DE102021004333A1

DE102021004333A1 - ESP hydraulic unit

Info

Publication number: DE102021004333A1
Application number: DE102021004333.2A
Authority: DE
Inventors: Philipp Röding
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2021-08-24
Filing date: 2021-08-24
Publication date: 2021-10-21

Abstract

Die Erfindung betrifft eine ESP-Hydraulikeinheit (1), umfassend einen Elektromotor (2) und mindestens eine vom Elektromotor (2) angetriebene Hubkolbenpumpe, wobei zwischen dem Elektromotor (2) und der Hubkolbenpumpe ein hydrodynamischer Drehmomentwandler (3) vorgesehen ist.The invention relates to an ESP hydraulic unit (1) comprising an electric motor (2) and at least one reciprocating piston pump driven by the electric motor (2), a hydrodynamic torque converter (3) being provided between the electric motor (2) and the reciprocating piston pump.

Description

Die Erfindung betrifft eine ESP-Hydraulikeinheit gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an ESP hydraulic unit according to the preamble of claim 1.

Die DE 100 42 378 A1 beschreibt eine Vorrichtung in einem elektronischen Fahrdynamiksteuerungssystem, umfassend einen elektromechanischen Wandler, insbesondere Elektromotor, eine hydraulische Pumpe und eine elektrische Ansteuereinheit für den Wandler, wobei der Wandler einen magnetischen oder magnetisierbaren Stator und einen Rotor, sowie Anschlüsse zum Anschluss der Ansteuereinheit und eine Kommutierungseinrichtung zur Ansteuerung von elektromagnetischen Windungen des Rotors aufweist, mit der Besonderheit, dass die Kommutierungseinrichtung drei oder mehrere jeweils mit den Anschlüssen elektrisch verbundene Kommutierungselemente umfasst, so dass die Windungen des Rotors durch die Ansteuereinheit einzeln ansteuerbar sind, wobei mindestens ein Kommutierungselement mit einem Umschaltelement verbunden ist, welches einen zusätzlichen Anschluss zur Verbindung mit einer Einrichtung zur Drehzahlmessung bereitstellt.the DE 100 42 378 A1 describes a device in an electronic driving dynamics control system, comprising an electromechanical converter, in particular an electric motor, a hydraulic pump and an electrical control unit for the converter, the converter having a magnetic or magnetizable stator and a rotor, as well as connections for connecting the control unit and a commutation device for control of electromagnetic windings of the rotor, with the special feature that the commutation device comprises three or more commutation elements each electrically connected to the connections, so that the windings of the rotor can be controlled individually by the control unit, at least one commutation element being connected to a switching element which provides an additional connection for connection to a device for speed measurement.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine ESP-Hydraulikeinheit anzugeben.The invention is based on the object of specifying an ESP hydraulic unit.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine ESP-Hydraulikeinheit gemäß Anspruch 1.The object is achieved according to the invention by an ESP hydraulic unit according to claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous refinements of the invention are the subject matter of the subclaims.

Eine erfindungsgemäße ESP-Hydraulikeinheit (elektronisches Stabilitätsprogramm) umfasst einen Elektromotor und mindestens eine vom Elektromotor angetriebene Hubkolbenpumpe. Erfindungsgemäß ist zwischen dem Elektromotor und der Hubkolbenpumpe ein hydrodynamischer Drehmomentwandler vorgesehen.An ESP hydraulic unit (electronic stability program) according to the invention comprises an electric motor and at least one reciprocating piston pump driven by the electric motor. According to the invention, a hydrodynamic torque converter is provided between the electric motor and the reciprocating piston pump.

Durch die Einführung eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers, welcher seine Drehmomentüberhöhung ändern kann, lässt sich der Zielkonflikt bei der Auslegung einer ABS/ESP-Hydraulikeinheit minimieren. So wird zum einen für die ABS-Funktion ein großer Druckgradient bei kleinem Volumenstrom gewünscht, was ein großes Motor-/Pumpenmoment bei geringer Drehzahl erfordert. Zum anderen werden für die Assistenzfunktion und Notbremsfunktionen hohe Volumenströmen bei geringem Gegendruck benötigt, was hohe Motordrehzahlen und geringes Motormoment erfordert. Daher wird der Elektromotor für die ESP-Pumpe so ausgelegt, dass er ein hohes Moment bei geringen Drehzahlen liefern kann und gleichzeitig eine möglichst hohe maximale Drehzahl erreichen kann. Durch die Auslegung auf ein hohes Motormoment des Elektromotors benötigt dieser entsprechend Bauraum und entsprechende Wicklungen, was zu einem schweren Bauteil führt.By introducing a hydrodynamic torque converter, which can change its excessive torque, the conflict of goals in the design of an ABS / ESP hydraulic unit can be minimized. On the one hand, a large pressure gradient with a small volume flow is desired for the ABS function, which requires a large motor / pump torque at a low speed. On the other hand, high volume flows with low back pressure are required for the assistance function and emergency braking functions, which requires high engine speeds and low engine torque. The electric motor for the ESP pump is therefore designed in such a way that it can deliver a high torque at low speeds and at the same time achieve the highest possible maximum speed. As the electric motor is designed for a high engine torque, it requires installation space and corresponding windings, which leads to a heavy component.

Die erfindungsgemäße Lösung erlaubt eine Anpassung der Drehmoment- und/oder Drehzahlanforderung an die jeweilige Situation des ESP und dessen Funktion. Ferner wird der Zielkonflikt bei der Auslegung der ESP-Funktionen und Anforderungen minimiert. Außerdem erlaubt die vorliegende Erfindung die Verwendung eines hochdrehenden Elektromotors, welcher dadurch leichter ausgeführt werden kann als ein Elektromotor mit einem hohen Drehmoment. Durch die geringere Drehmomentanforderung des Elektromotors ergibt sich eine kompaktere Bauweise. Im Getriebe ist ein Überlastschutz möglich; somit wird die ESP-Hydraulikeinheit vor unerlaubten Fehlbetätigungen mechanisch und vor einer unerwarteten Selbsthemmung geschützt. Der maximale Strombedarf für den Elektromotor wird minimiert. Ferner wird der Strombedarf für dasselbe Drehmoment ohne Übersetzung reduziert.The solution according to the invention allows the torque and / or speed requirement to be adapted to the particular situation of the ESP and its function. Furthermore, the conflict of objectives in the design of the ESP functions and requirements is minimized. In addition, the present invention allows the use of a high-speed electric motor, which can thereby be made easier than an electric motor with a high torque. The lower torque requirement of the electric motor results in a more compact design. Overload protection is possible in the gearbox; thus the ESP hydraulic unit is mechanically protected against unauthorized incorrect operation and against unexpected self-locking. The maximum power requirement for the electric motor is minimized. Furthermore, the power requirement for the same torque without a gear ratio is reduced.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.

Dabei zeigen:

1 eine schematische Ansicht einer ESP-Hydraulikeinheit mit einem hydrodynamischen Wandler,
2 ein schematisches Diagramm mit einem Drehmoment einer Exzenterwelle über einer Drehzahl in einem ABS-Betrieb und in einem AEB-Betrieb der ESP-Hydraulikeinheit,
3 eine schematische Ansicht einer optionalen Ausführungsform der ESP-Hydraulikeinheit, bei der der Drehmomentwandler schaltbar ausgeführt ist, und
4 ein schematisches Diagramm mit Wirkkennlinien des Drehmomentwandlers.

Show:

1 a schematic view of an ESP hydraulic unit with a hydrodynamic converter,
2 a schematic diagram with a torque of an eccentric shaft over a speed in an ABS mode and in an AEB mode of the ESP hydraulic unit,
3 a schematic view of an optional embodiment of the ESP hydraulic unit, in which the torque converter is designed to be switchable, and
4th a schematic diagram with operating characteristics of the torque converter.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided with the same reference symbols in all figures.

1 ist eine schematische Ansicht einer ESP-Hydraulikeinheit 1, umfassend einen Elektromotor 2, der über einen hydrodynamischen Drehmomentwandler 3 eine Exzenterwelle 4 antreibt, die wiederum mehrere Pumpenelemente 5 antreibt, beispielsweise Hubkolbenpumpen. 1 Figure 3 is a schematic view of an ESP hydraulic unit 1 , comprising an electric motor 2 that has a hydrodynamic torque converter 3 an eccentric shaft 4th which in turn drives several pump elements 5 drives, for example reciprocating pumps.

Für die ESP-Hydraulikeinheit 1 sind zwei Betriebsmodi vorgesehen, ABS-Betrieb (Antiblockiersystem) und AEB-Betrieb (automatische Notbremse).For the ESP hydraulic unit 1 two operating modes are provided, ABS operation (anti-lock braking system) and AEB operation (automatic emergency brake).

2 ist ein schematisches Diagramm, das in einem ersten Graphen G1 ein Drehmoment M der Exzenterwelle 4 über einer Drehzahl n im ABS-Betrieb zeigt. In einem zweiten Graphen G2 ist das Drehmoment M der Exzenterwelle 4 über der Drehzahl n im AEB-Betrieb gezeigt. 2 Fig. 3 is a schematic diagram that appears on a first graph G1 a torque M the Eccentric shaft 4th shows over a speed n in ABS operation. In a second graph G2 is the torque M of the eccentric shaft 4th shown over the speed n in AEB operation.

Im ABS-Betrieb muss die ESP-Hydraulikeinheit 1 gegen einen vom Fahrer aufgebauten Druck (Fahrervordruck), beispielsweise bis 200 bar und mehr, einen Niederdruckspeicher entleeren können. Dies erfordert ein hohes Drehmoment M einer Pumpe oder der Pumpenelemente 5.In ABS mode, the ESP hydraulic unit must 1 against a pressure built up by the driver (driver pre-pressure), for example up to 200 bar and more, can empty a low-pressure accumulator. This requires a high torque M of a pump or the pump elements 5 .

Im AEB-Betrieb muss die ESP-Hydraulikeinheit 1 einen sehr großen Volumenstrom zur Verfügung stellen, was eine hohe Drehzahl n erfordert.In AEB mode, the ESP hydraulic unit must 1 provide a very large volume flow, which requires a high speed n.

Daher ist zwischen dem Elektromotor 2 und der Exzenterwelle 4 der hydrodynamische Drehmomentwandler 3 angeordnet, welcher in einem Bereich niedriger Drehzahlen n eine Drehmomenterhöhung bewirkt und somit für den Lastfall ABS-Betrieb die oben genannten Anforderungen erfüllt, wobei der Elektromotor 2 für den AEB-Betrieb ausgelegt ist.Hence, between the electric motor 2 and the eccentric shaft 4th the hydrodynamic torque converter 3 arranged, which causes an increase in torque in a range of low speeds n and thus meets the above requirements for the load case ABS operation, the electric motor 2 is designed for AEB operation.

Der Drehmomentwandler 3 sorgt bei niedrigen Drehzahlen n für eine Drehmomenterhöhung, damit liegt an der Exzenterwelle 4 ein höheres Eingangsmoment an. Somit kann der Elektromotor 2 für hohe Drehzahlen n ausgelegt werden und erfüllt beide Auslegungs-Ziele.The torque converter 3 ensures a torque increase at low speeds n, which is due to the eccentric shaft 4th a higher input torque. Thus, the electric motor can 2 designed for high speeds n and fulfills both design goals.

3 ist eine schematische Ansicht einer optionalen Ausführungsform der ESP-Hydraulikeinheit 1, bei der der Drehmomentwandler 3 zur Reduzierung der Drehmassen und zur Verbesserung der Dynamik der ESP-Hydraulikeinheit 1 durch eine Kupplung 6 zwischen einem Pumpenrad 7 und einem Turbinenrad 8 schaltbar ausgeführt ist, sodass der Drehmomentwandler 3 nur bei Bedarf zugeschaltet wird. Im Kupplungsbereich, dem Bereich der Kupplung 6, die für eine 1:1-Übersetzung bei Betätigung sorgt, zeigt der Drehmomentwandler 3 einen geringeren Wirkungsgrad. 3 Figure 3 is a schematic view of an optional embodiment of the ESP hydraulic unit 1 where the torque converter 3 to reduce the rotating masses and to improve the dynamics of the ESP hydraulic unit 1 through a clutch 6th between an impeller 7th and a turbine wheel 8th is designed to be switchable, so that the torque converter 3 is only switched on when required. In the clutch area, the clutch area 6th , which provides a 1: 1 ratio when actuated, shows the torque converter 3 lower efficiency.

4 ist ein schematisches Diagramm mit Wirkkennlinien des Drehmomentwandlers 3. Dargestellt sind ein Wirkungsgrad η, ein Pumpenraddrehmoment M_p und ein Turbinenraddrehmoment M_T über einem Quotienten n_T/n_p aus einer Turbinenraddrehzahl n_T und einer Pumpenraddrehzahl np. Dabei sind das Pumpenraddrehmoment M_P und die Pumpenraddrehzahl np konstant. 4th Fig. 13 is a schematic diagram showing performance characteristics of the torque converter 3 . An efficiency η, a pump _{wheel torque M p} and a turbine wheel torque M _{T are shown} over a quotient n _T / n _p of a turbine wheel speed n _T and a pump wheel speed np. The pump wheel torque M _P and the pump wheel speed np are constant.

Durch die Gestaltung des Antriebs der Pumpenelemente 5 in der ESP-Hydraulikeinheit 1 mit einem Drehmomentwandler 3 zwischen dem Elektromotor 2 und der Exzenterwelle 4 wird im Kupplungsbereich das Ausgangsdrehmoment erhöht. Mit dieser Erhöhung des Drehmoments M kann die ESP-Hydraulikeinheit 1 im ABS-Betrieb gegen einen hohen Vordruck Volumen aus dem Niederdruckspeicher verschieben. Der Wirkungsgrad des Drehmomentwandlers 3 ist in diesem Bereich reduziert, für die Funktionalität der ESP-Hydraulikeinheit 1 ist das in diesem Bereich jedoch akzeptabel, da ein geringer Volumenstrom gestellt werden muss. Vorzugsweise kann der Drehmomentwandler 3 nach dem Föttinger-Prinzip ausgebildet sein, um eine maximale Drehmomentüberhöhung zu erzielen. Der Fluidhaushalt für den Drehmomentwandler 3 ist dabei getrennt von einem Bremsflüssigkeitshaushalt einer Bremsanlage ausgeführt. Somit sind keine Wechselwirkungen vorhanden und es kann eine Lebensfüllung für den hydrodynamischen Drehmomentwandler 3 verwendet werden.Through the design of the drive of the pump elements 5 in the ESP hydraulic unit 1 with a torque converter 3 between the electric motor 2 and the eccentric shaft 4th the output torque is increased in the clutch area. With this increase in torque M, the ESP hydraulic unit 1 In ABS operation, move the volume out of the low-pressure accumulator against a high pre-pressure. The efficiency of the torque converter 3 is reduced in this area for the functionality of the ESP hydraulic unit 1 However, this is acceptable in this area, since a low volume flow has to be provided. Preferably, the torque converter 3 be designed according to the Föttinger principle in order to achieve a maximum torque increase. The fluid balance for the torque converter 3 is carried out separately from a brake fluid balance of a brake system. Thus, there are no interactions and the hydrodynamic torque converter can be filled with life 3 be used.

Um die Anlaufdynamik der ESP-Hydraulikeinheit 1 für Manöver mit einem hohen Volumenstrombedarf zu verbessern, wird der hydrodynamische Drehmomentwandler 3 vorzugsweise mit einer zwischengeschalteten Kupplung 6 versehen. Hierdurch sind die rotierenden Massen geringer, entsprechend kann die ESP-Hydraulikeinheit 1 schneller einen Volumenstrom aufbauen.About the start-up dynamics of the ESP hydraulic unit 1 The hydrodynamic torque converter is used to improve maneuvers with a high volume flow requirement 3 preferably with an intermediate coupling 6th Mistake. As a result, the rotating masses are lower, and the ESP hydraulic unit can accordingly 1 build up a volume flow faster.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 10042378 A1 [0002]

Claims

ESP hydraulic unit (1), comprising an electric motor (2) and at least one reciprocating piston pump driven by the electric motor (2), characterized in that a hydrodynamic torque converter (3) is provided between the electric motor (2) and the reciprocating piston pump.

ESP hydraulic unit (1) Claim 1 , characterized in that the torque converter (3) comprises a clutch (6) between a pump wheel (7) and a turbine wheel (8) and is designed to be switchable in this way.

ESP hydraulic unit (1) after one of the Claims 1 or 2 , characterized in that the torque converter (3) is designed according to the Föttinger principle.

ESP hydraulic unit (1) according to one of the preceding claims, characterized in that a fluid supply for the torque converter (3) is designed separately from a brake fluid supply of a brake system.

Motor vehicle, comprising an ESP hydraulic unit (1) according to one of the preceding claims.