DE102018222364A1

DE102018222364A1 - Steuerungsvorrichtung und Verfahren zur Regelung eines Volumenstroms eines Fluids in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102018222364A1
Application number: DE102018222364.5A
Authority: DE
Inventors: Adarsha Kanchana; Christian Bienick
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2018-12-19
Filing date: 2018-12-19
Publication date: 2020-06-25
Also published as: WO2020127007A1; CN113544382A; CN113544382B; US12012951B2; US20230175500A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerungsvorrichtung zur Regelung eines Volumenstroms eines mittels einer Pumpe geförderten Fluids in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, mit einer Drehmomentüberwachungseinheit, welche dazu eingerichtet ist, auf Basis eines Kennfeldes der Pumpe, welches eine funktionale Abhängigkeit des von einem Antriebsmotor zum Antrieb der Pumpe aufzubringenden Drehmoments von der Drehzahl des Antriebsmotors bei einem vorbestimmten Fluidzustand des Fluids beschreibt, eine Ist-Drehmomentabweichung zu ermitteln, die sich zwischen dem Ist-Drehmoment und dem sich für die Ist-Drehzahl aus dem Kennfeld ergebenden Drehmoment ergibt, und einer Korrektureinheit, welche dazu eingerichtet ist, ein Leistungsstellsignal für den Antriebsmotor gemäß der Ist-Drehmomentabweichung zu korrigieren und ein korrigiertes Leistungsstellsignal bereitzustellen, und einer Leistungsregeleinheit, welche dazu eingerichtet ist, auf Basis des korrigierten Leistungsstellsignals ein zweites Leistungsstellsignal zur Betätigung des Antriebsmotors bereitzustellen. Ferner betrifft die Erfindung ein Hydrauliksystem mit einer solchen Steuerungsvorrichtung und ein Verfahren zur Regelung eines Volumenstroms eines Fluids in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerungsvorrichtung und ein Verfahren zur Regelung eines Volumenstroms eines Fluids in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs sowie ein Hydraulikfördersystem für ein Kraftfahrzeug.
TECHNISCHER HINTERGRUND
In Antriebssträngen von Fahrzeugen wird zur Kühlung und Schmierung der mechanischen Komponenten in der Regel ein Hydraulikfluid verwendet, welches mittels einer typischerweise elektrisch angetriebenen Pumpe gefördert wird. Um bei verschiedenen mechanischen Lastzuständen des Antriebsstrangs ausreichend Hydraulikfluid bereitzustellen, kann der Volumenstrom des Hydraulikfluids variiert werden. Hierfür wird zumeist der Antriebsmotor der Pumpe abhängig von verschiedenen Strömungsparametern des Hydraulikfluids betrieben. Üblicherweise werden dabei Strömungsparameter des Hydraulikfluids mittels Sensoren erfasst.
In der US 5 884 601 A wird beispielsweise beschrieben, den elektrischen Antriebsmotor einer Pumpe eines Schmiersystems für Verbrennungsmotoren abhängig von einem Lastzustand des Verbrennungsmotor und einem gemessenen Druck des Schmieröls zu betreiben. Die JP 2009185915 A beschreibt eine Regelung des Drehmoments oder der Drehzahl eines Antriebsmotors einer Ölpumpe abhängig von einer mittels eines Temperatursensors erfassten Öltemperatur.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine einfache und robuste Regelung für einen Volumenstrom eines Fluids in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs bereitzustellen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Steuerungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und/oder durch ein Hydraulikfördersystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 und/oder durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 9 gelöst.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist eine Steuerungsvorrichtung zur Regelung eines Volumenstroms eines Fluids in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs vorgesehen. Die Steuerungseinrichtung umfasst einen Drehzahlvorgabeeingang zum Empfang eines eine Soll-Drehzahl eines Antriebsmotors zum Antrieb einer Pumpe zum Fördern des Fluids repräsentierenden Soll-Drehzahlsignals, einen Leistungsausgang zum Anschluss an den Antriebsmotor, einen Drehzahleingang zum Empfang eines eine Ist-Drehzahl des Antriebsmotors repräsentierenden Ist-Drehzahlsignals und einen Drehmomenteingang zum Empfang eines ein Ist-Drehmoment des Antriebsmotors repräsentierenden Ist-Drehmomentsignals. Die Ein- und Ausgänge der Steuerungsvorrichtung können beispielsweise als analoge oder digitale Schnittstellen realisiert sein, die zur Übertragung elektrischer oder elektromagnetischer Signale eingerichtet sind.
Weiterhin umfasst die Steuerungsvorrichtung eine Drehmomentüberwachungseinheit, welche dazu eingerichtet ist, auf Basis eines Kennfeldes der Pumpe, welches eine funktionale Abhängigkeit des vom Antriebsmotor aufzubringenden Drehmoments von der Drehzahl des Antriebsmotors bei einem vorbestimmten Fluidzustand des Fluids beschreibt, eine Ist-Drehmomentabweichung zu ermitteln, die sich zwischen dem Ist-Drehmoment und dem sich für die Ist-Drehzahl aus dem Kennfeld ergebenden Drehmoment ergibt, und ein die Ist-Drehmomentabweichung repräsentierendes Drehmoment-Abweichungssignal zu erzeugen.
Die Steuerungsvorrichtung weist außerdem eine Drehzahlregeleinheit, welche dazu eingerichtet ist, auf Basis des Soll-Drehzahlsignals und des Ist-Drehzahlsignals ein erstes Leistungsstellsignal zu erzeugen, welches ein Soll-Drehmoment des Antriebsmotors repräsentiert. Der Drehzahlregeleinheit wird als Führungsgröße somit eine Soll-Drehzahl zugeführt und eine Regelabweichung wird gegenüber der tatsächlichen Ist-Drehzahl des Antriebsmotors ermittelt. Als Stellgröße liefert die Drehzahlregeleinheit ein Soll-Drehmoment.
Weiterhin sind eine Korrektureinheit, welche dazu eingerichtet ist, das erste Leistungsstellsignal gemäß dem Drehmoment-Abweichungssignals zu korrigieren und ein korrigiertes erstes Leistungsstellsignal bereitzustellen, und eine Leistungsregeleinheit vorgesehen, welche dazu eingerichtet ist, auf Basis des korrigierten ersten Leistungsstellsignals und des Ist-Drehmomentsignals ein zweites Leistungsstellsignal zu erzeugen und an dem Leistungsausgang zur Betätigung des Antriebsmotors bereitzustellen. Die Korrektureinheit kann insbesondere als Additionsglied realisiert sein, welches das Soll-Drehmoment, das von der Drehzahlregeleinheit geliefert wird, mit der Ist-Drehmomentabweichung, die von der Drehmomentüberwachungseinheit bereitgestellt wird, addiert. Die Leistungsregeleinheit erhält als Führungsgröße dann das korrigierte Leistungsstellsignal, welches das korrigierte Soll-Drehmoment repräsentiert, als Messgröße das Ist-Drehmoment des Antriebsmotors in Form des Ist-Drehmomentsignals und stellt als Stellgröße ein Stellsignal zum Betreiben des Antriebsmotors bereit, z.B. in Form einer Betriebsspannung oder einer anderen geeigneten Stellgröße zur Beeinflussung des Drehmoments des Antriebsmotors
Die Steuerungsvorrichtung kann insbesondere durch einen Prozessor und einen Speicher, einen Mikrocontroller, einen FPGA (Field Programmable Gate Array) oder in ähnlicher Weise realisiert sein. Die Drehzahlregeleinheit, die Korrektureinheit, die Leistungsregeleinheit und die Drehmomentüberwachungseinheit können insbesondere als Softwaremodule programmiert sein, welche durch einen Prozessor ausführbar sind.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Hydraulikfördersystem für ein Kraftfahrzeug vorgesehen. Das Hydraulikfördersystem umfasst eine Fördervorrichtung, welche eine Pumpe und einen kinematisch an die Pumpe gekoppelten Antriebsmotor zum Antreiben der Pumpe aufweist, eine Drehzahlerfassungseinheit zum Erfassen einer eine Ist-Drehzahl des Antriebsmotors repräsentierenden Größe bzw. zur Erzeugung eines eine Ist-Drehzahl repräsentierenden Ist-Drehzahlsignals, eine Drehmomenterfassungseinheit zum Erfassen einer ein Ist-Drehmoment des Antriebsmotors repräsentierenden Größe bzw. zur Erzeugung eines ein Ist-Drehmoment repräsentierenden Ist-Drehmomentsignals, und eine Steuerungsvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. Der Leistungsausgang der Steuerungsvorrichtung ist mit einem Leistungseingang des Antriebsmotors verbunden. Die Drehzahlerfassungseinheit ist mit dem Drehzahleingang der Steuerungsvorrichtung verbunden. Die Drehmomenterfassungseinheit ist mit dem Drehmomenteingang verbunden.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Regeln eines Volumenstroms eines Fluids, welches mittels einer durch einen Antriebsmotor angetriebenen Pumpe durch einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs gefördert wird, vorgesehen. Bei dem Verfahren erfolgt ein Erfassen einer Ist-Drehzahl des Antriebsmotors, ein Erfassen eines Ist-Drehmoments des Antriebsmotors und, auf Basis eines Kennfeldes der Pumpe, welches eine funktionale Abhängigkeit eines von dem Antriebsmotor aufzubringenden Drehmoments von der Drehzahl des Antriebsmotors bei einem vorbestimmten Fluidzustand des Fluids beschreibt, ein Ermitteln einer Ist-Drehmomentabweichung zwischen dem erfassten Ist-Drehmoment und dem sich für die erfasste Ist-Drehzahl aus dem Kennfeld ergebenden Drehmoment. Weiterhin erfolgt ein Ermitteln eines Soll-Drehmoments des Antriebsmotors auf Basis einer Soll-Drehzahl und der erfassten Ist-Drehzahl, ein Korrigieren des Soll-Drehmoments gemäß der ermittelten Ist-Drehmomentabweichung und ein Regeln des Ist-Drehmoments des Antriebsmotors auf das korrigierte Soll-Drehmoment.
Eine der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, einen Volumenstrom eines Fluids bzw. Hydraulikfluids, wie z.B. Öl, über eine Drehzahl und ein Drehmoment des Antriebsmotors zu regeln, wobei als Führungsgrößen für die Regelung eine Ist-Drehzahl und ein Ist-Drehmoment des Antriebsmotors verwendet werden. Erfindungsgemäß wird das Ist-Drehmoment mit einem Drehmoment verglichen, das sich bei einem vorbestimmten Fluidzustand, insbesondere bei einer vorbestimmten Viskosität des Fluids, für die jeweilige Ist-Drehzahl gemäß einem Kennfeld ergibt. Das Kennfeld kann beispielsweise bei der vorbestimmten Viskosität für die jeweilige Pumpe und den jeweiligen Antriebsmotor individuell durch Messung ermittelt oder durch eine gezielte Kalibrierung individuell an die jeweilige Pumpe und den jeweiligen Antriebsmotor angepasst worden sein. Dadurch ist in dem Kennfeld jeder Drehzahl bei einem jeweiligen vorbestimmten Fluidzustand jeweils ein Drehmoment und ein Volumenstrom an Fluid zugeordnet. Wird bei dem Vergleich des Ist-Drehmoments eine Abweichung von dem sich bei der Ist-Drehzahl aus dem Kennfeld ergebenden Drehmoment festgestellt, kann daraus auf eine Abweichung des Ist-Volumenstroms vom Soll-Volumenstrom gefolgert werden. Durch die Abweichung kann insbesondere auch darauf rückgeschlossen werden, ob sich die Viskosität des Fluids geändert hat, z.B. weil in dem Fluid Luftbläschen enthalten sind. Nach der Idee der Erfindung wird diese Abweichung benutzt, um eine Stellgröße in Form eines Soll-Drehmoments bzw. einer Soll-Drehmomentänderung, die aus einer Abweichung von Ist-Drehzahl zu Soll-Drehzahl ermittelt wurde, zu korrigieren und das Ist-Drehmoment des Antriebsmotors auf das korrigierte Soll-Drehmoment einzuregeln.
Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, dass, indem Betriebsgrößen des Antriebsmotors erfasst werden, der Fluidvolumenstrom bzw. der Antriebsmotor geregelt werden kann ohne den Volumenstrom selbst zu messen. Dies verringert die Fehleranfälligkeit der Regelung und senkt die Kosten für Einbau und Wartung der Regelung. Durch den Vergleich des Ist-Drehmoments mit einem „idealen Drehmoment“, das sich aus dem Kennfeld bei der jeweiligen Ist-Drehzahl ergibt, wird zudem eine geschlossene Regelung realisiert, welche die Viskosität des Hydraulikfluids berücksichtigt. Insbesondere wird der für drehzahlgeführte Systeme angenommene proportionale Zusammenhang zwischen Pumpendrehzahl und gefördertem Fluidvolumenstrom durch den Abgleich des Drehmoments mit dem Kennfeld realitätsnäher umgesetzt. Dadurch wird die Genauigkeit der Regelung verbessert.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung.
Gemäß einer Ausführungsform der Steuerungsvorrichtung ist vorgesehen, dass diese einen Fluidzustandseingang zum Empfang eines eine thermodynamische Zustandsgröße des Fluids repräsentierenden Fluidzustandsignals aufweist, wobei der funktionale Zusammenhang des Kennfelds die thermodynamische Zustandsgröße des Fluids als vorbestimmten Fluidzustand berücksichtigt. Die thermodynamische Zustandsgröße kann insbesondere die Temperatur oder der Druck des Hydraulikfluids sein. In dem Kennfeld ist somit jeder Drehzahl bei einem jeweiligen Fluidzustand, z.B. bei einer jeweiligen Temperatur, ein Drehmoment zugeordnet. Dadurch wird die Genauigkeit der Regelung weiter verbessert, da Änderungen der Viskosität des Fluids, die sich aus einer Fluidzustandsänderung, z.B. einer Temperaturänderung ergeben, bei der Ermittlung der Ist-Drehmomentabweichung durch das Kennfeld berücksichtigt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Drehzahlregeleinheit als PI-Regler realisiert sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Leistungsregeleinheit einen Regler aufweisen, der z.B. als PI-Regler realisiert sein kann. Ferner kann die Leistungsregeleinheit zusätzlich einen Modulator zur Modulation des zweiten Leistungsstellsignals aufweisen.
PI-Regler bieten den Vorteil, dass diese softwaretechnisch einfach realisierbar sind und ein für die vorliegende Anwendung günstiges Zeitverhalten aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Steuerungsvorrichtung ist vorgesehen, dass die Steuerungsvorrichtung einen Zustandsmeldeausgang aufweist, wobei die Drehmomentüberwachungseinheit dazu eingerichtet ist, ein Zustandsmeldesignal zu erzeugen und an dem Zustandsmeldeausgang bereitzustellen, wenn die Ist-Drehmomentabweichung für die Ist-Drehzahl einen vorbestimmten Schwellwert erreicht. Wie bereits erläutert wurde, deutet Abweichung des Ist-Drehmoments von dem sich für die jeweilige Ist-Drehzahl und gegebenenfalls für den jeweiligen erfassten thermodynamischen Fluidzustand aus dem Kennfeld ergebenden Zustand darauf hin, dass die Viskosität des Fluids von einem vorbestimmten Zustand, der der Erstellung des Kennfelds zugrunde liegt, abweicht. Das heißt, falls beispielsweise ein hoher Luftanteil im Fluid enthalten ist, kann dies über die Ist-Drehmomentabweichung erkannt werden. Folglich kann beispielsweise ein kavitierender Betrieb der Pumpe erkannt und ein entsprechendes Warnsignal als Zustandsmeldesignal an dem Zustandsmeldeausgang bereitgestellt werden.
Gemäß einer Ausführungsform des Hydraulikfördersystems ist vorgesehen, dass der Antriebsmotor ein Elektromotor ist. Als Stellgröße für das Drehmoment und/oder als Messgröße bzw. das Drehmoment repräsentierendes Ist-Drehmomentsignal kann in diesem Fall beispielsweise der Ankerstrom dienen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Hydraulikfördersystems weist die Steuerungsvorrichtung, wie oben beschrieben, einen Fluidzustandseingang zum Empfang eines eine thermodynamische Zustandsgröße des Fluids repräsentierenden Fluidzustandsignals auf und der funktionale Zusammenhang des Kennfelds berücksichtigt die thermodynamische Zustandsgröße des Fluids als vorbestimmten Fluidzustand. Weiterhin umfasst das Hydraulikfördersystem einen Temperatursensor zur Erfassung einer Temperatur des Fluids, wobei der Temperatursensor mit dem Fluidzustandseingang der Steuerungsvorrichtung verbunden ist. Demnach wird die mittels eines Temperatursensors erfasste Temperatur des Fluids als Fluidzustandsgröße verwendet.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahren ist vorgesehen, dass ein Ist-Fluidzustand in Form einer thermodynamischen Zustandsgröße des Fluids erfasst wird, z.B. wie voranstehend beschrieben über einen Temperatursensor oder über einen Drucksensor, wobei der funktionale Zusammenhang des Kennfelds die thermodynamische Zustandsgröße des Fluids als vorbestimmten Fluidzustand berücksichtigt und die Ist-Drehmomentabweichung für den erfassten Ist-Fluidzustand ermittelt wird. Wie ebenfalls bereits dargestellt wurde, wird dadurch die Genauigkeit der Regelung verbessert.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
Figurenliste
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:

1 ein schematisches Blockschaltbild eines Hydraulikfördersystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
2 ein Kennfeld zur Implementierung in einer Drehmomentüberwachungseinheit einer Steuerungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
In den Figuren der Zeichnung sind gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten - sofern nichts Anderes ausgeführt ist -jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
1 zeigt beispielhaft und schematisch ein Blockschaltbild eines Hydraulikfördersystems 100 für ein Kraftfahrzeug. Das Hydraulikfördersystem 100 weist eine Fördervorrichtung mit einer Pumpe 115 und einem Antriebsmotor 110, eine Drehzahlerfassungseinheit 104, eine Drehmomenterfassungseinheit 105, einen optionalen Temperatursensor 106 und eine Steuerungsvorrichtung 1 auf.
Wie in 1 schematisch dargestellt, dient die Pumpe 115 zum Fördern eines Fluids, z.B. Öl, durch einen Antriebsstrang A eines Kraftfahrzeugs, z.B. um mechanische Komponenten des Antriebsstrangs A zu Kühlen und/oder zu schmieren. Der Antriebsmotor 110, welcher z.B. als Elektromotor realisiert sein kann, ist kinematisch an die Pumpe 115 gekoppelt, z.B. mittels einer Antriebswelle 114, wie dies in 1 schematisch dargestellt ist.
Ein durch die Pumpe 115 geförderter Fluidvolumenstrom V ist abhängig von der Drehzahl der Pumpe 115 und damit von einer Drehzahl, des Antriebsmotors 110. Ferner ist der bei einer bestimmten Drehzahl der Pumpe 115 bzw. des Antriebsmotors 110 geförderte Volumenstrom V abhängig von der Viskosität und einem Volumentanteil von in dem Fluid vorhandenen Gasbläschen. Die Viskosität des Fluids hängt vorwiegend von der Temperatur des Fluids ab. Um einen vorbestimmten Volumenstrom V, in welchem keine Gasbläschen enthalten sind, bei einer vorbestimmten Temperatur zu fördern, kann gemäß der Abhängigkeit des Volumenstroms V von der Drehzahl der Pumpe 115 eine entsprechende Drehzahl der Pumpe 115 durch den Antriebsmotor 110 bereitgestellt werden. Hierfür ist dann ein bestimmtes Drehmoment notwendig, das durch den Antriebsmotor 110 bereitgestellt wird.
2 zeigt beispielhaft ein Kennfeld K, welches einen für eine Pumpe 115 individuellen funktionalen Zusammenhang zwischen der Drehzahl des Antriebsmotors 110 und dem Drehmoment des Antriebsmotors 110 für einen vorbestimmten Fluidzustand, insbesondere für eine vorbestimmte Temperatur des Fluids beschreibt. In dem in 2 beispielhaft dargestellten Kennfeld K ist der funktionale Zusammenhang für mehrere vorbestimmte Fluidzustände dargestellt. Damit beschreibt das in 2 beispielhaft dargestellte Kennfeld K einen funktionalen Zusammenhang zwischen der Drehzahl des Antriebsmotors 110 und dem Drehmoment des Antriebsmotors 110 für eine Vielzahl von Fluidtemperaturen.
Das in 2 beispielhaft dargestellte Kennfeld K kann mathematisch als $M_{r e q} = C \times \vec{T} \times \vec{Q (n)}$
beschrieben werden. Hierbei ist Mreq das durch den Antriebsmotor aufzubringende Drehmoment. C beschreibt eine Koeffizientenmatrix, in welcher für eine jeweilige Pumpe individuelle Koeffizienten abgebildet sind. Der Vektor T enthält die Fluidtemperatur. Die Matrix Q(n) beschreibt den geförderten Volumenstrom in Abhänigkeit von der Drehzahl n. Es gilt, dass die Dimension der Matrix C_(i,j) von der Größe des Temperaturvektors T_(i) sowie der Größe des drehzahlabhängigen Volumenstromes Q(n)_(j) bestimmt wird, damit die Multiplikation einen dimensionslosen Skalar Mreq ergibt. Der Skalar Mreq wird in der Steuerungsvorrichtung 1 in die Regelungsstruktur eingebunden, wie dies im Folgenden noch im Detail beschrieben wird.
Der optionale Temperatursensor 106 dient zur Erfassung einer aktuellen Ist-Temperatur des Fluids. Wie in 1 beispielhaft dargestellt, kann der Temperatursensor 106 stromabwärts des Antriebsstrangs A bzw. zwischen einem Fluidauslass des Antriebsstrangs A und einem Einlass der Pumpe 116 angeordnet sein. Der Temperatursensor 106 ist dazu eingerichtet, ein die Ist-Temperatur repräsentierendes Ist-Temperatursignal S6 zu erzeugen, z.B. in Form einer elektrischen Spannung.
Wie in 1 schematisch dargestellt, ist die Drehzahlerfassungseinheit 104 funktional an den Antriebsmotors 110 gekoppelt und dient der Erfassung einer aktuellen Ist-Drehzahl des Antriebsmotors 110. Beispielsweise kann die Drehzahlerfassungseinheit 104 als Drehzahl- oder Drehwinkelsensor realisiert sein. Allgemein kann die Drehzahlerfassungseinheit 104 dazu eingerichtet sein, zeitabhängig einen Drehwinkel eines Ankers des optional als Elektromotor ausgeführten Antriebsmotors 110 zu erfassen. Auch kann die Drehzahlerfassungseinheit 105 beispielsweise zur Erfassung einer Drehzahl der Antriebswelle 114 vorgesehen sein. Die Drehzahlerfassungseinheit 104 ist allgemein dazu eingerichtet eine die Ist-Drehzahl repräsentierende Größe zu erfassen und ein die Ist-Drehzahl repräsentierendes Ist-Drehzahlsignal S4 zu erzeugen, z.B. in Form eines zeitlichen Spannungsverlaufs.
Wie in 1 weiterhin schematisch dargestellt, ist die Drehmomenterfassungseinheit 105 funktional an den Antriebsmotor 110 gekoppelt und dient der Erfassung eines aktuellen Ist-Drehmoments des Antriebsmotors 110. Beispielsweise kann die Drehmomenterfassungseinheit 105 als Stromsensor zur Erfassung eines Ankerstroms realisiert sein, wenn der Antriebsmotor 110 optional als Elektromotor ausgeführt ist. Alternativ kann ein Drehmomentsensor kinematisch an die Antriebswelle 114 gekoppelt und als Dehnmessstreifen, als Piezoelement oder in ähnlicher Weise realisiert sein. Selbstverständlich ist es auch denkbar, das Drehmoment aus zu dem Ankerstrom proportionalen elektrischen Größen des Antriebsmotors zu bestimmen, wenn der der Antriebsmotor 110 optional als Elektromotor ausgeführt ist. Generell ist die Drehmomenterfassungseinheit 105 dazu eingerichtet, eine das Ist-Drehmoment repräsentierende Größe zu erfassen und ein Ist-Drehmomentsignal S5 zu erzeugen, welches ein vom Antriebsmotor 110 erzeugtes Ist-Drehmoment repräsentiert.
Die in 1 beispielhaft dargestellte Steuerungsvorrichtung 1 weist einen Drehzahlvorgabeeingang 2, einen Leistungsausgang 3, einen Drehzahleingang 4, einen Drehmomenteingang 5, einen optionalen Fluidzustandseingang 6 sowie einen optionalen Zustandsmeldeausgang 7 auf. Ferner umfasst die Steuerungsvorrichtung 1 eine Drehzahlregeleinheit 20, eine Korrektureinheit 30, eine Leistungsregeleinheit 40 und eine optionale Drehzahlsignal-Verarbeitungseinheit 50.
Die Steuerungsvorrichtung 1 kann eine Recheneinrichtung (nicht dargestellt) und einen Datenspeicher (nicht dargestellt) aufweisen. Beispielsweise kann die Steuerungseinrichtung 1 als Mikrocontroller oder als FPGA realisiert sein. Selbstverständlich ist auch denkbar, die Recheneinrichtung als Prozessor, z.B. als CPU, getrennt vom Datenspeicher zu realisieren. Der Datenspeicher kann allgemein ein nicht-flüchtiger Datenspeicher sein, z.B. eine Festplatte, eine CD-ROM, eine DVD, eine Diskette, ein Flash-Speicher oder dergleichen. Die Drehzahlregeleinheit 20, die Korrektureinheit 30, die Leistungsregeleinheit 40 und die optionale Drehzahlsignal-Verarbeitungseinheit 50 können jeweils als Softwaremodule programmiert und auf dem Datenspeicher abgelegt sein. Die Recheneinrichtung ist zur Ausführung der Softwaremodule eingerichtet.
Der Drehzahlvorgabeeingang 2 ist zum Empfang eines eine Soll-Drehzahl eines Antriebsmotors 110 repräsentierenden Soll-Drehzahlsignals S2 vorgesehen. Hierfür kann der Drehzahlvorgabeeingang 2 mit einem Drehzahlgeber (nicht dargestellt) wie einer übergeordneten Steuerungsvorrichtung verbunden werden. Der Drehzahlvorgabeeingang 2 ist zur drahtlosen oder drahtgebundenen Datenkommunikation eingerichtet. Beispielsweise kann der Drehzahlvorgabeeingang als CAN-, USB-, WIFI-, Bluetooth-, Infrarot- oder ähnliche Schnittstelle realisiert sein.
Der Leistungsausgang 3 ist zum Anschluss an den Antriebsmotor 110 vorgesehen. In dem in 1 beispielhaft dargestellten Hydrauliksystem 100 ist der Leistungsausgang 3 mit dem Antriebsmotor 110 verbunden. Der Leistungsausgang 3 kann zur drahtlosen oder drahtgebundenen Datenkommunikation eingerichtet und beispielsweise als CAN-, USB-, WIFI-, Bluetooth-, Infrarot- oder ähnliche Schnittstelle realisiert sein. In diesem Fall kann ein an dem Leistungsausgang 3 bereitgestelltes Leistungsstellsignal S40 ein Signal sein, das durch einen Signalwandler (nicht dargestellt) des Antriebsmotors 110 weiterverarbeitet wird, um den Antriebsmotor 110 mit einem Drehmoment und/oder einer Drehzahl gemäß dem Leistungsstellsignal S40 zu betreiben. Alternativ ist auch denkbar, dass der Leistungsausgang 3 als elektrische oder mechanische Schnittstelle ausgebildet ist, wobei das an dem Leistungsausgang 3 bereitgestellte Leistungsstellsignal S40 eine Stellgröße, wie z.B. eine Betriebsspannung ist, welche unmittelbar zum Betrieb des Antriebsmotors 110 verwendet wird.
Der Drehzahleingang 4 ist zum Empfang eines eine Ist-Drehzahl des Antriebsmotors 110 repräsentierenden Ist-Drehzahlsignals S4 vorgesehen. Bei dem in 1 beispielhaft dargestellten Hydrauliksystem 100 ist der Drehzahleingang 4 mit der Drehzahlerfassungseinheit 104 verbunden und empfängt von diesem ein Ist-Drehzahlsignal S4, z.B. in Form eines zeitabhängigen Drehwinkels des Antriebsmotors 110. Der Drehzahleingang 4 kann zur drahtlosen oder drahtgebundenen Datenkommunikation eingerichtet und beispielsweise als CAN-, USB-, WIFI-, Bluetooth-, Infrarot- oder ähnliche Schnittstelle realisiert sein.
Der Drehmomenteingang 5 ist zum Empfang eines ein Ist-Drehmoment des Antriebsmotors 110 repräsentierenden Ist-Drehmomentsignals S5 vorgesehen. In dem in 1 beispielhaft dargestellten Hydrauliksystem 100 ist der Drehmomenteingang 5 mit der Drehmomenterfassungseinheit 105 verbunden. Der Drehmomenteingang 5 kann zur drahtlosen oder drahtgebundenen Datenkommunikation eingerichtet und beispielsweise als CAN-, USB-, WIFI-, Bluetooth-, Infrarot- oder ähnliche Schnittstelle realisiert sein.
Der optionale Fluidzustandseingang 6 ist zum Empfang eines eine thermodynamische Zustandsgröße des Fluids repräsentierenden Fluidzustandsignals S6 vorgesehen. Das Fluidzustandssignal S6 kann beispielsweise das von dem optionalen Temperatursensor 106 erzeugte Signal sein, welches eine Temperatur des Fluids als thermodynamische Zustandsgröße repräsentiert. Als thermodynamische Zustandsgröße können auch andere Zustandsgrößen, wie z.B. der Druck des Fluids verwendet werden. Der Fluidzustandseingang 6 kann zur drahtlosen oder drahtgebundenen Datenkommunikation eingerichtet und beispielsweise als CAN-, USB-, WIFI-, Bluetooth-, Infrarot- oder ähnliche Schnittstelle realisiert sein. Bei dem in 1 beispielhaft dargestellten Hydrauliksystem 100 ist der Fluidzustandseingang 6 mit dem optionalen Temperatursensor 106 verbunden.
Der optionale Zustandsmeldeausgang 7 dient zur Übertragung von Zustandssignalen, z.B. von Warnsignalen an externe Komponenten, z.B. an eine übergeordnete Steuerung (nicht dargestellt). Der Zustandsmeldeausgang 7 kann zur drahtlosen oder drahtgebundenen Datenkommunikation eingerichtet und beispielsweise als CAN-, USB-, WIFI-, Bluetooth-, Infrarot- oder ähnliche Schnittstelle realisiert sein.
Die in 1 getrennt von der Drehmomentüberwachungseinheit 10 dargestellte Drehzahlsignal-Verarbeitungseinheit 50 kann auch Teil der Drehmomentüberwachungseinheit 10 sein. Die Drehzahlsignal-Verarbeitungseinheit 50 ist mit dem Drehzahleingang 4 verbunden und kann insbesondere als Differenzierglied realisiert sein. Das heißt, die Drehzahlsignal-Verarbeitungseinheit 50 ist dazu ausgelegt, das Ist-Drehzahlsignal S4 nach der Zeit abzuleiten, falls das Ist-Drehzahlsignal S4 einem zeitlichen Verlauf des Drehwinkels entspricht, um einen der tatsächlichen Ist-Drehzahl entsprechenden Wert des Ist-Drehzahlsignals S4 zu erhalten.
Die Drehmomentüberwachungseinheit 10 erhält das Ist-Drehzahlsignal S4 sowie das Ist-Drehmomentsignal S5 und gegebenenfalls das optionale Fluidzustandsignal S6 als Eingangssignale. Wie bereits erläutert, repräsentiert Ist-Drehzahlsignal S4 eine aktuelle Ist-Drehzahl des Antriebsmotors 110. In dem in 1 beispielhaft dargestellten Hydraulikfördersystem 100 repräsentiert das Fluidzustandsignal S6 die Temperatur des Fluids, welche mit dem optionalen Temperatursensor 106 erfasst wird. Die Drehmomentüberwachungseinheit 10 ist dazu eingerichtet, auf Basis des Kennfeldes K der Pumpe 115, wie es beispielhaft in 2 dargestellt ist, für den durch das Fluidzustandssignal S6 bestimmten Fluidzustand und die durch das Drehzahlsignal S4 bestimmte Ist-Drehzahl des Antriebsmotors 110 ein Drehmoment aus dem Kennfeld K zu ermitteln. Dieses Drehmoment entspricht einem „ideal Drehmoment“, welches durch den Antriebsmotor 110 bei der Ist-Drehzahl aufzubringen wäre, um einen zu der Ist-Drehzahl korrespondierenden Volumenstrom V, in dem keine Gasbläschen enthalten sind, zu fördern. Das Kennfeld K kann beispielsweise in einem Datenspeicher als Look-up-Table oder in Form einer Rechenvorschrift, welche durch einen Prozessor oder dergleichen ausführbar ist, abgelegt sein.
Die Drehmomentüberwachungseinheit 10 ist ferner dazu eingerichtet, eine Ist-Drehmomentabweichung zu ermitteln, die sich zwischen dem Ist-Drehmoment und dem sich für die Ist-Drehzahl aus dem Kennfeld K ergebenden „ideal Drehmoment“ ergibt. Falls also durch die Drehmomenterfassungseinheit 105 ein als Ist-Drehmomentsignal S5 dargestelltes tatsächliches Ist-Drehmoment des Antriebsmotors 110 erfasst wird, das von dem „idealen Drehmoment“ abweicht, z.B. größer oder kleiner als diese ist, wird ein Volumenstrom V gefördert, der von dem Volumenstrom abweicht, der sich mit dem dem Kennfeld K zugrundeliegenden Zusammenhang zwischen Drehzahl, Fluidzustand und Volumenstrom ergeben würde. Dies kann beispielsweise auf einen Anteil an Gasbläschen im Fluid zurückzuführen sein, der sich im Betrieb des Hydrauliksystems 100 einstellt.
Die Drehmomentüberwachungseinheit 10 ist dazu eingerichtet, ein die Ist-Drehmomentabweichung repräsentierendes Drehmoment-Abweichungssignal S10 zu erzeugen, z.B. indem entsprechende Software, die auf einem Speicher abgelegt ist, einen Prozessor oder dergleichen dazu veranlasst, das Drehmoment-Abweichungssignal S10 zu erzeugen.
Optional ist die Drehmomentüberwachungseinheit 10 dazu eingerichtet, ein Zustandsmeldesignal S7 zu erzeugen und an dem Zustandsmeldeausgang 7 bereitzustellen, wenn die Ist-Drehmomentabweichung für die Ist-Drehzahl einen vorbestimmten Schwellwert erreicht. Wie bereits oben erläutert, zeigt die Ist-Drehmomentabweichung die Präsenz von Gasbläschen in dem Fluid an bzw. steht in direkter Abhängigkeit von einem Gasgehalt des Volumenstroms V. Wird ein bestimmter Gasgehalt im Volumenstrom V des Fluids erreicht, besteht die Gefahr, dass die Pumpe 115 Kavitation in dem Fluid erzeugt. Dies kann durch die Ist-Drehmomentabweichung erkannt werden. Wenn die Ist-Drehmomentabweichung für die Ist-Drehzahl einen vorbestimmten Schwellwert erreicht bzw. überschreitet, das Ist-Drehmoment also deutlich kleiner als das „ideal Drehmoment“ gemäß dem Kennfeld K für die jeweilige Ist-Drehzahl ist, erzeugt die Drehmomentüberwachungseinheit 10 ein entsprechendes Signal S7, welches an dem Zustandsmeldeausgang 7 bereitgestellt wird. Das Zustandsmeldesignal S7 kann beispielsweise einen konstanten Pegel aufweisen, der lediglich das Vorliegen einer Ist-Drehmomentabweichung oberhalb des Schwellwerts anzeigt. Das Zustandsmeldesignal S7 ist zur Weitergabe an eine übergeordnete Steuerung (nicht dargestellt) vorgesehen.
Die Drehzahlregeleinheit 20 erhält als Eingangsgrößen das am Drehzahlvorgabeeingang 2 bereitgestellte Soll-Drehzahlsignal S2 und das am Drehzahleingang 4 bzw. durch die optionale Drehzahlsignal-Verarbeitungseinheit 50 bereitgestellte Ist-Drehzahlsignal S4. Wie in 1 beispielhaft dargestellt ist, kann ein Differenzglied 21 vorgesehen sein, welches dazu eingerichtet ist, eine Differenz bzw. eine Abweichung des Ist-Drehzahlsignal S4 von dem Soll-Drehzahlsignal S2 zu ermitteln und als Drehzahlabweichungssignal S24 bereitzustellen. Das Differenzglied 21 kann auch Teil der Drehzahlregeleinheit 20 sein. Die Drehzahlregeleinheit 20 ist dazu eingerichtet, auf Basis des Drehzahlabweichungssignals S24 bzw. auf Basis des Soll-Drehzahlsignals S2 und des Ist-Drehzahlsignals S4 ein erstes Leistungsstellsignal S20 zu erzeugen, welches ein Soll-Drehmoment des Antriebsmotors 110 repräsentiert. Die Drehzahlregeleinheit 20 erhält als Führungsgröße somit die Soll-Drehzahl, repräsentiert durch Soll-Drehzahlsignal S2, als Messgröße die Ist-Drehzahl, repräsentiert durch das Ist-Drehzahlsignal S4 und gibt als Stellgröße ein Soll-Drehmoment des Antriebsmotors 110 aus, repräsentiert durch das erste Leistungsstellsignal S20. Die Drehzahlregeleinheit 20 kann beispielsweise als PI-Regler realisiert sein.
Wie in 1 weiterhin schematisch dargestellt ist, werden das erste Leistungsstellsignal S20 und das durch die Drehmomentüberwachungseinheit 10 bereitgestellte Drehmoment-Abweichungssignal S10 jeweils der Korrektureinheit 30 zugeführt. Die Korrektureinheit 30 kann, wie in 1 beispielhaft dargestellt ist, als separates Additionsglied oder als Teil der Leistungsregeleinheit 40 realisiert sein. Die Korrektureinheit 30 ist dazu eingerichtet, das erste Leistungsstellsignal S20 gemäß dem Drehmoment-Abweichungssignals S10 zu korrigieren und ein korrigiertes erstes Leistungsstellsignal S21 bereitzustellen. In der Korrektureinheit 30 wird das Soll-Drehmoment, welches gemäß der Drehzahlregeleinheit 10 an dem Antriebsmotor 110 einzustellen wäre, somit um die Ist-Drehmomentabweichung vergrößert oder verkleinert, um bei dem vorliegenden Gasbläschengehalt im Fluid einen für die vorgegebene Soll-Drehzahl gewünschten Volumenstrom V erzielen zu können bzw. sich diesem anzunähern.
Das durch die Korrektureinheit 30 bereitgestellte korrigierte erste Leistungsstellsignal S21 wird der Leistungsregeleinheit 40 als Führungsgröße zugeführt. Das Ist-Drehmoment bzw. das das Ist-Drehmoment repräsentierende Ist-Drehmomentsignal S4 wird der Leistungsregeleinheit 40 als Messgröße ebenfalls zugeführt, wie dies in 1 beispielhaft dargestellt ist. Die Leistungsregeleinheit 40, ist dazu eingerichtet, auf Basis des korrigierten ersten Leistungsstellsignals S21 und des Ist-Drehmomentsignals S4 ein zweites Leistungsstellsignal S40 als Stellgröße zu erzeugen und an dem Leistungsausgang 3 zur Betätigung des Antriebsmotors 110 bereitzustellen. Dem Antriebsmotor 110 wird das zweite Leistungsstellsignal S40, wie in 1 schematisch dargestellt, zugeführt und dadurch die Leistung des Antriebsmotors 110 und somit durch die Pumpe 115 der Volumenstrom V entsprechend variiert.
In 1 ist beispielhaft dargestellt, dass die Leistungsregeleinheit 40 einen Regler 41 und einen optionalen Modulator 42 aufweist. Der Regler 41 kann beispielsweise als PI-Regler realisiert sein. Der Regler 41 erhält als Führungsgröße das korrigierte Leistungsstellsignal S21, welches das Soll-Drehmoment des Antriebsmotors 110 repräsentiert, und als Messgröße das Ist-Drehmoment als Ist-Drehmomentsignal S5. Falls der Antriebsmotor 110 als Elektromotor realisiert ist, entspricht das Leistungsstellsignal S21 einer Soll-Stromstärke. Das Ist-Drehmoment des Antriebsmotors 110, repräsentiert durch das Ist-Drehmomentsignal S5, entspricht in diesem Fall einer Ist-Stromstärke. Weiterhin kann der Regler 41 in diesem Fall den Drehwinkel des Ankers des Antriebsmotors 110, z.B. in Form des Ist-Drehzahlsignals S4 erhalten. Der Regler 41 ist dazu eingerichtet, als Stellgröße ein eine geeignete elektrische Stellgröße repräsentierendes Stellsignal S41 zu erzeugen, welches dem Modulator 42 zugeführt wird. Der Modulator 42 wandelt das kontinuierliche Stellsignal S41, z.B. eine Betriebsspannung, in eine zeitdiskrete Signalfolge bestehend aus einzelnen Pulsen um, welche dem Leistungsstellsignal S21 entsprechen. Der als Ist-Drehzahlsignal S4 erfasste zeitabhängige Drehwinkel des Antriebsmotors 110 kann für die zeitliche Synchronisierung des erzeugten Leistungsstellsignals S41 bzw. S40 mit dem Drehwinkel des Antriebsmotors 110 genutzt werden.
Ein Verfahren zum Regeln eines Volumenstroms V eines Fluids wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf das in 1 dargestellte Hydrauliksystem 100 bzw. die Steuerungsvorrichtung 1 beschrieben. Es versteht sich für den Fachmann, dass die im Zusammenhang mit dem Hydrauliksystem 100 bzw. der Steuerungsvorrichtung 1 beschriebenen Merkmale und Vorteile in gleicher Weise auch für das Verfahren gelten und umgekehrt.
Das Fluid wird mittels der durch den Antriebsmotor 110 angetriebenen Pumpe 115 durch den Antriebsstrang A, z.B. das Getriebe eines Kraftfahrzeugs gefördert. In einem ersten Schritt des Verfahrens erfolgt in Erfassen der Ist-Drehzahl des Antriebsmotors 110, z.B. mittels der Drehzahlerfassungseinheit 104. Weiterhin erfolgt ein Erfassen des Ist-Drehmoments des Antriebsmotors 110, z.B. mittels der Drehmomenterfassungseinheit 105. Optional erfolgt außerdem ein Erfassen der Temperatur des Fluids, z.B. mittels des Temperatursensors 106.
In dem Verfahren wird auf Basis des Kennfeldes K der Pumpe 115, welches die funktionale Abhängigkeit des von dem Antriebsmotor 110 aufzubringenden Drehmoments von der Drehzahl des Antriebsmotors 110 bei einem vorbestimmten Fluidzustand des Fluids beschreibt, die Ist-Drehmomentabweichung zwischen dem erfassten Ist-Drehmoment und dem sich für die erfasste Ist-Drehzahl aus dem Kennfeld K ergebenden „ideal Drehmoment“ ermittelt. Dies kann beispielsweise durch die Drehmomentüberwachungseinheit 10 erfolgen, welche die erfasste Ist-Drehzahl in Form des Ist-Drehzahlsignals S4, das erfasste Ist-Drehmoment als Ist-Drehmomentsignal S5 und optional die Temperatur des Fluids als Fluidzustandssignal S6 als Eingangsgrößen erhält. Die Temperatur des Fluids kann optional über den vorbestimmten Fluidzustand in dem Kennfeld K berücksichtigt werden.
Weiterhin erfolgt ein Ermitteln eines Soll-Drehmoments des Antriebsmotors 110 auf Basis einer Soll-Drehzahl und der erfassten Ist-Drehzahl, beispielsweise mittels der Drehzahlregeleinheit 20, welche die Soll-Drehzahl als Soll-Drehzahlsignal S2 und die Ist-Drehzahl als Ist-Drehzahlsignal S4 erhält.
Das Soll-Drehmoment wird gemäß der ermittelten Ist-Drehmomentabweichung korrigiert, z.B. in der Korrektureinheit 30, wie dies oben erläutert wurde. Abschließend erfolgt Regeln des Ist-Drehmoments des Antriebsmotors 110 auf das korrigierte Soll-Drehmoment, z.B. mithilfe der Leistungsregeleinheit 40.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.
Bezugszeichenliste

1: Steuerungsvorrichtung
2: Drehzahlvorgabeeingang
3: Leistungsausgang
4: Drehzahleingang
5: Drehmomenteingang
6: Fluidzustandseingang
7: Zustandsmeldeausgang
10: Drehmomentüberwachungseinheit
20: Drehzahlregeleinheit
21: Differenzglied
30: Korrektureinheit
40: Leistungsregeleinheit
41: Regler der Leistungsregeleinheit
42: Modulator der Leistungsregeleinheit
50: Drehzahlsignal-Verarbeitungseinheit
100: Hydraulikfördersystem
104: Drehzahlerfassungseinheit
105: Drehmomenterfassungseinheit
106: Temperatursensor
110: Antriebsmotor
114: Antriebswelle
115: Pumpe
S2: Soll-Drehzahlsignal
S4: Ist-Drehzahlsignal
S5: Ist-Drehmomentsignal
S6: Fluidzustandsignal
S7: Zustandsmeldesignal
S10: Drehmoment-Abweichungssignal
S20: erstes Leistungsstellsignal
S21: korrigiertes erstes Leistungsstellsignal
S24: Drehzahlabweichungssignal
S40: zweites Leistungsstellsignal
K: Kennfeld
A: Antriebsstrang
V: Fluidvolumenstrom

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5884601 A [0003]
JP 2009185915 A [0003]

Claims

Steuerungsvorrichtung (1) zur Regelung eines Volumenstroms eines Fluids in einem Antriebsstrang (A) eines Kraftfahrzeugs, mit einem Drehzahlvorgabeeingang (2) zum Empfang eines eine Soll-Drehzahl eines Antriebsmotors (110) zum Antrieb einer Pumpe (115) zum Fördern des Fluids repräsentierenden Soll-Drehzahlsignals (S2); mit einem Leistungsausgang (3) zum Anschluss an den Antriebsmotor (110); mit einem Drehzahleingang (4) zum Empfang eines eine Ist-Drehzahl des Antriebsmotors (110) repräsentierenden Ist-Drehzahlsignals (S4); mit einem Drehmomenteingang (5) zum Empfang eines ein Ist-Drehmoment des Antriebsmotors (110) repräsentierenden Ist-Drehmomentsignals (S5); mit einer Drehmomentüberwachungseinheit (10), welche dazu eingerichtet ist, - auf Basis eines Kennfeldes (K) der Pumpe (115), welches eine funktionale Abhängigkeit des vom Antriebsmotor (110) aufzubringenden Drehmoments von der Drehzahl des Antriebsmotors (110) bei einem vorbestimmten Fluidzustand des Fluids beschreibt, eine Ist-Drehmomentabweichung zu ermitteln, die sich zwischen dem Ist-Drehmoment und dem sich für die Ist-Drehzahl aus dem Kennfeld (K) ergebenden Drehmoment ergibt, und - ein die Ist-Drehmomentabweichung repräsentierendes Drehmoment-Abweichungssignal (S10) zu erzeugen; mit einer Drehzahlregeleinheit (20), welche dazu eingerichtet ist, auf Basis des Soll-Drehzahlsignals (S2) und des Ist-Drehzahlsignals (S4) ein erstes Leistungsstellsignal (S20) zu erzeugen, welches ein Soll-Drehmoment des Antriebsmotors (110) repräsentiert; mit einer Korrektureinheit (30), welche dazu eingerichtet ist, das erste Leistungsstellsignal (S20) gemäß dem Drehmoment-Abweichungssignals (S10) zu korrigieren und ein korrigiertes erstes Leistungsstellsignal (S21) bereitzustellen; und mit einer Leistungsregeleinheit (40), welche dazu eingerichtet ist, auf Basis des korrigierten ersten Leistungsstellsignals (S21) und des Ist-Drehmomentsignals (S5) ein zweites Leistungsstellsignal (S40) zu erzeugen und an dem Leistungsausgang (3) zur Betätigung des Antriebsmotors (110) bereitzustellen.
Steuerungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese einen Fluidzustandseingang (6) zum Empfang eines eine thermodynamische Zustandsgröße des Fluids repräsentierenden Fluidzustandsignals (S6) aufweist, wobei der funktionale Zusammenhang des Kennfelds (K) die thermodynamische Zustandsgröße des Fluids als vorbestimmten Fluidzustand berücksichtigt.
Steuerungsvorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahlregeleinheit (20) als PI-Regler realisiert ist.
Steuerungsvorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsregeleinheit (40) einen Regler (41) in Form eines PI-Reglers aufweist.
Steuerungsvorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungsvorrichtung (1) einen Zustandsmeldeausgang (7) aufweist, wobei die Drehmomentüberwachungseinheit (10) dazu eingerichtet ist, ein Zustandsmeldesignal (S7) zu erzeugen und an dem Zustandsmeldeausgang (7) bereitzustellen, wenn die Ist-Drehmomentabweichung für die Ist-Drehzahl einen vorbestimmten Schwellwert erreicht.
Hydraulikfördersystem (100) für ein Kraftfahrzeug, mit einer Fördervorrichtung, welche eine Pumpe (115) und einen kinematisch an die Pumpe (115) gekoppelten Antriebsmotor (110) zum Antreiben der Pumpe (115) aufweist; mit einer Drehzahlerfassungseinheit (104) zum Erfassen einer eine Ist-Drehzahl des Antriebsmotors (110) repräsentierenden Größe; mit einer Drehmomenterfassungseinheit (105) zum Erfassen einer ein Ist-Drehmoment des Antriebsmotors (110) repräsentierenden Größe; und mit einer Steuerungsvorrichtung (1) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche; wobei der Leistungsausgang (3) der Steuerungsvorrichtung (1) mit einem Leistungseingang des Antriebsmotors (110) verbunden ist; wobei die Drehzahlerfassungseinheit (104) mit dem Drehzahleingang (4) der Steuerungsvorrichtung (1) verbunden ist; und wobei die Drehmomenterfassungseinheit (105) mit dem Drehmomenteingang (5) der Steuerungsvorrichtung (1) verbunden ist.
Hydraulikfördersystem (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (110) ein Elektromotor ist.
Hydraulikfördersystem (100) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungsvorrichtung (1) gemäß Anspruch 2 ausgebildet ist und das Hydraulikfördersystem (100) einen Temperatursensor (106) zur Erfassung einer Temperatur des Fluids aufweist, wobei der Temperatursensor (106) mit dem Fluidzustandseingang (6) der Steuerungsvorrichtung (1) verbunden ist.
Verfahren zum Regeln eines Volumenstroms eines Fluids, welches mittels einer durch einen Antriebsmotor (110) angetriebenen Pumpe (115) durch einen Antriebsstrang (A) eines Kraftfahrzeugs gefördert wird, wobei das Verfahren umfasst: Erfassen einer Ist-Drehzahl des Antriebsmotors (110); Erfassen eines Ist-Drehmoments des Antriebsmotors (110); auf Basis eines Kennfeldes der Pumpe (115), welches eine funktionale Abhängigkeit eines von dem Antriebsmotor (110) aufzubringenden Drehmoments von der Drehzahl des Antriebsmotors (110) bei einem vorbestimmten Fluidzustand des Fluids beschreibt, Ermitteln einer Ist-Drehmomentabweichung zwischen dem erfassten Ist-Drehmoment und dem sich für die erfasste Ist-Drehzahl aus dem Kennfeld ergebenden Drehmoment; Ermitteln eines Soll-Drehmoments des Antriebsmotors (110) auf Basis einer Soll-Drehzahl und der erfassten Ist-Drehzahl; Korrigieren des Soll-Drehmoments gemäß der ermittelten Ist-Drehmomentabweichung; und Regeln des Ist-Drehmoments des Antriebsmotors (110) auf das korrigierte Soll-Drehmoment.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ist-Fluidzustand in Form einer thermodynamischen Zustandsgröße des Fluids erfasst wird, wobei der funktionale Zusammenhang des Kennfelds die thermodynamische Zustandsgröße des Fluids als vorbestimmten Fluidzustand berücksichtigt und die Ist-Drehmomentabweichung für den erfassten Ist-Fluidzustand ermittelt wird.