JP2017539025A5 - - Google Patents

Description

特性曲線を特定するための方法

本発明は、入力特性／出力特性の定常的な関係を表す特性曲線を特定するための方法に関する。さらに、本発明は、コンピュータプログラム製品に関する。

従来技術
上記特性曲線は、特に、液圧機械の電気比例式の特性曲線である。液圧機械は、特に、揺動体とも称される斜板を備えている、斜板構造のアキシャルピストンマシンである。液圧機械の圧送体積流を適合させるために、斜板又は揺動体の揺動角度を調節することができる。本発明は、特に、アキシャルピストンマシンの揺動角度の調節及び／又は閉ループ制御に関する。

発明の開示
本発明の課題は、入力特性／出力特性の定常的な関係を表す特性曲線の品質を改善することである。

この課題は、入力特性／出力特性の定常的な関係を表す特性曲線を特定するための方法においては、各時間ステップにおいて、現在の入力及び現在の出力の値ペアが特性曲線における１つのセグメントに対応付けられ、現在の出力が特性曲線に記憶されている出力と比較され、特性曲線に記憶されている出力が修正又は適合されることによって解決される。特性曲線は、特に、液圧機械の電気比例式の特性曲線であり、特にアキシャルピストンマシンの電気比例式の特性曲線である。電気比例式の特性曲線は、ＥＰ特性曲線とも称される。ＥＰ調節とも称される、いわゆる電気比例式調節は、特に斜板構造のアキシャルピストンマシンの揺動角度の調節である。構成部材公差に起因して、種々の液圧ユニットのＥＰ特性曲線は異なる。さらにＥＰ特性曲線は、経年作用によって液圧ユニットの寿命にわたり変化する。本発明に係る方法によって、ＥＰ特性曲線を簡単な手法で修正する及び／又は適合させることができる種々の措置が提供される。

本方法の１つの好適な実施例は、入力及び出力の導関数が算出及びフィルタリングされることを特徴としている。このために、入力及び出力が、例えば状態可変フィルタに供給される。

本方法の１つの別の好適な実施例は、現在の値範囲及び／又は現在の状態が、適合化部又は修正部に対して有効であるか否か及び／又は適しているか否かが特定されることを特徴とする。このために、現在の値の品質を判定し、必要に応じて修正又は適合を停止するアクティブ化部を前段に接続することができる。これによって、良好に特定されなかった又は無効な範囲において、適合又は修正が行われることを阻止することができる。

本方法の１つの別の好適な実施例は、特性曲線の適合又は修正が、入力及び／又は出力に含まれているダイナミクスの補償と組み合わされることを特徴としている。信号に含まれているダイナミクスを補償するために、事前に特定されたモデルを使用することができる。

本方法の１つの別の好適な実施例は、出力が、一定のセグメントによって特定されることを特徴としている。このために、例えば、移動平均値を過去の平均値から形成することができる。メモリスペースを節約するために、再帰的な定式化による実現が有効であると考えられる。

本方法の１つの別の好適な実施例は、出力が、線形のセグメントによって特定されることを特徴としている。線形のセグメントによる特定によって、より高い精度を達成することができる。より高次の多項式も使用することができる。

本方法の１つの別の好適な実施例は、特性曲線が、斜板構造のアキシャルピストンマシンの調節及び／又は閉ループ制御のための電気比例式の特性曲線であることを特徴としている。アキシャルピストンマシンの斜板の調節は、特に、弁装置、特に電磁弁を介して調整される調節シリンダ内の体積流を介して行われる。

本方法の１つの別の好適な実施例は、現在の入力及び現在の出力が、アキシャルピストンマシンの動作時に測定されることを特徴としている。現在の入力及び現在の出力の測定は、例えば、アキシャルピストンマシンに取り付けられている適切なセンサを用いて行われる。入力又は調整量が既知である場合には、それらを測定する必要はない。

本方法の１つの別の好適な実施例は、入力として、電圧又は電流又は磁力が使用され、かつ、出力として、揺動角度が使用されることを特徴としている。電圧は、入力量として直接的に使用することができる。電流は、特に、電磁弁の電磁コイルに電圧を印加することによって形成される電流である。磁力は、特に、調節のために電磁弁に加えられる力である。磁力は、電圧の印加によって、又は、電磁コイルの通電によって形成される。

本発明は、ＥＰ特性曲線が本発明に係る方法によって修正又は適合される液圧機械にも、特にアキシャルピストンマシンにも関する。

本発明は、少なくとも１つのそのような液圧機械を、特にアキシャルピストンマシンを備えている液圧駆動部にも関する。ハイドロスタティックな駆動ユニットとの組合せにおいて、液圧機械は、特にアキシャルピストンマシンは、ハイドロスタットとも称される。ハイドロスタティック駆動ユニットは、特に、一次側のハイドロスタット及び二次側のハイドロスタットを含んでいる。２つのハイドロスタットの電気比例式の特性曲線を、本発明に係る方法によって、有利には修正する又は適合させることができる。

さらに本発明は、コンピュータプログラムがコンピュータにおいて実行されるときに、事前に書き込まれた方法を実施するためのソフトウェア手段を有するコンピュータプログラムを備えているコンピュータプログラム製品に関する。本発明に係る方法は、特に、自動車の制御装置において実施される。自動車は商用車であってよい。従って、本発明は、必要に応じて、そのようなコンピュータプログラム製品を備えている自動車の制御装置にも関する。

本発明を一般的に、ＥＰ調節を用いる、斜板構造の液圧機械の、特に任意のアキシャルピストンマシンの揺動角度調節のために利用することができる。１つの好適な例示的な用途は、アキシャルピストンマシンを介する、部分的な又は完全な液圧式の出力伝達部を備えた車両への利用である。

本発明のさらなる利点、特徴及び詳細は、添付の図面を参照して種々の実施例を詳細に説明する下記の説明より明らかになる。

斜板構造様式でのアキシャルピストンマシンの電気比例調整に関する代替回路図を示す。 一次のオーダの動的システムに関して簡略化された、適合特性曲線のブロック回路図を示す。 一定のセグメント（左側）及び線形のセグメント（右側）を有する、特定された特性曲線の２つのデカルト座標系グラフをそれぞれ示す。 磁力と揺動角度との間の関係についてのハマースタインモデルを示す。 特性曲線特定の時間経過を有する２つのデカルト座標系グラフを示す。 特定のために使用される部分直線を含む、特定された特性曲線の一部を示す。

実施例の説明
本発明は、特に、アキシャルピストンマシンとして形成されている液圧機械に関する。アキシャルピストンマシンは、例えば、固定的な又は可動の液圧駆動部に配置されている。可動の液圧駆動部は、特に液圧式ハイブリッドドライブトレインの一部であり、特に、主として内燃機械によって駆動される自動車の液圧式ハイブリッドドライブトレインの一部である。

アキシャルピストンマシンを、開かれた循環部又は閉じられた循環部において駆動させることができる。開かれた循環部では、圧力媒体とも称される液圧媒体が、例えば作動油が、タンクからアキシャルピストンマシンへと流れ、また、そのアキシャルピストンマシンから弁装置を介して消費器へと圧送される。

液圧媒体は、消費器から弁装置を介してタンクへと戻る。閉じられた循環部では、液圧媒体がアキシャルピストンマシンから消費器へと流れ、また、その消費器から直接的にアキシャルピストンマシンへと戻る。この場合には、負荷に応じて入れ替わる、高圧側及び低圧側が存在する。

アキシャルピストンマシンが駆動軸を介して機械式に駆動される場合には、アキシャルピストンマシンは、アキシャルピストンポンプとして動作する。アキシャルピストンマシンが液圧式に駆動される場合には、アキシャルピストンマシンは、アキシャルピストンモータとして動作する。アキシャルピストンマシンを、単にモータとして又は単にポンプとして、駆動させることができる。しかしながら、原理的には、アキシャルピストンマシンを交番的に、ポンプとしてもモータとしても駆動させることもできる。

斜板とも称される揺動体によって、アキシャルピストンマシンから圧送される体積流を無段階に調節することができる。アキシャルピストンマシンの圧送体積流を適合させるために、斜板又は揺動体の角度を調節することができる。この調節を、例えば電気比例式揺動角度調節（ＥＰ調節）によって行うことができる。

ＥＰ調節では、比例式方向制御弁の駆動制御電流を用いて、斜板又は揺動体の揺動角度が設定される。比例式方向制御弁は、体積流において、アキシャルピストンマシンの調節シリンダ内の圧力を調整する。斜板の揺動角度は、機械的にばねを介して、比例式方向制御弁に起因するとみなされる。

これによって、実質的に駆動制御電流に比例し、かつ、閉ループ制御領域内での機械的なフィードバックによって維持される揺動角度が生じる。この機械的な閉ループ制御装置によって、アキシャルピストンマシンの揺動角度と比例式方向制御弁の駆動制御電流との直接的な関係が生じる。この関係が、ＥＰ特性曲線によって表される。

図１には、液圧媒体用のタンク２、３を備えている液圧システム１が示されている。液圧機械４は、例えば（図示していない）ハイドロスタティックな駆動ユニットを駆動させるために使用される。液圧機械４は、斜板又は揺動体５を備えている、斜板構造のアキシャルピストンマシンとして形成されている。

調節ピストンを備えている調節シリンダ８によって揺動体５を調整することができる。調節ピストンは、調節ピストンロッド９を介して揺動体５に連結されている。対応シリンダ１０は、対応ピストンを含んでおり、この対応ピストンは、対応ピストンロッド１１を介してやはり揺動体５に連結されている。さらに、揺動体５は、ばね１５を備えている連結装置１４を介して弁装置１８に接続されて、制御されている。

弁装置１８は、３つのポート及び３つの切替位置又は中間位置を備えている、比例弁又は定常弁として形成されている。文字「ｐ」は、圧力を表すために用いられている。文字「ｑ」は、体積流を表すために用いられている。文字「ＶＺ」は、調節シリンダ８を表している。文字「ＧＺ」は、対応シリンダ１０を表している。大文字ＮＤは、低圧を表している。大文字ＨＤは、高圧を表している。

弁装置１８は、磁力Ｆ_Mによって操作される。従って、弁装置１８は、電磁弁とも称される。

図１には、斜板構造のアキシャルピストンマシン４の電気比例（ＥＰ）調節のための代替回路図が示されている。揺動体、揺動板又は斜板５の調節は、電磁弁１８及び磁力Ｆ_Mを介して調整される調節シリンダ８内の体積流ｑ_VZを介して行われる。調節シリンダ８内の圧力ｐ_VZは、揺動板５に対するモーメントを形成する。揺動板５を戻すために、高圧側に接続されている対応シリンダ１０のモーメントは、調節シリンダのモーメントとは反対方向に作用する。揺動板５及び電磁弁１８は、戻しばね１５を介して接続されている。この機械的な閉ループ制御回路によって、揺動板位置は理想的には磁力に比例し、このことから、これはＥＰ調節と称される。しかしながら、実際には、この関係は近似的にしか比例しない。そのため、駆動制御のための揺動角度と磁力のこの関係は、特性曲線を介して表されることが多い。磁力の電流への依存性も、通常の場合、やはり特性曲線を介して表されるので、駆動制御のために、揺動角度についての電流の統合された特性曲線も使用することができる。この特性曲線を、以下では一般的にＥＰ特性曲線と称する。

ＥＰ特性曲線は、種々の液圧ユニット間の構成部材公差に起因して異なり、かつ、経年作用によって寿命にわたり変化するので、特性曲線は動作中に、本発明の本質的な態様に従って適合又は修正される。

本発明に係る方法は、入力特性／出力特性の定常的な関係を特定する。このために、各時間ステップにおいて、現在の入力と現在の出力の値ペアが、特性曲線における１つのセグメントに対応付けられる。続いて、現在の出力が、特性曲線に記憶されている出力と比較され、適切に修正される。信号に含まれるダイナミクスを補償するために、事前に特定されたモデルが使用される。適合化部が、良好に特定されなかった又は無効な範囲において機能することを阻止するために、現在の値の品質を判定し、かつ、必要に応じて修正を停止するアクティブ化部が前段に接続されている。

ＥＰ特性曲線の特定に関して、用途に応じて、種々の入力／出力ペアリングが有効である。例えば、測定される特性量として、電流及び揺動角度、又は磁力及び揺動角度を使用することができる。ＥＰ特性曲線によって、揺動角度についての磁力の関係が表される場合には、磁力についての電流の付加的な特性マップを前段に接続することができる。この特性マップにエラーがあるか、又は、この特性マップが寿命にわたり変化する場合には、その偏差が同様にＥＰ特性曲線の適合化部によって修正される。別の定常的な偏差が、例えば、下位の電流閉ループ制御部又は電流開ループ制御部において、適合的なＥＰ特性曲線によって補償される場合には、測定された電流の代わりに、適合化部に対して目標電流を使用することもできる。特性マップが駆動制御に使用される場合には、電流についての揺動角度の逆特性マップを直接的に特定することも有効である。開発された本方法は一般的に、任意のペアリングに適用することができるので、以下では、一般論として、入力ｘ及び出力ｙについて言及する。

本方法は、以下の３つの重要な構成要素に分けられる：
１．ｘ及びｙの導関数のフィルタリング及び算出
２．値範囲及び状態は適合に対して有効であるか否かの特定
３．特性曲線の適合、また、必要に応じて行われるダイナミクスの補償。

図２には、機能のブロック回路図が、一次のダイナミクスで簡略化されて示されている。２つの四角形１００は、状態変数フィルタをシンボリックに表している。四角形２００は、アクティブ化部をシンボリックに表している。四角形３００は、特性曲線適合化部をシンボリックに表している。

（間接的に）測定された特性量ｘ_m及びｙ_mの導関数のフィルタリング及び算出を、例えば状態変数フィルタ１００を介して行うことができる。アクティブ化部２００には、フィルタリングされた特性量が供給され、また、矢印２１によって示唆されているように、外部の状態も供給される。外部の状態を介して、例えばセンサ系が故障したか又はシステムが適合に対して無効な状態にある場合には、適合化部を停止することができる。フィルタリングされた特性量を取り込むことによって、特定領域を縮小することができる。即ち、例えば、準定常値だけを許容することができ、又は、機械が停止状態にあるか若しくは静止摩擦状態にある段階において特定されることを阻止することができる。実際の適合化部３００においては、必要に応じてダイナミクスが既存の信号から算出され、続いて、修正された値ペア（ｘ_m~、ｙ_m~）の、後続の補間位置（Ｓｔｕｅｔｚｓｔｅｌｌｅ）ｘ_iへの対応付けが行われる。Δｘが２つの補間位置の距離である場合には、ｘ_m~は、以下の範囲にある。

続いて、所属のｙ_i値が現在の値ｙ_m~と比較され、適切に修正される。補間位置ｘ_iの領域における特定すべき関数ｙ＝ｆ（ｘ）の経過に関して、種々の補間関数を想定することができる。

以下では、図３に示した、一定の部分セグメント及び直線を用いる、２つの本質的な可能性を説明する。しかしながら、原理的には、本方法によって、パラメータベクトルと測定量の乗算から得られる任意の補間関数を特定することも可能である。

最も簡単なケースにおいては、図３の左側において、特定された特性曲線３３が表されているデカルト座標系３１によって示されているように、ｙ値が一定のセグメントによって特定される。このために、例えば、移動平均値を過去の平均値から形成することができる。メモリスペースを節約するために、再帰的な定式化による実現が有効である。指数的な重み付けを用いる平均値算出のために、離散ＰＴ₁フィルタを次式において使用することができる：
ｙ_i,k＝λｙ_i,k-1＋（１−λ）ｙ_m （１）

ここで、０＜λ＜１は忘却因子であり、この忘却因子については、サンプリング時間としてのΔｔを含めて、時定数Ｔとの以下の関係が成り立つ：

代替的に、式（４）に記載されているように、平均値として
ｕ_k＝１かつΘ_i＝［θ₁］
を用いて、再帰的最小二乗（ＲＬＳ：ｒｅｃｕｒｓｉｖｅ ｌｅａｓｔ ｓｑｕａｒｅ）フィルタを介して、平均値算出を行うこともできる。

より高い精度は、図３の右側において、特定された特性曲線３４が表されているデカルト座標３２によって示されているように、線形のセグメントの特定によって達成することができる。ここで、補間位置ｘ_iと出力値ｙ_iとの間の線形の関係については次式が成り立つ：
ｙ_i＝θ_i,1ｘ_i＋θ_i,2 （３）
但し、勾配はθ_i,1であり、かつ、ｙ軸区間はθ_i,2である。パラメータベクトルΘ_i＝［θ_i,1 θ_i,2］^Tを用いる線形方程式の特定のために、再帰的最小二乗フィルタが使用される。１つの考えられる実現形態は以下のように表される：

ここで、０＜λ＜１は忘却因子であり、Ｐは共分散行列である。初期化のために、Ｐ₀及びΘ₀について適切な初期値が選択されなければならない。名目上の特性曲線が既知である場合、これはパラメータΘ₀を規定するために使用されるべきである。初期共分散行列Ｐ₀の選択を介して、名目上の特性曲線の品質が規定される。

特性曲線を特定するための方法を、斜板構造のアキシャルピストンマシンの揺動角度閉ループ制御を例にして説明する。ここでは、磁力と揺動角度との間の定常的な関係が特定されるべきである。揺動角度特性を、図４に示されているように、ハマースタイン（Ｈａｍｍｅｒｓｔｅｉｎ）モデルとして表すことができる。ハマースタインモデルは、図４において３つの四角形４１、４２及び４３並びに４つの矢印４４、４５、４６、４７によって図示されている。矢印４４は、電流Ｉの供給をシンボリックに表している。四角形４１は、関数Ｆ＝ｇ（Ｉ）を内容としている。矢印４５は、ｘ＝Ｆを表している。四角形４２は、ｙ＝ｆ（ｘ）を表している。矢印４６は、ｙ＝α_dを表している。四角形４３は、ＰＴ₁モデルの適用を表している。矢印４７は、揺動角度αを表している。磁力Ｆ及び揺動角度αは、関数Ｆによって表される定常的な関係にある。しかしながら、磁力が測定されるのではなく、電磁コイルを流れる電流Ｉが測定される。電流Ｉと磁力Ｆの関係は、関数ｇによって表され、また、事前に測定されて特性マップに格納される。勿論、上記において説明したように、２つの特性マップを統合し、Ｉをα_dにマッピングするための特性マップを直接的に特定することも可能である。目標揺動角度α_dの実際揺動角度αへの揺動角度ダイナミクスを、ＰＴ₁モデルを介して簡単に表すことができる。

特性曲線を特定するため、かつ、磁力Ｆの関数ｆを目標揺動角度α_dに近似させるための１つの可能性は、それらを、準定常的な状態にあるときにのみ実施すべきことであり、即ち、α_d＝αが成り立つときのみ実施すべきことである。このために例えば、信号導関数を介して、例えば図２のブロック２００に示されているように、有効な特定が可能であるか否か、かつ、その特定が相応に起動又は停止されるが確定されなければならない。α_dのαへのダイナミクスが既知である場合には、測定値α及びその導関数のモデルを介して、入力値を逆算することができる。前述の例においては次式が成り立つ：

特性曲線が双射である場合には、この特性曲線を両方向において特定することができる。例えば、磁力Ｆと目標揺動角度α_dの定常的な関係が揺動角度の事前制御に使用される場合には、直接的に逆特性曲線
ｘ＝ｆ^-1（ｙ）＝Ｆ＝ｆ^-1（α_d）
を特定することもできる。そのような特定の時間経過は、図５において見て取れる。上側のグラフにおいては、揺動角度αの時間経過及び磁力Ｆの時間経過が示されている。この時間経過は、揺動角度と磁力との、近似的に反転された比例関係を表していることが分かる。これらの経過から、上記において説明したように、補間位置α_dにおける固定の格子について、所属の磁力値が特定される。個々の補間値の時間経過は、下側のグラフに示されている。特定の収束をより良好に判断できるようにするために、初期補間値に対して大きい偏差を意図的に想定した。個々の補間値の特定は、揺動角度が所属の補間位置の領域において変動する場合にのみ可能である。従って、上側の３つの補間値は特定されない。何故ならば、それらの補間値は、図示した測定値記録においては到達しない、−８０％未満の揺動角度に属するからである。

図５においては、２つのデカルト座標グラフ５１、５２が上下に列んで示されている。座標グラフ５１の左側のｙ軸には、揺動角度αが単位パーセントでプロットされている。座標グラフ５１の右側のｙ軸には、磁力Ｆが単位ニュートンでプロットされている。２つの座標グラフ５１、５２のｘ軸には、時間ｔが単位秒でプロットされている。座標グラフ５２のｙ軸には、磁力に関する補間値ＦＳが単位ニュートンでプロットされている。

図６には、特定された特性曲線のうちの一部を示すデカルト座標グラフ６０が、特定に使用された部分直線も含めて示されている。四角形６１内には、座標グラフ６０における、ＥＰ特性曲線ＥＰ及び部分直線Ｔ１、Ｔ２などについての凡例が示されている。

図６には、図５に示した特定の最後に特定された特性曲線
Ｆ＝ｆ^-1（α_d）
が示されている。適合ＥＰ特性曲線の関数を、制御信号及び揺動角度特性と組み合わせた、ＥＰ特性曲線の図示した調節によって（例えば磁石の交換によって）検出することができる。

Claims (7)

1. 入力特性及び出力特性の定常的な関係を表す特性曲線（３３、３４）を特定するための方法において、
   現在の入力及び現在の出力の値ペアを、前記特性曲線（３３、３４）における２つの補間位置間の距離をΔｘとするときの補間位置を中心とする幅Δｘの補間領域のうちの現在の補間領域に対応付け、前記現在の出力と、前記特性曲線（３３、３４）における先行する補間領域に対応付けられている出力とを用いて、前記特性曲線（３３、３４）における各前記補間領域に対応付けられている出力を修正し、
   前記修正は、状態変数フィルタ（１００）を介して前記入力及び前記出力の導関数を算出した後に行い、
   前記特性曲線（３３、３４）は、斜板構造のアキシャルピストンマシン（４）の調節及び／又は閉ループ制御のための電気比例式の特性曲線（ＥＰ）であり、
   入力として、電圧又は電流又は磁力を使用し、かつ、出力として、前記アキシャルピストンマシン（４）の揺動角度を使用し、
   前記修正は、前記特性曲線（３３、３４）における各前記補間領域に対応付けられている前記出力の値の移動平均値、及び、現在の前記出力の値を用いて行い、
   前記出力の値の前記移動平均値は、再帰的な定式化によって、前記出力の値の過去の移動平均値から形成する、
   ことを特徴とする、方法。
2. 現在の前記出力の値範囲が、前記修正に有効であるか否かを特定することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記特性曲線（３３、３４）の前記修正を、前記入力及び／又は前記出力に含まれているダイナミクスの補償と組み合わせることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記出力を、前記補間位置における前記特性曲線（３３、３４）の出力の値によって特定する（３１）ことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記出力を、前記補間領域に含まれる前記特性曲線（３３、３４）の出力の値によって特定する（３２）ことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記現在の入力及び前記現在の出力を、前記アキシャルピストンマシン（４）の動作時に測定することを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
7. コンピュータプログラムがコンピュータにおいて実行されるときに、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の方法を実施するために構成されているコンピュータプログラム。