DE102004046950B4

DE102004046950B4 - Druckversorgungseinrichtung und Verfahren zur Steuerung einer Druckversorgungseinrichtung

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Publication number: DE102004046950B4
Application number: DE102004046950.4A
Authority: DE
Inventors: Jörg Rieling; Bernd Cappelmann; Jörg Fähland; Dr. Damm Ansgar
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2004-09-28
Filing date: 2004-09-28
Publication date: 2021-10-28
Anticipated expiration: 2024-09-29
Also published as: DE102004046950A1

Abstract

Druckversorgungseinrichtung zur Druckmittelversorgung und Steuerung des Systemdrucks einer Hauptdruckleitung, an die mindestens ein druckmittelbetätigter Verbraucher angeschlossen ist, mit einer Druckmittelpumpe zur Förderung eines Druckmittels aus einem Vorratsbehälter in die Hauptdruckleitung, mit einem an die Hauptdruckleitung angeschlossenen Überdruckventil zur Begrenzung des Systemdrucks, und mit einem über eine zugeordnete Steuerungseinheit steuerbaren Elektromotor zum Antrieb der Druckmittelpumpe, wobei eine Bestimmung des momentanen Systemdrucks aus aktuellen Betriebsparametern des Elektromotors vorgesehen ist, wobei der Elektromotor (9) als ein bürstenloser elektronisch kommutierter Gleichstrommotor (EC-Motor) (10) mit mehreren Phasenspulen (u, v, w) und einer Rückkopplung der Rotorposition über eine Auswertung der induzierten Spannungen in den nicht bestromten Phasenspulen (Back-EMK) ausgebildet ist, dass der EC-Motor (10) von der Steuerungseinheit (11) mit hochfrequenten Gleichstromimpulsen speisbar ist, und die effektive Stromaufnahme des EC-Motors (10) über eine Pulsweitenmodulation (PWM) steuerbar ist, wobei der Steuerungseinheit (11) eine Auswertungseinheit (12) zugeordnet ist, mit der der momentane Systemdruck p bei eingeschalteter Druckmittelpumpe (2) durch eine Auswertung der aktuellen Kommutierungsfrequenz N und des aktuellen Pulsweitenverhältnisses (PWM-Verh.) r des EC-Motors (10) bestimmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine parametrische Funktion F1(N, r) mit der Kommutierungsfrequenz N und dem Pulsweitenverhältnis (PWM-Verh.) r des EC-Motors (10) als Parameter zur Bestimmung des Systemdrucks p verwendbar ist, und dass zur Kalibrierung der parametrischen Funktion F1(N, r) durch einen Betrieb der Druckmittelpumpe (2) ein bekannter Systemdruck p anfahrbar ist, dass bei Erreichen des bekannten Systemdrucks p ein Sollwert der parametrischen Funktion F1(N, r) mittels der Werte des bekannten Systemdrucks p, der aktuellen Kommutierungsfrequenz N und des aktuellen Pulsweitenverhältnisses (PWM-Verh.) r ermittelbar ist, und dass bei einer Abweichung des Istwertes der parametrischen Funktion F1(N, r) von dem Sollwert die parametrische Funktion F1(N, r) mittels des Sollwertes korrigierbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Druckversorgungseinrichtung zur Druckmittelversorgung und Steuerung des Systemdrucks einer Hauptdruckleitung, an die mindestens ein druckmittelbetätigter Verbraucher angeschlossen ist, mit einer Druckmittelpumpe zur Förderung eines Druckmittels aus einem Vorratsbehälter in die Hauptdruckleitung, mit einem an die Hauptdruckleitung angeschlossenen Überdruckventil zur Begrenzung des Systemdrucks, und mit einem über eine zugeordnete Steuerungseinheit steuerbaren Elektromotor zum Antrieb der Druckmittelpumpe, wobei eine Bestimmung des momentanen Systemdrucks aus aktuellen Betriebsparametern des Elektromotors vorgesehen ist.
Die Erfindung betrifft des weiteren ein Verfahren zur Steuerung einer Druckversorgungseinrichtung für eine Druckmittelversorgung und Steuerung des Systemdrucks einer Hauptdruckleitung, an die mindestens ein druckmittelbetätigter Verbraucher angeschlossen ist, mit einer Druckmittelpumpe zur Förderung eines Druckmittels aus einem Vorratsbehälter in die Hauptdruckleitung, mit einem an die Hauptdruckleitung angeschlossenen Überdruckventil zur Begrenzung des Systemdrucks, und mit einem über eine zugeordnete Steuerungseinheit steuerbaren Elektromotor zum Antrieb der Druckmittelpumpe, wobei der momentane Systemdruck aus aktuellen Betriebsparametern des Elektromotors bestimmt wird.
Eine Druckversorgungseinrichtung der vorgenannten Art ist in verschiedener Ausbildung und für unterschiedliche Anwendungen bekannt. In einer Druckversorgungseinrichtung ist, insbesondere bei intermittierendem Betrieb der Druckmittelpumpe, zur Ermittlung des momentanen Systemdrucks üblicherweise ein Drucksensor in der Hauptdruckleitung angeordnet, der aber nachteilig teuer und störungsanfällig ist. Daher sind Druckversorgungseinrichtungen vorgeschlagen worden, bei denen die Druckmittelpumpe durch einen Elektromotor angetrieben wird und der momentane Systemdruck in der Hauptdruckleitung durch eine Erfassung und Auswertung von aktuellen Betriebsparametern des Elektromotors, d.h. von Messwerten, die für den aktuellen Betriebszustand des Elektromotors kennzeichnend sind, insbesondere der Drehzahl, der Stromaufnahme, und der Betriebsspannung des Elektromotors, bestimmt wird. Derartige Druckversorgungseinrichtungen sind beispielsweise in der DE 38 19 490 A1 , der DE196 35 226 A1 , und der DE 196 47 940 A1 beschrieben.
In diesen bekannten Druckversorgungseinrichtungen wird jeweils ein konventioneller Gleichstrommotor zum Antrieb der Druckmittelpumpe verwendet, und zur Erfassung der Betriebsparameter des Elektromotors sind zusätzliche Sensoren, insbesondere ein Drehzahlsensor zur Erfassung der Drehzahl und ein Stromsensor zur Erfassung der Stromaufnahme des Elektromotors, erforderlich. Der Elektromotor in einer Ausführung als Gleichstrommotor mit einer Nebenschluss-, Hauptschluss-, oder Verbundschlussanordnung ist aber aufgrund der Selbsterregung nur mit großem Aufwand exakt steuerbar und weist nachteilig Verschleiß an Kommutator und Kohlebürsten auf. Die zusätzlichen Sensoren zur Erfassung der Betriebsparameter des Elektromotors sind nachteilig mit hohen Kosten, einem größeren Bauraumbedarf, und einem Ausfallrisiko der Drucksteuerung durch mögliche Sensorstörungen und -defekte verbunden.
Es ist daher das Problem der vorliegenden Erfindung, die gattungsgemäße Druckversorgungseinrichtung im Hinblick auf eine Senkung der Herstellungskosten, eine Erhöhung der Betriebssicherheit, und eine Verbesserung der Steuerbarkeit weiterzubilden.
Des Weiteren soll ein Verfahren zur Steuerung einer derartigen, verbesserten Druckversorgungseinrichtung angegeben werden, mit dem die Vorteile der Druckversorgungseinrichtung optimal ausgenutzt werden können.
Das Problem die Druckversorgungseinrichtung betreffend wird erfindungsgemäß durch die Druckversorgungseinrichtung nach dem Anspruch 1 bzw. durch das Verfahren zur Steuerung einer Druckversorgungseinrichtung nach dem Anspruch 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 und 4 bis 10.
Durch die Verwendung eines EC-Motors in der genannten Ausführung, d.h. mit der Rückkopplung der Rotorposition im so genannten Back-EMK-Verfahren, wird dieser Elektromotor praktisch verschleißfrei und ohne Sensoren betrieben. Ebenfalls sind durch diese Bauart die für die Bestimmung des Systemdrucks erforderlichen Betriebsparameter des Elektromotors allein durch Steuerungsparameter, wie der Kommutierungsfrequenz N und der Stromaufnahme des EC-Motors, gegeben, die in der zugeordneten Steuerungseinheit elektronisch verfügbar sind und ausgewertet werden können, wobei zwischen der Kommutierungsfrequenz N und der Drehzahl n des EC-Motors bzw. des Rotors die Beziehung n = N / 2s besteht (mit s für die Anzahl der Phasenspulen). Das Back-EMK-Verfahren ermöglicht auch eine besonders genaue Ermittlung der Rotorposition, indem beispielsweise jeweils der Nulldurchgang des sinusförmigen Verlaufs der in den nicht bestromten Phasenspulen induzierten Spannungen ausgewertet wird. Die hierdurch einfach mögliche Bestimmung des Systemdrucks kann nun wahlweise zur Einsparung des Drucksensors in der Hauptdruckleitung oder bei vorhandenem Drucksensor zur Aufrechterhaltung der Funktionsfähigkeit der Druckversorgungseinrichtung bei einem Defekt des Drucksensors und somit zur Erhöhung der Betriebssicherheit der Druckversorgungseinrichtung und der angeschlossenen Verbraucher verwendet werden.
Der EC-Motor ist zwar prinzipiell seit längerem bekannt, z.B. aus der DE 42 04 351 C2 und der DE 296 23 242 U1 , wird vorliegend aber erstmals als Antrieb einer Druckmittelpumpe und als Druckmesseinrichtung in einer Druckversorgungseinrichtung vorgeschlagen. Des weiteren sind in den bekannten Ausführungen der vorgenannten Druckschriften jeweils Positionssensoren, insbesondere Hallsensoren, zur Ermittlung der jeweiligen Rotorposition vorgesehen, deren Verwendung nachteilig mit höheren Kosten, größerem Bauraumbedarf, und relativ ungenauer Positionsermittlung verbunden ist.
Aus der DE 100 23 370 A1 ist ein EC-Motor bekannt, bei dem die Rotorpositionen und Drehzahl mittels einer EMK-Auswerteeinheit durch eine Auswertung der induzierten Spannungen in den nicht bestromten Phasenspulen erfasst wird.
Wird der EC-Motor von der Steuerungseinheit mit hochfrequenten Gleichstromimpulsen gespeist, die elektronisch einfach erzeugt werden können, so kann die effektive Stromaufnahme des EC-Motors vorteilhaft über eine Pulsweitenmodulation (PWM) gesteuert werden. In diesem Fall ist bei konstanter Frequenz und Höhe der Gleichstromimpulse der Betriebsparameter der Stromaufnahme des Elektromotors durch das in der Steuerungseinheit vorliegende Pulsweitenverhältnis (PWM-Verh.) r gegeben, das die Einschaltdauer eines Gleichstromimpulses im Verhältnis zu einer aus einem Impuls und einer Pause gebildeten Periode angibt.
Demzufolge kann die aktuelle Drehzahl und die aktuelle elektrische Leistungsaufnahme des Elektromotors bzw. EC-Motors und damit der momentane Systemdruck bei eingeschalteter Druckmittelpumpe durch eine Auswertung der aktuellen Kommutierungsfrequenz N und des aktuellen Pulsweitenverhältnisses (PWM-Verh.) r des EC-Motors eindeutig bestimmt werden, was zweckmäßig in einer der Steuerungseinheit zugeordneten Auswertungseinheit, z.B. einem Mikroprozessor, erfolgt.
In einer bevorzugten Anwendung der erfindungsgemäßen Druckversorgungseinrichtung handelt es sich um eine hydraulische Druckversorgungseinrichtung eines automatisierten Kfz-Getriebes, wie eines automatisierten Schaltgetriebes (ASG) oder eines automatisierten Doppelkupplungsgetriebes (DKG), mit hydraulischen Kupplungs- und Schaltaktuatoren als Verbraucher.
Das Problem das Steuerungsverfahren betreffend wird erfindungsgemäß in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 5 dadurch gelöst, dass unter Verwendung eines bürstenlosen elektronisch kommutierten Synchron-Gleichstrommotors (EC-Motor) mit mehreren Phasenspulen und einer Rückkopplung der Rotorposition über eine Auswertung der induzierten Spannungen in den nicht bestromten Phasenspulen (Back-EMK) als Elektromotor die Drehzahl n des Elektromotors mittels der Kommutierungsfrequenz N des EC-Motors bestimmt wird.
Wie schon zuvor erläutert, hat die Verwendung eines EC-Motors mit Back-EMK zur Erzielung eines Synchronlaufs den Vorteil, dass die Steuerung des Elektromotors ohne Sensoren erfolgt, so dass die Ermittlung der Drehzahl n und der elektrischen Leistungsaufnahme des Elektromotors, die zur Bestimmung des Systemdrucks p in der Hauptdruckleitung erforderlich sind, mit Steuerungsparametern des EC-Motors erfolgen kann, die in elektronischer Form in der zugeordneten Steuerungseinheit vorliegen.
Aufgrund jeweils direkter Proportionalität wird daher stellvertretend für die Drehzahl n des Rotors des EC-Motors die Kommutierungsfrequenz N und bei einer vorteilhaften Speisung des EC-Motors mit hochfrequenten Gleichstromimpulsen und einer Steuerung der Stromstärke über eine Pulsweitenmodulation (PWM) stellvertretend für die effektive Stromaufnahme des EC-Motors das Pulsweitenverhältnis (PWM-Verh.) r als Parameter zur Bestimmung des Systemdrucks p verwendet. Der momentane Systemdruck p wird somit bei eingeschalteter Druckmittelpumpe mittels der aktuellen Kommutierungsfrequenz N und des aktuellen Pulsweitenverhältnisses (PWM-Verh.) r des EC-Motors bestimmt, wozu vorteilhaft eine parametrische Funktion F₁ (N, r) mit der Kommutierungsfrequenz N und dem Pulsweitenverhältnis (PWM-Verh.) r des EC-Motors als Parameter benutzt wird. Da die Viskosität und damit der Strömungswiderstand und die damit verbundenen Leckageverluste der Druckversorgungseinrichtung mit der Temperatur veränderlich sind, wird zweckmäßig die Betriebstemperatur T des Druckmittels ermittelt und abhängig von der Betriebstemperatur T eine parametrische Funktionen F₁ (N, r) von mehreren, jeweils für einen bestimmten Temperaturbereich gültigen Funktionen ausgewählt und zur Bestimmung des Systemdrucks p verwendet.
Da insbesondere Dichtungen und Dichtflächen von Verbrauchern und Ventilen einem betriebsbedingten Verschleiß unterliegen, können sich die Betriebseigenschaften der Druckversorgungseinrichtung innerhalb der Gesamtbetriebsdauer verändern. Es ist daher sinnvoll, die zumeist in Laborversuchen ermittelte parametrische Funktion F₁ (N, r) während des Betriebs der Druckversorgungseinrichtung zu überprüfen und ggf. zu korrigieren.
Hierzu wird vorteilhaft ein bekannter Systemdruck p angefahren, bei Erreichen des bekannten Systemdrucks p ein Sollwert der parametrischen Funktion F₁ (N, r) mittels der Werte des bekannten Systemdrucks p, der aktuellen Kommutierungsfrequenz N und des aktuellen Pulsweitenverhältnisses (PWM-Verh.) r ermittelt, und bei einer Abweichung des Istwertes der parametrischen Funktion F₁ (N, r) von dem Sollwert die parametrische Funktion F₁ (N, r) mittels des Sollwertes korrigiert.
Als bekannter Systemdruck p wird zweckmäßig der Maximaldruck pmax, auf den der Systemdruck p durch das Überdruckventil begrenzt wird, und der Umgebungsdruck po, auf den der Systemdruck p nach längerer Stillstandszeit der Druckmittelpumpe abfällt, verwendet. Der Maximaldruck pmax kann hierzu mit konstanter Kommutierungsfrequenz N, d.h. bei einer Drehzahlregelung des EC-Motors, angefahren werden, wobei das Erreichen des Maximaldrucks p_max anhand einer Unstetigkeit im Zeitverlauf des Pulsweitenverhältnisses (PWM-Verh.) r erkannt werden kann. Alternativ kann der Maximaldruck pmax auch mit konstantem Pulsweitenverhältnis (PWM-Verh.) r, d.h. bei einer Stromregelung des EC-Motors, angefahren werden, wobei das Erreichen des Maximaldrucks pmax dann anhand einer Unstetigkeit im Zeitverlauf der Kommutierungsfrequenz N erkannt werden kann. Der Umgebungsdruck po kann nicht aktiv angefahren werden, sondern stellt sich nach einem Abschalten der Druckmittelpumpe nach einer ausreichend langen Betriebspause leckagebedingt selbsttätig ein. Nach einer derartigen Betriebspause wird der EC-Motor zweckmäßig mit ansteigendem Pulsweitenverhältnis (PWM-Verh.) r gestartet und die zu Beginn einer erkannten Drehung des EC-Motors ermittelten Steuerungsparameter N(po), r(po) und der Umgebungsdruck po zur Bestimmung eines Sollwertes der parametrischen Funktion F₁ (N, r) verwendet.
In einer Abschaltphase der Druckmittelpumpe kann der EC-Motor zur Ermittlung des momentanen Systemdrucks p für einen kurzzeitigen Messbetrieb gestartet und der Systemdruck p während des Messbetriebs mindestens einmal in der beschriebenen Weise mittels der Kommutierungsfrequenz N und des Pulsweitenverhältnisses (PWM-Verh.) r des EC-Motors bestimmt werden.
Alternativ dazu kann der Systemdruck p bei abgeschalteter Druckmittelpumpe auch mittels einer Abklingfunktion F₂ bestimmt werden, in der neben den allgemeinen Systemeigenschaften auch ein Druckmittelverbrauch durch einen in der Abschaltphase betätigten Verbraucher erfasst wird.
Diese Ermittlung des Systemdrucks p bei abgeschalteter Druckmittelpumpe wird bevorzugt für die Ermittlung des Einschaltzeitpunktes des EC-Motors zur Wiederinbetriebnahme der Druckmittelpumpe verwendet, da die Druckmittelpumpe sonst in mehr oder weniger festen Zeitintervallen in Betrieb gesetzt werden müsste, was aus Sicherheitsgründen in der Regel einen zu häufigen Betrieb der Druckmittelpumpe bedeutet.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, die beispielhaft zur Erläuterung der Erfindung dienen.
Hierzu zeigt:

1 Eine Druckversorgungseinrichtung in schematischer Form,
2 ein Zeitdiagramm einer ersten Verfahrensvariante zur Kalibrierung einer Funktion zur Bestimmung des Systemdrucks in einer Druckversorgungseinrichtung nach 1,
3 ein Zeitdiagramm einer zweiten Verfahrensvariante zur Kalibrierung einer Funktion zur Bestimmung des Systemdrucks in einer Druckversorgungseinrichtung nach 1,
4 ein Zeitdiagramm einer dritten Verfahrensvariante zur Kalibrierung einer Funktion zur Bestimmung des Systemdrucks in einer Druckversorgungseinrichtung nach 1.

Eine Druckversorgungseinrichtung 1 nach 1 weist eine Druckmittelpumpe 2 auf, mittels der ein Druckmittel aus einem Vorratsbehälter 3 (Ölsumpf) über ein Rückschlagventil 4 in eine Hauptdruckleitung 5 förderbar ist. An die Hauptdruckleitung 5 sind mehrere Verbraucher 6a, 6b, 6c, ein Druckspeicher 7, und ein Überdruckventil 8 angeschlossen. Bei den in 1 symbolisch einfach dargestellten Verbrauchern 6a, 6b, 6c kann es sich beispielsweise um einen Kupplungsaktuator, um einen Wählaktuator, und um einen Schaltaktuator eines automatisierten Schaltgetriebes (ASG) mit jeweils einem vorgeschalteten Steuerungsventil handeln. Der Druckspeicher 7, der ein größeres Druckmittelvolumen aufnehmen kann, dient zum Ausgleich von Druckschwankungen und zur Druckmittelversorgung bei abgestellter Druckmittelpumpe. Durch das Überdruckventil 8 wird der Systemdruck p in der Hauptdruckleitung 5 selbsttätig auf einen vorgegebenen Maximaldruck pmax beschränkt, indem das Überdruckventil 8 bei einem höheren Druck öffnet und einen Teil des Druckmittels aus der Hauptdruckleitung 5 zurück in den Vorratsbehälter 3 leitet.
Zum Antrieb der Druckmittelpumpe 2 ist ein Elektromotor 9 vorgesehen, der vorliegend als ein bürstenloser elektronisch kommutierter Gleichstrommotor (EC-Motor) 10 mit vorliegend drei Phasenspulen u, v, w und einer Rückkopplung der Rotorposition über eine Auswertung der induzierten Spannungen in den nicht bestromten Phasenspulen (Back-EMK) ausgebildet ist. Zur Steuerung des EC-Motors 10 ist eine Steuerungseinheit 11 vorgesehen, die über Zuleitungen der Phasenspulen u, v, w mit dem EC-Motor verbunden ist. Zur Auswertung von Steuerungsparametern des EC-Motors 10 ist eine Auswertungseinheit 12 vorgesehen, die mit der Steuerungseinheit 11 in Verbindung steht.
Aufgrund der Ausbildung des Elektromotors 9 als EC-Motor 10 mit einer Rückkopplung der Rotorposition über ein Back-EMK ist dieser ohne Sensoren steuerbar, was es möglich macht, die Drehzahl n und die Leistungsaufnahme des Elektromotors 9 allein aus Steuerungsparametern des EC-Motors 10 zu bestimmen, die elektronisch in der Steuerungseinheit 11 vorliegen.
Demzufolge kann, wie erfindungsgemäß vorgesehen ist, der momentane Systemdruck p in der Hauptdruckleitung 5 mittels der Drehzahl n und der Stromaufnahme des Elektromotors 9 bestimmt werden, indem anstelle der Drehzahl n die momentane Kommutierungsfrequenz N des EC-Motors 10 und bei einer Bestromung mit hochfrequenten Gleichstromimpulsen mit Pulsweitenmodulation (PWM) anstelle einer effektiven Stromstärke das Pulsweitenverhältnis r des EC-Motors 10 verwendet werden, die jeweils in der Steuerungseinheit 11 als Steuerungsparameter vorliegen. Die Auswertung dieser Steuerungsparameter zur Bestimmung des momentanen Systemdrucks p erfolgt in der Auswertungseinheit 12, und zwar bevorzugt über eine Berechnung aus der Kommutierungsfrequenz N und dem Pulsweitenverhältnis r mittels einer parametrischen Funktion F₁ (N, r).
Die parametrische Funktion F₁ (N, r) wird zweckmäßig von Zeit zu Zeit kalibriert, indem durch einen Betrieb der Druckmittelpumpe 2 ein bekannter Systemdruck p angefahren wird, bei Erreichen des bekannten Systemdrucks p ein Sollwert der parametrischen Funktion F₁ (N, r) mittels der Werte des bekannten Systemdrucks p, der aktuellen Kommutierungsfrequenz N und des aktuellen Pulsweitenverhältnisses r ermittelt wird, und bei einer Abweichung des Istwertes der parametrischen Funktion F₁ (N, r) von dem Sollwert die parametrische Funktion F₁ (N, r) mittels des Sollwertes korrigiert wird. Dies ist in den Zeitdiagrammen von 2 bis 4 beispielhaft dargestellt.
In dem Beispiel nach 2 wird mit konstanter Kommutierungsfrequenz N (Drehzahlregelung) des EC-Motors 10 der durch das Überdruckventil einstellbare Maximaldruck pmax angefahren. Demzufolge steigt zunächst der Systemdruck p als auch das Pulsweitenverhältnis r progressiv an. Dabei steigt das Pulsweitenverhältnis r regelungsbedingt deshalb an, da der EC-Motor 10 mit steigendem Systemdruck p ein immer größeres Drehmoment aufbringen muss, um die Drehzahl n bzw. die Kommutierungsfrequenz N konstant zu halten. Mit Erreichen des Maximaldrucks pmax, durch das die Regelung des Systemdrucks p durch das Überdruckventil 8 beginnt, bleibt der Systemdruck mit p = pmax konstant. Ebenso bleibt ab diesem Zeitpunkt t das Pulsweitenverhältnis r konstant. Durch die Unstetigkeit im Zeitverlauf des Pulsweitenverhältnisses r kann somit das Erreichen des Maximaldrucks pmax erkannt werden, so dass ein Sollwert der parametrischen Funktion F₁ (N, r) mit den entsprechenden Werten des Systemdrucks pmax, der Kommutierungsfrequenz N, und des Pulsweitenverhältnisses r(p_max ) berechnet und die Funktion F₁ (N, r) bei einer Abweichung entsprechend korrigiert werden kann.
In dem Beispiel nach 3 wird nun mit konstantem Pulsweitenverhältnis r (Stromregelung) des EC-Motors 10 der durch das Überdruckventil einstellbare Maximaldruck pmax angefahren. Demzufolge steigt der Systemdruck p zunächst progressiv an, wogegen die Kommutierungsfrequenz N aufgrund des konstanten Drehmoments des EC-Motors 10 entsprechend absinkt. Mit Erreichen des Maximaldrucks pmax bleibt der Systemdruck mit p = p_max wieder konstant. Ebenso bleibt ab diesem Zeitpunkt t die Kommutierungsfrequenz N konstant. Durch die Unstetigkeit im Zeitverlauf des Pulsweitenverhältnisses r kann das Erreichen des Maximaldrucks pmax wie zuvor erkannt werden, so dass ein Sollwert der parametrischen Funktion F₁ (N, r) mit den entsprechenden Werten des Systemdrucks pmax, der Kommutierungsfrequenz N(p_max ), und des Pulsweitenverhältnisses r berechnet und die Funktion F₁ (N, r) ggf. korrigiert werden kann.
In dem Beispiel nach 4 wird nach einem Abschalten der Druckmittelpumpe 2 und einem Absinken des Systemdrucks p auf den Umgebungsdruck po der EC-Motor 10 mit ansteigendem Pulsweitenverhältnis r gestartet, was an dem von Anfang an progressiv ansteigenden Zeitverlauf von r erkennbar ist. Setzt sich dann der Rotor des EC-Motors 10 erkennbar in Bewegung, was im Zeitpunkt t zu Beginn des Zeitverlaufs von N der Fall ist, so werden die zu diesem Zeitpunkt ermittelten Steuerungsparameter N(po), r(po) und der Umgebungsdruck po zur Bestimmung eines Sollwertes der parametrischen Funktion F₁ (N, r) verwendet und die Funktion F₁ (N, r) ggf. korrigiert.
Durch den entsprechend ausgebildeten Elektromotor 9, 10 ist dieser ohne einen Sensor steuerbar. Demzufolge kann der Systemdruck p in der Hauptdruckleitung 5 auf die beschriebene Art und Weise alleine mit den in der zugeordneten Steuerungseinheit 11 verfügbaren Steuerungsparametern N, r des EC-Motors 10 bestimmt werden. Dies kann ohne die Nutzung eines Drucksensors in der Hauptdruckleitung 5 zur Bestimmung des momentanen Systemdrucks p und zur Einstellung eines bestimmten Systemdrucks p verwendet werden.
Somit kann ein üblicherweise in der Hauptdruckleitung 5 angeordneter Drucksensor eingespart werden, und bei einem vorhandenen Drucksensor kann im Fall eines Sensordefektes die Betriebsfähigkeit der Druckversorgungseinrichtung 1 und der zugeordneten Verbraucher 6a, 6b, 6c aufrecht erhalten werden.
Bezugszeichenliste

1: Druckversorgungseinrichtung
2: Druckmittelpumpe
3: Vorratsbehälter
4: Rückschlagventil
5: Hauptdruckleitung
6a: Verbraucher
6b: Verbraucher
6c: Verbraucher
7: Druckspeicher
8: Überdruckventil
9: Elektromotor
10: EC-Motor
11: Steuerungseinheit
12: Auswertungseinheit
F1: parametrische Funktion
F2: Abklingfunktion
N: Drehzahl
N: Kommutierungsfrequenz
P: Systemdruck
p0: Umgebungsdruck
pmax: Maximaldruck
r: Pulsweitenverhältnis
s: Anzahl der Phasenspulen
t: Zeit
T: Betriebstemperatur
u: Phasenspule
v: Phasenspule
w: Phasenspule

Claims

Druckversorgungseinrichtung zur Druckmittelversorgung und Steuerung des Systemdrucks einer Hauptdruckleitung, an die mindestens ein druckmittelbetätigter Verbraucher angeschlossen ist, mit einer Druckmittelpumpe zur Förderung eines Druckmittels aus einem Vorratsbehälter in die Hauptdruckleitung, mit einem an die Hauptdruckleitung angeschlossenen Überdruckventil zur Begrenzung des Systemdrucks, und mit einem über eine zugeordnete Steuerungseinheit steuerbaren Elektromotor zum Antrieb der Druckmittelpumpe, wobei eine Bestimmung des momentanen Systemdrucks aus aktuellen Betriebsparametern des Elektromotors vorgesehen ist, wobei der Elektromotor (9) als ein bürstenloser elektronisch kommutierter Gleichstrommotor (EC-Motor) (10) mit mehreren Phasenspulen (u, v, w) und einer Rückkopplung der Rotorposition über eine Auswertung der induzierten Spannungen in den nicht bestromten Phasenspulen (Back-EMK) ausgebildet ist, dass der EC-Motor (10) von der Steuerungseinheit (11) mit hochfrequenten Gleichstromimpulsen speisbar ist, und die effektive Stromaufnahme des EC-Motors (10) über eine Pulsweitenmodulation (PWM) steuerbar ist, wobei der Steuerungseinheit (11) eine Auswertungseinheit (12) zugeordnet ist, mit der der momentane Systemdruck p bei eingeschalteter Druckmittelpumpe (2) durch eine Auswertung der aktuellen Kommutierungsfrequenz N und des aktuellen Pulsweitenverhältnisses (PWM-Verh.) r des EC-Motors (10) bestimmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine parametrische Funktion F₁(N, r) mit der Kommutierungsfrequenz N und dem Pulsweitenverhältnis (PWM-Verh.) r des EC-Motors (10) als Parameter zur Bestimmung des Systemdrucks p verwendbar ist, und dass zur Kalibrierung der parametrischen Funktion F₁(N, r) durch einen Betrieb der Druckmittelpumpe (2) ein bekannter Systemdruck p anfahrbar ist, dass bei Erreichen des bekannten Systemdrucks p ein Sollwert der parametrischen Funktion F₁(N, r) mittels der Werte des bekannten Systemdrucks p, der aktuellen Kommutierungsfrequenz N und des aktuellen Pulsweitenverhältnisses (PWM-Verh.) r ermittelbar ist, und dass bei einer Abweichung des Istwertes der parametrischen Funktion F₁(N, r) von dem Sollwert die parametrische Funktion F₁(N, r) mittels des Sollwertes korrigierbar ist.
Druckversorgungseinrichtung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um eine hydraulische Druckversorgungseinrichtung eines automatisierten Kfz-Getriebes mit hydraulischen Kupplungs- und Schaltaktuatoren als Verbraucher (6a, 6b, 6c) handelt.
Verfahren zur Steuerung einer Druckversorgungseinrichtung für eine Druckmittelversorgung und Steuerung des Systemdrucks einer Hauptdruckleitung, an die mindestens ein druckmittelbetätigter Verbraucher angeschlossen ist, mit einer Druckmittelpumpe zur Förderung eines Druckmittels aus einem Vorratsbehälter in die Hauptdruckleitung, mit einem an die Hauptdruckleitung angeschlossenen Überdruckventil zur Begrenzung des Systemdrucks, und mit einem über eine zugeordnete Steuerungseinheit steuerbaren Elektromotor zum Antrieb der Druckmittelpumpe, wobei der momentane Systemdruck aus aktuellen Betriebsparametern des Elektromotors bestimmt wird, wobei unter Verwendung eines bürstenlosen elektronisch kommutierten Synchron-Gleichstrommotors (EC-Motor) (10) mit mehreren Phasenspulen (u, v, w) und einer Rückkopplung der Rotorposition über eine Auswertung der induzierten Spannungen in den nicht bestromten Phasenspulen (Back-EMK) als Elektromotor (9) die Drehzahl n des Elektromotors (9) mittels der Kommutierungsfrequenz N des EC-Motors (10) bestimmt wird, und dass der EC-Motor (10) von der Steuerungseinheit (11) mit hochfrequenten Gleichstromimpulsen gespeist wird, und die effektive Stromaufnahme des EC-Motors (10) über eine Pulsweitenmodulation (PWM) gesteuert wird, wobei der momentane Systemdruck p bei eingeschalteter Druckmittelpumpe (2) mittels der aktuellen Kommutierungsfrequenz N und des aktuellen Pulsweitenverhältnisses (PWM-Verh.) r des EC-Motors (10) bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine parametrische Funktion F₁(N, r) mit der Kommutierungsfrequenz N und dem Pulsweitenverhältnis (PWM-Verh.) r des EC-Motors (10) als Parameter zur Bestimmung des Systemdrucks p verwendet wird, und dass zur Kalibrierung der parametrischen Funktion F₁(N, r) durch einen Betrieb der Druckmittelpumpe (2) ein bekannter Systemdruck p angefahren wird, dass bei Erreichen des bekannten Systemdrucks p ein Sollwert der parametrischen Funktion F₁(N, r) mittels der Werte des bekannten Systemdrucks p, der aktuellen Kommutierungsfrequenz N und des aktuellen Pulsweitenverhältnisses (PWM-Verh.) r ermittelt wird, und dass bei einer Abweichung des Istwertes der parametrischen Funktion F₁(N, r) von dem Sollwert die parametrische Funktion F₁(N, r) mittels des Sollwertes korrigiert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Betriebstemperatur T des Druckmittels ermittelt wird, und dass abhängig von der ermittelten Betriebstemperatur T eine parametrische Funktionen F₁(N, r) von mehreren, jeweils für einen bestimmten Temperaturbereich gültigen Funktionen ausgewählt und zur Bestimmung des Systemdrucks p verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kalibrierung der parametrischen Funktion F₁(N, r) mit konstanter Kommutierungsfrequenz N (Drehzahlregelung) des EC-Motors (10) ein durch das Überdruckventil (8) einstellbarer Maximaldruck pmax angefahren wird, und dass das Erreichen des Maximaldrucks pmax anhand einer Unstetigkeit im Zeitverlauf des Pulsweitenverhältnisses (PWM-Verh.) r erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kalibrierung der parametrischen Funktion F₁(N, r) mit konstantem Pulsweitenverhältnis (PWM-Verh.) r (Stromregelung) des EC-Motors (10) ein durch das Überdruckventil (8) einstellbarer Maximaldruck pmax angefahren wird, und dass das Erreichen des Maximaldrucks pmax anhand einer Unstetigkeit im Zeitverlauf der Kommutierungsfrequenz N erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kalibrierung der parametrischen Funktion F₁(N, r) nach einem Abschalten der Druckmittelpumpe (2) und einem Absinken des Systemdrucks p auf den Umgebungsdruck po der EC-Motor (10) mit ansteigendem Pulsweitenverhältnis (PWM-Verh.) r gestartet wird, und dass die zu Beginn einer erkannten Drehung des EC-Motors (10) ermittelten Steuerungsparameter N(po), r(po) und der Umgebungsdruck po zur Bestimmung eines Sollwertes der parametrischen Funktion F₁(N, r) verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der EC-Motor (10) in einer Abschaltphase der Druckmittelpumpe (2) zur Ermittlung des momentanen Systemdrucks p für einen kurzzeitigen Messbetrieb gestartet wird, und dass der Systemdruck p während des Messbetriebs mindestens einmal mittels der Kommutierungsfrequenz N und des Pulsweitenverhältnisses (PWM-Verh.) r des EC-Motors (10) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Systemdruck p bei abgeschalteter Druckmittelpumpe (2) mittels einer Abklingfunktion F₂ bestimmt wird, wobei in der Abklingfunktion F₂ ein Druckmittelverbrauch durch einen in der Abschaltphase betätigten Verbraucher (6a, 6b, 6c) erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung des Systemdrucks p bei abgeschalteter Druckmittelpumpe (2) für die Ermittlung des Einschaltzeitpunktes des EC-Motors (10) zur Wiederinbetriebnahme der Druckmittelpumpe (2) verwendet wird.