DE102013200444A1

DE102013200444A1 - Verfahren zum Betreiben eines Hydrauliksystems

Info

Publication number: DE102013200444A1
Application number: DE201310200444
Authority: DE
Inventors: Bernhard Zickgraf; Richard Bauer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-01-15
Filing date: 2013-01-15
Publication date: 2014-07-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hydrauliksystems (12), wobei ein hydraulischer Speicher (10) mit einem Fluid (18) und mit einem Gas (16) gefüllt ist, und wobei ein Volumenverhältnis des Fluids (18) zu dem Gas (16) veränderlich ist, und wobei zur Ermittlung eines Füllstandes (27) ein hydraulischer Druck und/oder ein Gasdruck (22) in dem hydraulischen Speicher (10) ermittelt wird. Erfindungsgemäß wird für die Ermittlung des Füllstands (27) des hydraulischen Speichers (10) zusätzlich mindestens noch eine Gastemperatur in dem hydraulischen Speicher (10) verwendet.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung, ein Computerprogramm, einen hydraulischen Speicher und ein Hydrauliksystem nach den nebengeordneten Patentansprüchen.
Vom Markt her bekannt sind hydraulische Speicher, welche teilweise mit einem Fluid, beispielsweise einem Hydrauliköl, und teilweise mit einem Gas, beispielsweise Stickstoff, gefüllt sind. Ein Volumenverhältnis des Fluids zu dem Gas ist veränderlich und entspricht einem Füllstand des hydraulischen Speichers. Das Fluid und das Gas sind in dem hydraulischen Speicher im Allgemeinen durch ein bewegliches oder zumindest verformbares Element getrennt. In Abhängigkeit von dem verwendeten Element werden die hydraulischen Speicher beispielsweise als Kolbenspeicher, Blasenspeicher oder Membranspeicher benannt.
Hydraulische Speicher können beispielsweise als Energiespeicher verwendet werden, wobei die Energie im Wesentlichen in dem komprimierten Gas gespeichert ist. Die in dem hydraulischen Speicher gespeicherte Energiemenge kann mittels Füllen bzw. Entleeren mit dem Fluid verändert werden. Entsprechend den physikalischen bzw. thermodynamischen Gesetzen wird gleichzeitig mit einer Volumenänderung des Gases auch der Gasdruck ("Speicherdruck") mit verändert. Der Füllstand (engl. SOC, "state of charge") des hydraulischen Speichers und damit die entnehmbare Menge an Fluid bzw. Energie kann mittels einer Umrechnung aus dem Speicherdruck ermittelt werden.
Offenbarung der Erfindung
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1, sowie durch eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung, ein Computerprogramm, einen hydraulischen Speicher und ein Hydrauliksystem nach den nebengeordneten Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen angegeben. Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich ferner in der nachfolgenden Beschreibung und in den Zeichnungen, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird.
Die Erfindung weist den Vorteil auf, dass ein Füllstand in einem hydraulischen Speicher unter Verwendung einer Temperatur ("Gastemperatur") eines in dem hydraulischen Speicher verwendeten Gases besonders genau ermittelt werden kann. Eine durch eine Erwärmung bzw. Abkühlung des Gases erfolgende Änderung eines Speicherdrucks (die nicht auf einer Änderung des Füllstands beruht) kann berücksichtigt werden. Ergänzend können weitere, eine innere Energie des Gases betreffende Größen erfindungsgemäß berücksichtigt werden. Dadurch kann ein Volumen des hydraulischen Speichers optimal genutzt werden, indem ein erforderlicher Sicherheitsabstand zu einer maximal zulässigen Füllung verkleinert werden kann, ohne die Betriebssicherheit des hydraulischen Speichers zu beeinträchtigen. Weiterhin kann der Füllstand auch bei schnellen Befüllungen und Entleerungen des hydraulischen Speichers sowie bei allgemein sehr dynamischen Betriebssituationen vergleichsweise genau und schnell ermittelt werden. Ergänzend können auch vergleichsweise langsame Veränderungen von den hydraulischen Speicher betreffenden physikalischen Größen berücksichtigt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung des Füllstands kann modular ausgeführt werden, wodurch sich ein hoher Grad an Flexibilität in Bezug auf unterschiedliche Bauweisen und Einbausituationen des hydraulischen Speichers ergibt. Das Verfahren kann sowohl für hydraulische Speicher mit vergleichsweise hohem Gasdruck (Energiespeicher) als auch für hydraulische Speicher mit vergleichsweise geringem Gasdruck (Fluidspeicher, Vorratsspeicher) verwendet werden.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hydrauliksystems, wobei ein hydraulischer Speicher mit einem Fluid und mit einem Gas gefüllt ist, und wobei ein Volumenverhältnis des Fluids zu dem Gas veränderlich ist, und wobei zur Ermittlung eines Füllstandes ein hydraulischer Druck und/oder ein Gasdruck in dem hydraulischen Speicher ermittelt wird. Erfindungsgemäß wird für die Ermittlung des Füllstands des hydraulischen Speichers zusätzlich mindestens noch die Gastemperatur in dem hydraulischen Speicher verwendet. Die Gastemperatur kann einen merklichen Einfluss auf den Füllstand des hydraulischen Speichers haben. Durch eine Berücksichtigung der Gastemperatur kann daher die Genauigkeit der Ermittlung des Füllstands insbesondere im Vergleich zu einer alleinigen Ermittlung des Gasdrucks deutlich verbessert werden. Beispielsweise hängen Änderungen der Gastemperatur stark von Lade- und Entladeraten des hydraulischen Speichers ab und sind bei gegebenen Volumenströmen bei relativ kleinen Speichervolumina größer als bei relativ großen Speichern. Ebenso besteht eine Abhängigkeit von einer jeweiligen Einbausituation. Auch eine Wärmeleitfähigkeit eines Gehäuses des hydraulischen Speichers und ein damit zusammenhängender Wärmeaustausch zwischen dem Gas und der Umgebung sind von Bedeutung und können berücksichtigt werden. Dies ist besonders für mobile Anwendungen mit stark veränderlichen Umgebungsbedingungen und/oder sehr unterschiedlichen Bauweisen des hydraulischen Speichers von Vorteil. Besonders günstig ist es, wenn für die Ermittlung des Füllstandes ein Beobachterverfahren verwendet wird.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird zusätzlich noch mindestens eine weitere Größe aus der folgenden Gruppe verwendet:

– ein Zustand eines oder mehrerer Ventile des Hydrauliksystems;
– eine Umgebungstemperatur;
– eine Geometrie des hydraulischen Speichers;
– mindestens eine einen Zustand eines übergeordneten Systems charakterisierende Größe; und/oder
– eine Stellung eines Kolbens oder ein Zustand eines Medientrennelements des hydraulischen Speichers. Das Medientrennelement ist – alternativ zu dem Kolben
– beispielsweise als elastische Membrane ausgeführt.

Das übergeordnete System ist beispielsweise das Hydrauliksystem, in welchem der hydraulische Speicher verwendet wird und/oder – weiter umfassend – ein Kraftfahrzeug, in welchem das Hydrauliksystem betrieben wird. Ebenso kann eine Umgebungslufttemperatur und/oder ein Umgebungsluftdruck und/oder eine Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs das übergeordnete System ergänzend charakterisieren. Mittels der beschriebenen Größen ist ergänzend zu der Gastemperatur eine weitere Steigerung der Genauigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird die innere Energie und/oder ein Volumen des Gases ermittelt. Dabei können betreffende thermodynamische Zusammenhänge ergänzend berücksichtigt werden und somit die Genauigkeit der Ermittlung des Füllstands weiter erhöht werden.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass eine Energiebilanz von mindestens einem Element des hydraulischen Speichers und/oder des Hydrauliksystem und/oder des übergeordneten Systems ermittelt wird. Dadurch kann im Prinzip jedes Element angemessen berücksichtigt werden, welches seine Energie im Betrieb des hydraulischen Speichers ändert und auf den Zusammenhang zwischen Füllstand und Speicherdruck einen Einfluss hat. Dadurch kann die Genauigkeit des Verfahrens weiter verbessert werden. Ergänzend können auch zwischen den jeweiligen Elementen sich ergebende Energieflüsse für das Verfahren verwendet werden.
In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt die Ermittlung der Energiebilanz iterativ. Dabei wird eine durch einen hydraulischen Anschluss des hydraulischen Speichers fließende Fluidmenge mittels einer wiederholt ("iterativ") erfolgenden Ermittlung von Differenzwerten verschiedener den hydraulischen Speicher und/oder das Hydrauliksystem und/oder das übergeordnete System charakterisierende Größen ermittelt. Allgemein können iterative Ermittlungen bzw. Berechnungen besonders sinnvoll sein, um die Realisierung des Verfahrens zu vereinfachen und/oder um die Genauigkeit zu erhöhen.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Verfahren unter Verwendung von mindestens einer aus der Gastemperatur und/oder den weiteren Größen ermittelten statistischen Größe durchgeführt wird. Dadurch können sozusagen ein oder mehrere "Lern-Algorithmen" verfahrensgemäß verwendet werden, wodurch eine besonders hohe Flexibilität und Genauigkeit des Verfahrens ermöglicht werden.
Ergänzend kann vorgesehen sein, dass der ermittelte Füllstand und/oder mindestens eine durch das Verfahren ermittelte Größe an eine Diagnoseeinrichtung und/oder an eine Überwachungseinrichtung für das Hydrauliksystem übermittelt wird. Somit können die besagten Größen – über die Ermittlung des Füllstands hinaus – auch zur Diagnose des hydraulischen Speichers und/oder des Hydrauliksystems und/oder des Kraftfahrzeugs beitragen oder zur Warnung des Fahrers verwendet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere für einen als Kolbenspeicher, als Blasenspeicher oder als Membranspeicher ausgeführten hydraulischen Speicher verwendet werden. Insbesondere für diese Ausführungsformen des hydraulischen Speichers kann der Füllstand vergleichsweise genau ermittelt werden.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung und ein darauf ablauffähiges Computerprogramm, welches dazu programmiert ist, das beschriebene Verfahren durchzuführen. Die Steuer- und/oder Regeleinrichtung ist beispielsweise ein Steuergerät für das Hydrauliksystem oder für das übergeordnete System, insbesondere ein Steuergerät für das Kraftfahrzeug.
Weiterhin betrifft die Erfindung den hydraulischen Speicher, welcher einen Drucksensor und einen Temperatursensor zur Ermittlung der Gastemperatur in dem hydraulischen Speicher aufweist. Entsprechend betrifft die Erfindung auch das Hydrauliksystem für das Kraftfahrzeug, wobei das Hydrauliksystem den oben beschriebenen hydraulischen Speicher umfasst.
Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 zwei hydraulische Speicher in einem Hydrauliksystem in einem Kraftfahrzeug;
2 ein Modell für den hydraulischen Speicher aus 1; und
3 ein Flussdiagramm für ein Verfahren zum Betreiben des Hydrauliksystems.
Es werden für funktionsäquivalente Elemente und Größen in allen Figuren auch bei unterschiedlichen Ausführungsformen die gleichen Bezugszeichen verwendet.
1 zeigt in einem linken oberen Bereich einen ersten hydraulischen Speicher 10 in einem Hydrauliksystem 12, welches in einem übergeordneten System, das vorliegend ein Kraftfahrzeug 14 ist, angeordnet ist. Das Hydrauliksystem 12 und – weiter umfassend – das Kraftfahrzeug 14 sind in der Zeichnung der 1 jeweils von einem gestrichelten Rahmen umfasst.
Der hydraulische Speicher 10 weist ein Gas 16, beispielsweise Stickstoff, sowie ein Fluid 18 auf, beispielsweise ein Hydrauliköl. Vorliegend ist das Gas 16 von dem Fluid 18 durch ein Medientrennelement 20 getrennt. Das Medientrennelement 20 ist beispielsweise eine elastische Membrane und entsprechend ist dann der hydraulische Speicher 10 als Membranspeicher ausgeführt. Alternativ kann das Medientrennelement 20 auch ein Kolben sein. In einer weiteren Alternative ist der hydraulische Speicher 10 als Blasenspeicher ausgeführt.
Das Gas 16 weist ein aktuelles Volumen 17 auf. Ein dreieckiger Pfeil symbolisiert einen aktuellen Gasdruck 22 des Gases 16, welcher durch einen an dem hydraulischen Speicher 10 angeordneten Drucksensor 23 erfasst wird. Ein Volumenverhältnis des Fluids 18 zu dem Gas 16 ist veränderlich und charakterisiert einen Füllstand 27 des hydraulischen Speichers 10. Eine aktuelle Temperatur ("Gastemperatur") des Gases 16 wird durch einen Temperatursensor 25 erfasst.
Der Gasdruck 22 beaufschlagt das in dem hydraulischen Speicher 10 befindliche Fluid 18 in Richtung eines hydraulischen Anschlusses 24. An den hydraulischen Anschluss 24 sind mehrere hydraulische Leitungen 26 angeschlossen. In einem in der 1 mittleren linken Bereich ist eine Hydraulikpumpe 28 angeordnet, welche mittels hydraulischer Leitungen 26 unter anderem auch den hydraulischen Speicher 10 mit Fluid versorgen und so mit einem Fluiddruck beaufschlagen kann.
An einer Saugseite der Hydraulikpumpe 28 ist in einem unteren linken Bereich der 1 ein zweiter hydraulischer Speicher 30 angeordnet. Der zweite hydraulische Speicher 30 umfasst ebenfalls ein Gas 16 und ein Fluid 18 und Druck- und Temperatursensoren 23 und 25. Vorliegend wird der erste hydraulische Speicher 10 – entsprechend einer Pumprichtung der Hydraulikpumpe 28 – mit einem vergleichsweise hohen Gasdruck 22 als "Energiespeicher" betrieben und der hydraulische Speicher 30 wird mit einem vergleichsweise geringen Gasdruck 22 als hydraulischer "Vorratsspeicher" betrieben. Weiterhin ist an der Saugseite der Hydraulikpumpe 28 ein Fluidfilter 36 angeschlossen.
In einem rechten mittleren Bereich von 1 ist ein Block 38 dargestellt, welcher einen oder mehrere hydraulische Verbraucher 38 umfasst bzw. repräsentiert. Hydraulisch zwischen den hydraulischen Verbrauchern 38 und einer Druckseite der Hydraulikpumpe 28 ist eine Ventileinrichtung 40 angeordnet. Die Ventileinrichtung 40 kann über eine elektromagnetische Betätigungseinrichtung 42 angesteuert werden.
Die Ansteuerung der elektromagnetischen Betätigungseinrichtung 42 erfolgt über eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung 44, welche in der 1 außerhalb des Hydrauliksystems 12 dem Kraftfahrzeug 14 zugeordnet ist. Weiterhin ist die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 44 über elektrische Leitungen 46 und 50 mit den hydraulischen Verbrauchern 38 sowie über elektrische Leitungen 48 mit dem Drucksensor 23 und dem Temperatursensor 25 jeweils des ersten und des zweiten hydraulischen Speichers 10 und 30 verbunden. Die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 44 umfasst auf einem Speicher ein Computerprogramm 45.
Ein Block 52 außerhalb des Hydrauliksystems 12 in einem rechten unteren Bereich von 1 repräsentiert eine mögliche Vielzahl weiterer Elemente, Sensoren und/oder Größen des Kraftfahrzeugs 14. Der Block 52 ist ebenfalls über eine oder mehrere elektrische Leitungen 54 mit der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 44 verbunden.
Ein Block 56 in einem oberen rechten Bereich der 1 repräsentiert eine mögliche Vielzahl von Umgebungsvariablen des Kraftfahrzeugs 14 bzw. des Hydrauliksystems 12 bzw. des ersten und des zweiten hydraulischen Speichers 10 und 30. Unter anderem handelt es sich dabei um eine Umgebungstemperatur oder einen Luftdruck. Der Block 56 ist in der 1 mittels elektrischer Leitungen 58 mit der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 44 verbunden. Beispielsweise umfasst der Block 56 einen oder mehrere (nicht dargestellte) Sensoren.
Im Betrieb des Hydrauliksystems 12 werden die hydraulischen Speicher 10 und 30 in Abhängigkeit von einer – gegebenenfalls steuerbaren – Pumpleistung der Hydraulikpumpe 28 sowie in Abhängigkeit von einem Bedarf der hydraulischen Verbraucher 38 befüllt oder entleert. Dazu kann die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 44 unter anderem auch die Ventileinrichtung 40 steuern bzw. schalten.
Ein vergleichsweise plötzlicher Mehrbedarf an Fluid 18 bzw. von hydraulischer Energie kann durch ein zumindest teilweises Entleeren des ersten hydraulischen Speichers 10 gedeckt werden. Umgekehrt kann bei einem Minderbedarf der hydraulische Speicher 10 mit Fluid 18 befüllt werden. Im Allgemeinen ergibt sich im Mittel ein Fluidstrom von der Druckseite der Hydraulikpumpe 28 über die Ventileinrichtung 40, danach über die hydraulischen Verbraucher 38, danach über das Fluidfilter 36, und danach hin zu der Saugseite der Hydraulikpumpe 28. Außerdem kann der hydraulische Speicher 10 dann zum Einsatz kommen, wenn ein Bedarf an Hydraulikfluid vorliegt, aber die Hydraulikpumpe 28 nicht in Betrieb ist. Dies ist beispielsweise bei stehender Brennkraftmaschine in einem Start/Stopp-Betrieb des Kraftfahrzeugs 14 der Fall. Denkbar ist ferner der Einsatz in Hybridantrieben, bei denen beispielsweise in einer Beschleunigungsphase des Kraftfahrzeugs 14 durch die im hydraulischen Speicher 10 gespeicherte Energie ein zusätzliches Antriebsmoment bereitgestellt werden kann.
Die 2 zeigt in einer sehr vereinfachten Darstellung ein modular aufgebautes Modell zur Beschreibung des Betriebs des hydraulischen Speichers 10 bzw. des Hydrauliksystems 12 bzw. des Kraftfahrzeugs 14. Das Modell verwendet physikalische Größen, welche den Füllstand 27 des hydraulischen Speichers 10 beeinflussen können und ist insbesondere eine Grundlage für das weiter unten gezeigte Flussdiagramm der 3. Daraus kann in einem vorgegebenen Betriebsbereich des hydraulischen Speichers 10 der Füllstand 27 vergleichsweise schnell und genau ermittelt werden.
Ein Rechteck in der Mitte der Zeichnung von 2 repräsentiert das in dem hydraulischen Speicher 10 enthaltene Gas 16. Übrige, das in der Mitte befindliche Rechteck umschließende Rechtecke sind mit Bezugszeichen 60a, 60b, 60c und 60d gekennzeichnet. Diese Rechtecke repräsentieren eine mögliche Vielzahl von Größen und/oder Elementen, welche einen physikalischen Zustand des Gases 16 in dem hydraulischen Speicher 10 bzw. in dem hydraulischen Speicher 30 beeinflussen können. Entsprechend hängen die Anzahl und die relative Zugehörigkeit der Größen und Elemente des Modells von einer Bauform des hydraulischen Speichers 10 bzw. 30 und einer jeweiligen Einbausituation ab.
Die Darstellung der 2 symbolisiert zugleich einen so genannten "SOC-Beobachter". Die Abkürzung "SOC" entspricht dem englischen Ausdruck "state of charge", also dem Füllstand 27 des hydraulischen Speichers 10. Insbesondere symbolisiert die Darstellung der 2 eine kontinuierliche Berechnung einer inneren Energie 71 (siehe die 3) des Gases 16 über eine Bilanz von über vorgegebenen Elementgrenzen und/oder Systemgrenzen fließenden Energieströmen. Die Eigenschaften der Elemente und die durch die Elemente bestimmten Systemgrenzen sind parametrierbar und können dadurch an unterschiedliche Ausführungsformen des hydraulischen Speichers 10, Einbausituationen und Betriebszustände angepasst werden.
Die 3 zeigt ein Flussdiagramm für den in der 2 gezeigten "SOC-Beobachter". Das Flussdiagramm kann vorzugsweise mittels des Computerprogramms 45 abgearbeitet werden. Vorliegend wird die Ermittlung des Füllstands 27 für den hydraulischen Speicher 10 beschrieben. In einer dazu vergleichbaren Weise kann das in der 3 dargestellte Flussdiagramm ebenso für die Ermittlung des Füllstands 27 für den hydraulischen Speicher 30 verwendet werden.
Ein in der Zeichnung oberer Block 70 bezeichnet einen Beginn einer Ermittlung der inneren Energie 71 und eines Volumens 17 des Gases 16 ("Gasvolumen") in dem hydraulischen Speicher 10. Ein in der Zeichnung unterer Block 72 repräsentiert ein Ende der in der 3 dargestellten Prozedur. In dem Block 72 kann also das jeweils aktuelle Volumen 17 und die aktuell in dem hydraulischen Speicher 10 enthaltene innere Energie 71 und/oder eine aktuell von dem hydraulischen Speicher 10 maximal abgebbare Energie ausgegeben werden.
In dem Block 70 wird unter anderem eine Initialisierung der dargestellten Prozedur vorgenommen. Dazu werden aus einem Block 74 Größen bzw. Signale verwendet, welche einem i-ten Zustand in Bezug auf den in der 3 dargestellten Iterationszyklus entsprechen. Diese Größen bzw. Signale charakterisieren unter anderem den Gasdruck 22 (erfasst vom Drucksensor 23), die Gastemperatur (erfasst vom Temperatursensor 25) und/oder eine Stellung der Ventileinrichtung 40. Ebenso werden weitere Größen, also Größen des Hydrauliksystems 12 und des Kraftfahrzeugs 14, als Eingangsgrößen verwendet, beispielsweise die Umgebungstemperatur und/oder eine Fahrgeschwindigkeit.
Die auf den Block 70 folgenden Blöcke betreffen im Wesentlichen eine fortdauernde Berechnung der inneren Energie 71 des Gases 16 mittels Iteration. In einem auf den Block 70 folgenden Block 76 wird die innere Energie 71 des Gases 16 für den i-ten Zustand ermittelt. Nachfolgend wird die in dem Block 76 ermittelte innere Energie 71 des i-ten Zustands für weitere Blöcke als Eingangsgröße verwendet.
In von dem Block 76 angesteuerten folgenden Blöcken 78 und 80 werden ein erster und ein zweiter Anteil der inneren Energie 71 bzw. eine anteilige Änderung der inneren Energie 71 jeweils vom i-ten Zustand auf den i + 1-ten Zustand ermittelt. Weiterhin wird die im Block 76 ermittelte innere Energie 71 des Gases 16 einem weiteren Block 86 in einem linken mittleren Bereich der Zeichnung als Eingangsgröße zugeführt. In einem äußersten linken Bereich der Zeichnung ist ein Block 82 angeordnet, welcher die im Block 74 für den i-ten Zustand ermittelten oder erfassten Größen und/oder Signale nun für einen Folgezustand i + 1 ermittelt bzw. bereitstellt.
Die im Block 82 ermittelten beziehungsweise bereitgestellten Größen bzw. Signale werden nachfolgend einem weiteren Block 84 zugeführt. In dem Block 84 werden diese Größen mittels eines digitalen Signalprozessors (DSP) weiter bearbeitet. Ebenso werden die in dem Block 82 für den i + 1-ten Zustand ermittelten beziehungsweise bereitgestellten Größen bzw. Signale auch dem bereits erwähnten Block 86 als weitere Eingangsgrößen zugeführt. In dem Block 86 werden diese Größen mit Hilfe von Tabellen, Kennfeldern, Kennlinien und/oder Gleichungen (engl. "map conversion") umgesetzt und somit weiter bearbeitet. Ausgangsgrößen der Blöcke 84 und 86 werden dem bereits beschriebenen Block 78 zugeführt.
In einem in der Zeichnung von 3 rechten Bereich werden Ausgangsgrößen des Blocks 70 einem weiteren Block 88 als Eingangsgrößen zugeführt. In dem Block 88 wird eine Energie bzw. eine innere Energie von Elementen des hydraulischen Speichers 10 bzw. des Hydrauliksystems 12 bzw. des Kraftfahrzeugs 14 für den i-ten Zustand der Iteration ermittelt und dem Block 80 zugeführt. Es wird dabei auch eine Energiebilanz von einzelnen Elementen der in der 1 dargestellten Systeme und daraus folgend auch des hydraulischen Speichers 10 iterativ ermittelt.
Ausgangsgrößen der Blöcke 78 und 80 werden summiert und einem folgenden Block 90 zugeführt. Diese Summe charakterisiert die innere Energie 71 des Gases 16 in dem hydraulischen Speicher 10 für den i + 1-ten Zustand. Die innere Energie 71 des i + 1-ten Zustands wird über einen Pfad 92 in einem linken Bereich der Zeichnung von 3 wiederum dem oben beschriebenen Block 76 zugeführt. Der Pfad 92 bedeutet eine Rückführung in dem Flussdiagramm der 3 für die iterative Berechnung der inneren Energie 71 des Gases 16.
Weiterhin wird die in dem Block 90 ermittelte innere Energie 71 des Gases 16 für den i + 1-ten Zustand einem Block 94 im rechten Bereich der Zeichnung als erste Eingangsgröße zugeführt. In dem Block 94 wird eine Differenz der inneren Energie 71 bzw. der Energie von einem oder mehreren Elementen des Hydrauliksystems 12 bzw. des hydraulischen Speichers 10 zwischen dem i-ten Zustand und dem i + 1-ten Zustand ermittelt und dem bereits beschriebenen Block 88 zugeführt.
Ergänzend dazu werden Umgebungsvariable des Hydrauliksystems 12 und des Kraftfahrzeugs 14 in einem Block 96 in einem unteren rechten Bereich von 3 ermittelt beziehungsweise bereitgestellt und dem Block 94 als weitere Eingangsgrößen zugeführt. Im Block 94 kann daraus die innere Energie 71 der in dem Block 88 berücksichtigten Elemente auf den i + 1-ten Zustand hochgerechnet werden.
Die oben beschriebenen Teile des in der 3 dargestellten Flussdiagramms ermöglichen es, die innere Energie 71 des Gases 16 in dem hydraulischen Speicher 10 vergleichsweise genau und mit einer vergleichsweise hohen zeitlichen Auflösung fortlaufend zu ermitteln. In einem auf dem Block 90 folgenden Block 98 wird nun aus der derart ermittelten inneren Energie 71 des Gases 16 das zu dem i + 1-ten Zustand zugehörige Volumen 17 des Gases 16 in dem hydraulischen Speicher 10 ermittelt. Dies erfolgt unter Verwendung von Größen bzw. der Signalen für den i + 1-ten Zustand, die in einem Block 100 bereitgestellt werden. Die im Block 100 bereitgestellten Größen und Signale können denen im Block 82 entsprechen. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich.
Weiterhin können in einem Block 102 sonstige Parameter, welche den hydraulischen Speicher 10, das Hydrauliksystem 12 und/oder das übergeordnete System kennzeichnen, ermittelt und dem Block 98 als weitere Eingangsgrößen zugeführt werden. In dem auf den Block 98 folgenden Block 72 endet das in der 3 beschriebene Flussdiagramm. In dem Block 72 kann also zu jedem Zeitpunkt ein vergleichsweise genauer Wert der inneren Energie 71 des in dem hydraulischen Speicher 10 enthaltenen Gasvolumens ermittelt und an nachfolgende (nicht dargestellte) Operationen oder Elemente ausgegeben werden. Dadurch wird insbesondere der Füllstand 27 des hydraulischen Speichers 10 charakterisiert.
Das in der 3 dargestellte Flussdiagramm ermöglicht es außer der Gastemperatur – welche insbesondere in den Blöcken 74 und 102 verwendet wird – ergänzend eine oder mehrere weitere(n) Größe(n) aus der folgenden Gruppe zu verwenden:

– ein Zustand eines oder mehrerer Ventile 40 des Hydrauliksystems 12;
– eine Umgebungstemperatur;
– eine Geometrie des hydraulischen Speichers 10;
– mindestens eine einen Zustand eines übergeordneten Systems – vorliegend des Kraftfahrzeugs 14 – charakterisierende Größe; und/oder
– eine Stellung eines Kolbens oder ein Zustand des Medientrennelements 20 des hydraulischen Speichers 10.

Damit kann die Genauigkeit der Ermittlung des Füllstands 27 zusätzlich erhöht werden. Ergänzend kann das durch die 3 beschriebene Verfahren mit "Lern-Algorithmen" kombiniert werden, insbesondere unter Verwendung von mindestens einer aus der Gastemperatur und/oder den oben beschriebenen weiteren Größen ermittelten statistischen Größe. Weiterhin kann der ermittelte Füllstand 27 und/oder mindestens eine von durch das Verfahren ermittelten sonstigen Größen an eine Diagnoseeinrichtung und/oder eine Überwachungseinrichtung für das Hydrauliksystem 12 bzw. für das Kraftfahrzeug 14 übermittelt werden.
Zusammenfassend kann die Funktion des in der 3 dargestellten Flussdiagramms (SOC-Beobachter) auch wie folgt vereinfacht beschrieben werden: Aus einer Gesamtenergiebilanz von Elementen des hydraulischen Speichers 10 bzw. des Hydrauliksystems 12 bzw. des Kraftfahrzeugs 14 ermittelt der SOC-Beobachter die Änderung der inneren Energie des Gases 16 und daraus wiederum die Veränderung des aktuellen Speichervolumens. Die in der 3 dargestellte Sequenz wird in der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 44 des Hydrauliksystems 12 bzw. des Kraftfahrzeugs 14 iterativ abgearbeitet. Ausgehend von einem bekannten Startvolumen des Gases 16 in dem hydraulischen Speicher 10 wird durch eine schrittweise ermittelte Änderung des Gasvolumens das aktuelle Gasvolumen und daraus folgend der Füllstand 27 des hydraulischen Speichers 10 ermittelt.
Das in der 3 gezeigte Flussdiagramm beschreibt ein Verfahren zum Betreiben des hydraulischen Speichers 10 bzw. des Hydrauliksystems 12 und kann für eine Vielzahl von Aufgaben verwendet werden. Beispielsweise ist eine Anwendung in hydraulischen Hybridantrieben von Kraftfahrzeugen 14 möglich. Dort sind aufgrund von Bauraumbeschränkungen nur vergleichsweise kleine Speichervolumen – also ein vergleichsweise kleiner Maximalwert des Volumens 17 – in dem hydraulischen Speicher 10 möglich. Das in der 3 beschriebene Verfahren ermöglicht es daher auch bei einer vergleichsweise kleinen Baugröße des hydraulischen Speichers 10 das Speichervolumen optimal auszunutzen und einen Wirkungsgrad des hydraulischen Speichers 10 und damit einen Gesamtwirkungsgrad des Hydrauliksystems 12 zu verbessern. Darüber hinaus ermöglicht die schnelle Ermittlung des Füllstands 27 des hydraulischen Speichers 10 es einer übergeordneten Steuerung, den hydraulischen Speicher 10 schnell zu füllen und zu entleeren. Somit kann der hydraulische Speicher 10 insbesondere als Energiespeicher verwendet werden, wobei die Gefahr einer Beschädigung des hydraulischen Speichers 10 zumindest stark verringert wird.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Hydrauliksystems (12), wobei ein hydraulischer Speicher (10) mit einem Fluid (18) und mit einem Gas (16) gefüllt ist, und wobei ein Volumenverhältnis des Fluids (18) zu dem Gas (16) veränderlich ist, und wobei zur Ermittlung eines Füllstandes (27) ein hydraulischer Druck und/oder ein Gasdruck (22) in dem hydraulischen Speicher (10) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass für die Ermittlung des Füllstands (27) des hydraulischen Speichers (10) zusätzlich mindestens noch eine Gastemperatur in dem hydraulischen Speicher (10) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich noch mindestens eine weitere Größe aus der folgenden Gruppe verwendet wird: – ein Zustand eines oder mehrerer Ventile (40) des Hydrauliksystems (12); – eine Umgebungstemperatur; – eine Geometrie des hydraulischen Speichers (10); – mindestens eine einen Zustand eines übergeordneten Systems (14) charakterisierende Größe; und/oder – eine Stellung eines Kolbens oder ein Zustand eines Medientrennelements (20) des hydraulischen Speichers (10).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine innere Energie (71) und/oder ein Volumen (17) des Gases (16) ermittelt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Energiebilanz von mindestens einem Element des hydraulischen Speichers (10) und/oder des Hydrauliksystems (12) und/oder eines übergeordneten Systems (14) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Energiebilanz iterativ erfolgt.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es unter Verwendung von mindestens einer aus der Gastemperatur und/oder den weiteren Größen ermittelten statistischen Größe durchgeführt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der ermittelte Füllstand (27) und/oder mindestens eine durch das Verfahren ermittelte Größe an eine Diagnoseeinrichtung und/oder an eine Überwachungseinrichtung für das Hydrauliksystem (12) übermittelt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Speicher (10) ein Kolbenspeicher, ein Blasenspeicher oder ein Membranspeicher ist.
Steuer- und/oder Regeleinrichtung (44) für ein Hydrauliksystem (12), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und/oder Regeleinrichtung (44) dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
Computerprogramm (45) dadurch gekennzeichnet, dass es dazu programmiert ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen.
Hydraulischer Speicher (10) für ein Hydrauliksystem (12), dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Speicher (10) einen Drucksensor (23) und einen Temperatursensor (25) zur Ermittlung der Gastemperatur in dem hydraulischen Speicher (10) aufweist.
Hydrauliksystem (12) für ein Kraftfahrzeug (14), dadurch gekennzeichnet, dass das Hydrauliksystem (12) den hydraulischen Speicher (10) nach Anspruch 11 umfasst.