DE102014212182A1 - Method for controlling and regulating a drive train - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung eines Antriebsstranges (1) für ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einem Druckspeicher (27) mit je einem Gasraum (46) und je einem Hydraulikflüssigkeitsraum (45) mit den Schritten: Einleiten einer Hydraulikflüssigkeit in wenigstens einen Druckspeicher (27), so dass ein Gasvolumen in dem Druckspeicher (27) reduziert wird und die Ist-Temperatur und der Ist-Druck des Gases erhöht wird und/oder Ausleiten einer Hydraulikflüssigkeit aus dem wenigstens einen Druckspeicher (27), so dass ein Gasvolumen in dem Druckspeicher (27) erhöht wird und die Ist-Temperatur und der Ist-Druck des Gases reduziert wird, Erfassen eines Mess-Druckes des Gases in dem wenigstens einen Druckspeicher (27) mit wenigstens einem Drucksensor (47), Bestimmen einer Ist-Temperatur des Gases, Berechnen des Ist-Volumens des Gases mit der bestimmten Ist-Temperatur des Gases und dem Mess-Druck des Gases, Berechnen der dem Druckspeicher (27) zuführbaren Energie durch eine Reduzierung des Gasvolumens in dem Druckspeicher (27) von dem Ist-Volumen bis zu einem End-Volumen des Gases für einen zukünftigen Ladevorgang des Druckspeichers (27) und/oder Berechnen der dem Druckspeicher (27) entnehmbaren Energie durch eine Erhöhung des Gasvolumens in dem Druckspeicher (27) von dem Ist-Volumen bis zu einem End-Volumen des Gases für einen zukünftigen Endladevorgang des Druckspeichers (27), wobei mit einer P-Modellberechnung der Polytropenexponent des Druckspeichers (27) berechnet wird und mit dem berechneten Polytropenexponent die dem Energiespeicher (27) zuführbare oder entnehmbare Energie berechnet wird.Method for controlling and / or regulating a drive train (1) for a motor vehicle with at least one pressure accumulator (27) each having a gas space (46) and a respective hydraulic fluid space (45) with the steps: introducing a hydraulic fluid into at least one pressure accumulator (27) in that a gas volume in the pressure accumulator (27) is reduced and the actual temperature and the actual pressure of the gas are increased and / or a hydraulic fluid is discharged from the at least one pressure accumulator (27), so that a gas volume in the pressure accumulator ( 27) is increased and the actual temperature and the actual pressure of the gas is reduced, detecting a measuring pressure of the gas in the at least one pressure accumulator (27) with at least one pressure sensor (47), determining an actual temperature of the gas, Calculating the actual volume of the gas with the determined actual temperature of the gas and the measuring pressure of the gas, calculating the energy which can be supplied to the pressure accumulator (27) by means of a reduction ng of the gas volume in the accumulator (27) from the actual volume to an end volume of the gas for a future charging of the pressure accumulator (27) and / or calculating the energy removable from the accumulator (27) by increasing the volume of gas in the accumulator Pressure accumulator (27) from the actual volume to a final volume of the gas for a future discharge of the accumulator (27), wherein the polytropic exponent of the pressure accumulator (27) is calculated with a P-model calculation and with the calculated polytropic exponent the energy storage (27) supplyable or removable energy is calculated.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung eines Antriebsstranges gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und einen Antriebsstrang gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 13.The present invention relates to a method for controlling and / or regulating a drive train according to the preamble of claim 1 and a drive train according to the preamble of claim 13.
Stand der TechnikState of the art
Kraftfahrzeuge mit einem Verbrennungsmotor weisen einen Antriebsstrang zur Kraftübertragung von dem Verbrennungsmotor auf wenigstens ein Antriebsrad auf. Dabei sind im Allgemeinen an dem Kraftfahrzeug zwei Antriebsräder mittels eines Differentialgetriebes angetrieben. Der Verbrennungsmotor stellt mit einer Motorwelle mechanische Energie zur Verfügung und mittels eines Leistungsverzweigungsgetriebes kann diese mechanische Energie von der Motorwelle auf eine erste und zweite Abtriebswelle an dem Leistungsverzweigungsgetriebe aufgeteilt werden. Dabei treibt die erste Abtriebswelle einen mechanischen Antriebsteilstrang des Antriebsstranges an, bei welchem die mechanische Energie ausschließlich mechanisch auf das wenigstens eine Antriebsrad bzw. das Differentialgetriebe übertragen wird. Die zweite Antriebswelle treibt einen hydraulischen Antriebsteilstrang an und in den hydraulischen Antriebsteilstrang ist ein hydraulisches Getriebe integriert bzw. eingebaut, so dass an dem hydraulischen Antriebsteilstrang die Übertragung der mechanischen Energie auch hydraulisch ausgeführt wird. Zum Betrieb des hydraulischen Getriebes ist eine Pumpe erforderlich, welche von der zweiten Abtriebswelle angetrieben ist, sowie ein hydraulischer Motor, welcher mit einer Hydraulikflüssigkeit von der Pumpe angetrieben ist. Der hydraulische Motor treibt seinerseits mit einer Antriebswelle an dem hydraulischen Motor bzw. einer Hydraulikgetriebantriebswelle das Differentialgetriebe bzw. das wenigstens eine Antriebsrad an. Ferner weist der Antriebsstrang einen Druckspeicher zur Druckspeicherung von hydraulischer Energie auf. Mit der von der zweiten Abtriebswelle des Leistungsverzweigungsgetriebes angetriebenen Pumpe kann die Hydraulikflüssigkeit nicht nur dem hydraulischen Motor, sondern auch einem Druckspeicher zugeführt werden zur Speicherung von hydraulischer Energie. Diese in dem Druckspeicher gespeicherte hydraulische Energie kann später durch Leiten der Hydraulikflüssigkeit von dem Druckspeicher zu dem hydraulischen Motor zum Antrieb des wenigstens einen Antriebsrades bzw. des Differentialgetriebes genutzt werden. In einem Rekuperationsbetrieb kann kinetische Energie des Kraftfahrzeuges in dem Druckspeicher als hydraulische Energie gespeichert werden.Motor vehicles with an internal combustion engine have a drive train for transmitting power from the internal combustion engine to at least one drive wheel. In this case, two drive wheels are generally driven by means of a differential gear on the motor vehicle. The internal combustion engine provides mechanical energy with a motor shaft, and by means of a power split transmission, this mechanical energy can be divided from the motor shaft to a first and second output shaft at the power split transmission. In this case, the first output shaft drives a mechanical drive sub-strand of the drive train, in which the mechanical energy is transmitted exclusively mechanically to the at least one drive wheel or the differential gear. The second drive shaft drives a hydraulic drive sub-strand and in the hydraulic drive sub-strand, a hydraulic transmission is integrated or installed, so that on the hydraulic drive sub-strand, the transmission of mechanical energy is also performed hydraulically. To operate the hydraulic transmission, a pump is required, which is driven by the second output shaft, and a hydraulic motor, which is driven by a hydraulic fluid from the pump. The hydraulic motor in turn drives the differential gear or the at least one drive wheel with a drive shaft on the hydraulic motor or a hydraulic gear drive shaft. Furthermore, the drive train to a pressure accumulator for pressure storage of hydraulic energy. With the driven by the second output shaft of the power split transmission pump, the hydraulic fluid can be supplied not only to the hydraulic motor, but also a pressure accumulator for storing hydraulic energy. This stored in the pressure accumulator hydraulic energy can be used later by passing the hydraulic fluid from the pressure accumulator to the hydraulic motor for driving the at least one drive wheel or the differential gear. In a recuperation operation, kinetic energy of the motor vehicle can be stored in the pressure accumulator as hydraulic energy.
Der Druckspeicher ist beispielsweise als ein Kolbenspeicher oder ein Blasenspeicher ausgebildet. Für die Steuerung und/oder Regelung des Antriebsstranges ist eine Kenntnis des aktuellen Ladezustandes des Druckspeichers erforderlich. Hierzu kann mit einem Drucksensor der Druck des Gases in dem Druckspeicher und mit einem Temperatursensor die Temperatur des Gases erfasst werden und hieraus das Volumen des Gases berechnet werden, weil das Volumen des Gases einen Parameter für den Ladezustand des Druckspeichers darstellt. Beim Ein- oder Ausleiten von Hydraulikflüssigkeit in oder aus dem Druckspeicher verändert sich in Abhängigkeit von der Zeit der Ist-Druck und die Ist-Temperatur des Gases. Der Drucksensor erfasst als Mess-Druck den Ist-Druck mit einer ersten zeitlichen Verzögerung von ungefähr 0,01 s und der Temperatursensor erfasst als Mess-Temperatur die Ist-Temperatur mit einer zweiten zeitlichen Verzögerung von ungefähr 2 bis 3 s. Die zweite zeitliche Verzögerung des Temperatursensors ist somit wesentlich größer als die erste zeitliche Verzögerung des Drucksensors. Zur Berechnung des Volumens des Gases mit der thermischen Zustandsgleichung idealer Gase bei einer bekannten Stoffmenge und molaren Gaskonstante des Gases ist eine möglichst genaue Kenntnis des Druckes und der Temperatur zur gleichen Zeit erforderlich, um das Volumen des Gases möglichst genau berechnen zu können. Aufgrund der großen zweiten zeitlichen Verzögerung der von dem Temperatursensor erfassten Mess-Temperatur kann somit das Volumen des Gases nur mit einer geringen bzw. unzureichenden Genauigkeit berechnet werden, so dass keine ausreichend exakte Bestimmung des Ladezustandes bei einer schnellen Veränderung des Ladezustandes möglich ist. The pressure accumulator is designed, for example, as a piston accumulator or a bladder accumulator. For the control and / or regulation of the drive train a knowledge of the current state of charge of the pressure accumulator is required. For this purpose, the pressure of the gas in the pressure accumulator and with a temperature sensor, the temperature of the gas can be detected with a pressure sensor and from this the volume of the gas can be calculated because the volume of the gas is a parameter for the state of charge of the pressure accumulator. When hydraulic fluid enters or leaves the pressure accumulator, the actual pressure and the actual temperature of the gas change as a function of time. The pressure sensor detects the actual pressure as a measuring pressure with a first time delay of approximately 0.01 s and the temperature sensor detects the measuring temperature as the actual temperature with a second time delay of approximately 2 to 3 s. The second time delay of the temperature sensor is thus substantially greater than the first time delay of the pressure sensor. To calculate the volume of the gas with the equation of thermal ideal gas at a known amount of substance and molar gas constant of the gas as accurate as possible knowledge of the pressure and the temperature at the same time is required to calculate the volume of the gas as accurately as possible. Due to the large second time delay of the temperature detected by the temperature sensor thus the volume of the gas can be calculated only with a low or insufficient accuracy, so that a sufficiently accurate determination of the state of charge with a rapid change in state of charge is possible.
Das Volumen des Gases gibt den Ladezustand des Druckspeichers an. Aus einem berechneten Ist-Volumen des Gases und einem zukünftigen oder angestrebten End-Volumen des Gases kann die dem Druckspeicher zuführbare oder entnehmbare Energie berechnet werden. Bei einer Reduzierung des Ist-Volumens des Gases zu einem kleineren End-Volumen des Gases wird dem Druckspeicher Energie zugeführt. Umgekehrt wird bei einer Erhöhung des Ist-Volumens des Gases zu einem größeren End-Volumen des Gases dem Druckspeicher Energie entnommen. Bei einer Berechnung mit Hilfe der Poissonschen Gleichungen und einer angenommenen adiabatischen Zustandsänderung von dem Ist-Volumen zu dem End-Volumen des Gases während der Prozesszeit wird der Isentropenexponet bzw. Adiabatenexponent des Gases, z. B. Luft oder Stickstoff, in dem Druckspeicher eingesetzt. In der angenommenen adiabatischen Zustandsänderung wird von einer vollständigen Unterbindung der Wärmeübertragung von dem Gas bzw. Druckspeicher in die Umgebung und umgekehrt ausgegangen. Diese Annahme entspricht jedoch nicht der Realität in dem Druckspeicher mit einer tatsächlichen polytropen Zustandsänderung, so dass die Berechnung der dem Druckspeicher zuführbaren und entnehmbaren Energie mit der Poissonschen Gleichung und einer angenommenen adiabatischen Zustandsänderung stark fehlerbehaftet ist bzw. eine geringe Genauigkeit aufweist.The volume of the gas indicates the state of charge of the pressure accumulator. From a calculated actual volume of the gas and a future or desired end volume of the gas, the energy that can be supplied or removed from the pressure accumulator can be calculated. With a reduction of the actual volume of the gas to a smaller end volume of the gas energy is supplied to the pressure accumulator. Conversely, when the actual volume of the gas is increased to a larger end volume of the gas, energy is taken from the accumulator. When calculated using Poisson's equations and an assumed adiabatic state change from the actual volume to the final volume of the gas during the process time, the isentropic exponent of the gas, e.g. As air or nitrogen, used in the accumulator. In the assumed adiabatic change of state, a complete suppression of heat transfer from the gas or pressure accumulator into the environment and vice versa is assumed. However, this assumption does not correspond to the reality in the accumulator with an actual polytropic state change, so that the calculation of the energy which can be supplied to and removed from the pressure accumulator with the Poisson equation and an assumed adiabatic state change has a high degree of error or has a low accuracy.
Die
Die
Die
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Erfindungsgemäßes Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung eines Antriebsstranges für ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einem Druckspeicher mit je einem Gasraum und je einem Hydraulikflüssigkeitsraum mit den Schritten: Einleiten einer Hydraulikflüssigkeit in wenigstens einen Druckspeicher, so dass ein Gasvolumen in dem Druckspeicher reduziert wird und die Ist-Temperatur und der Ist-Druck des Gases erhöht wird und/oder Ausleiten einer Hydraulikflüssigkeit aus dem wenigstens einen Druckspeicher, so dass ein Gasvolumen in dem Druckspeicher erhöht wird und die Ist-Temperatur und der Ist-Druck des Gases reduziert wird, Erfassen eines Mess-Druckes des Gases in dem wenigstens einen Druckspeicher mit wenigstens einem Drucksensor, Bestimmen einer Ist-Temperatur des Gases, Berechnen des Ist-Volumen des Gases mit der bestimmten Ist-Temperatur des Gases und dem Mess-Druck des Gases, Berechnen der dem Druckspeicher zuführbaren Energie durch eine Reduzierung des Gasvolumens in dem Druckspeicher von dem Ist-Volumen bis zu einem End-Volumen des Gases für einen zukünftigen Ladevorgang des Druckspeichers und/oder Berechnen der dem Druckspeicher entnehmbaren Energie durch eine Erhöhung des Gasvolumens in dem Druckspeicher von dem Ist-Volumen bis zu einem End-Volumen des Gases für einen zukünftigen Endladevorgang des Druckspeichers, wobei mit einer P-Modellberechnung der Polytropenexponent des Druckspeichers berechnet wird und mit dem berechneten Polytropenexponent die dem Energiespeicher zuführbare oder entnehmbare Energie berechnet wird. Für den Ladevorgang und/oder den Entladevorgang wird somit eine polytrope Zustandsänderung angenommen, so dass dadurch die dem Druckspeicher zuführbare oder entnehmbare Energie genauer berechnet werden kann als bei einer angenommenen adiabaten Zustandsänderung, d. h. auch Wärmeübertragung von dem Druckspeicher in die Umgebung und umgekehrt während der Prozesszeit berücksichtigt wird.Method according to the invention for controlling and / or regulating a drive train for a motor vehicle having at least one pressure accumulator each having a gas space and a respective hydraulic fluid space, comprising the steps of: introducing a hydraulic fluid into at least one pressure accumulator so that a gas volume in the pressure accumulator is reduced and the actual Temperature and the actual pressure of the gas is increased and / or discharge of a hydraulic fluid from the at least one pressure accumulator, so that a gas volume in the pressure accumulator is increased and the actual temperature and the actual pressure of the gas is reduced, detecting a measuring Pressure of the gas in the at least one pressure accumulator with at least one pressure sensor, determining an actual temperature of the gas, calculating the actual volume of the gas with the determined actual temperature of the gas and the measuring pressure of the gas, calculating the energy that can be supplied to the pressure accumulator by a reduction of the gas volume in the Druckspei from the actual volume to an end volume of the gas for a future charging of the pressure accumulator and / or calculating the energy removable from the accumulator by increasing the volume of gas in the accumulator from the actual volume to an end volume of the gas for a future discharge operation of the pressure accumulator, wherein the polytropic exponent of the pressure accumulator is calculated with a P-model calculation and the computed polytropic exponent calculates the energy store that can be supplied or removed. Thus, a polytropic change of state is assumed for the charging process and / or the discharging process, so that the energy which can be supplied or removed from the pressure accumulator can be calculated more accurately than if an adiabatic change in state was assumed, ie. H. also heat transfer from the pressure accumulator into the environment and vice versa during the process time is taken into account.
In einer weiteren Ausführungsform wird die dem Druckspeicher zuführbare oder entnehmbare Energie mit dem berechneten Polytropenexponenten, dem Mess-Druck des Gases, dem Ist-Volumen des Gases und dem End-Volumen des Gases berechnet, insbesondere mit einer Gleichung, vorzugsweise der Poissonschen Gleichung,In a further embodiment, the energy that can be supplied or removed from the accumulator is calculated with the calculated polytropic exponent, the measuring pressure of the gas, the actual volume of the gas and the final volume of the gas, in particular with an equation, preferably the Poisson equation,
In einer ergänzenden Ausführungsform wird eine dem End-Volumen des Gases zugeordnete End-Temperatur des Gases mit der P-Modellberechnung ermittelt.In a supplementary embodiment, an end temperature of the gas associated with the final volume of the gas is determined with the P model calculation.
Zweckmäßig wird bei der P-Modellberechnung der Polytropenexponent mit der Mess-Temperatur, der End-Temperatur, dem Ist-Volumen und dem End-Volumen berechnet, insbesondere mit einer Gleichung.For the P model calculation, the polytropic exponent is expediently calculated with the measuring temperature, the end temperature, the actual volume and the end volume, in particular with an equation.
In einer zusätzlichen Variante wird bei der P-Modellberechnung die Prozesszeit des zukünftigen Ladevorganges und/oder Entladevorganges während des Einleitens oder Ausleitens von Hydraulikflüssigkeit von dem Ist-Volumen bis zu dem End-Volumen bestimmt und/oder bei der P-Modellberechnung wird die Umgebungstemperatur, insbesondere erfasst von einem Umgebungstemperatursensor, berücksichtigt, insbesondere für die Berechnung der End-Temperatur und/oder die P-Modellberechnung wird jeweils für einen Ladevorgang oder Entladevorgang des Druckspeicher durchgeführt und/oder für mehrere Ladevorgänge und/oder Entladevorgänge werden mehrere P-Modellberechnungen durchgeführt und/oder die einem Ladevorgang und/oder Entladevorgang zugeordnete P-Modellberechnung wird vor dem Beginn des Ladevorganges und/oder Entladevorganges durchgeführt.In an additional variant, in the P-model calculation, the process time of the future charging and / or discharging operation during the introduction or discharge of hydraulic fluid is determined from the actual volume to the final volume and / or in the P-model calculation, the ambient temperature, in particular detected by an ambient temperature sensor, in particular for the calculation of the end temperature and / or the P model calculation is carried out in each case for a charging or discharging the pressure accumulator and / or for several loading operations and / or unloading several P-model calculations are performed and / or the charging process and / or or unloading associated P-model calculation is performed before the start of the charging and / or discharging.
In einer ergänzenden Ausgestaltung wird bei der P-Modellberechnung die Prozesszeit aus einem angenommenen konstanten Volumenstrom des Einleitens oder Ausleitens von Hydraulikflüssigkeit während der Prozesszeit von dem Ist-Volumen bis zu dem End-Volumen des Gases und dem Betrag der Differenz des Ist-Volumens und des End-Volumens des Gases bestimmt.In a supplementary embodiment, in the P-model calculation, the process time is calculated from an assumed constant volume flow of hydraulic fluid introduction or discharge during the process time from the actual volume to the end volume of the gas and the amount of the difference of the actual volume and the End-volume of the gas determined.
In einer weiteren Ausführungsform wird bei der P-Modellberechnung, insbesondere für die Berechnung der End-Temperatur, der Druckspeicher, insbesondere die Wandung und/oder die Hydraulikflüssigkeit und/oder ein Trennelement, in fiktive Teilelemente unterteilt wird und die P-Modellberechnung mit den fiktiven Teilelementen getrennt durchgeführt.In a further embodiment, in the P-model calculation, in particular for the calculation of the end temperature, the pressure accumulator, in particular the wall and / or the hydraulic fluid and / or a separating element, is subdivided into notional subelements and the P model computation with the notional ones Subelements carried out separately.
In einer ergänzenden Ausführungsform wird die dem End-Volumen des Gases zugeordnete End-Temperatur des Gases mit der P-Modellberechnung ermittelt indem die Wärmeleitfähigkeit und/oder die Wärmekapazität des Druckspeichers während der Prozesszeit als konstant angenommen wird und die konstante Wärmeleitfähigkeit und/oder Wärmekapazität des Druckspeichers bei der P-Modellberechnung berücksichtigt wird.In a supplementary embodiment, the final gas temperature associated with the end volume of the gas is determined by the P model calculation by assuming the thermal conductivity and / or heat capacity of the pressure accumulator constant during the process time and the constant heat conductivity and / or heat capacity of the Accumulator is taken into account in the P-model calculation.
In einer zusätzlichen Ausgestaltung wird die dem End-Volumen des Gases zugeordnete End-Temperatur des Gases mit der P-Modellberechnung ermittelt indem die Wärmeleitfähigkeit und/oder die Wärmekapazität des Druckspeichers während der Prozesszeit in Abhängigkeit von der Prozesszeit und/oder in Abhängigkeit von dem ein- oder ausleiteten Volumen an Hydraulikflüssigkeit bestimmt wird und die variable Wärmeleitfähigkeit und/oder Wärmekapazität des Druckspeichers bei der P-Modellberechnung berücksichtigt wird.In an additional embodiment, the end temperature of the gas associated with the end volume of the gas is determined by the P model calculation by the heat conductivity and / or the heat capacity of the pressure accumulator during the process time depending on the process time and / or in dependence on the - Derived or volume of hydraulic fluid is determined and the variable thermal conductivity and / or heat capacity of the pressure accumulator is taken into account in the P-model calculation.
In einer ergänzenden Ausführungsform ist das End-Volumen das tatsächliche maximale oder minimale Volumen des Gases und/oder die Stoffmenge des Gases in dem Druckspeicher beim Laden und Entladen konstant gehalten wird. Der Druckspeicher mit dem Gasraum mit einer konstanten Stoffmenge an Gas und dem Hydraulikflüssigkeitsraum mit einer veränderlichen Stoffmenge oder Masse an Hydraulikflüssigkeit weist bauartbedingt ein tatsächliches maximales und minimales (mögliches) Volumen an Gas auf. Das End-Volumen kann auch ein Wert zwischen dem tatsächlichen maximalen und minimalen Volumen des Gases sein oder auch das maximale oder minimale Volumen sein. Zweckmäßig wird die Stoffmenge und/oder Masse der Hydraulikflüssigkeit in dem Druckspeicher beim Laden und Entladen verändert.In a supplementary embodiment, the final volume is the actual maximum or minimum volume of the gas and / or the molar amount of gas in the pressure accumulator is kept constant during loading and unloading. The accumulator with the gas space with a constant amount of gas and the hydraulic fluid space with a variable amount of material or mass of hydraulic fluid has due to the design of an actual maximum and minimum (possible) volume of gas. The final volume may also be a value between the actual maximum and minimum volume of the gas or else the maximum or minimum volume. Suitably, the amount of substance and / or mass of the hydraulic fluid is changed in the pressure accumulator during loading and unloading.
In einer weiteren Ausführungsform wird das Erfassen des Mess-Druckes des Gases in dem wenigstens einen Druckspeicher mit dem wenigstens einem Drucksensor mit einer ersten zeitlichen Verzögerung zu einem in Abhängigkeit von der Zeit variablen Ist-Druck des Gases durchgeführt und/oder eine Anfangs-Temperatur des Gases bestimmt wird und eine Umgebungstemperatur an dem Druckspeicher bestimmt wird und die Temperatur der in den Druckspeicher eingeleiteten und/oder ausgeleiteten Hydraulikflüssigkeit bestimmt wird und mit der Anfangs-Temperatur des Gases, der Umgebungstemperatur an dem Druckspeicher, dem Mess-Druck des Gases und der Temperatur der in den Druckspeicher eingeleiteten und/oder ausgeleiteten Hydraulikflüssigkeit eine Modellberechnung ausgeführt wird und mit der Modellberechnung eine Modell-Temperatur des Gases als die Ist-Temperatur des Gases berechnet wird. Mit Hilfe des Modells werden die thermischen Eigenschaften des Druckspeichers erfasst, so dass dadurch die Modell-Temperatur des Gases berechnet werden kann. Damit ist es möglich, die Modell-Temperatur im Wesentlichen zeitgleich mit der von dem Drucksensor erfassten Druck des Gases zu berechnen, so dass dadurch das Volumen des Gases mit einer hohen Genauigkeit berechnet werden kann und damit auch der Ladezustand des Druckspeichers, weil das aktuelle Ist-Volumen des Gases der Parameter für den aktuellen Ladezustand des Druckspeichers ist.In a further embodiment, the detection of the measuring pressure of the gas in the at least one pressure accumulator is carried out with the at least one pressure sensor with a first time delay to a variable depending on the time actual pressure of the gas and / or an initial temperature of Gas is determined and an ambient temperature is determined at the pressure accumulator and the temperature of the introduced and / or discharged hydraulic fluid in the pressure accumulator is determined and with the initial temperature of the gas, the ambient temperature at the pressure accumulator, the measuring pressure of the gas and the temperature a model calculation is performed on the hydraulic fluid introduced and / or discharged into the pressure accumulator, and the model calculation calculates a model temperature of the gas as the actual temperature of the gas. With the help of the model, the thermal properties of the pressure accumulator are detected, so that thereby the model temperature of the gas can be calculated. This makes it possible to calculate the model temperature substantially at the same time as the pressure of the gas detected by the pressure sensor, so that the volume of the gas can be calculated with high accuracy and thus also the charge state of the pressure accumulator, because the current actual Volume of the gas is the parameter for the current state of charge of the pressure accumulator.
In einer ergänzenden Variante wird in Abhängigkeit von der berechneten zuführbaren und/oder entnehmbaren Energie des Druckspeichers der Antriebsstrang gesteuert und/oder geregelt, insbesondere das Einleiten der Hydraulikflüssigkeit in den wenigstens einen Druckspeicher und/oder das Ausleiten der Hydraulikflüssigkeit aus dem wenigstens einen Druckspeicher in Abhängigkeit von der berechneten zuführbaren und/oder entnehmbaren Energie des Druckspeichers gesteuert und/oder geregelt wird.In a supplementary variant, the drive train is controlled and / or regulated as a function of the calculated feedable and / or removable energy of the pressure accumulator, in particular the introduction of the hydraulic fluid into the at least one pressure accumulator and / or the discharge of the hydraulic fluid from the at least one pressure accumulator in dependence is controlled and / or regulated by the calculated supply and / or removable energy of the pressure accumulator.
In einer ergänzenden Variante wird die Anfangs-Temperatur des Gases dadurch bestimmt, dass eine Anfangs-Temperatur des Gases in dem wenigstens einen Druckspeicher mit wenigstens einem Temperatursensor, insbesondere vor einer Inbetriebnahme und/oder außerhalb des Betriebes des Druckspeichers mit einer im Wesentlichen konstanten Temperatur des Gases in Abhängigkeit von der Zeit, erfasst wird mit einer zweiten zeitlichen Verzögerung zu einer Ist-Temperatur des Gases, wobei die zweite zeitliche Verzögerung größer ist als die erste zeitliche Verzögerung und/oder die zeitliche Verzögerung zwischen der Modell-Temperatur und der Ist-Temperatur des Gases im Wesentlichen der ersten zeitlichen Verzögerung entspricht. Die Anfangs-Temperatur wird vorzugsweise außerhalb des Betriebes des Druckspeichers, beispielsweise während des Stillstandes eines Kraftahrzeuges, vorzugsweise ständig erfasst, so dass mit der Inbetriebnahme die Anfangs-Temperatur zur Verfügung steht und aufgrund der im Wesentlichen konstanten Temperatur des Gases während des Stillstandes des Kraftfahrzeuges ist größere zweite zeitliche Verzögerung vernachlässigbar. In a supplementary variant, the initial temperature of the gas is determined by the fact that an initial temperature of the gas in the at least one pressure accumulator with at least one temperature sensor, in particular before startup and / or outside the operation of the pressure accumulator with a substantially constant temperature Gas is detected as a function of time, with a second time delay to an actual temperature of the gas, wherein the second time delay is greater than the first time delay and / or the time delay between the model Temperature and the actual temperature of the gas substantially equal to the first time delay. The initial temperature is preferably outside the operation of the pressure accumulator, for example, during the standstill of a motor vehicle, preferably constantly detected, so that with the startup, the initial temperature is available and due to the substantially constant temperature of the gas during the stoppage of the motor vehicle larger second time delay negligible.
In einer weiteren Ausführungsform wird die Umgebungs-Temperatur der Umgebung dadurch bestimmt, dass die Umgebungs-Temperatur der Umgebung an dem Druckspeicher mit dem wenigstens einen Umgebungs-Temperatursensor erfasst wird und/oder die Temperatur der in den Druckspeicher eingeleiteten und/oder ausgeleiteten Hydraulikflüssigkeit dadurch bestimmt wird, dass die Temperatur der in den Druckspeicher eingeleiteten und/oder ausgeleiteten Hydraulikflüssigkeit mit einem Hydraulik-Temperatursensor erfasst wird oder mit einer H-Modellberechnung berechnet wird und/oder das Volumen der in den Druckspeicher eingeleiteten und/oder ausgeleiteten Hydraulikflüssigkeit mit einem Hydraulik-Volumensensor erfasst wird oder mit einer H-Modellberechnung berechnet wird oder aus Daten wenigstens einer hydraulischen Pumpe und/oder wenigstens eines hydraulischen Motors zur Umwandlung von mechanischer Energie in hydraulische Energie berechnet wird.In a further embodiment, the ambient temperature of the environment is determined by detecting the ambient temperature of the environment at the pressure accumulator with the at least one ambient temperature sensor and / or determining the temperature of the hydraulic fluid introduced and / or discharged into the pressure accumulator in that the temperature of the hydraulic fluid introduced and / or discharged into the pressure accumulator is detected with a hydraulic temperature sensor or calculated with an H model calculation and / or the volume of hydraulic fluid introduced and / or discharged into the accumulator with a hydraulic volume sensor is detected or calculated with an H-model calculation or is calculated from data of at least one hydraulic pump and / or at least one hydraulic motor for converting mechanical energy into hydraulic energy.
In einer weiteren Ausgestaltung wird der Druckspeicher, insbesondere die Wandung und/oder die Hydraulikflüssigkeit und/oder ein Trennelement, in fiktive Teilelemente unterteilt und die Modellberechnung und/oder P-Modellberechnung mit den fiktiven Teilelementen getrennt durchgeführt. Die Unterteilung des Druckspeichers, insbesondere einzelner Komponenten, z. B. eine Wandung, ein Trennelement, ein Hydraulikflüssigkeitsraum, des Druckspeichers in Teilelemente ermöglicht es Komponenten mit unterschiedlichen Teileigenschaften genauer mit Hilfe des Modells und/oder P-Modells abzubilden.In a further embodiment, the pressure accumulator, in particular the wall and / or the hydraulic fluid and / or a separating element, is subdivided into fictitious subelements and the model calculation and / or P model computation is carried out separately with the fictitious subelements. The subdivision of the pressure accumulator, in particular individual components, eg. As a wall, a separating element, a hydraulic fluid space, the accumulator in sub-elements allows components with different part properties to map more accurately using the model and / or P-model.
In einer zusätzlichen Ausführungsform wird bei der Modellberechnung und/oder P-Modellberechnung eine Wandung des Druckspeichers in fiktive Teilwandungselemente unterteilt und die Modellberechnung und/oder die P-Modellberechnung wird an den Teilwandungselementen getrennt durchgeführt und/oder bei der Modellberechnung und/oder P-Modellberechnung ein Hydraulikflüssigkeitsraum des Druckspeichers mit der Hydraulikflüssigkeit in fiktive Teilhydraulikelemente unterteilt wird und die Modellberechnung und/oder P-Modellberechnung an den Teilhydraulikelementen getrennt durchgeführt wird und/oder bei der Modellberechnung und/oder P-Modellberechnung ein Trennelement zwischen dem Hydraulikflüssigkeitsraum mit Hydraulikflüssigkeit und einem Gasraum mit dem Gas in fiktive Teiltrennelemente unterteilt wird und die Modellberechnung und/oder P-Modellberechnung an den Teiltrennelementen getrennt durchgeführt wird.In an additional embodiment, in the model calculation and / or P-model calculation, a wall of the pressure accumulator is subdivided into notional sub-wall elements, and the model calculation and / or the P-model calculation is performed separately on the sub-wall elements and / or in the model calculation and / or P-model calculation a hydraulic fluid space of the pressure accumulator is subdivided into fictitious subhydraulic elements with the hydraulic fluid and the model calculation and / or P model calculation is carried out separately on the subhydraulic elements and / or during the model calculation and / or P model computation a separation element between the hydraulic fluid space with hydraulic fluid and a gas space the gas is divided into fictitious Teiltrennelemente and the model calculation and / or P-model calculation is performed separately on the parting elements.
Zweckmäßig wird bei der Modellberechnung und/oder P-Modellberechnung die Stoffmenge des Gases in dem wenigstens einen Druckspeicher und/oder die Wärmeleitfähigkeit wenigstens eines Teilelementes, vorzugsweise mehrerer Teilelemente, des wenigstens einen Druckspeichers und/oder die Wärmespeicherkapazität wenigstens eines Teilelementes, vorzugsweise mehrerer Teilelemente, des wenigstens einen Druckspeichers und/oder das Volumen und/oder die Masse der in den Druckspeicher eingeleiteten und/oder ausgeleiteten Hydraulikflüssigkeit und/oder die Temperatur der in den Druckspeicher eingeleiteten und/oder ausgeleiteten Hydraulikflüssigkeit und/oder die Wärmespeicherkapazität der in den Druckspeicher eingeleiteten und/oder ausgeleiteten Hydraulikflüssigkeit und/oder die Wärmespeicherkapazität des Gases und/oder die Oberfläche der Wandung des wenigstens einen Druckspeichers und/oder die erste zeitliche Verzögerung und/oder die zweite zeitliche Verzögerung berücksichtigt. Damit werden unterschiedliche Parameter in der Modellberechnung und/oder P-Modellberechnung berücksichtigt, so dass in vorteilhafter Weise eine genaue Berechnung der Modell-Temperatur und/oder der zuführbaren und/oder entnehmbaren Energie möglich ist. Teilelemente des Druckspeichers sind faktische und/oder fiktive Teile des Druckspeichers, beispielsweise das vollständige Trennelement, das gesamte Gas in dem Gasraum, die gesamte Wandung des Druckspeichers oder fiktive Teile der Wandung des Druckspeichers, die gesamte Hydraulikflüssigkeit oder fiktive Teile der Hydraulikflüssigkeit.In the model calculation and / or P-model calculation, the substance quantity of the gas in the at least one pressure accumulator and / or the thermal conductivity of at least one subelement, preferably several subelements, of the at least one pressure accumulator and / or the heat accumulator capacity of at least one subelement, preferably several subelements, is expediently used. the at least one pressure accumulator and / or the volume and / or the mass of the hydraulic fluid introduced and / or discharged into the accumulator and / or the temperature of the hydraulic fluid introduced and / or discharged into the accumulator and / or the heat accumulator capacity of the accumulator introduced into the accumulator and / or discharged hydraulic fluid and / or the heat storage capacity of the gas and / or the surface of the wall of the at least one pressure accumulator and / or the first time delay and / or the second time delay considered. Thus, different parameters in the model calculation and / or P-model calculation are taken into account, so that an accurate calculation of the model temperature and / or the deliverable and / or removable energy is possible in an advantageous manner. Partial elements of the accumulator are factual and / or fictitious parts of the pressure accumulator, for example, the complete separation element, the entire gas in the gas space, the entire wall of the pressure accumulator or fictitious parts of the wall of the pressure accumulator, the entire hydraulic fluid or fictitious parts of the hydraulic fluid.
In einer weiteren Ausführungsform werden in der Modellberechnung und/oder P-Modellberechnung wenigstens eine Gleichung, vorzugsweise mehrere Gleichungen, zu der Wärmeleitung zwischen den Teilelementen aufgestellt und vorzugsweise wird die Wärmeleitfähigkeit zwischen den Teilelementen und/oder die Wärmeleitfähigkeit der Teilelemente berücksichtigt und/oder in der Modellberechnung und/oder P-Modellberechnung wenigstens eine Gleichung, vorzugsweise mehrere Gleichungen, zu dem Wärmegewinn des Gases aufgrund des Einleitens der Hydraulikflüssigkeit und der verursachten Kompression des Gases und der Wärmeverlust des Gases aufgrund des Ausleitens der Hydraulikflüssigkeit und der verursachten Expansion des Gases aufgestellt wird und/oder in der Modellberechnung und/oder P-Modellberechnung wenigstens eine Gleichung, vorzugsweise mehrere Gleichungen, zu der Temperaturänderung des Gases aufgrund der Änderung des Druckes des Gases, welcher von dem Drucksensor erfasst wird, aufgestellt wird und/oder in der Modellberechnung und/oder P-Modellberechnung wenigstens eine Gleichung, vorzugsweise mehrere Gleichungen, zu dem Wärmeverlust und Wärmegewinn der Hydraulikflüssigkeit, insbesondere der Teilhydraulikelemente, aufgrund des Ein- und Ausleitens der Hydraulikflüssigkeit in und aus dem Hydraulikflüssigkeitsraum aufgestellt werden und/oder in der Modellberechnung und/oder P-Modellberechnung wenigstens eine Gleichung, vorzugsweise mehrere Gleichungen, zu der Wärmeleitung zwischen der Wandung, insbesondere Teilwandungselementen, und der Umgebung aufgestellt werden und vorzugsweise bei der wenigstens einen Gleichung, vorzugsweise den mehreren Gleichungen, die Wärmeleitfähigkeit und/oder die Wärmespeicherkapazität der Wandung, insbesondere der Teilwandungselemente, berücksichtigt wird. Die Gleichungen erfassen in dem Modell und/oder P-Modell unterschiedliche Parameter des Druckspeichers zur genauen Berechnung der Modell-Temperatur und/oder der entnehmbaren und/oder zuführbaren Energie.In a further embodiment, in the Model calculation and / or P-model calculation at least one equation, preferably a plurality of equations, placed on the heat conduction between the sub-elements and preferably the thermal conductivity between the sub-elements and / or the thermal conductivity of the sub-elements is taken into account and / or in the model calculation and / or P-model calculation at least one equation, preferably a plurality of equations, is set up for the heat gain of the gas due to the introduction of the hydraulic fluid and the caused compression of the gas and the heat loss of the gas due to the discharge of the hydraulic fluid and the caused expansion of the gas and / or in the model calculation and / or or P-model calculation, at least one equation, preferably a plurality of equations, is set up for the temperature change of the gas due to the change in the pressure of the gas detected by the pressure sensor and / or in the model calculation and / or P-model calculation. Model calculation at least one equation, preferably a plurality of equations, are set up for the heat loss and heat gain of the hydraulic fluid, in particular the subhydraulic elements, due to the in and out of the hydraulic fluid in and out of the hydraulic fluid space and / or at least one in the model calculation and / or P-model calculation Equation, preferably a plurality of equations, are placed on the heat conduction between the wall, in particular Teilwandungselementen, and the environment and preferably in the at least one equation, preferably the plurality of equations, the thermal conductivity and / or the heat storage capacity of the wall, in particular the Teilwandungselemente taken into account , The equations capture in the model and / or P-model different parameters of the accumulator for accurate calculation of the model temperature and / or the extractable and / or deliverable energy.
In einer weiteren Ausgestaltung werden mehrere Gleichungen zu einem Gleichungssystem mit wenigstens einem unbekannter Parameter, insbesondere die Temperaturen der Teilelemente und/oder die Temperatur und/oder das Volumen der in den Hydraulikflüssigkeitsraum ein- und ausgeleiteten Hydraulikflüssigkeit, kombiniert und das Gleichungssystem wird gelöst, so dass als ein unbekannter Parameter die Modell-Temperatur des Gases berechnet wird. Durch die Vielzahl der Gleichungen kann ein Gleichungssystem zum Lösen einer Vielzahl unbekannter Parameter aufgestellt werden. In a further refinement, a plurality of equations relating to a system of equations having at least one unknown parameter, in particular the temperatures of the subelements and / or the temperature and / or the volume of the hydraulic fluid introduced and discharged into the hydraulic fluid chamber, are combined and the system of equations is solved, so that as an unknown parameter the model temperature of the gas is calculated. Due to the multiplicity of equations, a system of equations for solving a multitude of unknown parameters can be set up.
In einer ergänzenden Variante wird aus der mit dem Gleichungssystem berechneten Modell-Temperatur oder der bestimmten Ist-Temperatur des Gases, der von dem Drucksensor erfassten Mess-Druck des Gases, der Stoffmenge des Gases und der molaren Gaskonstante des Gases das Ist-Volumen des Gases berechnet, insbesondere mit der thermischen Zustandsgleichung idealer Gase.In a supplementary variant, the actual volume of the gas is calculated from the model temperature calculated using the equation system or the specific actual temperature of the gas, the measured pressure of the gas detected by the pressure sensor, the molar mass of the gas and the molar gas constant of the gas calculated, in particular with the thermal equation of state of ideal gases.
In einer weiteren Ausgestaltung wird in Abhängigkeit von dem bestimmten Ist-Volumen des Gases der Antriebsstrang gesteuert und/oder geregelt, insbesondere wird das Einleiten der Hydraulikflüssigkeit in den wenigstens einen Druckspeicher und/oder das Ausleiten der Hydraulikflüssigkeit aus dem wenigstens einen Druckspeicher in Abhängigkeit von dem bestimmten Ist-Volumen des Gases gesteuert und/oder geregelt.In a further embodiment, the drive train is controlled and / or regulated in dependence on the determined actual volume of the gas, in particular the introduction of the hydraulic fluid into the at least one pressure accumulator and / or the discharge of the hydraulic fluid from the at least one pressure accumulator in dependence on the certain actual volume of the gas controlled and / or regulated.
In einer weiteren Ausgestaltung wird das Verfahren für einen Kolbenspeicher und/oder Blasenspeicher als dem wenigstens einen Druckspeicher ausgeführt und/oder in einem Rekuperationsbetrieb kinetische Energie des Kraftfahrzeuges und/oder Antriebsenergie eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges in hydraulische Energie von einer hydraulischen Pumpe umgewandelt wird und in einem Druckspeicher gespeichert wird, indem Hydraulikflüssigkeit in den Druckspeicher mit der hydraulischen Pumpe eingeleitet wird und ein Gasvolumen in dem Druckspeicher reduziert wird und die Ist-Temperatur und der Ist-Druck des Gases erhöht wird.In a further embodiment, the method for a piston accumulator and / or bladder accumulator is executed as the at least one accumulator and / or kinetic energy of the motor vehicle and / or drive energy of an internal combustion engine of a motor vehicle is converted into hydraulic energy by a hydraulic pump and in a recuperation Accumulator is stored by hydraulic fluid is introduced into the pressure accumulator with the hydraulic pump and a gas volume in the pressure accumulator is reduced and the actual temperature and the actual pressure of the gas is increased.
Vorzugsweise wird in einem hydraulischen Antriebszustand hydraulische Energie von einem hydraulischen Motor in mechanische Energie umgewandelt und mit der mechanischen Energie das Kraftfahrzeug angetrieben wird, indem Hydraulikflüssigkeit aus dem Druckspeicher ausgeleitet und zu dem hydraulischen Motor geleitet wird und ein Gasvolumen in dem Druckspeicher erhöht wird und die Ist-Temperatur und der Ist-Druck des Gases reduziert wird.Preferably, in a hydraulic drive state, hydraulic energy is converted into mechanical energy by a hydraulic motor and the motor vehicle is driven by discharging hydraulic fluid from the pressure accumulator and leading it to the hydraulic motor and increasing a volume of gas in the accumulator and the actual Temperature and the actual pressure of the gas is reduced.
In einer zusätzlichen Ausführungsform entspricht die zeitliche Verzögerung zwischen der Modell-Temperatur und der Ist-Temperatur des Gases weniger als das 20-, 10-, 5-, 2- oder 0,2-Fache der ersten zeitlichen Verzögerung.In an additional embodiment, the time delay between the model temperature and the actual temperature of the gas is less than 20, 10, 5, 2, or 0.2 times the first time delay.
Zweckmäßig wird die Modell-Temperatur des Gases zeitlich nach der Bestimmung der Anfangs-Temperatur des Gases bestimmt. Insbesondere mit einer Mess-Temperatur des Gases, welche von dem Temperatursensor mit einer zweiten zeitlichen Verzögerung erfasst wird, eine Plausibilitätsprüfung zu der berechneten Modell-Temperatur durchgeführt. Suitably, the model temperature of the gas is determined temporally after the determination of the initial temperature of the gas. In particular, with a measurement temperature of the gas, which is detected by the temperature sensor with a second time delay, carried out a plausibility check to the calculated model temperature.
Erfindungsgemäßer Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, umfassend wenigstens eine hydraulische Pumpe und wenigstens einen hydraulischen Motor zur Umwandlung von mechanischer Energie in hydraulische Energie und umgekehrt, wenigstens einen Druckspeicher, wobei mit dem Antriebsstrang ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenes Verfahren ausführbar ist.Drive train according to the invention for a motor vehicle, comprising at least one hydraulic pump and at least one hydraulic motor for converting mechanical energy into hydraulic energy and vice versa, at least one pressure accumulator, wherein the method described in this patent application process is executable with the drive train.
In einer weiteren Ausgestaltung ist eine hydraulische Pumpe und ein hydraulischer Motor von einer Schrägscheibenmaschine gebildet, insbesondere umfasst der Antriebsstrang zwei Schrägscheibenmaschinen, welche hydraulisch miteinander verbunden sind und als hydraulisches Getriebe fungieren, und/oder der Antriebsstrang zwei Druckspeicher als Hochdruckspeicher und Niederdruckspeicher umfasst und/oder der wenigstens eine Druckspeicher als ein Kolbenspeicher und/oder ein Blasenspeicher ausgebildet ist.In a further embodiment, a hydraulic pump and a hydraulic motor of a swash plate machine is formed, in particular, the drive train includes two swash plate machines, which are hydraulically connected to each other and act as a hydraulic transmission, and / or the Drive train comprises two pressure accumulator as high-pressure accumulator and low-pressure accumulator and / or the at least one pressure accumulator is designed as a piston accumulator and / or a bladder accumulator.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst der wenigstens eine Druckspeicher je einen Temperatursensor zur Erfassung der Anfangs-Temperatur und/oder der Mess-Temperatur des Gases und je einen Drucksensor zur Erfassung eines Mess-Druckes des Gases und/oder der Antriebsstrang einen Umgebungs-Temperatursensor zur Erfassung der Umgebungstemperatur an dem Druckspeicher umfasst und/oder der Antriebsstrang einen Hydraulik-Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur der in den Druckspeicher ein- und ausgeleiteten Hydraulikflüssigkeit umfasst und/oder der Antriebsstrang eine Recheneinheit mit einem Rechner und einem Datenspeicher umfasst.In a further embodiment, the at least one pressure accumulator each comprises a temperature sensor for detecting the initial temperature and / or the measuring temperature of the gas and a respective pressure sensor for detecting a measuring pressure of the gas and / or the drive train an ambient temperature sensor for detection the ambient temperature at the pressure accumulator comprises and / or the drive train comprises a hydraulic temperature sensor for detecting the temperature of the hydraulic fluid introduced and discharged into the pressure accumulator and / or the drive train comprises a computing unit with a computer and a data memory.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst der Antriebsstrang einen mechanischen und hydraulischen Antriebsteilstrang.In a further embodiment, the drive train comprises a mechanical and hydraulic drive sub-train.
Die Erfindung umfasst ferner ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenes Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit durchgeführt wird. The invention further comprises a computer program with program code means which are stored on a computer-readable data carrier in order to carry out a method described in this patent application when the computer program is executed on a computer or a corresponding computing unit.
Bestandteil der Erfindung ist außerdem ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenes Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit durchgeführt wird.The invention also relates to a computer program product with program code means which are stored on a computer-readable data carrier in order to carry out a method described in this patent application when the computer program is executed on a computer or a corresponding computing unit.
Im Nachfolgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:In the following, an embodiment of the invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. It shows:
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Ein in
Eine Motorwelle
Der hydraulische Antriebsteilstrang
Die beiden Schrägscheibenmaschinen
Bei einem Betrieb der beiden Schrägscheibenmaschinen
In einem Rekuperationsbetrieb des Kraftfahrzeuges wird die mechanische Energie von den Antriebsrädern
Die beiden Antriebsräder
Die beiden Druckspeicher
In
Die Bestimmung des Ladezustandes der beiden Druckspeicher
Dabei ist p der Druck des Gases, V das Volumen des Gases, n die Stoffmenge des Gases, R die molare Gaskonstante und T die Temperatur des Gases. Die Stoffmenge n des Gases und die molare Gaskonstante R des Gases sind feststehend Werte, welche sich während des Betriebes nicht verändern und somit bekannt sind, weil diese vor der Modellberechnung bestimmt werden. Zur Berechnung des Volumens des Gases ergibt sich somit aus der obigen thermischen Zustandsgleichung idealer Gase:
Es ist somit eine möglichst genaue Kenntnis des aktuellen Temperatur T bzw. Tg und des Druckes p des Gases in dem Gasraum
Der Drucksensor
Die Änderung der Enthalpie ΔH des Gases in dem Gasraum
Hieraus ergibt sich mit der thermischen Zustandsgleichung idealer Gase die nachfolgende Differentialgleichung für die Änderung der Enthalpie ∆H des Gases: From this, the following differential equation for the change of the enthalpy ΔH of the gas is obtained with the equation of thermal equation of ideal gases:
Dabei ist Cp die spezifische molare Wärmekapazität des Gases pro Stoffmenge, Tg die Temperatur des Gases, Q die Wärmeverluste des Gases in die Umgebung, p der Druck des Gases und n die Anzahl der Mole des Gases bzw. die Stoffmenge des Gases.Here, C p is the specific molar heat capacity of the gas per molar mass, T g is the temperature of the gas, Q is the heat losses of the gas into the environment, p is the pressure of the gas and n is the number of moles of the gas or the molar amount of the gas.
Die Temperatur des Gases in dem Gasraum
Der Druckspeicher
Die Temperatur des ersten Teilwandungselementes w1 ist mit Tw1, die Temperatur des zweiten Teilwandungselementes w2 ist mit Tw2, die Temperatur des dritten Teilwandungselementes w3 ist mit Tw3, die Temperatur des vierten Teilwandungselementes w4 ist mit Tw4 und die Temperatur des fünften Teilwandungselementes w5 ist mit Tw5 bezeichnet. Die Temperatur der Hydraulikflüssigkeit in dem ersten Teilhydraulikelement o1 ist mit T01 und des zweiten Teilhydraulikelement o2 ist mit T02 bezeichnet. K bezeichnet die Wärmeleitfähigkeit zwischen zwei Teilelementen. Dabei gibt der tief gestellte Index bei K diese zwei Teilelemente an. Beispielsweise gibt somit Ko2w4 die Wärmeleitfähigkeit zwischen der Hydraulikflüssigkeit in dem zweiten Teilhydraulikelement o2 und dem vierten Teilwandungselement w4 an. Die gesamte Membran
Beispielhaft für das zweite Teilhydraulikelement o2 kann die nachfolgende Gleichung hinsichtlich insbesondere der Wärmeleitung zwischen den zweiten Teilhydraulikelement o2 und den anderen Teilelementen formuliert werden, welche unmittelbar an das zweite Teilhydraulikelement o2 angrenzen: By way of example for the second subhydraulic element o2, the following equation can be formulated with regard, in particular, to the heat conduction between the second subhydraulic element o2 and the other subelements which adjoin the second subhydraulic element o2 directly:
Für sämtliche Teilelemente des Druckspeichers
T´ ist der Vektor bzw. eine Matrix mit einer Zeile zur Temperaturänderung der einzelnen Teilelemente nach dem Berechnungsschritt, A ist die Transfermatrix mit der Wärmeleitfähigkeit und der spezifischen Wärmekapazität der Teilelemente und T ist der Vektor bzw. eine Matrix mit einer Spalte zur Temperatur der einzelnen Komponenten bzw. Teilelement vor dem Berechnungsschritt. Mit dieser Gleichung wird die Temperaturveränderung des Gases in dem Gasraum
Darüber hinaus wird die Temperatur des Gases auch beeinflusst von der Hydraulikflüssigkeit, die in den Hydraulikflüssigkeitsraum
B ist die Inputmatrix mit den oben genannten Faktoren für die Teilelemente bzw. der Umgebung und U ist der Inputvektor bzw. eine Matrix mit einer Spalte zur Temperatur der einzelnen Teilelemente bzw. Umgebung vor dem Berechnungsschritt.B is the input matrix with the above-mentioned factors for the subelements or the environment and U is the input vector or a matrix with a column for the temperature of the individual subelements or environment before the calculation step.
Die Volumenveränderung in dem Gasraum
Der Inputvektor U berücksichtigt den Wärmegewinn des Gases aufgrund des Einleitens von Hydraulikflüssigkeit und der damit verursachten Kompression des Gases und den Wärmeverlust des Gases aufgrund des Ausleitens von Hydraulikflüssigkeit und der damit verursachten Expansion des Gases in dem Gasraum
Die Gleichung 8 (Gl. 8) kann unter Berücksichtigung von Gleichung 4 in die nachfolgende Form umgewandelt werden und dTgas_comp gibt die Temperaturveränderung des Gases an: Equation 8 (equation 8) can be converted into the following form taking into account equation 4, and dT gas_comp indicates the temperature change of the gas:
Gleichung 9 kann in die Gleichung 10 umgeschrieben werden: Equation 9 can be rewritten as Equation 10:
Der Druck p des Gases wird von dem Drucksensor
Der Inputvektor U berücksichtigt auch den Wärmeverlust und den Wärmegewinn der Teilhydraulikelemente o1, o2 aufgrund des Ein- und Ausleitens von Hydraulikflüssigkeit in und aus dem Hydraulikflüssigkeitsraum
Dabei ist To die Temperatur des ersten oder zweiten Teilhydraulikelementes o1, o2, Tin ist die Temperatur der zu den ersten oder zweiten Teilhydraulikelementes o1, o2, geleiteten Hydraulikflüssigkeit, ρ ist die Dichte der Hyraulikflüssigkeit, coil ist die spezifische Wärmekapazität des Hydraulikflüssigkeit und dQoil_flow/dt ist die Wärmeveränderung aufgrund der eingeleiteten Hydraulikflüssigkeit pro Zeiteinheit und dV/dt ist die Volumenveränderung des Gases oder der Hydraulikflüssigkeit pro Zeiteinheit. Here, T o is the temperature of the first or second subhydraulic element o1, o2, T in is the temperature of the hydraulic fluid conducted to the first or second subhydraulic elements o1, o2, ρ is the density of the hydraulic fluid, c oil is the specific heat capacity of the hydraulic fluid and dQ oil_flow / dt is the heat change due to the hydraulic fluid introduced per unit time and dV / dt is the volume change of the gas or hydraulic fluid per unit time.
Die Volumenveränderung ist die Volumenveränderung welche in dem vorhergehenden Berechnungsschritt bzw. Iterationsschritt berechnet worden ist. Aufgrund des konstanten Gesamtvolumens des Druckspeichers
Die Gleichung 12 kann in die nachfolgende Gleichung 13 umgeschrieben werden: Equation 12 can be rewritten into Equation 13 below:
Dabei ist coil die spezifische Wärmekapazität der Hydraulikflüssigkeit, moil die Masse der Hydraulikflüssigkeit und dToil_flow/dt ist die Temperaturdifferenz der eingeleiteten Hydraulikflüssigkeit in der Zeiteinheit.Here, c oil is the specific heat capacity of the hydraulic fluid, m oil is the mass of the hydraulic fluid and dT oil_flow / dt is the temperature difference of the introduced hydraulic fluid in the unit time.
Die Gleichung 13 kann in die nachfolgende Gleichung 14 umgeformt werden: Equation 13 can be transformed into the following Equation 14:
In der nachfolgenden Gleichung 15 ist dToil_flow/dt aus Gleichung 14 in einer anderen Form geschreiben: In the following equation 15, dT oil_flow / dt is written from Equation 14 in another form:
Der Inputvektor U berücksichtigt auch die Wärmeleitung zwischen den Teilwandungselementen w1, w2, w3, w4, w5 und der Umgebung env an den Teilwandungselementen w1, w2, w3, w4, w5. Die Umgebung env stellt ein fiktive unbegrenzte Wärmequelle in dem Modell dar und die Wärmeleitung zwischen Teilwandungselementen w1, w2, w3, w4, w5 und der Umgebung env wird mit der nachfolgenden Gleichung 16 beschrieben: The input vector U also takes into account the heat conduction between the partial wall elements w1, w2, w3, w4, w5 and the env environment at the partial wall elements w1, w2, w3, w4, w5. The environment env represents a fictitious infinite heat source in the model, and the heat conduction between partial wall elements w1, w2, w3, w4, w5 and the environment env is described by equation 16 below:
Dabei bedeutet dTenv_wall/dt die Temperaturänderung der Wandung
Die Gleichung 16 kann in die nachfolgende Gleichung 17 umgeschrieben werden: Equation 16 can be rewritten into Equation 17 below:
Die diagonalen Elemente der Inputmatrix B hinsichtlich der Wandung
Die Werte werden als diagonale Elemente in die Transfermatrix A eingesetzt.The values are inserted as diagonal elements in the transfer matrix A.
Die Elemente der Transfermatrix A werden mit jedem Berechnungsschritt bzw. jedem Iterationsschritt angepasst, weil die Wärmeleitfähigkeit und die Wärmekapazität des Gases und der Hydraulikflüssigkeit sich bei einer Veränderung des Volumens des Gases und der Hydraulikflüssigkeit verändert. The elements of the transfer matrix A are adjusted with each calculating step and each iteration step, respectively, because the thermal conductivity and the heat capacity of the gas and the hydraulic fluid change with a change in the volume of the gas and the hydraulic fluid.
Bei der Modellberechnung lautet die Inputmatix A für sämtliche Teilelemente: In the model calculation, the input matrix A is for all subelements:
Dabei bezeichnet Ke1e2 Wärmeleitfähigkeit zwischen den Teilelementen e1 und e2, Ce1 bezeichnet die Wärmekapazität des Teilelementes e1,
Die beispielhafte Gleichung 5 für das zweite Teilhydraulikelement o2 kann in die nachfolgende Gleichung 18 umgeschrieben werden: The exemplary Equation 5 for the second subhydraulic element o2 may be rewritten into Equation 18 below:
Entsprechend lautet somit beispielsweise für die Reihe 4: Accordingly, for example, for row 4:
Aufgrund der Gleichung 17 ist der zweite Teil der Gleichung 17 in die diagonalen Elemente der Transfermatrix A einzufügen für die Teilwandungselemente w1, w2, w3, w4, w5. From equation 17, the second part of equation 17 is to be inserted in the diagonal elements of the transfer matrix A for the sub-wall elements w1, w2, w3, w4, w5.
Somit lautet
Der Temperaturvektor T lautet:
Die Inputmatrix B lautet: The input matrix B is:
Der Inputvektor U lautet:
Dabei stammt in dem Inputvektor T´gas_comp aus Gleichung 11, T´o1_flow aus Gleichung 15 für das erste Teilhydraulikelement o1, T´o2_flow aus Gleichung 15 für das zweite Teilhydraulikelement o2 und Tenv gibt die Temperatur der Umgebung env an. In this case, in the input vector T'gas_comp from equation 11, T'o1_flow derives from equation 15 for the first subhydraulic element o1, T'o2_flow from equation 15 for the second subhydraulic element o2 and T env indicates the temperature of the env environment.
Bei jedem Berechnungsschritt i wird die Transfermatrix A und die Inputmatrix B und Teile des Inputvektors U berechnet als Funktion des Ladezustandes des Druckspeichers
Der Temperaturvektor T´i eines nachfolgenden Berechnungsschrittes i kann somit aus dem vorhergehenden Berechnungsschritt berechnet werden mit:
Die Zeitspanne zwischen den nachfolgenden und vorhergehenden Berechnungsschritt i bzw. Iterationschritt i ist ∆t. T´i gibt die Temperaturdifferenz nach der Zeit ∆t an mit der Einheit Temperatureinheit (z. B. °C oder K) pro Zeiteinheit (z. B. s oder min). Somit ergibt sich:
Bei jedem Berechnungs- bzw. Iterationsschritt kann die Gastemperatur Tgas als die Modell-Temperatur des Gases aus dem Temperaturvektor Ti entnommen werden.At each calculation or iteration step, the gas temperature T gas can be taken as the model temperature of the gas from the temperature vector T i .
Das Volumen des Gases bzw. des Gasraumes
Dabei ist dVg/dt als die Volumenveränderung des Gases pro Zeiteinheit angegeben mit: DV g / dt is given as the volume change of the gas per unit time with:
Die Volumenveränderung Vo der Hydraulikflüssigkeit entspricht der Volumenveränderung Vg des Gases mit entgegensetzten Vorzeichen: The volume change V o of the hydraulic fluid corresponds to the volume change V g of the gas with opposite signs:
Das Berechnungsverfahren kann für beliebige Druckspeicher
Für eine effektive und genaue Steuerung des Antriebsstranges
Ein allgemeines Verfahren zur Bestimmung der speicherbaren und entnehmbaren Energie ist die Annahme, dass eine isentrope Zustandsänderung während der Prozesszeit tprocess vorliegt, d. h. dass ein adiabatisches System vorhanden ist, so dass kein Wärmeübergang zwischen dem Gasraum
Edischarge ist die entnehmbare Energie bis zu dem bezüglich der Energie minimalen Volumen Vmin des Gasraumes
Der Druckspeicher
Im nachfolgenden wird eine P-Modellberechnung beschreiben zur Bestimmung eines Polytropenexponenten des Druckspeichers
Die Inputmatrix A ist eine Funktion des SOC, d. h. des aktuellen Ladezustandes (state of charge) und dies wurde in der Modellberechnung zu Bestimmung der Modell-Temperatur des Gases berechnet. Das End-Volumen wird von der Recheneinheit
Die Gleichung 23 entspricht der Gleichung 7 unter der Annahme, dass die Inputmatrix A konstant ist während des Endladevorganges und des Entladevorganges.Equation 23 corresponds to Equation 7 on the assumption that the input matrix A is constant during the final charge and the discharge.
Gleichung 23 kann in die Gleichung 24 umgeschrieben werden:
Aus Gleichung 24 kann die Gleichung 25 bestimmt werden:
Die Gleichung 24 kann auf beiden Seiten mit e–At multipliziert werden:
Die Gleichung 26 kann in die Gleichung 27 umgeschrieben werden:
Die Integration dieser Gleichung 27 von 0 bis tprocess als der Prozesszeit tprocess, d. h. der Zeitdauer des Ladevorganges oder des Entladevorganges, ergibt Gleichung 28 oder 29: The integration of this equation 27 from 0 to t process as the process time t process , ie the duration of the charging or the discharging process, gives equation 28 or 29:
Unter der Annahme eines konstanten Volumenstromes ist der Vektor T konstant und die Gleichung vereinfacht sich zu Gleichung 30: Assuming a constant volumetric flow, the vector T is constant and the equation simplifies to equation 30:
Das Ergebnis der Integration ergibt die Gleichung 31 und dabei ist I eine Identitätsmatrix (identity matrix) mit der Dimension der Transfermatrix A: The result of the integration yields
Auch unter der Annahme einer Volumenveränderung als Funktion der Zeit aufgrund des Volumenstromes kann mit der nachfolgenden Gleichung 32 der Temperaturvektor T am Ende des Vorganges bestimmt werden: Assuming a change in volume as a function of time due to the volume flow, the following
Aus dem Temperaturvektor T kann die Temperatur des Gases Tend am Ende des Vorganges bestimmt werden. Mit der Gleichung 32 wird somit Tend (End-Temperatur) als die End-Temperatur des Gases an Ende des Ladevorganges oder des Entladevorganges bestimmt. Die Prozesszeit tprocess gibt die Dauer des Entladevorganges oder Ladevorganges des Druckspeichers
In einer zweiten Lösungsmöglichkeit wird die Transfermatrix A veränderlich während der Volumenveränderung mit der Prozesszeit tprocess angenommen und hierfür ergibt sich die nachfolgende bereits bekannte Gleichung 24:
Die Lösung hierfür bei der veränderlichen Transfermatrix A wird mit der Gleichung 33 angegeben: The solution to this with the variable transfer matrix A is given by Equation 33:
Dabei istdie Zustandsveränderungsmatrix (state transition matrix).It is the state transition matrix.
Die Temperatur Tend des Gases am Ende des Vorganges kann aus dem Temperaturvektor T entnommen werdenThe temperature T end of the gas at the end of the process can be taken from the temperature vector T
Hinsichtlich weiterer mathematischer Details, insbesondere zu den oben beschriebenen ersten und zweiten Lösungsvorschlägen für die P-Modellberechnung, wird auf die einschlägige mathematische Literatur verwiesen, beispielsweise
Für eine polytrope Zustandsänderung bzw. ein polytropisches System gilt:
Dabei ist C konstant und n ist der Polytropenexponent.Where C is constant and n is the polytropic exponent.
Somit ergibt sich: oder This results in: or
Der Polytropenexponent n kann somit mit der ersten oder zweiten Lösungsmöglichkeit für eine polytrope Zustandsänderung mit den obigen Poissonschen Gleichungen 34 und 35 genauer berechnet werden als unter Annahme, dass eine isentrope Zustandsänderung vorliegt, d. h. dass ein adiabatisches System vorhanden ist. Die aktuelle Ist-Temperatur Tcurr des Gases wird mit der Modellberechnung bestimmt, kann jedoch auch mit Temperatursensor
Edischarge ist die entnehmbare Energie bis zu dem Volumen Vend des Gasraumes
Insgesamt betrachtet sind mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung des Antriebsstranges
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- CH 405934 [0005] CH 405934 [0005]
- DE 2733870 C2 [0006] DE 2733870 C2 [0006]
- DE 19542427 A1 [0007] DE 19542427 A1 [0007]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
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- Lueberger D. G., Introdction to Dynamic Systems, Theory, Models, and Applications, John Wiley and Sons Inc., New York NY, 1979 [0124] Lueberger DG, Introdiction to Dynamic Systems, Theory, Models, and Applications, John Wiley and Sons Inc, New York NY, 1979 [0124]
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Lueberger D. G., Introdction to Dynamic Systems, Theory, Models, and Applications, John Wiley and Sons Inc., New York NY, 1979 |
Schultz, D. G., and Melsa J. L, State Functions and Linear Control Systems, McGraw-Hill, New York NY, 1967; Reid J. G. Linear System Fundamentals, McGraw-Hill, New York NY, 1983 |
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