件(5)、用於當勵磁線圈未被激勵時打開或關閉關閉元件的復位元件(27)和其內接合用於打開或關閉致動器的關閉元件的閥座(4)。根據本發明，測量致動器的至少一項電磁特性、將所測得的電磁特性本身或由該電磁特性推導出的量用作調整調節變量的實際值。所述調節變量直接用於生產或調節所述致動器。
文檔編號H01F7/18GK1832877SQ200480022270
公開日2006年9月13日 申請日期2004年7月28日 優先權日2003年7月31日
發明者M·海因茨, A·裡希特, W·喬克爾, A·施米茨, C·施泰因巴赫, P·多德爾曼, W·西蒙, W·法伊, M·恩格爾曼, A·克特爾 申請人:大陸-特韋斯貿易合夥股份公司及兩合公司