DE102021211175A1

DE102021211175A1 - Verfahren zum Betreiben eines Elektromotors, Förderpumpe, Kraftfahrzeug mit einer derartigen Förderpumpe, Computerprogramm und computerlesbares Medium

Info

Publication number: DE102021211175A1
Application number: DE102021211175.0A
Authority: DE
Inventors: Bjoern Bartholmai; Wolf Goetze; Klemens Kieninger; Matthias Fischer
Original assignee: Vitesco Technologies GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2021-10-04
Filing date: 2021-10-04
Publication date: 2023-04-06
Also published as: CN115929625A; US20230103970A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Elektromotors 3, der eine Verdrängerpumpenstufe 2 antreibt, um eine Flüssigkeit durch ein hydraulisches System zu fördern, um mindestens einen Verbraucher 10 mit der Flüssigkeit zu versorgen. Eine während der Förderung auftretende periodisch wiederkehrende Druckschwankung der Flüssigkeit wird zumindest teilweise kompensiert, indem die Rotationsgeschwindigkeit des Elektromotors 3 entsprechend der periodisch wiederkehrenden Druckschwankung manipuliert wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Förderpumpe 4, ein Kraftfahrzeug 1 mit einer derartigen Förderpumpe, ein Computerprogramm und ein computerlesbares Medium.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Elektromotors, der eine Verdrängerpumpenstufe antreibt, um eine Flüssigkeit durch ein hydraulisches System zu fördern, um mindestens einen Verbraucher mit der Flüssigkeit zu versorgen. Ferner betrifft die Erfindung eine Förderpumpe. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit mindestens einer derartigen Förderpumpe. Außerdem betrifft die Erfindung ein Computerprogramm sowie ein computerlesbares Medium.
Stand der Technik
Aufgrund von pulsierenden Druckschwankungen, die insbesondere durch Förderpumpen mit Verdrängerpumpenstufen hervorgerufen werden, kann es in einem hydraulischen System, in dem mittels der Verdrängerpumpenstufe eine Flüssigkeit gefördert wird, zu akustisch wahrnehmbaren Vibrationen kommen. Speziell, wenn die damit verbundenen unerwünschten Geräusche in einem hydraulischen System eines Kraftfahrzeugs hervorgerufen werden, führt dies zu einer Senkung des Fahrkomforts der Fahrzeuginsassen. Daher wird im Stand der Technik versucht bei der Entwicklung eines hydraulischen Systems, dieses derart zu dimensionieren und auszubilden, dass keinerlei Resonanzfrequenzen angeregt oder akustisch wahrnehmbare Schwingungen während dem Förderbetrieb auftreten. Dies ist jedoch mit einem erheblichen Aufwand verbunden, der sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass in jedem Fahrzeugmodell speziell dimensionierte hydraulische Systeme zum Einsatz kommen müssen, um die ungewollte Geräuschentwicklung zu vermeiden. Mit anderen Worten ist die Verwendung von identisch dimensionierten Bauteilen, wie Verdrängerpumpenstufen, Fluidleitungen, Ventilen usw. über mehrere Modellvarianten eines Fahrzeugs hinweg nicht durchgängig möglich, was die Kosten für ein solches hydraulisches System ansteigen lassen kann.
Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines Elektromotors zu schaffen, welches eine Anpassung des hydraulischen Systems zur Vermeidung von störenden Geräuschen, hervorgerufen durch Druckschwankungen im hydraulischen System, überflüssig macht. Ferner besteht eine weitere Aufgabe der Erfindung darin, ein kostengünstiges und unaufwändiges derartiges Verfahren zum Betreiben eines Elektromotors bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Förderpumpe, die ein derartiges Verfahren ausführen kann, bereitzustellen. Ferner besteht eine weitere Aufgabe darin, ein Kraftfahrzeug mit mindestens einer derartigen Förderpumpe bereitzustellen. Außerdem besteht eine weitere Aufgabe darin, ein Computerprogramm bereitzustellen. Darüber hinaus besteht eine weitere Aufgabe darin, ein computerlesbares Medium bereitzustellen.
Die Aufgaben hinsichtlich des Verfahrens werden durch ein eingangs genanntes Verfahren, das sich dadurch auszeichnet, dass eine während der Förderung auftretende periodisch wiederkehrende Druckschwankung der Flüssigkeit zumindest teilweise kompensiert wird, indem die Rotationsgeschwindigkeit des Elektromotors entsprechend der periodisch wiederkehrenden Druckschwankung manipuliert wird, gelöst. Damit ist es möglich, die Druckschwankungen der Flüssigkeit zumindest teilweise oder sogar annähernd vollständig zu kompensieren, ohne hierfür explizit das hydraulische System auslegen und dimensionieren zu müssen. Das hydraulische System umfasst insbesondere Flüssigkeitsleitungen, Druckregelventile, eine Verdrängerpumpenstufe und/oder einen mit der Flüssigkeit zu versorgenden Verbraucher. Insbesondere treibt der Elektromotor durch seine Rotation, insbesondere durch die Rotation seines Rotors, die Verdrängerpumpenstufe an. Mit anderen Worten ist die Rotationsgeschwindigkeit des Elektromotors proportional oder identisch zur Rotationsgeschwindigkeit der Verdrängerpumpenstufe. Die Flüssigkeitsleitungen sind beispielhaft aus einem Elastomer oder einem anderen elastischen Werkstoff ausgebildet. Bei dem Verbraucher handelt es sich beispielsweise um eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe, Einspritzdüsen, einen Verbrennungsmotor, einen Heizer für eine Standheizung, oder eine mit Kühlmittel oder mit Schmieröl zu versorgende Baugruppe für ein Kraftfahrzeug. Bei dieser Baugruppe kann es sich um einen Verbrennungsmotor, eine elektrische Antriebseinheit, z. B. eine elektrische Achse, oder um ein zu kühlendes Batteriegehäuse handeln.
Der Vorteil gegenüber einer konstruktiven Anpassung, mit anderen Worten gegenüber einer entsprechenden Auslegung und Dimensionierung, des hydraulischen Systems zur Vermeidung von unerwünschten akustischen Schwingungen und Geräuschen aufgrund von Druckschwankungen der geförderten Flüssigkeit ist, dass keinerlei konstruktive Anpassungen, die hohe Kosten mit jedem produzierten Fahrzeug erzeugen, notwendig sind. Auch können über verschiedene Modellvarianten hinweg Gleichteile des hydraulischen Systems genutzt werden, da durch das Verfahren sichergestellt wird, dass keinerlei unerwünschte Geräusche aufgrund von Druckschwankungen der geförderten Flüssigkeit auftreten oder die Geräuschentwicklung aufgrund von Druckschwankungen zumindest wahrnehmbar reduziert wird. Mit anderen Worten zeichnet sich die Erfindung durch ihren geringen Aufwand, ihre einfache Umsetzung und die damit verbundenen geringen Kosten aus.
Im Rahmen dieser Erfindung handelt es sich bei der Manipulierung der Rotationsgeschwindigkeit insbesondere um eine Manipulierung des Rotationsgeschwindigkeitsverlaufs. Es ist besonders zweckmäßig, wenn die Manipulierung der Rotationsgeschwindigkeitsverlaufs sich auf die Periode der periodisch wiederkehrenden Druckschwankung bezieht. Darüber hinaus ist mit der Druckschwankung insbesondere ein Druckschwankungsverlauf gemeint. Es ist besonders zweckmäßig, wenn der Druckschwankungsverlauf sich auf die Periode der periodisch wiederkehrende Druckschwankung bezieht.
Ferner ist insbesondere dadurch, dass die Rotationsgeschwindigkeit des Elektromotors entsprechend der periodisch wiederkehrenden Druckschwankung manipuliert wird, gemeint, dass die Rotationsgeschwindigkeit oder der Rotationsgeschwindigkeitsverlauf in Abhängigkeit der Druckschwankung oder des Druckschwankungsverlaufs derart beeinflusst wird, dass die periodisch wiederkehrenden Druckschwankung oder der Druckschwankungsverlauf gesenkt wird.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die Manipulation eine zumindest bereichsweise periodisch wiederkehrende Senkung und/oder Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit umfasst. Hierbei handelt es sich um eine besonders einfache Möglichkeit, um die Rotationsgeschwindigkeit zu manipulieren, da eine Senkung der Rotationsgeschwindigkeit zu einer Senkung und eine Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit zu einer Erhöhung des Drucks der geförderten Flüssigkeit führt. Auch ist es vorteilhaft, wenn die Periode der periodisch wiederkehrenden Senkung und/oder Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit sich von der Periode der während der Förderung auftretenden periodisch wiederkehrenden Druckschwankung der Flüssigkeit unterscheidet. Beispielsweise entspricht die Periode der sich während der Förderung auftretenden periodisch wiederkehrenden Druckschwankungen der Flüssigkeit einem Vielfachen der Periode der periodisch wiederkehrenden Senkung und/oder Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit. Es ist vorteilhaft, wenn sich die Senkung und/oder Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit auf einen Rotationswinkel beschränkt, der kleiner als eine ganze Rotorumdrehung, also 360°, ist. Insbesondere beträgt der Rotationswinkel, auf den sich die Senkung und/oder Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit beschränkt 60° oder weniger. Auch ist es bevorzugt, wenn die, über die Periode der periodisch wiederkehrenden Senkung und/oder Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit, gemittelte Rotationsgeschwindigkeit konstant ist. Alternativ ist es möglich, dass die, über die Periode der sich während der Förderung auftretenden periodisch wiederkehrenden Druckschwankungen der Flüssigkeit, gemittelte Rotationsgeschwindigkeit konstant ist.
Mit anderen Worten führt die Senkung oder die Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit nicht zu einer Senkung oder Erhöhung der über der Periode, der periodisch wiederkehrenden Senkung und/oder Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit, gemittelten Rotationsgeschwindigkeit oder nicht zu einer Senkung oder Erhöhung der über der Periode der periodisch wiederkehrenden Druckschwankung gemittelten Rotationsgeschwindigkeit. Das wird insbesondere dadurch realisiert, dass innerhalb einer Periode der periodisch wiederkehrenden Senkung und/oder Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit auf eine Senkung der Rotationsgeschwindigkeit unmittelbar oder zeitversetzt eine Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit folgt. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass auf eine Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit unmittelbar oder zeitversetzt eine Senkung der Rotationsgeschwindigkeit folgt. Hierbei ist der Betrag und/oder die Wirkdauer der Erhöhung oder der Senkung der Rotationsgeschwindigkeit derart gewählt, dass gemittelt über die Periode der periodisch wiederkehrenden Druckschwankung die zeitweise Senkung oder Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit kompensiert wird.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt, der Zeitabschnitt und/oder der Betrag der Manipulation der Rotationsgeschwindigkeit durch die periodisch wiederkehrende Druckschwankung der Flüssigkeit bestimmt wird. Mit anderen Worten bestimmt die periodisch wiederkehrende Druckschwankungen der Flüssigkeit, wann, wie lange und wie sehr die Rotationsgeschwindigkeit manipuliert wird. In dem sich die Manipulation der Rotationsgeschwindigkeit an der periodisch wiederkehrenden Druckschwankungen Flüssigkeit ausrichtet, wird sichergestellt, dass die Manipulation der Rotationsgeschwindigkeit die periodisch wiederkehrende Druckschwankung der Flüssigkeit beeinflusst, und zwar derart, dass die periodisch wiederkehrende Druckschwankungen der Flüssigkeit reduziert wird.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt, der Zeitabschnitt und/oder der Betrag der Manipulation der Rotationsgeschwindigkeit durch mindestens einen Drucksensor, insbesondere durch einen durch den Drucksensor gemessenen Druckwert oder Druckwertverlauf, vorgegeben wird, der die periodisch wiederkehrende Druckschwankung der Flüssigkeit am Ausgang der Verdrängerpumpenstufe, im hydraulisches System und/oder an dem Verbraucher ermittelt. Mit anderen Worten handelt es sich um eine Druckregelung, mit der sich die periodisch wiederkehrenden Druckschwankungen der Flüssigkeit zumindest teilweise kompensieren lassen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Betrag der Manipulation der Rotationsgeschwindigkeit vom Betrag der Druckschwankung der Flüssigkeit abhängig ist.
Die periodisch wiederkehrenden Druckschwankungen der Flüssigkeit werden insbesondere durch die Verdrängerpumpenstufe, das hydraulisches System und/oder dem Verbraucher hervorgerufen, weshalb es besonders zweckmäßig ist, den Drucksensor dort anzuordnen, wo die Druckschwankungen der Flüssigkeit ihren Ursprung hat. Auch ist es vorteilhaft, wenn ein bereits bestehender Drucksensor für die Druckregelung verwendet wird. Beispielsweise sind solche Drucksensoren im Common-Rail und/oder in Strömungsrichtung hinter einer Kraftstoffhochdruckpumpe angeordnet, um mittels des dort herrschenden Kraftstoffdrucks ein dazugehöriges Kraftstoffeinspritzsystem zu betreiben.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt, der Zeitabschnitt und/oder der Betrag der Manipulation der Rotationsgeschwindigkeit durch ein Kennfeld vorgegeben wird. Auf diese Weise kann auf einen Drucksensor, insbesondere auf einen dedizierten Drucksensor, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verzichtet werden, was die Kosten und den Aufwand, insbesondere den Montageaufwand, erheblich senkt. Das Kennfeld wird bevorzugterweise experimentell durch einen Versuchsaufbau, der den Elektromotor, die Verdrängerpumpenstufe, das hydraulische System und den Verbraucher umfasst, ermittelt und anschließend in einem Steuergerät abgelegt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Kennfeld den Zeitpunkt, den Zeitabschnitt und/oder den Betrag der Manipulation der Rotationsgeschwindigkeit in Abhängigkeit mindestens einer Variable wiedergibt. Eine dieser Variablen ist vorteilhafterweise der Volumenförderstrom der Verdrängerpumpenstufe, der abhängig von der Rotationsgeschwindigkeit ist. Auch ist es vorteilhaft, wenn eine weitere Variable dem Förderdruck, ermittelt durch eine Stromstärke mit der eine Statorwicklung des Stators mit elektrischer Energie versorgt wird, entspricht. Mit anderen Worten ist es möglich, dass das Kennfeld als Kennfeld, insbesondere als mehrdimensionales Kennfeld ausgebildet ist. Ein weiterer Vorteil der Verwendung eines Kennfeld gegenüber der Verwendung eines Drucksensors ist, dass bei der Verwendung eines Kennfeld die Systemkomplexität und damit die Kosten deutlich abnehmen.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die Manipulation der Rotationsgeschwindigkeit durch eine Manipulation mindestens einer Phasenspannung und/oder mindestens eines Phasenstroms erfolgt, durch die oder den der Elektromotor angetrieben wird. Auf diese Art ist es besonders einfach möglich die Rotationsgeschwindigkeit des Elektromotors zu manipulieren, ohne hierfür beispielsweise externe zusätzliche Bauteile aufwenden zu müssen. Im Fall der Manipulation der Phasenspannungen ist es möglich, dass die Manipulation durch eine Veränderung der Spannungsfrequenz und/oder des Betrags der Spannung erfolgt. Die Spannungsfrequenz ist insbesondere bei permanenterregten Synchronmaschinen proportional zur Rotationsgeschwindigkeit des Elektromotors, was bedeutet, dass mittels der Spannungsfrequenz der Fördervolumenstrom der Pumpenstufe beeinflussbar ist. Bei konstanter Rotationsgeschwindigkeit ist die Stromstärke bei einer permanenterregten Synchronmaschine, die eine Pumpenstufe, insbesondere eine Verdrängerpumpenstufe, antreibt proportional zum erzeugten Druck der Verdrängerpumpenstufe.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die Manipulation der mindestens einen Phasenspannung durch eine Überlagerung der mindestens einen Phasenspannung mittels einer Kompensationsspannung erfolgt und/oder dass die Manipulation des mindestens einen Phasenstroms durch eine Überlagerung des mindestens einen Phasenstroms mittels eines Kompensationsstroms erfolgt. Durch eine derartige Überlagerung ergibt sich auf sehr einfache Art und Weise eine resultierende Phasenspannungen oder einer resultierender Phasenstrom aus dem sich die gewünschte Manipulierung der Rotorgeschwindigkeit ergibt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Verlauf der Kompensationsspannung zu einem Verlauf der mindestens einen Phasenspannung in Bezug auf eine elektrische Periode phasenverschoben ist und/oder dass ein Verlauf des Kompensationsstroms zu einem Verlauf des mindestens einen Phasenstroms in Bezug auf eine elektrische Periode phasenverschoben ist. Durch eine derartige Phasenverschiebung kann sichergestellt werden, dass die Manipulation der Rotorgeschwindigkeit im hydraulischen System, zu einer Senkung der Druckschwankungen der Flüssigkeit im hydraulischen System führt. Dadurch wird sichergestellt, dass eine resultierende Phasenspannung oder ein resultierender Phasenstrom zu einer Manipulation der Rotorgeschwindigkeit führt, die eine Senkung der Druckschwankung der Flüssigkeit im hydraulischen System zur Folge hat.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor als permanenterregte Synchronmaschine ausgebildet ist. Durch die Verwendung des Verfahrens mit einem Elektromotor, der als permanenterregte Synchronmaschine ausgebildet ist, vereinfacht sich die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bedeutend. So kann beispielsweise die Information über die Rotorlage, die bei einer derartigen permanenterregten Synchronmaschine vorliegt, dazu genutzt werden, um die Rotorgeschwindigkeit gezielt in Abhängigkeit der Rotorlage zu manipulieren. Auf diese Weise wird eine verbesserte Kompensation der Druckschwankung der Flüssigkeit erzielt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor mittels Blockkommutierung betrieben wird und dass mindestens eine Phasenspannung einer Leitphase der Blockkommutierung gesenkt oder erhöht wird. Durch die Verwendung einer Blockkommutierung ergibt sich nicht nur ein relativ günstiges Verfahren zum Betrieb des Elektromotors, sondern auch eine sehr einfache Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens indem lediglich eine Phasenspannung mindestens einer Leitphase der Blockkommutierung erhöht oder gesenkt wird.
Alternativ zur Blockkommutierung ist es möglich, dass der Elektromotor mittels Field Oriented Control, FOC, also mittels Vektorregelung, betrieben wird. Dadurch ist eine genauere Regelung und ein damit einhergehender akustisch ruhigerer Betrieb denkbar.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Phasenspannung einer Leitphase der Blockkommutierung durch Multiplikation mit einem Kompensationsfaktor aus einem Kennfeld manipuliert wird. Eine derartige Multiplikation hat den Vorteil, dass eine prozentuale Senkung oder Erhöhung der Rotorgeschwindigkeit in Abhängigkeit einer Variable erfolgen kann. Gleichzeitig ist hierfür verhältnismäßig wenig Speicherplatz und wenig Rechenleistung notwendig. Bevorzugterweise liegen für die Phasenspannungen der Leitphasen der Blockkommutierung mehrere Kompensationsfaktoren vor. Besonders zweckmäßig ist es, wenn der jeweilige verwendete Kompensationsfaktor abhängig von der Temperatur und/oder dem Druck der zu fördernden Flüssigkeit ist. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass der jeweilige verwendete Kompensationsfaktor von der Rotationsgeschwindigkeit abhängig ist.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Phasenspannung einer Leitphase der Blockkommutierung durch Addition oder Subtraktion mit einem Kompensationswert aus einem Kennfeld manipuliert wird. Hierbei handelt es sich um eine Ergänzung oder eine alternative zur Multiplikation mittels eines Kompensationsfaktors.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass eine eingesparte elektrische Energie, die sich aus der Absenkung der Rotationsgeschwindigkeit im Verhältnis zu einer konstanten Rotationsgeschwindigkeit ergibt, insbesondere im Wesentlichen, eine zusätzlich aufgewendete elektrische Energie, die sich aus der Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit im Verhältnis zu einer konstanten Rotationsgeschwindigkeit ergibt, ausgleicht. Eine derartige Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht eine äußerst energiesparende Nutzung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Eine derartiger Ausgleich der elektrischen Energie bezieht sich insbesondere auch die Periode der periodische wiederkehrenden Druckschwankung.
Die Aufgabe bezüglich der Bereitstellung einer Förderpumpe wird dadurch gelöst, dass eine Förderpumpe mit einer Verdrängerpumpenstufe, einem Elektromotor zum Antrieb der Verdrängerpumpenstufe, einem Steuergerät zum Betreiben des Elektromotors und Mittel, die geeignet sind, die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, bereitgestellt wird. Besonders vorteilhaft ist es, wenn es sich bei der Verdrängerpumpenstufe um eine Gerotor-Pumpenstufe handelt. Alternativ handelt es sich bei der Verdrängerpumpenstufe um eine Schraubenspindelpumpe. Ferner ist es vorteilhaft, wenn es sich bei dem Elektromotor um eine permanenterregte Synchronmaschine handelt. Bei dem Steuergerät handelt es sich vorzugsweise um ein dediziertes Steuergerät zum Betreiben des Elektromotors. Alternativ hierzu ist es denkbar, dass es sich bei dem Steuergerät um ein Motorsteuergerät zum Betrieb eines Verbrennungsmotors handelt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die Förderpumpe als Kühlmittelpumpe, als Kraftstoffpumpe oder als Ölpumpe ausgebildet ist. Entsprechend ihrer Ausbildung ist die Verdrängerpumpe gegenüber einem zu fördernden Kühlmittel, Kraftstoff oder Öl beständig.
Die Aufgabe bezüglich der Bereitstellung eine Kraftfahrzeugs wird dadurch gelöst, dass ein Kraftfahrzeug mit mindestens einer erfindungsgemäßen Förderpumpe bereitgestellt wird.
Die Aufgabe bezüglich der Bereitstellung eines Computerprogramms wird dadurch gelöst, dass ein Computerprogramm, umfassend Befehle, die bewirken, dass die erfindungsgemäße Förderpumpe die Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausführt, bereitgestellt wird.
Die Aufgabe bezüglich der Bereitstellung eines Computerprogramms wird dadurch gelöst, dass ein computerlesbares Medium, auf dem das erfindungsgemäße Computerprogramm gespeichert ist, bereitgestellt wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung beschrieben.
Figurenliste
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

1a ein erstes erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug,
1b eine weitere Variante eines erfindungsmäßen Kraftfahrzeugs,
2a ein Verfahren aus dem Stand der Technik,
2b eine erste Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2c eine zweiter Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens,
3 eine Manipulation der Rotationsgeschwindigkeit gemäß der zweiten Variante des Verfahrens,
4a frequenzabhängige Druckschwankungen, und
4b eine Senkung frequenzabhängiger Druckschwankungen mittels der zweiten Variante des Verfahrens.

Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Die 1a zeigt ein Kraftfahrzeug 1 mit einer erfindungsmäßen Förderpumpe 4, wobei die Förderpumpe 4 eine Verdrängerpumpenstufe 2 und einen Elektromotor 3 zum Antrieb der Verdrängerpumpenstufe 2 aufweist. Ein Steuergerät 5 zum Betreiben des Elektromotors 3 ist mit dem Elektromotor 3 verbunden. Die Förderpumpe 4 ist als Kraftstoffpumpe ausgebildet, die in einem Kraftstofftank 6 angeordnet ist. Der Elektromotor 3 ist als permanenterregte Synchronmaschine ausgebildet, während die Verdrängerpumpenstufe 2 als Gerotor-Pumpenstufe ausgebildet ist. Mittels der Förderpumpe 4 ist Kraftstoff durch eine Kraftstoffleitung 7 aus dem Kraftstofftank 6 zu einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe 8, von dort aus zu einem Einspritzungssystem 9 und von dort aus zu einem Verbrennungsmotor 10 förderbar. Aufgrund der Elastizität der Kraftstoffleitung 7, dem pulsierenden Betrieb des Einsturzsystems 9, der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 8 und der Verdrängerpumpenstufe 2 kommt es während des Betriebs der Förderpumpe 4 zu periodisch wiederkehrenden Druckschwankungen des geförderten Kraftstoffs. Das erfindungsgemäße Verfahren, welches als Computerprogramm, welches Befehle umfasst, welche bewirken, dass die Förderpumpe 4 das erfindungsgemäße Verfahren ausführt, ist dem Steuergerät 5 abgespeichert. Die periodisch wiederkehrenden Druckschwankungen lassen sich durch das erfindungsgemäße Verfahren zumindest reduziert. In 1 a ist die Ausführung ohne die Verwendung eines Drucksensors dargestellt, was bedeutet, dass das erfindungsgemäße Verfahren mithilfe eines zuvor auf einem Prüfstand ermittelten Kennfelds implementiert ist.
Die 1b unterscheidet sich von der 1a dadurch, dass ein Drucksensor 11 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens genutzt wird. Der Drucksensor 11 misst den Kraftstoffdruck stromabwärts der Kraftstoff-Hochdruckpumpe 8 und stromaufwärts des Einspritzsystems 9. Das gemessene Kraftstoffdrucksignal, aus dem sich Informationen über die periodisch wiederkehrende Druckschwankungen des Kraftstoffs ermitteln lassen, wird über die Signalleitung 12 an das Steuergerät 5 weitergeleitet und für das erfindungsgemäße Verfahren verwendet. Mit anderen Worten ist in dieser Variante kein zuvor auf einem Prüfstand ermitteltes Kennfeld zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens notwendig.
In 2a ist ein Verfahren aus dem Stand der Technik zum Betrieb einer Förderpumpe, die einen Elektromotor und eine Verdrängerpumpenstufe, die durch den Elektromotor angetrieben wird, umfasst, dargestellt. Es wird eine Rotationsgeschwindigkeit 13 beispielsweise durch einen mit Kraftstoff zu versorgenden Verbrennungsmotor angefordert. Diese angeforderte Rotationsgeschwindigkeit 13 entspricht der unmanipulierten Rotationsgeschwindigkeit 15a, weshalb Druckschwankungen im hydraulischen System auftreten können.
2b zeigt eine erste Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens. Wie im Verfahren in 2a wird eine Rotationsgeschwindigkeit 13 angefordert. Diese Rotationsgeschwindigkeit 13 wird jedoch mittels einer Druckschwankungskompensationsregelung 17 in eine manipulierte Rotationsgeschwindigkeit 15b verändert. Die Druckschwankungskompensationsregelung 17 erfolgt mittels einer Druckverlaufsmessung 16, die beispielsweise durch einen Drucksensor, wie er in der 1b dargestellt ist, durchgeführt werden kann. Hierdurch ist es möglich die periodisch wiederkehrenden Druckschwankungen im hydraulischen System zu ermitteln und für die Druckschwankungskompensationsregelung 17, also für die Manipulation der Rotationsgeschwindigkeit zu nutzen, was zu der manipulierten Rotationsgeschwindigkeit 15b führt, was eine Senkung der periodische wiederkehrenden Druckschwankungen im hydraulischen System zur Folge hat.
Das in 2c dargestellte Verfahren entspricht einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens. Es unterscheidet sich insbesondere vom in der 2b dargestellten Verfahren dadurch, dass auf eine Druckschwankungskompensationsregelung verzichtet wird, was es ermöglicht den in der 1a dargestellten Aufbau zu verwenden, da hierbei auf die Druckmessung mittels eines Drucksensors verzichtet wird. Dies führt nicht nur zu einem einfacheren und kostengünstigeren Aufbau, sondern benötigt, im Fall, dass das hier dargestellte Verfahren in ein vorhandenes Steuergerät zum Betrieb der Förderpumpe implementiert wird, weniger Rechenleistung als das Verfahren, welches in der 2b dargestellt ist. Es wird bei dem hier dargestellten Verfahren, wie bereits in den Verfahren aus den 2a und 2b, eine Rotationsgeschwindigkeit 13 angefordert, die jedoch im Unterschied zu dem Verfahren aus der 2b mittels eines zuvor experimentell ermittelten Kennfelds 14 zu der manipulierten Rotationsgeschwindigkeit 15b verändert wird, was periodisch wiederkehrende Druckschwankungen im hydraulischen System gegenüber dem Verfahren aus 2a senkt.
In 3 ist eine spezielle Ausführung der Manipulation der Rotationsgeschwindigkeit mittels eines Kennfelds dargestellt, wie sie bei einem exemplarischen Betrieb mittels Blockkommutierung verwendet werden kann. Das Kennfeld, das der Manipulation der Rotationsgeschwindigkeit in 2c zugrunde liegt, weist zuvor experimentell ermittelte Kompensationsfaktoren auf, die rotorlageabhängig mit dem jeweiligen üblichen Stellgrößenverlauf 18a für die angeforderte Soll-Rotationsgeschwindigkeit multipliziert werden, was je nach Rotorlage zu einem abschnittsweisen gesenkten Stellgrößenverlauf 18b, einem abschnittsweisen erhöhten Stellgrößenverlauf 18c oder einem abschnittsweisen unveränderten Stellgrößenverlauf 18d gegenüber dem jeweiligen üblichen Stellgrößenverlauf 18a führen kann. Beim jeweiligen Stellgrößenverlauf 18a, 18b, 18c, 18d handelt es sich jeweils um die Phasenspannungen einer Leitphase bei Betrieb mittels Blockkommutierung.
4a zeigt frequenzabhängige Druckschwankungen eines hydraulischen Systems, ohne Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Deutlich zu erkennen ist eine frequenzabhängige Druckspitze 19a, die im hydraulischen System bei einer Frequenz 2. Ordnung auftritt.
4b zeigt eine Senkung frequenzabhängiger Druckschwankungen im gleichen hydraulischen System aus 4a mittels des zweiten Verfahrens, wie es in der 2c dargestellt ist. Dies hat zur Folge, dass die frequenzabhängige Druckspitze, wie sie in der 4a dargestellt ist zu einer gesenkten frequenzabhängigen Druckspitze 19b wird.
Die Ausführungsbeispiele der 1a bis 4b weisen insbesondere keinen beschränkenden Charakter auf und dienen der Verdeutlichung des Erfindungsgedankens. Die unterschiedlichen Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele können beliebig untereinander kombiniert werden.
Bezugszeichenliste

1: Kraftfahrzeug
2: Verdrängerpumpenstufe
3: Elektromotor
4: Förderpumpe
5: Steuergerät
6: Kraftstofftank
7: Kraftstoffleitung
8: Kraftstoff-Hochdruckpumpe
9: Einspritzsystem
10: Verbrennungsmotor
11: Drucksensor
12: Signalleitung
13: Rotationsgeschwindigkeit
14: Kennfeld
15a: unmanipulierte Rotationsgeschwindigkeit
15b: manipulierte Rotationsgeschwindigkeit
16: Druckverlaufsmessung
17: Druckschwankungskompensationsregelung
18a: üblicher Stellgrößenverlauf
18b: gesenkter Stellgrößenverlauf
18c: erhöhter Stellgrößenverlauf
18d: unveränderter Stellgrößenverlauf
19a: frequenzabhängige Druckspitze
19b: gesenkte frequenzabhängige Druckspitze

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Elektromotors (3), der eine Verdrängerpumpenstufe (2) antreibt, um eine Flüssigkeit durch ein hydraulisches System zu fördern, um mindestens einen Verbraucher (10) mit der Flüssigkeit zu versorgen, dadurch gekennzeichnet, dass eine während der Förderung auftretende periodisch wiederkehrende Druckschwankung der Flüssigkeit zumindest teilweise kompensiert wird, indem die Rotationsgeschwindigkeit des Elektromotors (3) entsprechend der periodisch wiederkehrenden Druckschwankung manipuliert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Manipulation eine periodisch wiederkehrende Senkung und/oder Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit umfasst.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt, der Zeitabschnitt und/oder der Betrag der Manipulation der Rotationsgeschwindigkeit durch die periodisch wiederkehrende Druckschwankung der Flüssigkeit bestimmt wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt, der Zeitabschnitt und/oder der Betrag der Manipulation der Rotationsgeschwindigkeit durch mindestens einen Drucksensor (11) vorgegeben wird, der die periodisch wiederkehrende Druckschwankung der Flüssigkeit am Ausgang der Verdrängerpumpenstufe, im hydraulisches System und/oder an dem Verbraucher ermittelt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt, der Zeitabschnitt und/oder der Betrag der Manipulation der Rotationsgeschwindigkeit durch ein Kennfeld (5) vorgegeben wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Manipulation der Rotationsgeschwindigkeit durch eine Manipulation mindestens einer Phasenspannung und/oder mindestens eines Phasenstroms erfolgt, durch die bzw. den der Elektromotor (3) angetrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Manipulation der mindestens einen Phasenspannung durch eine Überlagerung der mindestens einen Phasenspannung mittels einer Kompensationsspannung erfolgt und/oder dass die Manipulation des mindestens einen Phasenstroms durch eine Überlagerung des mindestens einen Phasenstroms mittels eines Kompensationsstroms erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verlauf der Kompensationsspannung zu einem Verlauf der mindestens einen Phasenspannung in Bezug auf eine elektrische Periode phasenverschoben ist und/oder dass ein Verlauf des Kompensationsstroms zu einem Verlauf des mindestens einen Phasenstroms in Bezug auf eine elektrische Periode phasenverschoben ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (3) als permanenterregte Synchronmaschine ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (3) mittels Blockkommutierung betrieben wird und dass mindestens eine Phasenspannung einer Leitphase der Blockkommutierung gesenkt oder erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Phasenspannung einer Leitphase der Blockkommutierung durch Multiplikation mit einem Kompensationsfaktor aus einem Kennfeld (5) manipuliert wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Phasenspannung einer Leitphase der Blockkommutierung durch Addition oder Subtraktion mit einem Kompensationswert aus einem Kennfeld (5) manipuliert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine eingesparte elektrische Energie, die sich aus der Absenkung der Rotationsgeschwindigkeit im Verhältnis zu einer konstanten Rotationsgeschwindigkeit ergibt, im Wesentlichen eine zusätzlich aufgewendete elektrische Energie, die sich aus der Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit im Verhältnis zu einer konstanten Rotationsgeschwindigkeit ergibt, ausgleicht.
Förderpumpe (4) mit einer Verdrängerpumpenstufe (2), einem Elektromotor (3) zum Antrieb der Verdrängerpumpenstufe (2), einem Steuergerät (5) zum Betreiben des Elektromotors (3) und Mittel, die geeignet sind, die Schritte des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.
Förderpumpe (4) gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderpumpe (4) als Kühlmittelpumpe, als Kraftstoffpumpe oder als Ölpumpe ausgebildet ist.
Kraftfahrzeug (1) mit mindestens einer Förderpumpe (4) gemäß Anspruch 14 oder 15.
Computerprogramm, umfassend Befehle, die bewirken, dass eine der Vorrichtungen (1, 4) der Ansprüche 14 bis 16 die Verfahrensschritte nach einem der Ansprüche 1 bis 13 ausführt.
Computerlesbares Medium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 17 gespeichert ist.