DE102013204860B4

DE102013204860B4 - Method for determining a variable, which determines a displacement volume per working cycle, of an adjustable hydraulic displacement machine

Info

Publication number: DE102013204860B4
Application number: DE102013204860.2A
Authority: DE
Inventors: Robert Schrader
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-03-20
Filing date: 2013-03-20
Publication date: 2022-03-17
Anticipated expiration: 2033-03-21
Also published as: DE102013204860A1

Abstract

Verfahren zum Bestimmen einer ein Verdrängervolumen je Arbeitsspiel bestimmenden Kenngröße (α) einer verstellbaren hydraulischen Verdrängermaschine (1), wobei- ein Verlauf (p(t)) einer Messgröße (p), die einen Verdrängervolumenstrom der verstellbaren hydraulischen Verdrängermaschine (1) charakterisiert, über die Zeit erfasst wird und- die das Verdrängervolumen je Arbeitsspiel bestimmende Kenngröße (α) aus dem erfassten Verlauf (p(t)) der Messgröße (p) bestimmt wird, wobei die Messgröße (p) ein Druck eines von der verstellbaren hydraulischen Verdrängermaschine (1) verdrängten Fluids ist und ein Verlauf (p(t)) des Drucks (p) über die Zeit erfasst wird, wobei die Kenngröße (α) aus dem zeitlichen Verlauf (p(t)) der Messgröße (p) mittels eines Zustandsschätzverfahrens bestimmt wird.Method for determining a characteristic variable (α), which determines a displacement volume per working cycle, of an adjustable hydraulic displacement machine (1), wherein - a curve (p(t)) of a measured variable (p), which characterizes a displacement volume flow of the adjustable hydraulic displacement machine (1), via the time is recorded and- the characteristic variable (α) determining the displacement volume per working cycle is determined from the recorded curve (p(t)) of the measured variable (p), the measured variable (p) being a pressure of one of the adjustable hydraulic displacement machines (1st ) displaced fluid and a curve (p(t)) of the pressure (p) over time is recorded, the parameter (α) being determined from the curve over time (p(t)) of the measured variable (p) using a state estimation method .

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer ein Verdrängervolumen je Arbeitsspiel bestimmenden Kenngröße einer verstellbaren hydraulischen Verdrängermaschine.The present invention relates to a method for determining a parameter of an adjustable hydraulic displacement machine that determines a displacement volume per working cycle.

Verstellbare hydraulische Verdrängermaschinen bieten die Möglichkeit, ein Verdrängervolumen pro Arbeitsspiel variabel zu steuern. Beispielsweise in verstellbaren Axialkolbenmaschinen in Schwenkscheibenbauweise stützen sich mehrere in einer rotierenden Zylindertrommel geführte Kolben an einer Gleitfläche einer Schwenkscheibe ab. Zur Verstellung des Hubes der Kolben und damit des Verdrängervolumens kann ein Schwenkwinkel, der die Neigung der Schwenkscheibe beschreibt, verstellt werden.Adjustable hydraulic displacement machines offer the possibility of variably controlling a displacement volume per work cycle. For example, in adjustable axial piston machines of swashplate design, a plurality of pistons guided in a rotating cylinder drum are supported on a sliding surface of a swashplate. To adjust the stroke of the pistons and thus the displacement volume, a swivel angle that describes the inclination of the swivel plate can be adjusted.

Bei verstellbaren Radialkolbenmaschinen sind Kolben sternförmig in radialer Richtung um eine Drehachse einer Antriebswelle angeordnet. Eine Drehbewegung der Antriebswelle kann auf eine Zylinderanordnung übertragen werden. Die Kolben stützen sich an der Innenfläche eines stillstehenden Hubringes ab. Die Mittelachse des Hubringes hat gegenüber der Drehachse der Antriebswelle einen als Exzentrizität bezeichneten Abstand. Die Exzentrizität bewirkt, dass die Kolben bei Drehung der Zylinderanordnung eine Hubbewegung in radialer Richtung ausführen. Der von den Kolben ausgeführte Hub ist von der Größe der verstellbaren Exzentrizität abhängig.In adjustable radial piston machines, pistons are arranged in a star shape in the radial direction around an axis of rotation of a drive shaft. A rotary movement of the drive shaft can be transmitted to a cylinder arrangement. The pistons are supported on the inner surface of a stationary stroke ring. The center axis of the lifting ring is at a distance from the axis of rotation of the drive shaft that is referred to as eccentricity. The eccentricity causes the pistons to execute a stroke movement in the radial direction when the cylinder arrangement rotates. The stroke performed by the pistons depends on the size of the adjustable eccentricity.

Aus der DE 10 2010 048 070 A1 ist eine Verdrängermaschine in Form einer Axialkolbenmachine in Schrägscheibenbauweise bekannt, deren Verdrängungsvolumen stetig verstellbar ist. From the DE 10 2010 048 070 A1 a displacement machine in the form of an axial piston machine in swash plate design is known, the displacement volume of which is constantly adjustable.

Aus der DE 199 27 961 B4 ist ein Verfahren zur Bestimmung einer Kenngröße einer Verdrängermaschine bekannt, wobei eine Frequenzanalyse eines mittels Sensoren gemessenen Schallsignals verwendet wird.From the DE 199 27 961 B4 a method for determining a parameter of a displacement machine is known, wherein a frequency analysis of a sound signal measured by sensors is used.

Aus der DE 196 25 947 C1 ist ein Verfahren zum Erkennen von Störungen einer Verdrängermaschine bekannt, wobei Druckschwankungen an der Druckseite einer Frequenzanalyse unterzogen werden.From the DE 196 25 947 C1 a method for detecting faults in a displacement machine is known, with pressure fluctuations on the pressure side being subjected to a frequency analysis.

Aus der DE 22 03 047 B2 ist ein Verfahren zur Überwachung der Laufgüte eines in einem Zylinder beweglichen Kolbens bekannt, wobei Schwingungen der Kolbenbuchse gemessen werden.From the DE 22 03 047 B2 a method for monitoring the running quality of a piston movable in a cylinder is known, with vibrations of the piston sleeve being measured.

Die WO 2013/057 178 A1 betriff eine Verdrängermaschine, die mittels einer elektrischen Antriebsspule betrieben wird, wobei deren Verdrängungsvolumen konstant ist. Der entsprechende Förderdruck wird gemessen und ausgewertet.the WO 2013/057 178 A1 relates to a positive-displacement machine which is operated by means of an electric drive coil, the displacement volume of which is constant. The corresponding delivery pressure is measured and evaluated.

Die US 4 593 555 A betrifft einen Drehzahl- bzw. einen Drehmomentsensor für einen hydraulischen Motor, wobei Verformungen des entsprechenden Gehäuses mit einem Dehnungsmessstreifen gemessen werden.the U.S.A. 4,593,555 relates to a speed or torque sensor for a hydraulic motor, with deformations of the corresponding housing being measured using a strain gauge.

Um in verstellbaren hydraulischen Verdrängermaschinen Kenngrößen zu erfassen, welche das Verdrängervolumen pro Arbeitsspiel beeinflussen, beispielsweise den Schwenkwinkel oder die Exzentrizität, können Sensoren genutzt werden. Die Anschaffung und Montage von Sensoren kann allerdings mit einem hohen Kostenaufwand verbunden sein, da präzise Sensoren sehr teuer sein können. Preisgünstige Sensoren sind oftmals unzuverlässig und fehleranfällig.Sensors can be used in adjustable hydraulic displacement machines to record parameters that influence the displacement volume per work cycle, for example the swivel angle or the eccentricity. However, the purchase and installation of sensors can be associated with high costs, since precise sensors can be very expensive. Inexpensive sensors are often unreliable and error-prone.

Es ist daher wünschenswert, eine Möglichkeit bereitzustellen, um auf einfache und kostengünstige Weise in verstellbaren hydraulischen Verdrängermaschinen Kenngrößen, welche das Verdrängervolumen pro Arbeitsspiel beeinflussen, präzise und zuverlässig zu bestimmen. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine ein Verdrängervolumen je Arbeitsspiel bestimmende Kenngröße einer verstellbaren hydraulischen Verdrängermaschine zu bestimmen, ohne dass hierfür zusätzliche Sensoren, insbesondere solche, welche die genannte Kenngröße direkt messen, notwendig sind.It is therefore desirable to provide a way of precisely and reliably determining parameters that influence the displacement volume per working cycle in adjustable hydraulic displacement machines in a simple and cost-effective manner. The object of the invention is to determine a parameter of an adjustable hydraulic displacement machine that determines a displacement volume per working cycle, without the need for additional sensors, in particular those that directly measure the specified parameter.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Bestimmen einer ein Verdrängervolumen je Arbeitsspiel bestimmenden Kenngröße einer verstellbaren hydraulischen Verdrängermaschine mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.According to the invention, a method for determining a parameter of an adjustable hydraulic displacement machine that determines a displacement volume per working cycle is proposed. Advantageous configurations are the subject of the dependent claims and the following description.

Ein Arbeitsspiel kann dabei beispielsweise ein Arbeitshub eines Kolbens oder eine Umdrehung beispielsweise einer Antriebswelle sein. Je Arbeitsspiel wird von der verstellbaren hydraulischen Verdrängermaschine ein Volumen eines Fluids verdrängt. Dieses Verdrängervolumen je Arbeitsspiel bzw. ein dadurch entstehender Verdrängervolumenstrom wird durch eine Kenngröße bestimmt. Durch Änderung der Kenngröße kann das Verdrängervolumen je Arbeitsspiel variabel verstellt werden.A working cycle can be, for example, a working stroke of a piston or a revolution, for example, of a drive shaft. A volume of fluid is displaced by the adjustable hydraulic displacement machine for each working cycle. This displacement volume per working cycle or a displacement volume flow resulting from this is determined by a parameter. By changing the parameter, the displacement volume can be variably adjusted for each working cycle.

In verstellbaren hydraulischen Verdrängermaschinen kommt es zu einer Pulsation des Verdrängervolumenstroms. Diese Pulsation des Verdrängervolumenstroms beinhaltet Informationen über die Kenngröße, die das Verdrängervolumen je Arbeitsspiel und somit den Verdrängervolumenstrom bestimmt. Im Zuge des Verfahrens wird ein Verlauf einer Messgröße, die den Verdrängervolumenstrom der verstellbaren hydraulischen Verdrängermaschine charakterisiert, über die Zeit erfasst. Mittels des zeitlichen Verlaufs dieser Messgröße wird somit die Pulsation des Verdrängervolumenstroms erfasst. Der zeitliche Verlauf der Messgröße enthält daher Informationen über die Kenngröße. Die Kenngröße kann somit aus dem erfassten zeitlichen Verlauf der Messgröße extrahiert werden. Beispielsweise kann aus einem mathematischen Modell und/oder mittels physikalischer Beziehungen von dem zeitlichen Verlauf der Messgröße auf die Kenngröße geschlossen werden.A pulsation of the displacement volume flow occurs in adjustable hydraulic displacement machines. This pulsation of the displacement volume flow contains information about the parameter that determines the displacement volume per working cycle and thus the displacement volume flow. In the course of the procedure, a course a measured variable that characterizes the displacement volume flow of the adjustable hydraulic displacement machine over time. The pulsation of the displacer volume flow is thus recorded by means of the time profile of this measured variable. The course of the measured variable over time therefore contains information about the characteristic. The parameter can thus be extracted from the recorded time profile of the measured variable. For example, the parameter can be inferred from a mathematical model and/or by means of physical relationships from the time profile of the measured variable.

Zweckmäßigerweise wird der zeitliche Verlauf der Messgröße in der verstellbaren hydraulischen Verdrängermaschine ohnehin erfasst. Daher sind keine zusätzlichen Sensoren nötig, um den Verlauf der Messgröße zu erfassen. Es können die Daten benutzt werden, die ohnehin bereits vorliegen. Um die Kenngröße zu bestimmen wird keine Hardwaresensorik in Form von Sensoren, die unzuverlässig und fehleranfällig sein können, benötigt. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, die Kenngröße mittels einer virtuellen Sensorik aus bereits vorhandenen Daten digital zu bestimmen. Kosten für die Anschaffung und die Montage von Sensoren werden somit eingespart. Die Zuverlässigkeit der Bestimmung der Kenngröße wird gegenüber Sensoren verbessert oder Sensorwerte können verbessert, z.B. plausibilisiert, werden. The course of the measured variable over time is expediently recorded in the adjustable hydraulic displacement machine in any case. Therefore, no additional sensors are required to record the course of the measured variable. The data that is already available can be used. In order to determine the parameter, no hardware sensors in the form of sensors, which can be unreliable and error-prone, are required. The method according to the invention makes it possible to digitally determine the parameter from already existing data by means of a virtual sensor system. Costs for the purchase and installation of sensors are thus saved. The reliability of the determination of the parameter is improved compared to sensors or sensor values can be improved, e.g. checked for plausibility.

Erfindungsgemäß wird ein Verlauf eines Drucks eines von der verstellbaren hydraulischen Verdrängermaschine verdrängten Fluids als Messgröße erfasst. Die Pulsation des Verdrängervolumenstroms führt zu einer Pulsation des Drucks des verdrängten Fluids. Der Druck des verdrängten Fluids hängt, mathematisch betrachtet, mittels einer Übertragungsfunktion mit dem Verdrängervolumenstrom der verstellbaren hydraulischen Verdrängermaschine zusammen. Die Übertragungsfunktion überträgt die Pulsation des Verdrängervolumenstroms in die Pulsation des Drucks des verdrängten Fluids. Der Druck des verdrängten Fluids enthält somit alle nötigen Informationen über die zu bestimmende Kenngröße. Da der Druck des verdrängten Fluids zumeist ohnehin erfasst wird, wird keine zusätzliche Sensorik benötigt, um die Messgröße zu erfassen.According to the invention, a profile of a pressure of a fluid displaced by the adjustable hydraulic displacement machine is recorded as a measured variable. The pulsation of the displacement volume flow leads to a pulsation of the pressure of the displaced fluid. From a mathematical point of view, the pressure of the displaced fluid is related to the displacement volume flow of the adjustable hydraulic displacement machine by means of a transfer function. The transfer function transfers the pulsation of the displacer volume flow into the pulsation of the pressure of the displaced fluid. The pressure of the displaced fluid thus contains all the necessary information about the parameter to be determined. Since the pressure of the displaced fluid is usually recorded anyway, no additional sensors are required to record the measured variable.

Vorzugsweise ist die verstellbare hydraulische Verdrängermaschine als eine Axialkolbenmaschine mit einem variablen Schwenkwinkel einer Schwenkscheibe ausgebildet. Mittels einer Änderung des Schwenkwinkels kann ein Hub von Kolben der Axialkolbenmaschine verstellt und somit das Verdrängervolumen je Arbeitsspiel, insbesondere je Arbeitshub, verändert werden. Der Schwenkwinkel wird daher als die das Verdrängervolumen je Arbeitsspiel bestimmende Kenngröße bestimmt. Vorteilhafterweise wird analog eine Exzentrizität einer Radialkolbenmachine mit variabler Exzentrizität als Kenngröße bestimmt.The adjustable hydraulic displacement machine is preferably designed as an axial piston machine with a variable swivel angle of a swivel plate. By changing the pivoting angle, a stroke of the piston of the axial piston machine can be adjusted and thus the displacement volume per working cycle, in particular per working stroke, can be changed. The swivel angle is therefore determined as the parameter that determines the displacement volume per working cycle. An eccentricity of a radial piston machine with variable eccentricity is advantageously determined analogously as a parameter.

Bevorzugt wird zusätzlich eine Drehzahl der verstellbaren hydraulischen Verdrängermaschine aus dem erfassten Verlauf der Messgröße bestimmt. Die Drehzahl bestimmt den Verdrängervolumenstrom über die Zeit. Die Pulsation des Verdrängervolumenstroms enthält neben der Information über die Kenngröße ebenfalls Informationen über die Drehzahl. Aus dem zeitlichen Verlauf der Messgröße kann somit ebenfalls die Drehzahl der verstellbaren hydraulischen Verdrängermaschine extrahiert werden. Durch die Erfindung kann somit ebenfalls die Drehzahl mittels einer virtuellen Sensorik bestimmt und ein Drehzahlsensor eingespart werden, wodurch zusätzliche Kosten und Aufwand eingespart werden.In addition, a rotational speed of the adjustable hydraulic displacement machine is preferably determined from the detected curve of the measured variable. The speed determines the displacement volume flow over time. The pulsation of the displacement volume flow contains information about the speed as well as information about the parameter. The rotational speed of the adjustable hydraulic displacement machine can thus also be extracted from the course of the measured variable over time. The invention can thus likewise determine the rotational speed by means of a virtual sensor system and one rotational speed sensor can be saved, thereby saving additional costs and effort.

Erfindungsgemäß wird die Kenngröße aus der Messgröße mittels eines Zustandsschätzverfahrens bestimmt. Mittels eines Zustandsschätzverfahrens kann ein Zustand der verstellbaren hydraulischen Verdrängermaschine aus dem erfassten Verlauf der Messgröße unter Verwendung eines mathematischen Modells der verstellbaren hydraulischen Verdrängermaschine bestimmt werden. Insbesondere kann der Zustand der verstellbaren hydraulischen Verdrängermaschine die Kenngröße und/oder die Drehzahl beinhalten.According to the invention, the parameter is determined from the measured variable using a state estimation method. Using a state estimation method, a state of the adjustable hydraulic displacement machine can be determined from the detected curve of the measured variable using a mathematical model of the adjustable hydraulic displacement machine. In particular, the state of the adjustable hydraulic displacement machine can contain the parameter and/or the speed.

Vorzugsweise wird die Kenngröße zusätzlich direkt gemessen. Dieser direkt gemessene Wert der Kenngröße kann genutzt werden, um den im Zuge des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmten Wert der Kenngröße zu verbessern, beispielsweise mit geeigneten statistischen Methoden. Die bestimmte Kenngröße kann somit noch präziser bestimmt werden, Fehler und Unsicherheiten in der erfindungsgemäßen Bestimmung der Kenngröße können verringert werden. Für die direkte Messung der Kenngröße kann ein Sensor genutzt werden. Im Gegensatz zu verstellbaren hydraulischen Verdrängermaschine, bei denen die Kenngröße ausschließlich mit einem Sensor erfasst wird, und daher hohe Anforderungen an die Präzision des Sensors gestellt werden, kann in diesem Fall ein kostengünstiger Sensor gewählt werden. Da in diesem Fall der von diesem Sensor erfasste Wert der Kenngröße lediglich dazu dient, den erfindungsgemäß bestimmten Wert der Kenngröße weiter zu präzisieren, werden keine großen Anforderungen an die Präzision des Sensors gestellt.The parameter is preferably also measured directly. This directly measured value of the parameter can be used to improve the value of the parameter determined in the course of the method according to the invention, for example using suitable statistical methods. The parameter determined can thus be determined even more precisely, and errors and uncertainties in the determination of the parameter according to the invention can be reduced. A sensor can be used for the direct measurement of the parameter. In contrast to adjustable hydraulic displacement machines, in which the parameter is recorded exclusively with a sensor and therefore high demands are placed on the precision of the sensor, in this case an inexpensive sensor can be selected. Since in this case the value of the parameter detected by this sensor is only used to further specify the value of the parameter determined according to the invention, no great demands are placed on the precision of the sensor.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die bestimmte Kenngröße als Istgröße einer Regelung der Kenngröße genutzt. Die entsprechende Regelung, welche grundlegend für den korrekten und präzisen Betrieb der verstellbaren hydraulischen Verdrängermaschine ist, kann durch die Erfindung verbessert werden. Die Regelung ist somit nicht auf von Sensoren bestimmte unzuverlässige Werte der Kenngröße angewiesen, wodurch die Fehleranfälligkeit der verstellbaren hydraulischen Verdrängermaschine verringert wird. Die Regelung der Kenngröße kann insbesondere einer Regelung des Drucks des verdrängten Fluids und/oder des Verdrängervolumenstrom unterlagert sein.In an advantageous embodiment, the specific variable is used as an actual variable for regulating the variable. The relative regulation, fundamental for the correct and precise operation of the adjustable hydraulic Ver drengermaschine is, can be improved by the invention. The regulation is thus not dependent on unreliable values of the parameter determined by sensors, as a result of which the susceptibility to errors of the adjustable hydraulic displacement machine is reduced. The control of the parameter can in particular be subordinate to a control of the pressure of the displaced fluid and/or the displacement volume flow.

Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät einer Druckmaschine, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.A computing unit according to the invention, e.g. a control unit of a printing press, is set up, in particular in terms of programming, to carry out a method according to the invention.

Auch die Implementierung der Erfindung in Form von Software ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten ermöglicht, insbesondere wenn eine ausführende Recheneinheit noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere Disketten, Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, CD-ROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.The implementation of the invention in the form of software is also advantageous since this enables particularly low costs, in particular if an executing processing unit is also used for other tasks and is therefore present in any case. Suitable data carriers for providing the computer program are, in particular, floppy disks, hard drives, flash memories, EEPROMs, CD-ROMs, DVDs, etc. It is also possible to download a program via computer networks (Internet, intranet, etc.).

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and refinements of the invention result from the description and the attached drawing.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those still to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.

1 zeigt schematisch eine Axialkolbenmaschine mit einem variablen Schwenkwinkel, die dazu eingerichtet ist, eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen.
2 zeigt schematisch ein Diagramm eines Drucksignals, das in einer Axialkolbenpumpe gemäß 1 erfasst werden kann und das für eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens genutzt werden kann.

The invention is shown schematically in the drawing using exemplary embodiments and is described in detail below with reference to the drawing.

1 shows schematically an axial piston machine with a variable pivot angle, which is set up to carry out an embodiment of a method according to the invention.
2 shows schematically a diagram of a pressure signal in an axial piston pump according to FIG 1 can be detected and which can be used for an embodiment of a method according to the invention.

In 1 ist eine als Axialkolbenpumpe ausgebildete verstellbare hydraulische Verdrängermaschine schematisch dargestellt und mit 1 bezeichnet. Die Axialkolbenpumpe 1 ist über eine drehbar gelagerte Antriebswelle 4 mit einem Motor 2 verbunden. Der Motor versetzt die Antriebswelle 4 in eine Drehbewegung mit einer Drehzahl ω, angedeutet durch das Bezugszeichen 3. Die Antriebswelle 4 ist drehfest mit einer Zylindertrommel 5 verbunden.In 1 an adjustable hydraulic displacement machine designed as an axial piston pump is shown schematically and denoted by 1 . The axial piston pump 1 is connected to a motor 2 via a rotatably mounted drive shaft 4 . The motor causes the drive shaft 4 to rotate at a speed ω, indicated by the reference number 3. The drive shaft 4 is connected to a cylinder drum 5 in a rotationally fixed manner.

Die Zylindertrommel 5 weist auf einem Kreis angeordnete, axial verlaufende Zylinder 6 auf, in denen jeweils ein Kolben 7 längsverschieblich aufgenommen ist. Die Kolben 7 besitzen jeweils eine Querschnittsfläche mit einem Flächeninhalt A. Die Kolben 7 begrenzen einen Verdrängerraum 8. Die Kolben 7 ragen mit einem Ende aus dem Verdrängerraum 8 heraus und stützen sich an einer Lauffläche 9 eines Führungsmittels in Form einer Schwenkscheibe 10 ab. Die Schwenkscheibe 10 wird von der Antriebswelle 4 durchsetzt, rotiert selbst jedoch nicht. Bei einer Drehung der Antriebswelle 4 dreht sich aufgrund der drehfesten Verbindung auch die Zylindertrommel 5 mitsamt den Kolben 7.The cylinder drum 5 has a circle arranged, axially extending cylinder 6, in each of which a piston 7 is accommodated in a longitudinally displaceable manner. The pistons 7 each have a cross-sectional area with a surface area A. The pistons 7 delimit a displacement chamber 8. The pistons 7 protrude with one end from the displacement chamber 8 and are supported on a running surface 9 of a guide means in the form of a swivel disk 10. The swash plate 10 is penetrated by the drive shaft 4, but does not rotate itself. When the drive shaft 4 rotates, the cylinder drum 5 together with the piston 7 also rotates due to the non-rotatable connection.

Ein Schwenkwinkel α ist als ein Winkel zwischen der Schwenkscheibe 10 und einer Achse 11 senkrecht zur Antriebswelle 4 definiert. Die Neigung der Schwenkscheibe 10 und somit der Schwenkwinkel α können bezüglich der Achse 11 durch eine Verstelleinrichtung 16 verändert werden. Durch die Neigung der Schwenkscheibe 10 relativ zur Zylindertrommel 5 führen die Kolben 7 innerhalb der Zylinder 6 Linearbewegungen und somit Hubbewegungen aus.A swivel angle α is defined as an angle between the swivel plate 10 and an axis 11 perpendicular to the drive shaft 4 . The inclination of the swivel disk 10 and thus the swivel angle α can be changed with respect to the axis 11 by an adjusting device 16 . Due to the inclination of the swash plate 10 relative to the cylinder drum 5, the pistons 7 perform linear movements within the cylinders 6 and thus stroke movements.

Die Axialkolbenpumpe 1 verfügt über eine Zuleitung 12 und eine Ableitung 13, wodurch die Axialkolbenpumpe 1 ein Fluid, beispielsweise ein Öl, fördert. Während eines Arbeitsspiels, in diesem Fall während einer vollständigen Drehung der Zylindertrommel 5, durchläuft jeder Kolben 7 einen Saug- und einen Druckhub. Dadurch wird ein Verdrängervolumen des Öls gefördert und ein Verdrängervolumenstrom des Öls erzeugt. In der Ableitung 13 ist ein Drucksensor 14 vorgesehen, mittels dessen ein Druck des verdrängten Öls gemessen wird.The axial piston pump 1 has a supply line 12 and a discharge line 13, as a result of which the axial piston pump 1 delivers a fluid, for example an oil. During a working cycle, in this case during a complete rotation of the cylinder drum 5, each piston 7 goes through a suction and a pressure stroke. As a result, a displacement volume of the oil is conveyed and a displacement volume flow of the oil is generated. A pressure sensor 14 is provided in the discharge line 13, by means of which a pressure of the displaced oil is measured.

Das Verdrängervolumen pro Arbeitsspiel und der Verdrängervolumenstrom des Öls können durch eine Veränderung des Schwenkwinkels α mittels der Verstelleinrichtung 16 variabel verstellt werden. Der Schwenkwinkel α stellt eine das Verdrängervolumen je Arbeitsspiel bestimmenden Kenngröße dar. Um den Wert des Schwenkwinkels α zu bestimmen, ist die Axialkolbenpumpe 1 mit einer Recheneinheit 15 verbunden, die eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchführt.The displacement volume per working cycle and the displacement volume flow of the oil can be variably adjusted by changing the swivel angle α using the adjusting device 16 . The swivel angle α is a parameter that determines the displacement volume per working cycle. In order to determine the value of the swivel angle α, the axial piston pump 1 is connected to a computing unit 15 that carries out an embodiment of a method according to the invention.

Die Recheneinheit 15 nutzt das von dem Drucksensor 14 erfasste Drucksignal. Der Druck des verdrängten Öls stellt eine Messgröße dar, die den Verdrängervolumenstrom der Axialkolbenmaschine 1 charakterisiert. Das von dem Drucksensor 14 erfasste Drucksignal p(t) stellt einen Verlauf der Messgröße über die Zeit dar. Ein Beispiel eines Drucksignals p(t), das in einer Axialkolbenpumpe gemäß 1 erfasst werden kann und das für eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens genutzt werden kann, ist schematisch in 2 dargestellt.The computing unit 15 uses the pressure signal detected by the pressure sensor 14 . The pressure of the displaced oil is a measured variable that characterizes the displacement volume flow of the axial piston machine 1 . The pressure signal p(t) detected by the pressure sensor 14 represents a progression of the measured variable over time Pressure signal p (t), according to in an axial piston pump 1 can be detected and that can be used for an embodiment of a method according to the invention is shown schematically in 2 shown.

In dem Diagramm 20 in 2 ist der von dem Drucksensor ermittelte Druck p des geförderten Öls gegen die Zeit t aufgetragen. Der zeitliche Verlauf p(t) des Drucks p weist dabei eine Pulsation zwischen einem maximalen Druckwert pmax und einem minimalen Druckwert p_min auf. Die Pulsation weist eine periodischer Struktur auf mit der Periodendauer Δt.In the diagram 20 in 2 the pressure p determined by the pressure sensor of the pumped oil is plotted against time t. The time curve p(t) of the pressure p has a pulsation between a maximum pressure value pmax and a minimum pressure value _pmin . The pulsation has a periodic structure with the period Δt.

Im Zuge des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mittels eines mathematischen Modells aus dem Drucksignal p(t) der Schwenkwinkel α als die das Verdrängervolumen je Arbeitsspiel bestimmende Kenngröße extrahiert.In the course of the method according to the invention, the swivel angle α is extracted from the pressure signal p(t) by means of a mathematical model as the parameter determining the displacement volume per working cycle.

Das erfasst Drucksignal p(t) hängt über eine Übertragungsfunktion h(Q) mit dem Verdrängervolumenstrom Q zusammen: $p (t) = h (Q)$

The recorded pressure signal p(t) is related to the displacement flow rate Q via a transfer function h(Q):

p (t) = H (Q)

Der Verdrängervolumenstrom Q ist dabei eine Summe der Verdrängervolumenströme Q_k der Kolben k, welche sich gerade in dem Druckhub befinden. Die Anzahl der Kolben im Druckhub ist dabei als n_k bezeichnet: $Q = \sum_{k = 1}^{n_{k}} Q_{k}$

The displacement volume flow Q is a sum of the displacement volume flows Q _k of the pistons k, which are currently in the compression stroke. The number of pistons in the pressure stroke is denoted as n _k :

Q = \sum_{k = 1}^{n_{k}} Q_{k}

Der Verdrängervolumenstrom Q_k eines im Druckhub befindlichen Kolbens k ist ein Produkt aus dem Flächeninhalt A der Querschnittsfläche des Kolbens k und einer Kolbengeschwindigkeit v_k. Die Kolbengeschwindigkeit v_k beschreibt dabei die Geschwindigkeit, mit der sich der Kolben k senkrecht zu der Querschnittsfläche des Kolbens k bewegt: $Q_{k} = A v_{k}$

The displacement volume flow Q _k of a piston k in the pressure stroke is a product of the surface area A of the cross-sectional area of the piston k and a piston speed v _k . The piston speed v _k describes the speed at which the piston k moves perpendicular to the cross-sectional area of the piston k:

Q_{k} = A v_{k}

Die Kolbengeschwindigkeit v_k setzt sich aus zwei Summanden zusammen. Ein erster Summand beschreibt dabei eine erste Komponente, die durch eine Änderung des Schwenkwinkels (dα)/(dt) zustande kommt. (dα)/(dt) beschreibt dabei sowohl eine Änderung des Schwenkwinkels α mittels der Verstelleinrichtung 16, als auch eine Änderung aufgrund fertigungsbedingter Schwankungen des Schwenkwinkels α während des Betriebs der Axialkolbenpumpe 1. Ein zweiter Summand beschreibt eine Komponente, die durch die Drehbewegung der Zylindertrommel 5 mit der Drehzahl ω zustande kommt: $v_{k} = (- \frac{d α}{d t} R \frac{cos β}{{cos}^{2} α}) + (ω R tan α sin β)$

The piston speed v _k is made up of two summands. A first summand describes a first component that comes about as a result of a change in the swivel angle (dα)/(dt). (dα)/(dt) describes both a change in the swivel angle α by means of the adjustment device 16 and a change due to production-related fluctuations in the swivel angle α during operation of the axial piston pump 1. A second addend describes a component that is caused by the rotary movement of the cylinder drum 5 with the speed ω comes about:

v_{k} = (- \frac{i.e a}{i.e t} R \frac{cos β}{{cos}^{2} a}) + (ω R tan a sin β)

Der Drehwinkel β beschreibt dabei die relative Position des Kolbens k im Bezug zur Zylindertrommel 5. Ein Drehwinkel von 0° bzw. 180° bezieht sich dabei auf die Umkehrpunkte des Kolbens zwischen Saug- und Druckhub und eine Kolbengeschwindigkeit Null. Ein Drehwinkel von 90° bzw. 270° bezieht sich auf eine maximale Kolbengeschwindigkeit. Der Faktor R beschreibt den Abstand zwischen der Lauffläche 9, also zwischen der Position, an welcher sich die Kolben 7 an der Schwenkscheibe 10 abstützen, und einem Zentrum der Schwenkscheibe 10.The rotation angle β describes the relative position of the piston k in relation to the cylinder barrel 5. A rotation angle of 0° or 180° refers to the reversal points of the piston between the suction and pressure stroke and a piston speed of zero. A rotation angle of 90° or 270° refers to a maximum piston speed. The factor R describes the distance between the running surface 9, i.e. between the position at which the pistons 7 are supported on the swash plate 10, and a center of the swash plate 10.

Das Drucksignal p(t) enthält demgemäß sowohl eine Information über den Schwenkwinkel α, als auch über die Drehzahl ω. Die Recheneinheit 15 kann mittels geeigneter mathematischer Operationen den Schwenkwinkel α und/oder die Drehzahl ω aus dem Drucksignal p(t) extrahieren.Accordingly, the pressure signal p(t) contains both information about the swivel angle α and about the speed ω. The arithmetic unit 15 can extract the swivel angle α and/or the speed ω from the pressure signal p(t) by means of suitable mathematical operations.

Die Recheneinheit 15 führt des Weiteren eine Regelung des Schwenkwinkels α durch. Die Recheneinheit 15 nutzt dafür die extrahierten Werte des Schwenkwinkels α als Istgrößen dieser Regelung. Basierend auf diesem Istwert steuert die Recheneinheit 15 mittels entsprechender Ansteuersignale die Verstelleinrichtung 16 an, um den Schwenkwinkel α zu verändern, angedeutet durch das Bezugszeichen 17.The arithmetic unit 15 also regulates the swivel angle α. For this purpose, the arithmetic unit 15 uses the extracted values of the swivel angle α as actual values of this regulation. Based on this actual value, arithmetic unit 15 controls adjustment device 16 by means of corresponding control signals in order to change swivel angle α, indicated by reference numeral 17.

Es sei angemerkt, dass sich das erläuterte Beispiel und die vorstehend genannten mathematischen Formeln explizit auf eine Axialkolbenpumpe beziehen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist allerdings nicht auf die Nutzung mit einer Axialkolbenpumpe beschränkt. Für die Nutzung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer anderen Art einer verstellbaren hydraulischen Verdrängermaschine können andere mathematische Modelle und physikalische Beziehungen gelten, welche dem Fachmann geläufig sind.It should be noted that the example explained and the mathematical formulas mentioned above relate explicitly to an axial piston pump. However, the method according to the invention is not limited to use with an axial piston pump. Other mathematical models and physical relationships, which are familiar to the person skilled in the art, can apply for the use of the method according to the invention with another type of variable displacement hydraulic machine.

Claims

Method for determining a characteristic variable (α), which determines a displacement volume per working cycle, of an adjustable hydraulic displacement machine (1), wherein - a curve (p(t)) of a measured variable (p), which characterizes a displacement volume flow of the adjustable hydraulic displacement machine (1), the time is recorded and - the characteristic variable (α) determining the displacement volume per working cycle is determined from the recorded curve (p(t)) of the measured variable (p), the measured variable (p) being a pressure of one of the adjustable hydraulic displacement machine (1) is displaced fluid and a course (p (t)) of the pressure (p) is recorded over time, the parameter (α) from the time course (p (t)) of the measured variable (p) by means a state estimation method is determined.

procedure after claim 1 , wherein the adjustable hydraulic displacement machine is designed as an axial piston machine (1) with a variable swivel angle (α) of a swash plate (10) and the swivel angle (α) is determined as the parameter determining the displacement volume per working cycle.

procedure after claim 1 , wherein the adjustable hydraulic displacement machine (1) is designed as a radial piston machine with variable eccentricity and the eccentricity is determined as the characteristic that determines the displacement volume per working cycle.

Method according to one of the preceding claims, in which a speed (ω) of the adjustable hydraulic displacement machine (1) is additionally determined from the detected profile (p(t)) of the measured variable (p).

Method according to one of the preceding claims, wherein the parameter (α) is also measured directly and the determination of the parameter (α) from the time profile (p(t)) of the measured variable (p) is improved by means of this directly measured value of the parameter.

Method according to one of the preceding claims, in which the specific parameter (α) is used as the actual variable of a control (17) of the parameter (α).