用于通過電阻測量確定活塞在活塞壓力儲存器中的位置的方法以及適當(dāng)?shù)貥?gòu)造的活塞壓 ...的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種確定活塞(5)在活塞壓力儲存器(1)內(nèi)部的位置的方法以及一種相應(yīng)構(gòu)造的活塞壓力儲存器(1)。在此，在殼體(3)中具有一能移位的活塞(5)。一具有多個(gè)4點(diǎn)測量電極對(17)的電極布置(15)設(shè)置在能導(dǎo)電的殼體(3)上并且構(gòu)造用于，通過當(dāng)將電流施加給外部電極(19)時(shí)根據(jù)沿著殼體(3)的位置測量電極(21)之間的電阻或電勢的分布來確定活塞(5)在殼體(3)內(nèi)部的位置。活塞的基于電勢分布的測量所確定的位置可以被用來確定或檢驗(yàn)活塞壓力儲存器(1)的荷狀態(tài)。
【專利說明】用于通過電阻測量確定活塞在活塞壓力儲存器中的位置的方法以及適當(dāng)?shù)貥?gòu)造的活塞壓力儲存器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于確定活塞在活塞壓力儲存器內(nèi)部的位置的方法。此外本發(fā)明涉及一種用于檢驗(yàn)活塞壓力儲存器的荷狀態(tài)的信息的方法。此外本發(fā)明涉及一種適當(dāng)?shù)貥?gòu)造的活塞壓力儲存器以及一種用于監(jiān)測活塞壓力儲存器的監(jiān)測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]活塞壓力儲存器用于機(jī)械地存儲能量。例如在液壓混合動(dòng)力車輛中活塞壓力儲存器用于存儲例如在制動(dòng)車輪時(shí)產(chǎn)生的能量并且例如在車輛隨后加速時(shí)又提供這些能量。
[0003]在活塞壓力儲存器中，在例如圓柱狀的殼體中設(shè)置能在該殼體中移動(dòng)的、作為活塞壓力儲存器的兩個(gè)部分容腔之間的分隔件的活塞。在所述部分容腔中的一個(gè)中可以導(dǎo)入可壓縮的流體。在另一個(gè)部分容腔中可以導(dǎo)入不可壓縮的流體。特別是所述不可壓縮的流體可以通過適當(dāng)?shù)拈y系統(tǒng)導(dǎo)入到相應(yīng)的部分容腔中并且又從該部分容腔中排出，以便機(jī)械地通過壓縮所述可壓縮的流體來存儲或釋放能量。
[0004]DE 102010001 200 Al描述了一種傳統(tǒng)的活塞壓力儲存器。
[0005]為了可以確定活塞壓力儲存器的荷狀態(tài)(State of Charge, SOC)，也就是說，為了能夠確定當(dāng)前在活塞壓力儲存器中機(jī)械地存儲了多少能量，可以測量決定能量含量的測量參數(shù)，例如在活塞壓力儲存器中產(chǎn)生的壓力和主要的溫度。這種壓力測量和溫度測量可以利用簡單的傳感器進(jìn)行。
[0006]然而注意到，特別是在動(dòng)態(tài)的運(yùn)行條件下由于溫度測量的等待時(shí)間會(huì)在確定荷狀態(tài)時(shí)部分地出現(xiàn)大的誤差。
[0007]替換地，活塞壓力儲存器的荷狀態(tài)可以根據(jù)活塞在活塞壓力儲存器的殼體內(nèi)部的當(dāng)前位置來測定?；钊奈恢每梢岳缤ㄟ^終端位置開關(guān)來測定，所述終端位置開關(guān)例如借助開關(guān)桿來確定活塞在活塞壓力儲存器的殼體內(nèi)部的儲存器的一端和/或另一端上的終端位置。替換地，活塞在殼體內(nèi)部的位移或位置可以例如借助活塞桿、繩索測量系統(tǒng)或超聲波位移測量系統(tǒng)來探測。
[0008]然而，這種用于確定活塞的當(dāng)前位置的系統(tǒng)需要高的結(jié)構(gòu)耗費(fèi)。特別是，它需要將部件例如終端位置開關(guān)或活塞桿集成在活塞壓力儲存器的內(nèi)容腔中，其中，可能需要使這些部件向外機(jī)械地和/或電氣地連接。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]在此提出的用于確定活塞在活塞壓力儲存器內(nèi)部的位置的方法以及相應(yīng)地裝備的活塞壓力儲存器可以允許在精度高但是結(jié)構(gòu)耗費(fèi)低的情況下確定活塞在活塞壓力儲存器內(nèi)部的當(dāng)前位置。
[0010]此外，借助于通過這種方式確定的活塞在活塞壓力儲存器內(nèi)部的位置可以測定關(guān)于活塞壓力儲存器的荷狀態(tài)的信息并且由此檢驗(yàn)以其他的方式獲得的關(guān)于這個(gè)荷狀態(tài)的信息。因此活塞壓力儲存器的荷狀態(tài)監(jiān)測可以更可靠。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，活塞壓力儲存器具有優(yōu)選地至少在部分區(qū)域中能導(dǎo)電的殼體以及可在殼體內(nèi)部移動(dòng)的、同樣優(yōu)選地至少在部分區(qū)域中能導(dǎo)電的活塞，在該活塞壓力儲存器中，通過測量沿著殼體的電阻分布來確定活塞在活塞壓力儲存器內(nèi)部的當(dāng)前位置。
[0012]為此在殼體的區(qū)域中的多個(gè)位置上局部地感應(yīng)出電流并且因此局部地確定所引起的電勢分布。在此，所述電流可以作為直流電通過在兩個(gè)電極之間施加直流電壓來產(chǎn)生。類似于在用于說明地下結(jié)構(gòu)的地球物理學(xué)中所使用的電阻斷層掃描法地，例如可以利用兩個(gè)其他的電極來確定電勢的分布，例如由于感應(yīng)的電流和由于在兩個(gè)電極之間占主要地位的電阻而出現(xiàn)了該電勢。
[0013]因?yàn)橹辽倌懿糠謱?dǎo)電的活塞在活塞壓力儲存器的殼體內(nèi)部的位置對于在殼體上測得的電阻或出現(xiàn)的電勢分布有影響，所以通過確定這個(gè)電勢分布可以測定關(guān)于活塞的這個(gè)位置的信息。
[0014]根據(jù)這個(gè)測量原理的進(jìn)一步方案，可以在殼體的區(qū)域中的多個(gè)位置上局部地感應(yīng)出交流電流。這個(gè)交流電流導(dǎo)致活塞壓力儲存器的殼體上的隨時(shí)間改變的電勢分布。通過局部地測量所引起的與時(shí)間有關(guān)的電勢分布可以類似于電抗斷層掃描法地獲得關(guān)于活塞在活塞壓力儲存器的殼體內(nèi)部的當(dāng)前位置的更精確的信息。
[0015]為了可以實(shí)施所提出的方法，活塞壓力儲存器可以在其殼體上具有電極布置，該電極布置設(shè)計(jì)用于確定沿著殼體的電阻分布，以便可以據(jù)此推斷出活塞在殼體中的當(dāng)前位置。
[0016]所提出的位置確定方法或相應(yīng)地構(gòu)造的活塞壓力儲存器的優(yōu)點(diǎn)是，不需要在活塞壓力儲存器的存儲容腔內(nèi)部布置測量傳感器或其他的部件。需測量的電阻分布或由于感應(yīng)的電流而出現(xiàn)的沿著殼體的電勢分布可以借助電極來測量，所述電極可以從外部安裝在殼體上或者集成在殼體的壁中。電極的這種外部的布置可以顯著簡化活塞壓力儲存器的存儲容腔的密封。
[0017]特別是，活塞壓力儲存器的殼體可以由纖維復(fù)合材料構(gòu)成。這樣構(gòu)造的活塞壓力儲存器可以在高機(jī)械穩(wěn)定性的情況下具有相對低的重量。在此，這種纖維復(fù)合材料例如含有以硬化樹脂浸潰的碳纖維組織。特別是在碳纖維復(fù)合材料(碳纖維增強(qiáng)的塑料、CFK)的情況下，由于碳纖維的導(dǎo)電性，活塞壓力儲存器的殼體可以具有高的導(dǎo)電性。因此可以一方面通過安裝電極來在碳纖維殼體內(nèi)部感應(yīng)出電流，并且另一方面通過安裝其他的電極來確定由此出現(xiàn)的電勢分布。在此，出現(xiàn)的局部電勢在此與活塞在殼體內(nèi)部的位置有關(guān)，因?yàn)榛钊捎谄渥陨淼膶?dǎo)電能力和該活塞局部地抵靠在殼體上的事實(shí)而顯著地改變了殼體的下述區(qū)域中的電阻或?qū)щ娔芰?，?dāng)前該活塞位于所述區(qū)域中。在此，活塞可以同樣如同殼體那樣由能導(dǎo)電的材料構(gòu)成或者至少在該活塞的朝向殼體取向的表面上具有這種能導(dǎo)電的材料。活塞例如可以由金屬構(gòu)成。
[0018]特別是，當(dāng)活塞壓力儲存器的殼體利用纖維復(fù)合材料來構(gòu)造時(shí)，為測量電勢的分布所設(shè)置的電極布置可以直接集成在纖維復(fù)合材料中。換句話說，電極可以集成在由殼體構(gòu)成的壁中，所述壁包圍壓力儲存器的容腔。
[0019]在利用碳纖維復(fù)合材料制造殼體時(shí)相應(yīng)的電極可以例如以金屬絲的形式直接實(shí)現(xiàn)在殼體中，該金屬絲可以被從殼體的外部接觸。電極在纖維復(fù)合材料中的這種集成不僅實(shí)現(xiàn)了活塞壓力儲存器的殼體的簡單制造而且實(shí)現(xiàn)了借助集成的電極布置來確定活塞在壓力儲存器內(nèi)部的位置的可靠可能性。
[0020]設(shè)置在活塞壓力儲存器的殼體上的電極布置可以具有一個(gè)或大量4點(diǎn)測量電極對。在此，每個(gè)4點(diǎn)測量電極對可以具有用于感應(yīng)出電流的兩個(gè)電極以及用于測量電極之間的電勢分布的兩個(gè)電極。所述4點(diǎn)測量電極對可以沿著活塞的運(yùn)動(dòng)方向布置在殼體上。
[0021]因此借助多個(gè)4點(diǎn)測量電極對可以分別沿著活塞在殼體內(nèi)部的移動(dòng)路徑確定活塞壓力儲存器的殼體的部分區(qū)域中的電阻分布或電勢分布。因此，通過在所有4點(diǎn)測量電極對上同時(shí)地或依次地測量電勢，可以推斷出活塞的當(dāng)前位置。
[0022]在此，沿著活塞的運(yùn)動(dòng)方向相鄰的4點(diǎn)測量電極對的間距優(yōu)選地可以小于活塞在平行于這個(gè)運(yùn)動(dòng)方向的方向上的長度。
[0023]相鄰的4點(diǎn)測量電極對的這種低的間距可以導(dǎo)致的是，對于每個(gè)任意的可占據(jù)的位置來說，該活塞與至少一個(gè)4點(diǎn)測量電極對相鄰。由于所述活塞，相應(yīng)相鄰的4點(diǎn)測量電極對可以識別出在4點(diǎn)測量電極對的兩個(gè)電極對之間測得的電勢的強(qiáng)烈改變，由此可以推斷出在這個(gè)位置附近存在活塞。
[0024]有利地，前述的用于確定活塞在活塞壓力儲存器內(nèi)部的位置的方法可以被用來基于活塞的確定位置來確定或檢驗(yàn)關(guān)于活塞壓力儲存器的荷狀態(tài)的信息。這種方法可以在用于監(jiān)測活塞壓力儲存器的監(jiān)測裝置中實(shí)施。
[0025]例如，在活塞壓力儲存器的正常運(yùn)行中可以僅僅基于其他的測量參數(shù)例如在活塞壓力儲存器中存儲的流體的壓力和溫度來確定該活塞壓力儲存器的荷狀態(tài)。借助于這些可簡單地測定的測量參數(shù)可以簡單地和以通常足夠的可靠性來確定荷狀態(tài)。然而在確定的時(shí)間間隔中或例如在活塞壓力儲存器的確定的運(yùn)行條件下可以有利的是，監(jiān)測或校正這樣實(shí)施的荷狀態(tài)測量，其方式是，附加地測定關(guān)于活塞在活塞壓力儲存器內(nèi)部的當(dāng)前位置的信息。這個(gè)附加的信息允許更精確地確定活塞壓力儲存器的荷狀態(tài)或者允許對以其他的測量方法測定的荷狀態(tài)進(jìn)行可信度測試。
[0026]需指出的是，在此部分地參照用于確定活塞在活塞壓力儲存器內(nèi)部的位置的方法、部分地參照用于檢驗(yàn)關(guān)于活塞壓力儲存器的荷狀態(tài)的信息的方法以及部分地參照相應(yīng)地構(gòu)造的活塞壓力儲存器說明了本發(fā)明的實(shí)施方式的可能的特征和優(yōu)點(diǎn)。本領(lǐng)域技術(shù)人員也可以將這些特征以適當(dāng)?shù)姆绞交ハ嘟M合和/或交換，從而實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的其他的實(shí)施方式并且可能實(shí)現(xiàn)協(xié)同效應(yīng)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]下面參考【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明的實(shí)施方式。說明書和附圖都不應(yīng)視為本發(fā)明的限制。
[0028]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的活塞壓力儲存器的側(cè)截面圖；
[0029]圖2示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的活塞壓力儲存器的橫截面圖。
[0030]附圖僅僅是示意性的并且不是按正確比例的。
【具體實(shí)施方式】
[0031]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的活塞壓力儲存器I。活塞壓力儲存器I具有輕型結(jié)構(gòu)的殼體3，該殼體大部分由碳纖維增強(qiáng)的塑料(CFK)構(gòu)成。這種CFK基本由能導(dǎo)電的碳纖維以及不導(dǎo)電的(例如以合成樹脂的形式的)塑料基底構(gòu)成。該殼體可以具有例如圓柱狀的幾何形狀，并且具有例如10-30cm的直徑以及例如50-300cm的長度。
[0032]由同樣能導(dǎo)電的材料例如金屬、例如鋁構(gòu)成的活塞5布置在殼體3內(nèi)部?；钊?用作殼體3內(nèi)部的兩個(gè)部分容腔7、9之間的分隔件并且將所述部分容腔彼此相對密封。在此，活塞5能夠沿著相應(yīng)于殼體3的圓柱體的中軸的運(yùn)動(dòng)方向23移位，從而可以改變所述部分容腔7、9。
[0033]在第一部分容腔7中例如可以通過閥系統(tǒng)11導(dǎo)入或排出不可壓縮的流體、例如液體、特別是油。在另一個(gè)部分容腔9中可以通過閥系統(tǒng)13導(dǎo)入或排出可壓縮的流體例如氣體。在此，活塞5可以根據(jù)導(dǎo)入到部分容腔7中的不可壓縮的流體的量沿著運(yùn)動(dòng)方向23移位并且通過在包含在第二部分容腔9中的可壓縮的流體中建立壓力來儲存機(jī)械能量。
[0034]由于殼體3所用的材料具有導(dǎo)電性，因此可以通過確定殼體3的確定位置上的電阻或電抗來實(shí)現(xiàn)用于確定活塞5在閉合的殼體3內(nèi)部的位置的方法并且基于這個(gè)信息實(shí)現(xiàn)用于確定或檢驗(yàn)活塞壓力儲存器I的荷狀態(tài)的方法。在此利用的事實(shí)是，視活塞5是否處于相應(yīng)的測量位置上而定，電阻或電勢沿著殼體3不同。
[0035]所建議的方法在此類似于電阻斷層掃描法或電抗斷層掃描法，如同在地球物理學(xué)中使用的那樣，以便例如通過各個(gè)電極之間的電壓測量來獲得關(guān)于地層特性的結(jié)論。
[0036]為此，沿著殼體3的表面設(shè)置電極布置15，該電極布置構(gòu)造用于通過測量沿著殼體3的電勢分布來確定活塞的位置。為了確定這個(gè)出現(xiàn)的電勢或沿著活塞壓力儲存器的殼體的引起這個(gè)電勢分布的電阻，在此所述電極布置15可以具有一個(gè)或多個(gè)4點(diǎn)測量電極對17。
[0037]在此,每個(gè)4點(diǎn)測量電極對17具有兩個(gè)外部電極19,通過所述外部電極可以在能導(dǎo)電的殼體3中感應(yīng)出具有強(qiáng)度I的電流。由于這個(gè)電流I，在外部電極19之間形成電勢分布，該電勢分布與局部占優(yōu)勢的電阻有關(guān)，例如該電阻由殼體3本身以及必要時(shí)由與該殼體鄰接的能導(dǎo)電的活塞5引起。
[0038]在外部電極19之間設(shè)置兩個(gè)另外的內(nèi)部電極21，利用所述內(nèi)部電極可以測量電
勢差A(yù)U。
[0039]4點(diǎn)測量電極對17的外部電極19和內(nèi)部電極21可以如在圖1中所示地沿著一條線布置，所述線橫向于、優(yōu)選地垂直于活塞5的運(yùn)動(dòng)方向23延伸。相鄰的4點(diǎn)測量電極對17之間的間距在此可以優(yōu)選地選擇為小于或等于活塞5在平行于運(yùn)動(dòng)方向23上的長度L。在這種情況下，對于每個(gè)由活塞在殼體3內(nèi)部占據(jù)的位置來說，該活塞5都與一設(shè)置在殼體3上的4點(diǎn)測量電極對17鄰接。因此在活塞壓力儲存器I運(yùn)行期間可以在所有4點(diǎn)測量電極對17上分別測量在內(nèi)部電極21之間出現(xiàn)的電勢差并且因此確定沿著殼體3的電勢分布。視例如殼體3的內(nèi)部的特性而定，在此得出特定的電勢差，該電勢差與活塞5的存在或不存在有關(guān)。因此利用多個(gè)在殼體3的長度上分布的4點(diǎn)測量電極對17可以直接確定活塞位置。
[0040]如在圖2中所示，外部的監(jiān)測裝置25不僅具有可控制的電流源27而且具有電壓測量裝置29。電流源27與外部電極19電連接。電壓測量裝置29與內(nèi)部電極21連接。通過由電流源27將可預(yù)給定的電流I經(jīng)由外部電極19施加在殼體3上，在殼體3內(nèi)部出現(xiàn)與電阻有關(guān)的電勢分布。借助電壓裝置29可以確定兩個(gè)內(nèi)部電極21之間的電勢差。
[0041]借助所述方法得到的、關(guān)于活塞5在殼體3內(nèi)部的當(dāng)前位置的信息另外可以用于由測得的活塞位置直接確定S0C，或者用于由測量參數(shù)、即壓力和溫度將用于計(jì)算活塞壓力儲存器I的當(dāng)前荷狀態(tài)的計(jì)算模型初始化或在運(yùn)行期間校準(zhǔn)或修正。由此特別是在動(dòng)態(tài)的運(yùn)行條件下實(shí)現(xiàn)計(jì)算出的荷狀態(tài)的明顯更高的精確性。
【權(quán)利要求】
1.一種用于確定活塞(5)在活塞壓力儲存器(I)內(nèi)部的位置的方法，所述活塞壓力儲存器(I)具有殼體(3)和能在所述殼體(3)內(nèi)部移位的活塞(5)，其特征在于，所述方法具有: 通過測量沿著所述殼體(3)的電阻分布來確定所述活塞(5)的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在所述殼體(3)的區(qū)域中的一個(gè)或多個(gè)位置上局部地感應(yīng)出電流(I)并且局部地確定所引起的電勢分布(AU)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，在所述殼體(3)的區(qū)域中的一個(gè)或多個(gè)位置上局部地感應(yīng)出交流電流并且局部地確定所引起的與時(shí)間有關(guān)的電勢分布。
4.一種用于確定或檢驗(yàn)活塞壓力儲存器(I)的荷狀態(tài)的信息的方法，其特征在于，所述方法具有下述步驟: 按照根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法確定活塞(5)在所述活塞壓力儲存器(I)內(nèi)部的位置，以及 在考慮所述活塞(5)的所確定的位置的情況下確定或檢驗(yàn)所述活塞壓力儲存器(I)的荷狀態(tài)的信息。
5.一種用于監(jiān)測活塞壓力儲存器(I)的監(jiān)測裝置(25)，其特征在于，所述監(jiān)測裝置(25)構(gòu)造用于實(shí)施根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法。
6.一種活塞壓力儲存器(1)，其具有: 殼體(3);和 能夠在所述殼體(3)內(nèi)部移位的活塞(5)； 其特征在于，在所述殼體(3)上設(shè)置一電極布置(15)，所述電極布置構(gòu)造用于通過測量沿著所述殼體(3)的電阻分布來確定活塞(5)的位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的活塞壓力儲存器，其中，所述殼體(3)由纖維復(fù)合材料構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的活塞壓力儲存器，其中，所述電極布置(15)集成在所述纖維復(fù)合材料中。
9.根據(jù)權(quán)利要求6至8中任一項(xiàng)所述的活塞壓力儲存器，其中，所述電極布置(15)具有一個(gè)或多個(gè)4點(diǎn)測量電極對(17)，所述4點(diǎn)測量電極對沿著平行于所述活塞(5)的運(yùn)動(dòng)方向(23)的線布置在所述殼體(3)上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的活塞壓力儲存器，其中，平行于所述活塞(5)的所述運(yùn)動(dòng)方向(23)相鄰的4點(diǎn)測量電極對(17)的間距(s)小于所述活塞(5)在平行于所述運(yùn)動(dòng)方向(23)的方向上的長度(L)。
【文檔編號】F15B1/24GK104024654SQ201280064727
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月28日
【發(fā)明者】T·貝克爾, C·魏瑟爾 申請人:羅伯特·博世有限公司