DE102007047724A1 - Method and device for controlling a hydraulic unit - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur Steuerung eines Hydraulikaggregats, das einen Motor und eine von dem Motor angetriebene Verstellpumpe umfasst. Zunächst wird ein Motorkennfeld vorgegeben, das einen Wirkungsgrad des Motors als Funktion eines Drehmoments und einer Drehzahl des Motors beschreibt. In weiteren Schritten wird eine Sollleistung der Verstellpumpe bestimmt und eine Kennlinie aus dem Motorkennfeld ermittelt, die der Sollleistung entspricht. Durch Bestimmen eines Maximums der Kennlinie werden ein optimiertes Drehmoment und eine optimierte Drehzahl ermittelt. Die Verstellpumpe wird auf das optimierte Drehmoment, und der Motor auf die optimierte Drehzahl eingestellt. Unter einem weiteren Gesichtspunkt schafft die Erfindung eine Steuervorrichtung zur Steuerung eines Hydraulikaggregats mit einem Motor und einer von dem Motor angetriebenen Verstellpumpe. Die Vorrichtung umfasst einen Speicher, der ein Motorkennfeld speichert, das einen Wirkungsgrad des Motors als Funktion eines Drehmoments und einer Drehzahl des Motors beschreibt. Weiterhin vorgesehen sind eine Sollleistungsbestimmungseinheit, die eine Sollleistung der Verstellpumpe bestimmt, ein Kennlinienermittler, der eine der Sollleistung entsprechende Kennlinie aus dem Motorkennfeld ermittelt, eine Optimierungseinheit, die durch Bestimmen eines Maximums der Kennlinie ein optimiertes Drehmoment und eine optimierte Drehzahl ermittelt, ein Pumpensteller, der die Verstellpumpe auf das optimierte ...The present invention provides a method of controlling a hydraulic power unit comprising an engine and a variable displacement pump driven by the engine. First, an engine map is given which describes an efficiency of the engine as a function of a torque and a speed of the engine. In further steps, a desired power of the variable displacement pump is determined and a characteristic curve determined from the engine map, which corresponds to the desired power. By determining a maximum of the characteristic curve, an optimized torque and an optimized rotational speed are determined. The variable displacement pump is set to the optimized torque, and the engine to the optimized speed. In another aspect, the invention provides a control device for controlling a hydraulic power unit having a motor and a variable displacement pump driven by the engine. The apparatus includes a memory storing an engine map describing an efficiency of the engine as a function of a torque and a speed of the engine. Also provided are a desired power determination unit which determines a nominal power of the variable displacement pump, a characteristic determiner which determines a characteristic curve corresponding to the desired power from the engine map, an optimization unit which determines an optimized torque and an optimized rotational speed by determining a maximum of the characteristic curve, a pump actuator which the variable pump on the optimized ...
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines Hydraulikaggregats, das einen Motor und eine von dem Motor angetriebene Pumpe umfasst. Ferner betrifft die Erfindung eine Ansteuervorrichtung zur Ansteuerung eines Hydraulikaggregats und ein Hydraulikaggregat mit einer derartigen Ansteuervorrichtung.The The present invention relates to a method for driving a Hydraulic unit, a motor and a pump driven by the motor includes. Furthermore, the invention relates to a drive device for controlling a hydraulic unit and a hydraulic unit with such a drive device.
Hydraulikaggregate der genannten Art werden bei einer Vielzahl stationärer und mobil auf Fahrzeugen montierter hydraulisch betriebener Vorrichtungen wie z. B. Bau- und Landmaschinen eingesetzt. Ein Hydraulikaggregat erfüllt in solchen Vorrichtungen die Funktion, Hydraulikflüssigkeit auf einen benötigten Druck zu komprimieren und einem Verbraucher hydraulischer Energie wie z. B. einem Arbeitszylinder oder einem Hydromotor als Volumenstrom einer benötigten Menge bereitzustellen. Dabei ist die Leistungsanforderung des Verbrauchers im Allgemeinen zeitlich veränderlich.hydraulic Power units the type mentioned are in a variety of stationary and Mobile on vehicles mounted hydraulically operated devices such as B. used construction and agricultural machinery. A hydraulic unit Fulfills in such devices the function of hydraulic fluid on a needed Compressing pressure and a consumer of hydraulic energy such as B. a working cylinder or a hydraulic motor as a volume flow one needed To provide quantity. Here is the power requirement of the consumer generally time-varying.
Bei einem Typ herkömmlicher Hydraulikaggregate wird der Motor konstant auf eine Drehzahl eingestellt, bei der die Pumpe einen Volumenstrom liefert, der dem höchsten zu einem beliebigen Zeitpunkt benötigten Volumenstrom entspricht. Im Überschuss komprimierte Hydraulikflüssigkeit wird über ein, Druckregelventil entspannt und in den Pumpenkreislauf rückgeführt. Da ein erheblicher Teil der eingesetzten Energie durch die Entspannung im Druckregelventil in Wärme umgewandelt wird, ist der Wirkungsgrad derartiger Aggregate gering.at a type of conventional Hydraulic power units, the motor is constantly set to a speed, where the pump delivers a flow rate that is the highest needed at any time Volume flow corresponds. In excess compressed hydraulic fluid will be over, Pressure control valve relaxed and returned to the pump circuit. There a significant part of the energy used by the relaxation in the pressure control valve in heat is converted, the efficiency of such aggregates is low.
Um den Energieverbrauch des Motors zu reduzieren, wird z. B. bei einem weiteren Typ herkömmlicher Hydraulikaggregate der Motor variabel auf eine Drehzahl eingestellt, bei der die Pumpe gerade einen Volumenstrom in der momentan benötigten Menge liefert. Ein Pumpensteuergerät gibt dabei abhängig vom durch die Hydraulikpumpe bereitzustellenden Volumenstrom einem mit dem Pumpensteuergerät über eine Busverbindung verbundenen Motorsteuergerät eine Solldrehzahl vor und verändert diese, wenn sich der vom Verbraucher benötigte Volumenstrom ändert. Der Wirkungsgrad von Hydraulikaggregaten dieses Typs ist im zeitlichen Mittel jedoch dadurch reduziert, dass der Wirkungsgrad des Motors über seinen Drehzahlbereich im Allgemeinen nicht konstant ist und daher zumindest während eines Teils der Betriebsdauer mit einem ungünstigen Wirkungsgrad betrieben wird.Around reduce the energy consumption of the engine, z. B. at a another type of conventional Hydraulic power units the engine is variably set to a speed, when the pump is currently a volume flow in the currently required amount supplies. A pump control unit depends on it from the to be provided by the hydraulic pump flow with the pump control unit via a Bus connection connected engine control unit a target speed before and changed this, if the volume flow required by the consumer changes. Of the Efficiency of hydraulic units of this type is in temporal Means, however, reduced by the fact that the efficiency of the engine over its Speed range is generally not constant and therefore at least while operated part of the operating time with an unfavorable efficiency becomes.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Wirkungsgrad von Hydraulikaggregaten mit variabler Leistung zu verbessern.It is therefore an object of the present invention, the efficiency of To improve hydraulic power units with variable power.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Steuerung eines Hydraulikaggregats mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, sowie durch eine Vorrichtung zur Steuerung eines Hydraulikaggregats mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst.According to the invention this Task by a method for controlling a hydraulic unit with the features of claim 1, and by a device for controlling a hydraulic unit with the features of claim 7 solved.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, eine Verstellpumpe mit einstellbarem Drehmoment (d. h. einstellbarem Verdrängungsvolumen bei gegebenem zu überwindenden Druckunterschied) durch einen Motor mit einstellbarer Drehzahl anzutreiben, so dass eine benötigte Sollleistung (d. h. ein benötigter Volumenstrom bei gegebenem Druckunterschied) stets durch eine Vielzahl unterschiedlicher Kombinationen aus Drehmoment und Drehzahl erreichbar ist. Dabei wird aus der Vielzahl der Kombinationen von Drehmoment und Drehzahl, die die benötigte Sollleistung bereitstellen, diejenige mit dem höchsten Wirkungsgrad ermittelt. Hierzu wird zunächst ein Motorkennfeld vorgegeben, das einen Wirkungsgrad des Motors als Funktion eines Drehmoments und einer Drehzahl des Motors beschreibt. Aus dem Motorkennfeld wird eine Kennlinie ermittelt, entlang derer die von der Pumpe abgegebene Leistung konstant gleich der Sollleistung ist. Dann wird ein Punkt auf der Kennlinie ermittelt, an dem der Wirkungsgrad einen maximalen Wert annimmt. Die Verstellpumpe wird so eingestellt, dass sie vom Motor das ermittelte Drehmoment anfordert, und der Motor wird so eingestellt, dass er die Pumpe mit der ermittelten Drehzahl antreibt.The The idea underlying the present invention is that a variable displacement pump with adjustable torque (i.e. displacement given the pressure difference to be overcome) to be driven by an adjustable speed motor, so that a required nominal power (ie a required one Volume flow at a given pressure difference) always by a variety different combinations of torque and speed achievable is. It is from the variety of combinations of torque and speed that needed the Provide target power, which determines the one with the highest efficiency. For this will be first an engine map specified, the efficiency of the engine as a function of a torque and a speed of the motor describes. From the engine map, a characteristic is determined along which the power delivered by the pump is constantly equal to the target power is. Then a point is determined on the characteristic curve at which the Efficiency assumes a maximum value. The variable pump is adjusted so that it requests the torque determined by the engine, and the engine is adjusted so that it detects the pump with the Speed drives.
In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung.In the dependent claims find advantageous embodiments and improvements of Invention.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist weiterhin ein Schritt des Modifizierens des Motorkennfelds mit einem Pumpenkennfeld vorgesehen, das einen Wirkungsgrad der Verstellpumpe als Funktion des Drehmoments und der Drehzahl beschreibt. Auf diese Weise wird ermöglicht, durch das modifizierte Kennfeld den Gesamtwirkungsgrad des Hydraulikaggregats, in dem sowohl die Verluste des Motors als auch die Verluste der Pumpe berücksichtigt sind, zu beschreiben. Das Maximum der aufgrund des modifizierten Kennfelds ermittelten Kennlinie, entlang derer die von der Pumpe abgegebene Leistung konstant gleich der Sollleistung ist, entspricht somit dem bei Abgabe der benötigten Sollleistung maximal möglichen Gesamtwirkungsgrad des Hydraulikaggregats.According to one preferred development is still a step of modifying the engine map provided with a pump map, the one Efficiency of the variable displacement pump as a function of torque and describes the speed. In this way it is possible by the modified map the overall efficiency of the hydraulic unit, in which both the losses of the engine and the losses of the Pump are taken into account, to describe. The maximum due to the modified map determined characteristic along which the output from the pump Power is constantly equal to the target power, thus corresponds at the time of delivery of the required Target power maximum possible Overall efficiency of the hydraulic unit.
Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung wird weiterhin ein aktueller Wirkungsgrad des Motors ermittelt und der Funktionswert des Motorkennfelds für das optimierte Drehmoment und die optimierte Drehzahl entsprechend dem ermittelten Wirkungsgrad korrigiert. Dies hat den Vorteil, dass das Motorkennfeld die realen, gegenwärtigen Eigenschaften des Motors wiedergibt. Das korrigierte Kennfeld berücksichtigt sowohl individuelle Abweichungen des verwendeten Motors innerhalb der Streuung der Baureihe als auch alterungsbedingte Veränderungen des Motors, die über seine Lebensdauer auftreten.According to another preferred embodiment, a current efficiency of the engine is further determined and the function value of the engine map for the optimized torque and the optimized speed corrected in accordance with the determined efficiency. This has the advantage that the engine map reflects the real, current characteristics of the engine. That corrected The map takes into account both individual deviations of the engine used within the range of the series as well as aging-related changes in the engine that occur over its lifetime.
Vorzugsweise wird dabei zunächst beurteilt, ob der Motor sich in einem Normalbetriebszustand befindet, d. h. dem Zustand, in dem er sich während des Betriebs des Hydraulikaggregats überwiegend befindet. Dies ist z. B. ein Zustand, in dem der Motor seine stationäre Betriebstemperatur erreicht hat und keine Sonderfunktionen, wie z. B. im Falle eines Dieselmotors die Regeneration von Abgaspartikelfiltern oder -katalysatoren aktiv sind. Das Korrigieren des Funktionswerts erfolgt anschließend nur dann, wenn der Motor sich in dem Normalbetriebszustand befindet. Auf diese Weise wird verhindert, dass kurzzeitige Abweichungen des Wirkungsgrads z. B. bei kaltem Motor das Kennfeld beeinflussen. Weiterhin vorzugsweise wird eine maximal tolerierten Abweichung des korrigierten Motorkennfelds von einem ursprünglich vorgegebenen Motorkennfeld vorgegeben. Das korrigierte Motorkennfeld wird danach beurteilt, ob es vom ursprünglich vorgegebenen Motorkennfeld um mehr als die maximal tolerierte Abweichung abweicht. Wenn das korrigierte Motorkennfeld vom ursprünglich vorgegebenen Motorkennfeld um mehr als die maximal tolerierte Abweichung abweicht, wird ein Warnsignal ausgegeben. Dies ermöglicht einem Benutzer, das Hydraulikaggregat bei abnormer Verschlechterung des Wirkungsgrads ohne Verzug einer Inspektion und ggf. Reparatur zu unterziehen.Preferably will be there first judges whether the engine is in a normal operating condition, d. H. the state in which it is predominantly during operation of the hydraulic power unit. This is z. B. a state in which the engine is at its steady operating temperature has achieved and no special features, such. B. in the case of Diesel engine regeneration of exhaust particulate filters or catalysts are active. The correction of the function value then takes place only when the engine is in the normal operating condition. This prevents short-term deviations of the Efficiency z. B. affect the map when the engine is cold. Further preferably, a maximum tolerated deviation of the corrected engine map from an originally specified engine map specified. The corrected engine map is then judged whether it's from the original given engine map by more than the maximum tolerated deviation differs. If the corrected engine map is from the original one Engine map deviates by more than the maximum tolerated deviation, a warning signal is output. This allows a user to do that Hydraulic unit with abnormal deterioration of efficiency subject without delay to an inspection and, if necessary, repair.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen und beigefügter Figuren erläutert. In den Figuren zeigen:The The present invention will be described below with reference to preferred embodiments and attached Figures explained. In the figures show:
In den Figuren bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.In In the figures, the same reference numerals designate the same or the same function Components, unless stated otherwise.
Ein
in
Die
Hydropumpe
Das
Hydraulikaggregat
Das
Motorsteuergerät
Der
Speicher
Das
Motorsteuergerät
Das
Motorsteuergerät
In
der Kennfeldmodifizierungseinheit
Das
Pumpensteuergerät
Am
Armaturenbrett
In
Betrieb des Hydraulikaggregats
Der
Kennlinienermittler
Im
fortlaufenden Betrieb überwacht
die Kennfeldkorrektureinheit
Auf
der Fläche
des Kennfelds
Im
Betrieb des Hydraulikaggregats ermittelt die Optimierungseinheit
das Maximum
In
Schritt
In
Schritt
In
der Verzweigung
In
der Verzweigung
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorliegend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar. Beispielsweise können der Schritt des Ermittelns der Kennlinie und der Schritt des Ermittelns des optimierten Drehmoments und der optimierten Drehzahl in einem Schritt zusammengefasst sein bzw. das optimierte Drehmoment und die optimierte Drehzahl direkt aus dem Kennfeld bestimmt werden. Die Antriebsenergie kann auf andere Weise als über eine gemeinsame Welle zwischen Motor und Pumpe übertragen werden. Das Pumpenkennfeld oder das Kennfeld des Gesamtwirkungsgrads des Hydraulikaggregats können kontinuierlich auf Veränderungen hin überwacht werden. Statt eines Dieselmotors kann z. B. ein Elektromotor verwendet werden.Even though the present invention with reference to preferred embodiments has been described herein, it is not limited thereto, but on diverse Modifiable way. For example, the step of determining the characteristic and the step of determining the optimized torque and the optimized speed in one step or the optimized torque and the optimized speed directly be determined from the map. The drive energy can be on others Way as above a common shaft between the motor and pump are transmitted. The pump map or the map of the overall efficiency of the hydraulic unit can continuously on changes monitored. Instead of a diesel engine can, for. B. an electric motor can be used.
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