DE102011016998B4

DE102011016998B4 - Hydraulisches Speichersystem und Verfahren zum Betreiben eines hydraulischen Speichesystems

Info

Publication number: DE102011016998B4
Application number: DE102011016998.9A
Authority: DE
Inventors: Marco Grethel; Ronald Glas; Eric Müller; Martin Staudinger; Edgar Jerichow
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH; Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG; Vitesco Technologies Germany GmbH
Priority date: 2010-04-30
Filing date: 2011-04-14
Publication date: 2020-12-10
Anticipated expiration: 2031-04-15
Also published as: DE102011016998A1

Abstract

Hydraulisches Speichersystems mit einem Druckspeicher (3), der mittels einer elektrisch angetriebenen Pumpe (10) über ein Speicherladeventil (20) aufgeladen wird, das so zwischen die Pumpe (10) und den Druckspeicher (3) geschaltet ist, dass die Pumpe (10) entweder in den Druckspeicher (3) oder zu mindestens einem Verbraucher (5) fördert, wobei das Speicherladeventil (20) als passives Speicherladeventil ausgeführt ist, das, unabhängig von einem Betrieb der Pumpe (10), in Abhängigkeit von einer einstellbaren Druckgrenze entweder in einem ersten Zustand eine Verbindung zu dem Druckspeicher (3) oder in einem zweiten Zustand eine Verbindung zu dem Verbraucher (5) freigibt, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Betriebsparameter eines elektrischen Antriebsmotors (14) der Pumpe (10) erfasst und verwendet wird, um festzustellen, ob sich das Speicherladeventil (20) im ersten oder zweiten Zustand befindet.

Description

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Speichersystem mit einem Druckspeicher, der mittels einer elektrisch angetriebenen Pumpe über ein Speicherladeventil aufgeladen wird, das so zwischen die Pumpe und den Druckspeicher geschaltet ist, dass die Pumpe entweder in den Druckspeicher oder zu mindestens einem Verbraucher fördert. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen hydraulischen Speichersystems.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2009 042 157 A1 ist eine Hydraulikanordnung zum Steuern eines Getriebes mit einer hydraulischen Energiequelle, einem Energiespeicher und einem Ladeventil bekannt. Aus der deutschen Patentschrift DE 33 47 637 C2 ist ein druckabhängiges Vorsteuerventil einer Speicherladevorrichtung bekannt.
Die deutsche Patentschrift DE 34 04 598 C2 offenbart ein hydraulisches System mit einem Speicherladeventil, das eine Druckabsicherung eines Speicherkreises erfüllt und ein vom Druck des Speicherkreises beaufschlagtes Vorsteuerventil umfasst, das in Abhängigkeit von diesem Druck ein Umschaltventil ansteuert, dessen Kolben seinerseits dadurch die Verbindung zwischen einer Pumpe und einer Arbeitshydraulik und dem Speicherkreis steuert.
Die Offenlegungsschrift DE10 2008 048 056 A1 betrifft ein hydrostatisches Antriebssystem eines elektrisch betriebenen Flurförderzeugs, mit einer von einem Elektromotor angetriebenen Pumpe, die zur Versorgung einer einen Hubantrieb und mindestens einen Nebenverbraucher umfassenden Arbeitshydraulik vorgesehen ist, wobei zur Steuerung des Hubantriebs ein Steuerventil vorgesehen ist, mittels dem im Senkenbetrieb des Hubantriebs eine zu dem Hubantrieb geführte Heben-/ Senkenleitung an eine mit einem Behälter in Verbindung stehende Behälterleitung anschliessbar ist, wobei zur Energierückgewinnung im Senkenbetrieb des Hubantriebs ein hydraulisches Speicherelement vorgesehen ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein hydraulisches Speichersystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, das einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar ist.
Die Aufgabe ist bei einem hydraulisches Speichersystem mit einem Druckspeicher, der mittels einer elektrisch angetriebenen Pumpe über ein Speicherladeventil aufgeladen wird, das so zwischen die Pumpe und den Druckspeicher geschaltet ist, dass die Pumpe entweder in den Druckspeicher oder zu mindestens einem Verbraucher fördert, wobei das Speicherladeventil als passives Speicherladeventil ausgeführt ist, das, unabhängig von einem Betrieb der Pumpe, in Abhängigkeit von einer einstellbaren Druckgrenze entweder in einem ersten Zustand eine Verbindung zu dem Druckspeicher oder in einem zweiten Zustand eine Verbindung zu dem Verbraucher freigibt dadurch gelöst, dass mindestens ein Betriebsparameter eines elektrischen Antriebsmotors der Pumpe erfasst und verwendet wird, um festzustellen, ob sich das Speicherladeventil im ersten oder zweiten Zustand befindet. Der Druckspeicher dient vorzugsweise zum Ansteuern einer Aktorik eines Getriebes. Bei dem mindestens einen Verbraucher handelt es sich zum Beispiel um eine Kühlung, insbesondere eine Kupplungskühlung. Zur Kühlung wird die Kupplung, die dem Getriebe vorgeschaltet ist, mit einem Kühlmedium, insbesondere Kühlöl, versorgt. Das hydraulische Speichersystem ist vorzugsweise in eine hydraulische Steuerung für das Getriebe implementiert. In dem ersten Zustand des Speicherladeventils muss die Pumpe zum Aufladen des Druckspeichers gegen einen höheren Druck fördern als in dem zweiten Zustand, in welchem zum Beispiel eine Kupplungskühlung mit Kühlöl versorgt wird. Demzufolge wird zum Antrieb der Pumpe im ersten Zustand des Speicherladeventils mehr Energie benötigt als im zweiten Zustand. Diese Energiedifferenz kann auf einfache Art und Weise über einen Betriebsparameter des elektrischen Antriebsmotors erfasst und/oder überwacht werden.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der von dem elektrischen Antriebsmotor der Pumpe verbrauchte elektrische Strom erfasst wird, um festzustellen, ob sich das Speicherladeventil im ersten oder zweiten Zustand befindet. Aus dem elektrischen Stromverbrauch des Antriebsmotors der Pumpe kann darauf geschlossen werden, ob die Pumpe gegen einen hohen Druck oder gegen einen niedrigen Druck fördert.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Antriebsmotor der Pumpe bedarfsabhängig eingeschaltet wird. Solange der Druckspeicher ausreichend aufgeladen ist, kann der elektrische Antriebsmotor der Pumpe abgeschaltet bleiben. Der elektrische Antriebsmotor der Pumpe wird vorzugsweise erst beziehungsweise nur dann eingeschaltet, wenn der Ladedruck in dem Druckspeicher einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet oder eine Volumenanforderung der Kühlung erfolgt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe eines Rechenmodells ermittelt wird, ob und/oder wann der elektrische Antriebsmotor der Pumpe eingeschaltet wird. Wenn sich das Speicherladeventil in seinem zweiten Zustand befindet, kann der elektrische Antriebsmotor der Pumpe in der Regel länger abgeschaltet bleiben als im ersten Zustand des Speicherladeventils. Die Verwendung des Rechenmodells liefert den Vorteil, dass ein Drucksensor zur Überwachung des Ladedrucks des Druckspeichers entfallen kann.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Rechenmodell dadurch adaptiert wird, dass der elektrische Antriebsmotor der Pumpe temporär kurz eingeschaltet wird, um den Betriebsparameter des elektrischen Antriebsmotors der Pumpe zu erfassen. Dadurch kann das Rechenmodell für die Entleerung des Druckspeichers in einem Fahrzeugbetrieb überwacht und gegebenenfalls korrigiert werden. Dabei wird vorzugsweise der Stromverbrauch des elektrischen Antriebsmotors der Pumpe ausgewertet.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Antriebsmotor der Pumpe immer dann temporär kurz eingeschaltet wird, wenn sich aus dem Rechenmodell ergibt, dass sich der Druckspeicher in einem Mindestladezustand befindet. Es wird also ein Test durchgeführt, ob sich das Speicherladeventil in seinem ersten Zustand befindet, der auch als Ladezustand bezeichnet wird.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Speicherladeventil so abgestimmt ist, dass es vor einem Erreichen des Mindestladezustands des Druckspeichers in seinen ersten Zustand schaltet. Die einstellbare Druckgrenze des passiven Speicherladeventils hängt von dem Druck des Druckspeichers in dessen Mindestladezustand ab.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Getriebesteuerung mit einem vorab beschriebenen hydraulischen Speichersystem, das insbesondere gemäß einem vorab beschriebenen Verfahren betrieben wird.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.
In der einzigen beiliegenden Figur ist ein erfindungsgemäßes hydraulisches Speichersystem in Form eines Hydraulikschaltplans dargestellt.
In der beiliegenden 1 ist ein erfindungsgemäßes hydraulisches Speichersystem 1 mit einem Druckspeicher 3 dargestellt. Der Druckspeicher 3 dient dazu, eine Aktorik 4 zur Getriebesteuerung mit Hydraulikdruck zu versorgen. Das hydraulische Speichersystem 1 umfasst des Weiteren einen hydraulischen Verbraucher 5. Bei dem hydraulischen Verbraucher 5 handelt es sich zum Beispiel um eine Kupplungskühlung. Zur Kupplungskühlung wird ein deutlich geringerer Hydraulikdruck benötigt als zur Ansteuerung der Aktorik 4.
Das hydraulische Speichersystem 1 umfasst eine Pumpe 10, die durch einen Elektromotor 14 angetrieben ist. Die als Hydraulikpumpe ausgeführte Pumpe 10 saugt an einer Eingangsseite Hydraulikmedium an, das in der Pumpe 10 mit Druck beaufschlagt wird. Zwischen einen Ausgang der Pumpe 10 und die Aktorik 4 beziehungsweise den Verbraucher 5 ist ein Speicherladeventil 20 geschaltet. Über das Speicherladeventil 20 kann der Ausgang der Pumpe 10 entweder mit dem Druckspeicher 3 beziehungsweise der Aktorik 4 oder mit dem Verbraucher 5 verbunden werden.
Das Speicherladeventil 20 umfasst ein als 3/2-Wegeventil ausgeführtes Schaltventil 24 mit einem Eingang, der mit dem Ausgang der Pumpe 10 verbunden ist. Ein erster Ausgang des Schaltventils 24 ist unter Zwischenschaltung eines Rückschlagventils 26 und eines hydraulischen Widerstands 28 mit dem Druckspeicher 3 beziehungsweise der Aktorik 4 verbunden. Ein zweiter Ausgang des Schaltventils 24 ist mit dem Verbraucher 5 verbunden.
Der hydraulische Widerstand 28 ist zum Beispiel als Drossel ausgeführt. Ein weiteres Rückschlagventil 30 ist parallel zu dem hydraulischen Widerstand 28 geschaltet. Die beiden Rückschlagventile 26, 30 können nur gegen eine Rückschlagfederkraft in einer Strömungsrichtung zum Druckspeicher 3 beziehungsweise zu der Aktorik 4 hin durchströmt werden. Die Rückschlagventile 26, 30 verhindern ein Rückströmen von Hydraulikmedium aus dem Druckspeicher 3.
Das Schaltventil 24 ist über eine erste Steuerleitung 31 mit dem Druck angesteuert, der zwischen den beiden Rückschlagventilen 26 und 30 beziehungsweise dem Rückschlagventil 26 und dem hydraulischen Widerstand 28 herrscht. Über eine zweite Steuerleitung 32 ist das Schaltventil 24 mit dem Druck nach dem hydraulischen Widerstand 28 angesteuert. Durch eine Feder ist das Schaltventil 24 in seine in 1 dargestellte Schaltstellung vorgespannt, in welcher der Ausgang der Pumpe 10 mit dem Druckspeicher 3 beziehungsweise der Aktorik 4 verbunden ist.
Das Speicherladeventil 20 ist als passives Speicherladeventil ausgeführt, das entweder den in 1 dargestellten ersten Zustand einnimmt, in welchem der Druckspeicher 3 aufgeladen wird, oder einen zweiten Zustand, in welchem der Verbraucher 5, das heißt die Kupplungskühlung, mit Kühlöl versorgt wird. Der erste Zustand des Speicherladeventils 20 wird auch als Ladezustand bezeichnet. Der zweite Zustand des Speicherladeventils 20 wird auch als Kühlzustand bezeichnet.
Das passive Speicherladeventil 20 ändert seinen Zustand von Kühlen auf Laden in Abhängigkeit von einer eingestellten Druckgrenze, und zwar unabhängig davon, ob die Pumpe 10 beziehungsweise der Elektromotor 14 eingeschaltet ist oder nicht. Aufgrund der unterschiedlichen Ströme für den Elektromotor 14 beim Anlaufen gegen einen hohen Speicherdruck oder gegen einen niedrigen Kühldruck kann festgestellt werden, in welchem Zustand sich das Speicherladeventil 20 gerade befindet.
Das Einschalten des Elektromotors 14 wird gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung über ein Rechenmodell gesteuert. Dieses Rechenmodell kann in einem Fahrbetrieb adaptiert werden, indem der Elektromotor 14 temporär kurz anläuft, wobei der vom Elektromotor 14 verbrauchte Motorstrom bewertet wird. Dieses temporäre und kurze Anlaufen des Elektromotors 14 wird auch als Testanlauf bezeichnet. Derartige Testanläufe werden vor einem errechneten Mindestladezustand des Druckspeichers 3 durchgeführt. Das Speicherladeventil 20 ist dabei so abgestimmt, dass es in seinen Ladezustand schaltet, bevor der Mindestladezustand des Druckspeichers 3 erreicht wird.
Wenn sich das Speicherladeventil 20 beim Anlaufen der Pumpe 10 in seinem Kühlzustand befindet, läuft die Pumpe 3 gegen einen sehr geringen Druck an. Dabei verbraucht der Elektromotor 14 nur einen relativ geringen Strom. Wenn sich das Speicherladeventil 20 in seinem Ladezustand befindet, dann muss die Pumpe 10 gegen einen deutlich höheren Druck anlaufen. Demzufolge verbraucht der Elektromotor 14 deutlich mehr Strom als beim Kühlen. Mit Hilfe der Testanläufe kann das Rechenmodell für die Entleerung des Druckspeichers 3 im Fahrzeugbetrieb auf einfache Art und Weise überwacht und gegebenenfalls korrigiert werden.
Bezugszeichenliste

1: hydraulisches Speichersystem
3: Druckspeicher
4: Aktorik
5: Verbraucher
10: Pumpe
14: Elektromotor
20: Speicherladeventil
24: Schaltventil
26: Rückschlagventil
28: hydraulischer Widerstand
30: Rückschlagventil
31: Steuerleitung
32: Steuerleitung

Claims

Hydraulisches Speichersystems mit einem Druckspeicher (3), der mittels einer elektrisch angetriebenen Pumpe (10) über ein Speicherladeventil (20) aufgeladen wird, das so zwischen die Pumpe (10) und den Druckspeicher (3) geschaltet ist, dass die Pumpe (10) entweder in den Druckspeicher (3) oder zu mindestens einem Verbraucher (5) fördert, wobei das Speicherladeventil (20) als passives Speicherladeventil ausgeführt ist, das, unabhängig von einem Betrieb der Pumpe (10), in Abhängigkeit von einer einstellbaren Druckgrenze entweder in einem ersten Zustand eine Verbindung zu dem Druckspeicher (3) oder in einem zweiten Zustand eine Verbindung zu dem Verbraucher (5) freigibt, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Betriebsparameter eines elektrischen Antriebsmotors (14) der Pumpe (10) erfasst und verwendet wird, um festzustellen, ob sich das Speicherladeventil (20) im ersten oder zweiten Zustand befindet.
Verfahren zum Betreiben eines hydraulischen Speichersystems nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der von dem elektrischen Antriebsmotor (14) der Pumpe (10) verbrauchte elektrische Strom erfasst wird, um festzustellen, ob sich das Speicherladeventil (20) im ersten oder zweiten Zustand befindet.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Antriebsmotor (14) der Pumpe (10) bedarfsabhängig eingeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe eines Rechenmodells ermittelt wird, ob und/oder wann der elektrische Antriebsmotor (14) der Pumpe (10) eingeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Rechenmodell dadurch adaptiert wird, dass der elektrische Antriebsmotor (14) der Pumpe (10) temporär kurz eingeschaltet wird, um den Betriebsparameter des elektrischen Antriebsmotors (14) der Pumpe (10) zu erfassen.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Antriebsmotor (14) der Pumpe (10) immer dann temporär kurz eingeschaltet wird, wenn sich aus dem Rechenmodell ergibt, dass sich der Druckspeicher (3) in einem Mindestladezustand befindet.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Speicherladeventil (20) so abgestimmt ist, dass es vor einem Erreichen des Mindestladezustands des Druckspeichers in seinen ersten Zustand schaltet.
Getriebesteuerung mit einem hydraulischen Speichersystem (1) nach Anspruch 1.
Getriebesteuerung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das hydraulische Speichersystem (1) gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7 betrieben wird.