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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hydrauliksteuerung für ein Kraftfahrzeug. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ansteuern eines hydraulischen Systems für ein Kraftfahrzeug.
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Technischer Hintergrund
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Die Berechnung des Systemdrucks oder des Betriebsmitteldrucks eines Betriebsmittels, d. h. eines Fluides, einer Fluidenergiemaschine in einem hydraulischen System in Kraftfahrzeugen ist beim automotiven Einsatz von Vorteil beim Betrieb der Pumpe/Motor Kombination.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Ansteuern eines hydraulischen Systems für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Ausführungsformen und Weiterbildungen sind den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und den Figuren der Zeichnungen zu entnehmen.
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Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ansteuern eines hydraulischen Systems für ein Kraftfahrzeug, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Datenbereitstellungseinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, mindestens ein Kennlinienfeld eines Betriebsparameters des hydraulischen Systems bereitzustellen; eine Berechnungseinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, einen Systemdruck basierend auf dem erfassten Kennlinienfeld anhand einer Wirkkettenanalyse zu berechnen; und eine Steuerungseinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, basierend auf dem berechneten Systemdruck das hydraulische System anzusteuern.
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Nach einem weiteren, zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Hochdrucksystem für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, wobei das Hochdrucksystem ein hydraulische System und eine Vorrichtung nach dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung oder nach einer beliebigen Ausführungsform des ersten Aspektes der vorliegenden Erfindung umfasst.
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Nach einem weiteren, dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Ansteuern eines hydraulischen Systems für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Bereitstellen von mindestens einem Kennlinienfeld eines Betriebsparameters des hydraulischen Systems mittels einer Datenbereitstellungseinrichtung; Berechnen eines Systemdrucks basierend auf dem bereitgestellten Kennlinienfeld mittels einer Berechnungseinrichtung; und Ansteuern des hydraulischen Systems mittels einer Steuerungseinrichtung basierend auf dem Systemdruck.
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht vorteilhaft, eine Berechnung der elektrischen Wirkleistung und des Wirkfaktors durch Auswerten von mindestens einem Kennlinienfeld eines Betriebsparameters zu erreichen.
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Dabei können mechanische Betriebsparameter, wie etwa Drehmoment oder Drehzahl, oder elektrische Betriebsparameter, wie etwa Betriebsspannung oder Betriebsstrom, eines Elektromotors verwendet werden.
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Ferner können Motorgleichungen oder auch eine Wirkleistungsoberfläche verwendet werden, um ein Drehmoment, etwa bei bekannter Drehzahl, oder sonstige Betriebsparameter zu bestimmen und somit die mechanische Leistung des Elektromotors zu errechnen.
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Ferner ermöglicht die vorliegende Erfindung vorteilhaft, Kennlinienfelder, welche mit unterschiedlichen Messprinzipien und Methoden erfasst worden sind über Normierungen und Datenoperationen, wie Summieren oder Multiplizieren, portierbar zu gestalten. Dies ermöglicht eine Verbesserung der Motoradaptionen.
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Ferner ermöglicht die vorliegende Erfindung vorteilhaft, dass der verwendete Steuerstrom für die Portierung einer Software-Steuerung vergleichbar wird und die Messprinzipien untergeordnet werden, so dass unabhängig vom Messprinzip oder sonstigen Einflussfaktoren die tatsächlichen Werte des Effektiv-Motorstroms und der Effektiv-Motorspannung sowie des Wirkfaktors bzw. des Powerfaktors und damit auch Wirk-, Scheinund Blindleistung errechnet werden oder errechenbar sind.
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Für abweichende Ansteuerungsprinzipien werden auch weitere Faktoren berücksichtigt. Zum Beispiel denkbar sind Einschaltdauer oder Betriebsintervall, auch Dutycycle, oder Temperaturabhängigkeiten seitens der Ansteuerung.
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Vorteilhaft ist die Übertragbarkeit auf reale RMS-Abkürzung für: Root Mean Square-Größen, welche eine Verwendung von Softwaremodulen in unterschiedlichen Geräten möglich macht, selbst wenn diese Größen nur durch unzureichende Verfahren gemessen werden. Für die Portierbarkeit sind dabei die komplexen Abhängigkeiten und Rückwirkungen durch den angeschlossenen Motor oder die angeschlossene Last in Form einer Blackbox, d. h. ein geschlossenes System unter Vernachlässigung des inneren Aufbaus, betrachtet worden, auf das wesentliche reduziert und durch simple Kennfelder betrachtet worden.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Berechnungseinrichtung dazu ausgelegt ist, den Systemdruck basierend auf einem Kennlinienfeld über eine hydraulische Leistung einer Fluidenergiemaschine des hydraulischen Systems zu berechnen. Dies ermöglicht vorteilhaft eine verbesserte Ansteuerung der Fluidenergiemaschine des hydraulischen Systems.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Berechnungseinrichtung dazu ausgelegt ist, den Systemdruck basierend auf einem Kennlinienfeld über einen Durchfluss des hydraulischen Systems zu berechnen.
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Dies ermöglicht vorteilhaft eine verbesserte Ansteuerung der Fluidenergiemaschine des hydraulischen Systems.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Datenbereitstellungseinrichtung dazu ausgelegt ist, als das mindestens eine Kennlinienfeld Kennlinien eines Betriebsparameters des hydraulischen Systems bereitzustellen.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Datenbereitstellungseinrichtung dazu ausgelegt ist, als das mindestens eine Kennlinienfeld des Betriebsparameters Kennlinien
- – i) einer Motordrehzahl; oder
- – ii) einer Wirkleistung; oder
- – iii) eines Wirkfaktors; oder
- – iv) eines Drehmoments
eines Elektromotors der Fluidenergiemaschine des hydraulischen Systems bereitzustellen.
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Dies ermöglicht vorteilhaft, eine verbesserte Berechnung basierend auf den angepassten Kennlinienfeldern zu ermöglichen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Datenbereitstellungseinrichtung dazu ausgelegt ist, das mindestens eine Kennlinienfeld des Betriebsparameters basierend auf einer Wirkleistungsoberfläche eines Elektromotors einer Fluidenergiemaschine des hydraulischen Systems bereitzustellen. Dies ermöglicht vorteilhaft, eine verbesserte Berechnung des Systemdrucks bereitzustellen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Datenbereitstellungseinrichtung dazu ausgelegt ist, mindestens zwei Kennlinienfelder bereitzustellen und wobei die Berechnungseinrichtung dazu ausgelegt ist, die mindestens zwei Kennlinienfelder zu summieren.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Berechnungseinrichtung dazu ausgelegt ist, den Systemdruck basierend auf einer Umgebungstemperatur des Elektromotors oder einer Einsatzdauer des Elektromotors oder auf externen Betriebsdaten zu berechnen. Externe Betriebsdaten können dabei Daten über eine Kraftstofftemperatur, eine Kraftstoffart oder eine Kraftstoffeigenart umfassen.
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Die beschriebenen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich beliebig miteinander kombinieren.
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Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der vorliegenden Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vermitteln. Die beiliegenden Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Konzepten der vorliegenden Erfindung.
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Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die dargestellten Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Ansteuern eines hydraulischen Systems für ein Kraftfahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 eine schematische Darstellung eines Flussdiagramms eines Verfahrens zum Ansteuern eines hydraulischen Systems für ein Kraftfahrzeug gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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3 eine schematische Darstellung eines Kennlinienfeldes gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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4 eine schematische Darstellung eines Kennlinienfeldes gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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5 eine schematische Darstellung eines Kennlinienfeldes gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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6 eine schematische Darstellung eines Funktionsblockdiagramms eines Verfahrens zum Berechnen des Systemdrucks gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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7 eine schematische Darstellung eines Funktionsblockdiagramms eines Verfahrens zum Berechnen des Systemdrucks gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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8 eine schematische Darstellung eines Funktionsblockdiagramms eines Verfahrens zum Berechnen des Systemdrucks gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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9 eine schematische Darstellung eines Funktionsblockdiagramms eines Verfahrens zum Berechnen der elektrischen Leistung anhand von verfügbaren Größen gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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10 eine schematische Darstellung eines Funktionsblockdiagramms eines Verfahrens zum Berechnen des Systemdrucks für ein Kraftfahrzeug gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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11 eine schematische Darstellung einer Leistungsoberfläche, elektrisch-hydraulisch, hier beispielhafte dargestellt in Form eines Kennfelds für ein Kraftfahrzeug gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
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12 eine schematische Darstellung eines Funktionsblockdiagramms eines Verfahrens zum Berechnen des Systemdrucks für ein Kraftfahrzeug gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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In den Figuren der Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente, Bauteile, Komponenten oder Verfahrensschritte, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
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Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Ansteuern eines hydraulischen Systems für ein Kraftfahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
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Die Vorrichtung 100 umfasst beispielsweise eine Kennlinienbereitstellungseinrichtung 10, eine Berechnungseinrichtung 20, und eine Steuerungseinrichtung 30.
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Die Kennlinienbereitstellungseinrichtung 10 kann dazu ausgelegt sein, mindestens ein Kennlinienfeld KF1, ..., KFn eines Betriebsparameters des hydraulischen Systems 120 zu erfassen.
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Die Kennlinienbereitstellungseinrichtung 10 kann beispielsweise als eine Netzwerkschnittstelle ausgebildet sein und dazu ausgelegt sein, das mindestens eine Kennlinienfeld KF1, ..., KFn zu empfangen.
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Ferner kann die Kennlinienerfassungseinrichtung 10 als ein Speicherbaustein mit einer Vielzahl von Speicherzellen ausgebildet sein und dazu ausgebildet sein, das mindestens eine Kennlinienfeld KF1, ..., KFn abzuspeichern und auszulesen.
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Dabei kann die Kennlinienerfassungseinrichtung 10 dazu ausgebildet sein, eine Vielzahl von Kennlinienfeldern KF1, ..., KFn für unterschiedliche hydraulische Systeme 120 abzurufen und bereitzustellen, etwa per Datenübertragung oder durch Datenspeicherung.
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Die Berechnungseinrichtung 20 ist beispielsweise dazu ausgelegt, einen Systemdruck SysD basierend auf dem erfassten Kennlinienfeld KF1, ..., KFn zu berechnen.
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Die Steuerungseinrichtung 30 kann dazu ausgelegt sein, basierend auf dem berechneten Systemdruck SysD das hydraulische System 120 anzusteuern.
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Die Steuerungseinrichtung 30 kann dazu ausgelegt sein, Kennlinienfelder KF1, ..., KFn abzuspeichern.
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Die 1 zeigt ein Hochdrucksystem 200 für ein Kraftfahrzeug, wobei das Hochdrucksystem 200 ein hydraulisches System 120 umfasst.
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Das hydraulische System 120 kann einen Elektromotor 120-2 mit einer Fluidenergiemaschine 120-1 umfassen.
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Die 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Flussdiagramms eines Verfahrens zum Ansteuern eines Elektromotors für ein Kraftfahrzeug gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Das Verfahren zum Ansteuern eines Elektromotors für ein Kraftfahrzeug kann dabei folgende Verfahrensschritte umfassen:
Als ein erster Schritt des Verfahrens erfolgt ein Bereitstellen S1 von mindestens einem Kennlinienfeld KF1, ..., KFn eines Betriebsparameters des hydraulischen Systems 120 mittels einer Datenbereitstellungseinrichtung 10.
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Als ein zweiter Schritt des Verfahrens erfolgt ein Berechnen S2 eines Systemdrucks SysD basierend auf dem erfassten Kennlinienfeld KF1, ..., KFn mittels einer Berechnungseinrichtung 20.
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Als ein dritter Schritt des Verfahrens erfolgt ein Ansteuern S3 des hydraulischen Systems 120 mittels einer Steuerungseinrichtung 30.
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Die 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Kennlinienfeldes gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Die 3 zeigt ein Kennlinienfeld KF1 des Effektiv-Motorstroms I_RMS über einen im Fußpunktshunt gemessen Strom in Abhängigkeit einer Versorgungsspannung oder einer Motordrehzahl.
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Beispielsweise kann die Versorgungsspannung für das in der 3 dargestellte Kennlinienfeld KF1 Werte von 9 V oder von 16 V aufweisen.
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Dabei kann der Motorstrom I_RMS ein Motorstrom eines Elektromotors der Fluidenergiemaschine des hydraulischen Systems 120 sein.
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Die 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Kennlinienfeldes gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Die 4 zeigt ein Kennlinienfeld KF2 einer Effektiv-Motorspannung U_RMS über eine Versorgungsspannung U_BATT in Abhängigkeit einer Motordrehzahl.
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Beispielsweise kann die Motordrehzahl für das in der 4 dargestellte Kennlinienfeld KF2 Werte von 2000 rpm oder von 3000 rpm oder von 4000 rpm oder von 5000 rpm oder von 6000 rpm aufweisen, wobei eine höhere Motordrehzahl eine höhere Motorspannung U_RMS bei gleicher Versorgungsspannung U_BATT bedingen kann.
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Dabei kann die Motorspannung U_RMS eine Motorspannung eines Elektromotors der Fluidenergiemaschine des hydraulischen Systems 120 sein.
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Die 5 zeigt eine schematische Darstellung einer Wirkkette gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Die 5 zeigt eine Wirkkette, welche ausgehend von einer elektrischen Leistung, welche in die Elektrokraftmaschine, welche die Fluidenergiemaschine antreibt, eingekoppelt wird.
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Die Wirkkette geht über in diejenige mechanische Leistung, welche die Elektrokraftmaschine aufbringt, bis hin zur hydraulischen Leistung, welche die Fluidenergiemaschine aufbringt. Mit Hilfe der hydraulischen Leistung lässt sich dann auch der Systemdruck des hydraulischen Systems bestimmen.
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Die 6 zeigt eine schematische Darstellung eines Funktionsblockdiagramms eines Verfahrens zum Berechnen des Systemdrucks gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Die 6 zeigt eine Darstellung eines Verfahrens zur Berechnung des Systemdrucks über physikalische Größen: Schattiert dargestellt ist das elektrische System EL, welches elektrische Größen des Elektromotors als Ausgangsgröße für die weitere Berechnung zur Verfügung stellt.
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Die 6 zeigt eine Darstellung zur Berechnung der elektrischen Wirkleistung anhand von Kennfeldern oder alternativ auch durch elektrische Verhältnismäßigkeiten. Dies ermöglicht nun über z. B. Motorgleichungen oder auch eine Wirkleistungsoberfläche WLO das Motor Drehmoment, (bei bekannter Drehzahl) somit also die mechanische Leistung zu errechnen.
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Mit Hilfe der Pumpengleichungen kann dann aus der mechanischen Leistung nun auch die hydraulische Leistung, also Druck und Durchfluss errechnet werden.
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Die 7 zeigt eine schematische Darstellung eines Funktionsblockdiagramms eines Verfahrens zum Berechnen des Systemdrucks gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Die 7 zeigt eine beispielhafte Darstellung zur Errechnung des Systemdrucks über physikalischen Größen: Schattiert dargestellt ist die Leistungsoberfläche LO, welche direkt aus den elektrischen Werten die hydraulische Leistung ermittelt, der Schritt über die Wellenleistung und das Drehmoment wurde übersprungen, da die Werte messtechnisch nicht verfügbar sind.
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Die 7 zeigt weiterhin, dass auch bei nicht vorliegenden Daten die Kombination beider Leistungen in einem Schritt vorgenommen werden kann und somit eine Wirkungsgradoberfläche von elektrischer Leistung zu hydraulischer Leistung verwendet werden kann. Insbesondere wenn die einzelnen Motordaten nicht genau bekannt sind oder sich nicht ermitteln lassen, ist die Verwendung dieser Kombination sinnvoll.
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Die 8 zeigt eine schematische Darstellung eines Funktionsblockdiagramms eines Verfahrens zum Berechnen des Systemdrucks gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Die 8 zeigt eine beispielhafte Darstellung zur Errechnung des Systemdrucks über physikalische Größen: Schattiert dargestellt ist ein Modul MO, welches aus Drehzahl und Druck das Volumenverhalten der Pumpenstufe errechnet, das Volumen wird mit der hydraulischen Leistung benötigt, um dann in dem ebenfalls schattierten Modul den Druck zu errechnen.
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Die 8 zeigt die Rückführung des Systemdrucks auf das System bzw. die zugrundeliegende Wirkkette, welche Abhängigkeiten der gemessenen Größen vom Systemdruck darstellt. Die 8 zeigt, dass die errechnete Größe wieder zur Anpassung der Berechnungen genutzt werden kann. Beispielsweise gilt für die Leistungsoberfläche LO der Pumpe, dass die hydraulische Leistung der Pumpe von dem Eingangsdruck, der Pumpendrehzahl und der von der Pumpe verbrauchten elektrischen Leistung abhängt.
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Die 6–8 zeigen die schrittweise Vorgehensweise beim Abarbeiten der Wirkkette und das sequentielle Berechnen des Systemdrucks.
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Die 9 zeigt eine schematische Darstellung eines Funktionsblockdiagramms eines Verfahrens zum Berechnen der elektrischen Leistung anhand von verfügbaren Größen gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Die 9 zeigt, dass für unterschiedliche Ansteuerkonzepte, wie z. B. Blockkommutierung, oder Sinuskommutierung der Inhalt der einzelnen Umrechnungen sich verändern kann, auch eine formelbasierte Lösung für die Berechnung von rms Werten ist möglich.
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Die 10 zeigt eine schematische Darstellung eines Funktionsblockdiagramms eines Verfahrens zum Berechnen des Systemdrucks für ein Kraftfahrzeug gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Die 10 zeigt eine schematische Darstellung einer Wirkkette, wobei über erfasste Pumpendaten und über abgespeicherte Kennlinienfelder die Wirkleistung der Pumpe bzw. der Fluidenergiemaschine berechnet werden kann und darauf basierend die abgegebene hydraulische Leistung der Pumpe bzw. der Fluidenergiemaschine bestimmt werden kann.
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Die 11 zeigt eine Leistungsoberfläche, elektrischhydraulisch, hier beispielhafte dargestellt in Form eines Kennfelds.
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Die 11 zeigt eine schematische Darstellung eines Diagramms mit den Achsenbereichen x-Achse: Drehzahl von 2000–6500 rpm (Pumpendrehzahl), y-Achse: Wirkungsgrad 0,1–0,3 in 1/100%, und z-Achse: Druck 1,0–4,0 in Bar.
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Die Darstellung zeigt, dass die verwendete Pumpe einen Wirkungsgrad elektrisch zu hydraulisch von ca. 10%–30% hat, wobei der Wirkungsgrad hier von den hydraulischen Bedingungen abhängig ist. Diese Abhängigkeit bedarf einer weiteren Rückführung vom errechneten Systemdruck.
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Als Ergebnis folgt die hydraulische Leistung als numerischer Wert, welcher mit Hilfe einer Umrechnungsformel in den Druck umgerechnet wird.
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Die 12 zeigt eine schematische Darstellung eines Funktionsblockdiagramms eines Verfahrens zum Berechnen des Systemdrucks für ein Kraftfahrzeug gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere lässt sich die Erfindung in mannigfaltiger Weise verändern oder modifizieren, ohne vom Kern der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass „umfassend“ und „aufweisend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließt.
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Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können.
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Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkungen anzusehen.
