DE602004005153T2

DE602004005153T2 - Verfahren und Kreislauf zum Regeln des Massenstroms des Hydrauliköls im Bremskühlsystem eines Fahrzeuges

Info

Publication number: DE602004005153T2
Application number: DE602004005153T
Authority: DE
Inventors: Claudio Catalano
Original assignee: Astra Veicoli Industriali SpA
Current assignee: Astra Veicoli Industriali SpA
Priority date: 2004-02-09
Filing date: 2004-12-17
Publication date: 2007-12-13
Anticipated expiration: 2024-12-18
Also published as: EP1561963A1; ITMI20040197A1; DE602004005153D1; CN1654254A; US7513343B2; ATE356305T1; EP1561963B1; US20050173975A1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf eine Schaltung zum Steuern des Massenflusses des Hydrauliköls in dem Bremsenkühlsystem eines Fahrzeugs. Eine solche Schaltung ist z. B. aus US 4.440.272 A bekannt.
Einige Fahrzeugtypen, insbesondere, aber nicht ausschließlich, Industrie- oder Nutzfahrzeuge, müssen unter äußerst niedrigen Außentemperaturen arbeiten, wo sie außerdem beträchtliche Zeitdauern mit ausgeschalteter Maschine geparkt werden können; dies kann z. B. in arktischen Umgebungen oder überall dort, wo die Temperatur nachts deutlich unter null fällt, der Fall sein. Wenn diese Fahrzeuge unter diesen Bedingungen (wieder) gestartet werden, dauert es, insbesondere hinsichtlich der Temperatur der Fluide wie etwa des Maschinenkühlwassers, des Maschinenschmieröls, des Getriebeöls und des Öls des Bremsenkühlsystems in Fahrzeugen, die mit Ölbremsen ausgestattet sind, lange Zeit, bis sie den stationären Zustand erreichen.
Wo in einigen industriellen Anwendungen die verursachten Kosten besonders hoch sind und die Fahrzeuge unter äußerst rauen Umweltbedingungen arbeiten müssen, ist das Bremssystem in einem abgedichteten Ölbad untergebracht, um hohe Bremsdrehmomente sicherzustellen, während die Nutzungsdauer des Fahrzeugs verbessert wird.
Durch die Bremskammern können in verschiedenen Kreisen zwei Fluide fließen:

– das Bremsenfluid, das unter hohem Druck, bis zu und über 100 bar, fließt;
– das Bremsenkühlöl, das von dem Bremsenfluid getrennt ist und im Idealfall minimale Gegendruckpegel (üblicherweise zwischen 2 und 6 bar) erfordert, die stark durch die Betriebstemperatur beeinflusst werden. Der Gegendruck-Schwellenwert hängt vom Typ der verwendeten Dichtung ab und verhindert das Risiko der Querverunreinigung zwischen den zwei Ölen. Unter normalen Arbeitsbedingungen mit einer Öltemperatur von näherungsweise 80 °C ist es leicht, die niedrigen Gegendruckpegel aufrechtzuerhalten, während dies unter Kaltstartbedingungen bei Außentemperaturen von weniger als 5 °C wegen der erheblichen Zunahme der Viskosität des Öls zu einem größeren Problem wird.

Um diesen Nachteil zu überwinden, muss der Massenstrom des Kühlöls verringert werden, bis sich dieses ausreichend erwärmt hat. Während dieser Zeit sind die Bremsen nicht vollständig funktional, da nur ein Teil des Öls für die Umwälzung zur Verfügung steht. Eine übermäßige Verwendung der Bremsen könnte in dieser Phase zu einer irreversiblen Beschädigung führen.
Somit besteht die Notwendigkeit, das Verfahren zum Steuern des Ölmassenflusses während der Zeit, die das Hydrauliköl in dem Bremsenkühlsystem zum Erwärmen benötigt, zu optimieren, um die Zuverlässigkeit und die Sicherheit zu erhöhen.
Die Aufgabe dieser Erfindung ist die Überwindung aller oben beschriebenen Nachteile mit einem Verfahren und mit einer Schaltung zum Steuern des Massenflusses des Hydrauliköls in dem Bremsenkühlsystem eines Fahrzeugs durch geeignetes Einstellen des Massenflusses des Hydrauliköls in dem Bremsenkühlsystem, insbesondere unter Kaltstartbedingungen bei niedrigen Außentemperaturen und kaltem Hydrauliköl.
Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern des Massenstroms des Hydrauliköls in dem Bremsenkühlsystem eines Fahrzeugs, das durch die Tatsache charakterisiert ist, dass es grundsätzlich aus den folgenden Schritten besteht:

– Liefern des Hydrauliköls an ein Dosierventil (VP) mit einem konstanten Massenstrom;
– gesteuertes Aufteilen des Massenstroms des aus dem Dosierventil (VP) kommenden und zu dem Hydraulikbremsenkühlkreis gerichteten Hydrauliköls, das dadurch erzielt wird, dass die Öltemperatur in dem Hydraulikkreis und die Temperatur eines Maschinenkühlmittels gesteuert werden, um zu vermeiden, dass ein maximaler Öldruckwert in dem genannten Hydraulikkreis überschritten wird.

Außerdem bezieht sich diese Erfindung auf eine Schaltung zum Steuern des Massenstroms des Hydrauliköls in dem Bremsenkühlsystem eines Fahrzeugs, wie sie umfassender in den Ansprüchen beschrieben ist, die ein integraler Bestandteil dieser Beschreibung sind.
Die Aufgaben und Vorteile dieser Erfindung werden deutlich aus der folgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und der diesbezüglichen alternativen Ausführungsformen und aus der hier beigefügten Zeichnung, die lediglich veranschaulichend und nicht einschränkend ist.
1 ist ein Schaltungsblockschaltplan einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens in Übereinstimmung mit dieser Erfindung.
Anhand von 1 ist das Fahrzeug mit einem Hydraulikölbehälter irgendeines bekannten Typs ausgestattet, der in der Zeichnung schematisch veranschaulicht ist und mit SO bezeichnet ist.
Eine durch die Maschine des Fahrzeugs betriebene Pumpe PM mit festem Massenfluss saugt das Öl aus dem Behälter SO an und liefert dieses Öl unabhängig von der Anzahl der Maschinenumdrehungen mit einem konstanten Massenfluss Q_COST. Die Pumpe kann von einem bekannten Typ sein, z. B. von dem Typ, der in dem Servolenkungskreis verwendet wird. Diese Pumpe ist mittels eines Flanschs an der Maschine angebracht: Die Anzahl der Umdrehungen ändert sich in Übereinstimmung mit den Maschinenumdrehungen, während der Massenfluss konstant bleibt.
Die Pumpe PM liefert das Hydrauliköl an ein Dosierventil VP, das den konstanten Eingangsmassenfluss Q_COST in einen Teil Q1, der durch den Kreis weiterfließt, und in einen weiteren Teil Q2, der zu dem Behälter zurückkehrt, aufteilt, sodass Q_COST = Q1 + Q2 ist.
Das Dosierventil VP kann von einem bekannten Typ, z. B. von dem Typ, der in Hydraulikgebläseantrieben verwendet wird, um den Öldurchfluss gemäß der erforderlichen Gebläsedrehzahl zu steuern, sein.
Das Dosierventil VP wird durch eine elektronische Steuereinheit CNT, z. B. durch den sogenannten Karosseriecomputer, der ebenfalls die Fahrzeugmaschinen- und Fahrzeuggetriebefunktionen koordiniert, gesteuert. Die Steuereinheit betreibt das Ventil mittels eines Ventilansteuerstroms IP, der proportional zu dem Liefermassenstrom Q1 ist.
Das Hydrauliköl, das das Dosierventil VP verlässt, wird einem Hydraulikmotor MI zugeführt, der aus einer motorgetriebenen Pumpe BL besteht, die eine bestimmte Anzahl von Hydraulikpumpen (in diesem Beispiel zwei, PI1, PI2) betreibt. Die Drehzahl dieses Motors hängt von dem durch das Ventil VP gesteuerten Eingangsmassenfluss Q1 ab. Auf diese Weise ist es möglich, die Drehzahl und den durch die Pumpen P1, P2, die den Bremsenhydraulikölkreis versorgen, gelieferten Massenfluss zu steuern.
Falls der Bremsenkreis in Abschnitte geteilt ist, gibt es für jeden Abschnitt, z. B. für einen Abschnitt für die Vorderräder des Fahrzeugs und für einen Abschnitt für die Hinterräder, eine Pumpe. Die Anzahl der Achsen kann ebenfalls variieren, wobei ein Fahrzeug z. B. eine Vorderachse und zwei Hinterachsen haben kann, wobei aber natürlich irgendeine Anzahl von Abschnitten des Hydraulikkreises und von Achsen möglich ist.
Die Pumpen des Hydraulikmotors PI1 und PI2 saugen aus dem Behälter SO Öl an und liefern dieses Öl an den jeweiligen Abschnitt des Hydraulikkreises. Somit fließt das Öl zur Kühlung durch die Hydraulikkreise CF1 bzw. CF2 und kehrt daraufhin in den Behälter SO zurück.
Darüber hinaus fließt das Öl normalerweise durch einen in der Zeichnung nicht veranschaulichten Öl/Wasser-Wärmetauscher, wo die Wärme auf das Maschinenkühlmittel übertragen wird, was somit zu dem Kühlprozess beiträgt.
Es gibt Druckschalter, einen für jeden Hydraulikkreis, in dem Beispiel in 1 PR1 und PR2, die z. B. entsprechend den Bremsen angeordnet sind, die die jeweiligen Öldruckwertsignale an die Steuereinheit CNT senden. Insbesondere senden sie ein elektrisches Signal, wenn ein Maximaldruckwert, z. B. 2,5 bar, überschritten ist.
In dem Behälter SO gibt es ein Öltemperatur-Messgerät T_olio und ein Maschinenkühlmitteltemperatur-Messgerät T_H2O, die sich an einem geeigneten Punkt in dem Maschinenkühlmittelkreis befinden und die die jeweiligen Temperaturwerte an die Steuereinheit CNT senden.
Es wird nun das Verfahren gemäß dieser Erfindung beschrieben.
Es werden drei Steuerparameter verwendet:

– die minimale Maschinenkühlmitteltemperatur TL_min;
– die minimale Hydrauliköltemperatur TO_min;
– die Differenz zwischen der Wasser- und der Öltemperatur ☐_on für die Aktivierung des Magnetventils, das den Massenstrom in dem Bremsenkreis steuert.

Es wird der Parameter DutyVP definiert. Dieser Parameter gibt den Schließgrad des Dosierventils VP, der mittels des Stroms IP gesteuert wird, und folglich den Massenfluss Q1 und somit den Massenfluss Q_olio der Abschnitte des Hydraulikkreises an.
Hinsichtlich des Betriebs des Bremsenkühlkreises gibt es vier Grundbedingungen: TL ≤ TLmin und TO ≤ TOmin 1)unter dieser Bedingung, die typisch für Kaltstartbedingungen mit niedrigen Öl- und Wassertemperaturen ist, bleibt das Ventil VP geschlossen und wird kein Öl über den Bremsenkreis umgewälzt, sodass DutyVP = 100 %, Q_olio = 0, ist; TL ≥ TLmin und TO ≤ TOmin 2)unter dieser Bedingung, unter der sich das Wasser schneller als das Öl erwärmt, ist DutyVP = 100 %, Q_olio = 0, wie in 1), falls TL – TO ≤ ☐_on ist, wird der Parameter DutyVP wie oben beschrieben mittels einer selbstanpassenden Steuerprozedur eingestellt, falls andererseits TL – TO ≥ ☐_on ist; TL ≥ TLmin und TO ≥ TOmin 3) T ≤ TLmin und TO ≥ TOmin 4)unter den Bedingungen 3) und 4) wird DutyVP proportional zu der Öltemperatur TO eingestellt. Falls einer der Druckschalter angibt, dass ein maximaler Öldruckwert überschritten worden ist, wird der Parameter durch allmähliches Erhöhen von DutyVP eingestellt, bis der Druckschalter deaktiviert wird. Wenn DutyVP erhöht wird, verringert dies den Ölmassenfluss zu den Bremsen.
Die selbstanpassende Steuerung von DutyVP in Phase 2) besteht aus dem allmählichen Abfallen des Werts von DutyVP (somit aus dem Erhöhen des Öldrucks), bis einer der zwei Druckschalter aktiviert wird, und daraufhin aus dem Wiederansteigen, bis die Signalisierung angehalten wird. Somit wird das Ventil VP allmählich geöffnet und geschlossen, wobei die zwei Druckschalter dazu verwendet werden, den Maximal- und den Minimalwert in dem Bereich anzugeben.
In der Praxis öffnet die Steuereinheit das Ventil VP unter Kaltstartbedingungen gemäß einem im Voraus definierten Kennfeld als Funktion der Öltemperatur. Da die Temperatur des durch den Bremsenkreis umgewälzten Öls während des Erwärmens steigt, steigt somit ebenfalls der relative Massenfluss. Falls der Druck aus irgendeinem Grund den festen Wert übersteigt, sendet ein in den Kreis integrierter Druckschalter ein Signal an die Steuereinheit, die auf der Grundlage eines selbstanpassenden Algorithmus den Massenfluss verringert, bis das Alarmsignal abgeschaltet wird.
Um das Verfahren gemäß dieser Erfindung zu steuern und zu realisieren, verarbeitet die Steuereinheit CNT alle von den Sensoren PR1, PR2, T_olio, T_H2O empfangenen Daten und führt dem Ventil VP den Ansteuerstrom IP zu.
In die Steuereinheit CNT wird eine geeignete Software geladen, um die Prozedur zu realisieren. Aus der oben dargelegten Beschreibung ist es möglich, dass der Fachmann eine solche Software unter Verwendung im Stand der Technik bekannter normaler Programmiertechniken verkörpert.
Somit kann die Prozedur der vorliegenden Erfindung vorteilhaft durch ein Programm für einen Computer realisiert werden, das Programmcodierungsmittel für die Realisierung eines oder mehrerer Schritte des Verfahrens umfasst, wenn dieses Programm auf einem Computer ausgeführt wird. Somit erstreckt sich der Schutzumfang selbstverständlich auf ein solches Programm für einen Computer und außerdem auf ein computerlesbares Mittel mit einer darin aufgezeichneten Nachricht, wobei das computerlesbare Mittel Programmcodierungsmittel für die Realisierung eines oder mehrerer Schritte des Verfahrens umfasst, wenn dieses Programm auf einem Computer ausgeführt wird.
Für den Fachmann ist selbstverständlich, dass weitere alternative und äquivalente Ausführungsformen der Erfindung im Anwendungsbereich der wie durch die beigefügten Ansprüche definierten Erfindung erdacht und in die Praxis umgesetzt werden können. Das Verfahren gemäß dieser Erfindung ist zur Verwendung in irgendeinem Fahrzeug geeignet, sofern es mit einem Ölbremsensystem des oben beschriebenen Typs ausgestattet ist.
Die Vorteile in Verbindung mit der Verwendung diese Erfindung sind klar.
Der Hauptvorteil einer Schaltung gemäß dieser Erfindung ist, dass der Massenfluss des Hydrauliköls nicht von der Maschinendrehzahl abhängt. Insbesondere kann der maximale Massenfluss selbst bei minimaler Maschinendrehzahl, z. B. beim Bremsen, um das Fahrzeug zu verlangsamen und anzuhalten, erzielt werden: Dies ist die genaue Bedingung, unter der die Bremsung die meiste Wärme erzeugt und effektive Kühlung erfordert, wobei die Verfügbarkeit des Maximaldrucks in dem Hydraulikkreis die Effizienz des Kühlsystems verbessert. Falls der Ölstrom direkt durch die Maschine gesteuert werden sollte, würde dies beim Bremsen zu einem verringerten Massenfluss mit dem Risiko der Überhitzung des Bremsenkreises führen.
Der Fachmann kann die Erfindung aus der oben dargelegten Beschreibung verkörpern, ohne irgendwelche weiteren Konstruktionseinzelheiten einzuführen.

Claims

Verfahren zum Steuern des Massenstroms des Hydrauliköls in dem Bremsenkühlsystem eines Fahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: – Liefern des Hydrauliköls an ein Dosierventil (VP) mit einem konstanten Massenstrom; – gesteuertes Aufteilen des Massenstroms des aus dem Dosierventil (VP) kommenden und zu dem Hydraulikbremsenkühlkreis gerichteten Hydrauliköls, das dadurch erzielt wird, dass die Öltemperatur in dem Hydraulikkreis und die Temperatur eines Maschinenkühlmittels gesteuert werden, um zu vermeiden, dass ein maximaler Öldruckwert in dem genannten Hydraulikkreis überschritten wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Schritt des gesteuerten Aufteilens des Massenstroms des aus dem Dosierventil (VP) kommenden Hydrauliköls die folgenden Schritte umfasst: – Definieren von Parametern: minimale Maschinenkühlmitteltemperatur TL_min minimale Hydrauliköltemperatur TO_min; Differenz zwischen der Kühlmittel- und der Öltemperatur Δ_on; Schließgrad des Dosierventils DutyVP und nachfolgend Hydraulikkreismassenstrom Q_olio; – Prüfen der folgenden Bedingungen: TL ≤ TLmin und TO ≤ TOmin 1)unter dieser Bedingung ist DutyVP = 100 %, Q_olio = 0 einzustellen; TL ≥ TLmin und TO ≤ TOmin 2)unter dieser Bedingung ist: DutyVP = 100 %, Q_olio = 0 einzustellen, falls TL – TO ≤ Δ_on ist, der Wert von DutyVP selbstanpassend zu steuern, falls TL – TO ≥ Δ_on ist; TL ≥ TLmin und TO ≥ TOmin 3) T ≤ TLmin und TO ≥ TOmin 4)unter den Bedingungen 3) und 4) ist DutyVP proportional zu der Öltemperatur TO einzustellen, so dass er den genannten maximalen Öldruckwert in dem genannten Hydraulikkreis nicht übersteigt.
Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte selbstanpassende Steuerung von DutyVP aus dem allmählichen Abfallen des Werts von DutyVP, bis der genannte maximale Öldruckwert erreicht ist, und daraufhin aus dem Wiederansteigen besteht.
Schaltung zum Steuern des Massenstroms des Hydrauliköls in dem Bremsenkühlsystem eines Fahrzeugs zum Verkörpern des Verfahrens gemäß einem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung umfasst: – eine Pumpe (PM) mit festem Massenstrom, die das Öl mit einem konstanten Massenstrom (Q_COST) liefert; – ein Dosierventil (VP), das den genannten durch die Pumpe gelieferten konstanten Massenstrom (Q_COST) in einen Teil (Q1) des Öldurchflusses, der dem genannten Hydraulikbremsenkühlkeis zugeführt wird, und in einen weiteren Teil (Q2), der nicht verwendet wird, aufteilt: – Steuervorrichtungen (CNT), die durch Steuern der Öltemperatur in dem Hydraulikkreis und der Temperatur eines Maschinenkühlmittels das genannte Dosierventil (VP) aktivieren, so dass ein maximaler Öldruckwert in dem genannten Hydraulikkreis nicht überschritten wird.
Schaltung zum Steuern des Massenstroms des Hydrauliköls gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgabe des genannten Dosierventils (VP) einem Hydraulikmotor (MI) zugeführt wird, der eine motorgetriebene Pumpe (BL) umfasst, die eine bestimmte Anzahl von Hydraulikpumpen betreibt, wobei die Drehzahl des genannten Motors von dem Partialmassenstrom (Q1) abhängt, der an den genannten Hydraulikkreis geliefert wird, und dass die genannte bestimmte Anzahl von Hydraulikpumpen dem genannten Hydraulikbremsenkühlkreis Öl zuführen.
Schaltung zum Steuern des Massenstroms des Hydrauliköls gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Hydraulikkreis in Abschnitte aufgeteilt ist, wobei es für jeden Abschnitt eine der genannten Hydraulikpumpen gibt.
Schaltung zum Steuern des Massenstroms des Hydrauliköls gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie umfasst: einen oder mehrere Druckschalter (PR1, PR2), die den genannten Steuereinheiten (CNT) die Signale des relativen Öldruckwerts zuführen; wenigstens einen Hydraulikkreis-Öltemperatursensor und wenigstens einen Kühlmitteltemperatursensor, die den genannten Steuereinheiten (CNT) die Signale des relativen Temperaturwerts zuführen.
Schaltung zum Steuern des Ölmassenstroms gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Öl durch einen Öl/Wasser-Wärmetauscher fließt, der die Wärme auf ein Maschinenkühlmittel überträgt.
Computerprogramm, das Computerprogrammcodemittelumfasst, die so beschaffen sind, dass sie alle Schritte eines der Ansprüche 1 bis 3 ausführen, wenn das genannte Programm auf einem Computer ausgeführt wird.
Computerlesbares Medium, auf dem ein Programm aufgezeichnet ist, wobei das genannte computerlesbare Medium Computerprogrammcodemittelumfasst, die so beschaffen sind, dass sie alle Schritte eines der Ansprüche 1 bis 3 ausführen, wenn das genannte Programm auf einem Computer ausgeführt wird.