WO2009047072A1

WO2009047072A1 - Verfahren und vorrichtung zur ansteuerung eines hydraulikaggregats

Info

Publication number: WO2009047072A1
Application number: PCT/EP2008/061990
Authority: WO
Inventors: Rocco Gonzalez Vaz; Klaus Schwarze
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2007-10-05
Filing date: 2008-09-10
Publication date: 2009-04-16
Also published as: DE102007047724A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur Steuerung eines Hydraulikaggregats (100), das einen Motor und eine von dem Motor angetriebene Verstellpumpe (104) umfasst. Zunächst wird ein Motorkennfeld (200) vorgegeben, das einen Wirkungsgrad des Motors als Funktion eines Drehmoments und einer Drehzahl des Motors beschreibt. In weiteren Schritten wird eine Sollleistung der Verstellpumpe bestimmt und eine Kennlinie aus dem Motorkennfeld ermittelt, die der Sollleistung entspricht. Durch Bestimmen eines Maximums der Kennlinie werden ein optimiertes Drehmoment und eine optimierte Drehzahl ermittelt. Die Verstellpumpe (104) wird auf das optimierte Drehmoment, und der Motor (102) auf die optimierte Drehzahl eingestellt. Unter einem weiteren Gesichtspunkt schafft die Erfindung eine Steuervorrichtung zur Steuerung eines Hydraulikaggregats mit einem Motor und einer von dem Motor angetriebenen Verstellpumpe. Die Vorrichtung umfasst einen Speicher (110' ), der ein Motorkennfeld (200) speichert, das einen Wirkungsgrad des Motors (102) als Funktion eines Drehmoments und einer Drehzahl des Motors beschreibt. Weiterhin vorgesehen sind eine Sollleistungsbestimmungseinheit (112), die eine Sollleistung der Verstellpumpe (104) bestimmt, ein Kennlinienermittler (114), der eine der Sollleistung entsprechende Kennlinie aus dem Motorkennfeld ermittelt, eine Optimierungseinheit (116), die durch Bestimmen eines Maximums der Kennlinie ein optimiertes Drehmoment und eine optimierte Drehzahl ermittelt, ein Pumpensteiler (118), der die Verstellpumpe (104) auf das optimierte Drehmoment einstellt, sowie ein Motorsteller (120), der den Motor (102) auf die optimierte Drehzahl einstellt.

Description

Beschreibung

Titel

Verfahren und Vorrichtung zur Ansteuerung eines Hydraulikaggregats

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines Hydraulikaggregats, das einen Motor und eine von dem Motor angetriebene Pumpe umfasst. Ferner betrifft die Erfindung eine Ansteuervorrichtung zur Ansteuerung eines Hydraulikaggregats und ein Hydraulikaggregat mit einer derartigen Ansteuervorrichtung.

Hydraulikaggregate der genannten Art werden bei einer Vielzahl stationärer und mobil auf Fahrzeugen montierter hydraulisch betriebener Vorrichtungen wie z.B. Bau- und Landmaschinen eingesetzt. Ein Hydraulikaggregat erfüllt in solchen Vorrichtungen die Funktion, Hydraulikflüssigkeit auf einen benötigten Druck zu komprimieren und einem Verbraucher hydraulischer Energie wie z.B. einem Arbeitszylinder oder einem Hydromotor als Volumenstrom einer benötigten Menge bereitzustellen. Dabei ist die Leistungsanforderung des Verbrauchers im Allgemeinen zeitlich veränderlich.

Bei einem Typ herkömmlicher Hydraulikaggregate wird der Motor konstant auf eine Drehzahl eingestellt, bei der die Pumpe einen Volumenstrom liefert, der dem höchsten zu einem belie- bigen Zeitpunkt benötigten Volumenstrom entspricht. Im Überschuss komprimierte Hydraulikflüssigkeit wird über ein Druckregelventil entspannt und in den Pumpenkreislauf rückgeführt. Da ein erheblicher Teil der eingesetzten Energie durch die Entspannung im Druckregelventil in Wärme umgewandelt wird, ist der Wirkungsgrad derartiger Aggregate gering.

Um den Energieverbrauch des Motors zu reduzieren, wird z.B. bei einem weiteren Typ herkömmlicher Hydraulikaggregate der Motor variabel auf eine Drehzahl eingestellt, bei der die Pumpe gerade einen Volumenstrom in der momentan benötigten Menge liefert. Ein Pumpensteuergerät gibt dabei abhängig vom durch die Hydraulikpumpe bereitzustellenden Volumenstrom einem mit dem Pumpensteuergerät über eine Busverbindung verbundenen Mo- torsteuergerät eine Solldrehzahl vor und verändert diese, wenn sich der vom Verbraucher benötigte Volumenstrom ändert. Der Wirkungsgrad von Hydraulikaggregaten dieses Typs ist im zeitlichen Mittel jedoch dadurch reduziert, dass der Wirkungsgrad des Motors über seinen Drehzahlbereich im Allgemeinen nicht konstant ist und daher zumindest während eines Teils der Betriebsdauer mit einem ungünstigen Wirkungsgrad betrieben wird.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Wirkungsgrad von Hydraulikaggrega- ten mit variabler Leistung zu verbessern.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Steuerung eines Hydraulikaggregats mit den Merkmalen des Patentanspruchs Fehler! Verweisquelle konnte nicht gefunden werden., sowie durch eine Vorrichtung zur Steuerung eines Hydraulikaggregats mit den Merkmalen des Patentanspruchs Fehler! Verweisquelle konnte nicht gefunden werden, gelöst.

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, eine Verstellpumpe mit einstellbarem Drehmoment (d.h. einstellbarem Verdrängungsvolumen bei gegebenem zu überwindenden Druckunterschied) durch einen Motor mit einstellbarer Drehzahl anzutreiben, so dass eine benötigte Sollleistung (d.h. ein benötigter Volumenstrom bei gegebenem Druckunterschied) stets durch eine Vielzahl unterschiedlicher Kombinationen aus Drehmoment und Drehzahl erreichbar ist. Dabei wird aus der Vielzahl der Kombinationen von Drehmoment und Drehzahl, die die benötigte Sollleistung bereitstellen, diejenige mit dem höchs- ten Wirkungsgrad ermittelt. Hierzu wird zunächst ein Motorkennfeld vorgegeben, das einen Wirkungsgrad des Motors als Funktion eines Drehmoments und einer Drehzahl des Motors beschreibt. Aus dem Motorkennfeld wird eine Kennlinie ermittelt, entlang derer die von der Pumpe abgegebene Leistung konstant gleich der Sollleistung ist. Dann wird ein Punkt auf der Kennlinie ermittelt, an dem der Wirkungsgrad einen maximalen Wert annimmt. Die Ver- stellpumpe wird so eingestellt, dass sie vom Motor das ermittelte Drehmoment anfordert, und der Motor wird so eingestellt, dass er die Pumpe mit der ermittelten Drehzahl antreibt.

In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist weiterhin ein Schritt des Modifizierens des Motorkennfelds mit einem Pumpenkennfeld vorgesehen, das einen Wirkungsgrad der Verstellpumpe als Funktion des Drehmoments und der Drehzahl beschreibt. Auf diese Weise wird ermöglicht, durch das modifizierte Kennfeld den Gesamtwirkungsgrad des Hydraulikaggre- gats, in dem sowohl die Verluste des Motors als auch die Verluste der Pumpe berücksichtigt sind, zu beschreiben. Das Maximum der aufgrund des modifizierten Kennfelds ermittelten Kennlinie, entlang derer die von der Pumpe abgegebene Leistung konstant gleich der Soll- leistung ist, entspricht somit dem bei Abgabe der benötigten Sollleistung maximal möglichen Gesamtwirkungsgrad des Hydraulikaggregats.

Gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung wird weiterhin ein aktueller Wirkungsgrad des Motors ermittelt und der Funktionswert des Motorkennfelds für das optimierte Drehmoment und die optimierte Drehzahl entsprechend dem ermittelten Wirkungsgrad korrigiert. Dies hat den Vorteil, dass das Motorkennfeld die realen, gegenwärtigen Eigenschaften des Motors wiedergibt. Das korrigierte Kennfeld berücksichtigt sowohl individuelle Abweichungen des verwendeten Motors innerhalb der Streuung der Baureihe als auch alterungsbedingte Veränderungen des Motors, die über seine Lebensdauer auftreten.

Vorzugsweise wird dabei zunächst beurteilt, ob der Motor sich in einem Normalbetriebszu- stand befindet, d.h. dem Zustand, in dem er sich während des Betriebs des Hydraulikaggregats überwiegend befindet. Dies ist z.B. ein Zustand, in dem der Motor seine stationäre Be- triebstemperatur erreicht hat und keine Sonderfunktionen, wie z.B. im Falle eines Dieselmotors die Regeneration von Abgaspartikelfiltern oder -katalysatoren aktiv sind. Das Korrigieren des Funktionswerts erfolgt anschließend nur dann, wenn der Motor sich in dem Normalbe- triebszustand befindet. Auf diese Weise wird verhindert, dass kurzzeitige Abweichungen des Wirkungsgrads z.B. bei kaltem Motor das Kennfeld beeinflussen. Weiterhin vorzugsweise wird eine maximal tolerierte Abweichung des korrigierten Motorkennfelds von einem ursprünglich vorgegebenen Motorkennfeld vorgegeben. Das korrigierte Motorkennfeld wird danach beurteilt, ob es vom ursprünglich vorgegebenen Motorkennfeld um mehr als die maximal tolerierte Abweichung abweicht. Wenn das korrigierte Motorkennfeld vom ursprünglich vorgegebenen Motorkennfeld um mehr als die maximal tolerierte Abweichung abweicht, wird ein Warnsignal ausgegeben. Dies ermöglicht einem Benutzer, das Hydraulikaggregat bei abnormer Verschlechterung des Wirkungsgrads ohne Verzug einer Inspektion und ggf. Reparatur zu unterziehen.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen und beigefügter Figuren erläutert. In den Figuren zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Diagramm eines Hydraulikaggregats mit einer Ansteuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 ein Kennfeld, das einen Wirkungsgrad des Hydraulikaggregats aus Fig. 1 als

Funktion von Drehmoment und Drehzahl beschreibt; Fig. 3 eine Kennlinie, die aus dem Kennfeld aus Fig. 2 ermittelt wurde und den Wirkungsgrad bei einer gegebenen Sollleistung des Hydraulikaggregats beschreibt; und

Fig. 4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung eines Hydraulikaggregats gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

In den Figuren bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.

Ein in Fig. 1 schematisch dargestelltes Hydraulikaggregat 100 umfasst einen Dieselmotor 102, der aus einem Kraftstofftank 134 mit Dieselkraftstoff versorgt wird und über eine gemeinsame Welle 103 starr mit einer Hydropumpe 104 gekoppelt ist. Ein Pumpeneingang 133 der Hydropumpe 104 steht in Verbindung mit einem Reservoir 132, das mit Hydraulikflüssig- keit bei niedrigem Druck, z.B. Atmosphärendruck gefüllt ist. Ein Pumpenausgang 134 der

Hydropumpe 104 steht in Verbindung mit einem Verbraucher 136 hydraulischer Energie. Der Verbraucher 136 ist z.B. ausgebildet als Arbeitszylinder oder Hydromotor. Er kann aus mehreren Bauelementen wie Arbeitszylindern und Hydromotoren zusammengesetzt sein und weiterhin Ventile, Druckspeicher, usw. umfassen.

Die Hydropumpe 104 ist als Verstellpumpe 104 ausgebildet, bei der das Verdrängungsvolumen, d.h. das Volumen der während einer Umdrehung der Antriebswelle 103 vom Pumpeneingang 133 zum Pumpenausgang 134 geförderten Hydraulikflüssigkeit verstellbar ist. Da sich die durch die Pumpe 104 geleistete hydraulische Arbeit als Produkt des geförderten Volumens und des überwundenen Druckunterschieds berechnet, ist damit die bei einem gegebenen Druckunterschied Δp zwischen Pumpeneingang 133 und Pumpenausgang 134 während einer Umdrehung der Antriebswelle 103 von der Pumpe 104 geleistete hydraulische Arbeit verstellbar. Weil aus Gründen der Energieerhaltung diese Arbeit durch den Dieselmotor 102 an der Antriebswelle 103 geleistet werden muss, verändert sich mit der von der Pumpe 104 pro Umdrehung der Antriebswelle 103 geleisteten hydraulischen Arbeit auch die vom Motor 102 pro Umdrehung der Antriebswelle 103 zu leistende mechanische Arbeit und damit das an der Antriebswelle 103 nachgefragte und durch den Motor 102 aufzubringende Drehmoment.

Das Hydraulikaggregat 100 umfasst weiterhin ein Motorsteuergerät 106, ein Pumpensteuergerät 108 und ein Armaturenbrett 126, die über einen gemeinsamen Datenbus 130 miteinander verbunden sind. Das Motorsteuergerät 106 weist einen Motorsteller 120 auf, der es ermöglicht, den Dieselmotor 102 im Betrieb auf eine vorgebbare Solldrehzahl der Antriebswelle 103 einzustellen. Zweckmäßigerweise verfügt der Motorsteller 120 hierzu über Mittel zum Überwachen der tatsächlichen Drehzahl der Antriebswelle 103 sowie einen Regler, der die Kraftstoffzufuhr aus dem Tank 134 erhöht, wenn die tatsächliche Drehzahl die Solldreh- zahl unterschreitet, und verringert, wenn die tatsächliche Drehzahl die Solldrehzahl überschreitet.

Das Motorsteuergerät 106 weist weiterhin einen Speicher 110 auf, indem ein Kennfeld 200 des Dieselmotors 102 abgespeichert ist. Das Kennfeld 200 beschreibt einen Wirkungsgrad des Dieselmotors 102 als Funktion der Drehzahl der Antriebswelle 103 sowie des von der Pumpe 104 angeforderten und vom Motor 102 an der Antriebswelle 103 aufgebrachten Drehmoments. Der durch das Kennfeld 200 angegebene Wirkungsgrad ist dabei definiert als das Verhältnis der an der Antriebswelle 103 pro Zeiteinheit geleisteten mechanischen Arbeit zur chemischen Energie, die in der pro Zeiteinheit verbrauchten Kraftstoffmenge enthalten ist. In alternativen Ausführungsformen kann das Kennfeld 200 auch das Verhältnis der pro Zeiteinheit an der Antriebswelle 103 geleisteten mechanischen Arbeit zur pro Zeiteinheit verbrauchten Kraftstoff menge angeben, d.h. einen reziproken spezifischen Kraftstoffverbrauch. Die pro Zeiteinheit an der Antriebswelle 103 geleistete mechanische Arbeit, d.h. die mechanische Ausgangsleistung des Motors 102 ist bekannterweise gleich dem Produkt aus einem konstanten Faktor 2π, der Drehzahl der Antriebswelle 103 und dem durch die Antriebswelle 103 übertragenen Drehmoment.

Der Speicher 110 ist als nichtflüchtiger, überschreibbarer Speicher 110 ausgebildet. Zum Zeitpunkt der Herstellung des Hydraulikaggregats 100 gibt das im Speicher 110 abgespei- cherte Kennfeld 200 Eigenschaften des Dieselmotors 102 in einem fabrikneuen Zustand wieder, ggf. unter Berücksichtigung einer angemessenen Einlaufzeit. Die gespeicherten Werte des Wirkungsgrads beziehen sich auf einen Normalbetriebszustand des Motors 102, in dem der Motor 102 sich auf eine stationäre Betriebstemperatur erwärmt hat und keine den Kraftstoffverbrauch beeinflussenden Maßnahmen wie z.B. die Regeneration von Partikelfil- tern oder Katalysatoren aktiv sind.

Das Motorsteuergerät 106 weist weiterhin eine Kennfeldkorrektureinheit 124 auf, die den Wirkungsgrad des Dieselmotors 102 in Normalbetriebszustand überwacht und das im Speicher 110 abgespeicherte Kennfeld 200 korrigiert, wenn der durch die Überwachung ermittel- te aktuelle Wert des Wirkungsgrads von dem durch das Kennfeld 200 angegebenen Wert abweicht. Das Motorsteuergerät 106 ist dazu ausgebildet, selbsttätig oder auf Anforderung des Pumpensteuergeräts 108 das im Speicher 110 gespeicherte Kennfeld 200 über den gemeinsamen Datenbus 130 an das Pumpensteuergerät 108 zu übermitteln. Das Pumpensteuergerät 108 weist einen Arbeitsspeicher 110' auf, der dazu ausgebildet ist, eine Kopie des vom Mo- torsteuergerät 106 empfangenen Kennfelds 200 abzuspeichern. Weiterhin weist das Pumpensteuergerät 108 eine Kennfeldmodifizierungseinheit 122 auf, in der ein Pumpenkennfeld 201 in nichtflüchtiger Form abgespeichert ist. Das Pumpenkennfeld 201 beschreibt analog zum Motorkennfeld 200 einen Wirkungsgrad der Verstellpumpe 104 für eine gegebene Druckdifferenz Δp zwischen Pumpeneingang 133 und Pumpenausgang 134 als Funktion der Drehzahl der Antriebswelle 103 und des durch die Antriebswelle 103 übertragenen Drehmoments. Der Wirkungsgrad der Pumpe 104 ist dabei definiert als das Verhältnis der von der Pumpe 104 an den Verbraucher 136 abgegebenen hydraulischen Leistung, d.h. dem Produkt aus dem am Pumpenausgang 134 austretenden Volumenstroms und der Druckdifferenz Δp, sowie der vom Motor 102 an die Pumpe 104 über die Antriebswelle 103 übertragenen mechanischen Leistung, d.h. dem Produkt aus der Drehzahl der Antriebswelle 103, dem von der Antriebswelle 103 übertragenen Drehmoment und einem konstanten Faktor 2π.

In der Kennfeldmodifizierungseinheit 122 können mehrere Pumpenkennfelder 201 für unterschiedliche Werte der Druckdifferenz Δp zwischen Pumpeneingang 133 und Pumpenaus- gang 134 abgespeichert oder in geeigneter Weise rechnerisch definiert sein, wobei die

Kennfeldmodifizierungseinheit 122 zweckmäßig dazu ausgebildet ist, die Druckdifferenz Δp laufend zu überwachen und jeweils ein der aktuellen Druckdifferenz Δp entsprechendes Kennfeld 201 zu aktivieren.

Das Pumpensteuergerät 108 weist weiterhin eine Sollleistungsbestimmungseinheit 112 auf, die eine Sollleistung des Hydraulikaggregats 100 bestimmt, z.B. aus einem elektronischen Leistungsanforderungssignal des Verbrauchers 136 oder auch durch manuelle Vorwahl. Weiterhin enthalten im Pumpensteuergerät 108 sind ein Kennlinienermittler 114, der aus dem Kennfeld 200 eine Kennlinie ermittelt, entlang derer die durch das Hydraulikaggregat 100 abgegebene hydraulische Leistung gleich der von der Sollleistungsbestimmungseinheit 112 bestimmten Sollleistung ist, eine Optimierungseinheit 116, die entlang der ermittelten Kennlinie ein Maximum des Wirkungsgrads des Hydraulikaggregats 100 ermittelt, sowie einen Pumpensteller 118, der das Verdrängungsvolumen der Verstellpumpe 104 derart einstellt, dass die Pumpe 104 an der Antriebswelle 103 das dem ermittelten Maximum entspre- chende Drehmoment nachfragt. Am Armaturenbrett 126 ist eine Warnleuchte 128 angebracht, die durch ein Signal der Kenn- feldkorrektureinheit 124 im Motorsteuergerät 106 aktivierbar ist, wenn das im Speicher 110 abgespeicherte und durch die Kennfeldkorrektureinheit 124 laufend korrigierte Kennfeld 200 und mehr als eine vorab festgelegte Toleranzschwelle vom unkorrigierten, ursprünglich im Speicher 110 abgespeicherten Kennfeld 200 des Dieselmotors 102 im Neuzustand abweicht.

In Betrieb des Hydraulikaggregats 100 übermittelt das Motorsteuergerät 106 das im Speicher 110 abgelegte Motorkennfeld 200 über den Datenbus 130 an das Pumpensteuergerät 108. Das Pumpensteuergerät 108 speichert das empfangene Kennfeld 200 im Arbeitsspeicher 110'. Die Kennfeldmodifizierungseinheit 122 des Pumpensteuergeräts 108 modifiziert das im Arbeitsspeicher 110 abgespeicherte Motorkennfeld 200, indem sie das Motorkennfeld 200, das den Wirkungsgrad des Dieselmotors 102 angibt, mit dem Pumpenkennfeld 201, das den Wirkungsgrad der Verstellpumpe 104 angibt, multipliziert. Da sowohl das Motorkennfeld 200 als auch das Pumpenkennfeld 201 einen jeweiligen Wirkungsgrad des Motors 102 bzw. der Pumpe 104 als Funktion des übertragenen Drehmoments und der Drehzahl der Antriebswelle 103 angeben, gibt das durch die Kennfeldmodifizierungseinheit 201 modifizierte Kennfeld 200 nach der Modifikation das Produkt der jeweiligen Wirkungsgrade des Motors 102 und der Pumpe 104, d.h. den Gesamtwirkungsgrad des Hydraulikaggregats 100 an, und zwar ebenfalls als Funktion des übertragenen Drehmoments und der Drehzahl der Antriebswelle 103.

Der Kennlinienermittler 114 ermittelt nun aus dem modifizierten Kennfeld 200 eine Kennlinie, entlang derer die Ausgangsleistung der Pumpe 104 und damit des gesamten Hydraulikaggregats 100 den konstanten Wert der von der Sollleistungsbestimmungseinheit 112 vorge- gebenen Sollleistung aufweist. Der Kennlinienermittler 114 übergibt die ermittelte Kennlinie der Optimierungseinheit 116, die entlang der Kennlinie ein Maximum des Gesamtwirkungsgrads des Hydraulikaggregats 100 auffindet. Anschließend übergibt die Optimierungseinheit 116 den durch die Lage des Maximums festgelegten optimierten Wert des Drehmoments an den Pumpensteller 118, der unter Berücksichtigung des Druckunterschieds Δp die Verstell- pumpe 104 so einstellt, dass diese an der Antriebswelle 103 den optimierten Wert des

Drehmoments nachfragt. Die Optimierungseinheit 116 sendet weiterhin über den Datenbus 130 ein Signal, das den durch die Lage des Maximums festgelegten optimierten Wert der Drehzahl enthält, an den Motorsteller 120 im Motorsteuergerät 106. Der Motorsteller 120 stellt den Dieselmotor 102 auf den optimierten Wert der Drehzahl ein, indem er die Einsprit- zung von Dieselkraftstoff aus dem Tank 134 so regelt, dass sich die Antriebswelle 103 gerade mit der optimierten Drehzahl dreht. Im fortlaufenden Betrieb überwacht die Kennfeld korrektureinheit 124 den Kraftstoffverbrauch des Dieselmotors 102, korrigiert das im Speicher 110 gespeicherte Kennfeld 200 und übermittelt das korrigierte Kennfeld 200 an das Pumpenssteuergerät 108. Stellt die Kennfeldkor- rektureinheit 124 fest, dass das Kennfeld 200 von einem für den Dieselmotor 101 im betref- fenden Betriebsalter zu erwartenden Kennfeld stärker abweicht als durch einen vorab festgelegten Toleranzwert definiert, sendet das Motorsteuergerät 106 ein Signal über den Datenbus 130 an das Armaturenbrett 126. Bei Empfang des Signals schaltet das Armaturenbrett 126 die Warnleuchte 128 ein, um den Nutzer zur Inspektion aufzufordern.

Figur 2 zeigt in einem dreidimensionales Koordinatensystem ein beispielhaftes Kennfeld 200, das einen Gesamtwirkungsgrad 208 des Hydraulikaggregats aus Fig. 1 als Funktion von Drehmoment 202 und Drehzahl 204 angibt. Der entlang der senkrechten Achse aufgetragene Gesamtwirkungsgrad 208 des Hydraulikaggregats ist gleich dem Produkt des Wirkungsgrads des Motors allein, multipliziert mit dem Wirkungsgrad der Pumpe allein. Somit ent- spricht das dargestellte Kennfeld 200 dem in Fig. 1 als im Arbeitsspeicher des Pumpensteuergeräts gespeichert dargestellten Motorkennfeld nach dessen Modifizierung, d.h. Multiplikation mit dem Pumpenkennfeld.

Auf der Fläche des Kennfelds 200 sind ebenfalls beispielhaft drei Kennlinien 206, 206', 206" eingezeichnet, die jeweils unterschiedlichen Ausgangsleistungen des Hydraulikaggregats entsprechen. Jede der Kennlinien 206, 206', 206" ist gerade so festgelegt, dass entlang ihrem Verlauf die von der Pumpe abgegebene hydraulische Ausgangsleistung konstant ist. Der in Fig. 1 gezeigte Kennlinienermittler ermittelt auf dem Kennfeld 200 eine Kennlinie, entlang derer durch Kombinationen aus Drehmoment 202 und Drehzahl 204 definierte Betriebs- punkte liegen, bei denen die Pumpe stets die vorher bestimmte Sollleistung abgibt. Ist z.B. im Betrieb die Sollleistung gleich derjenigen Leistung, die bei allen auf der Kennlinie 206 liegenden Betriebspunkten abgegeben wird, so ermittelt der Kennlinienermittler die Kennlinie 206.

Figur 3 zeigt beispielhaft eine Kennlinie 206, die aus dem Kennfeld aus Fig. 2 ermittelt wurde und den Gesamtwirkungsgrad 208 des Hydraulikaggregats bei einer gegebenen Sollleistung des Hydraulikaggregats beschreibt. Die Kennlinie 206 gibt den Wirkungsgrad 208 als Funktion der Drehzahl 204 der Antriebswelle an. Die Kennlinie 206 weist ein Maximum 304 auf, bei dem der Wirkungsgrad 208 innerhalb des dargestellten Wertebereichs der Drehzahl 204 einen maximalen Wert 305 annimmt. Dieses Maximum 304 entspricht einem optimierten Betriebspunkt, bestehend aus einer optimierten Drehzahl 302 und einem optimierten Drehmoment der Antriebswelle, bei dem das Hydraulikaggregat die Sollleistung mit dem höchstmög- liehen Wirkungsgrad bereitstellt. Da die Kennlinie 206 den Wirkungsgrad 208 als Funktion der Drehzahl 204 der Antriebswelle angibt, ist die optimierte Drehzahl 302 unmittelbar durch die Lage des Maximums 304 bestimmt. Das zugehörige optimierte Drehmoment ergibt sich über die optimierte Drehzahl 304 aus dem Verlauf der Kennlinie 206 innerhalb des in Fig. 2 dargestellten Kennfelds.

Im Betrieb des Hydraulikaggregats ermittelt die Optimierungseinheit das Maximum 304 der Kennlinie 206, bestimmt aus der Lage des Maximums 304 die optimierte Drehzahl, und aus dem Verlauf der Kennlinie 206 innerhalb des in Fig. 2 dargestellten Kennfelds das zugehöri- ge optimierte Drehmoment. In alternativen Ausführungsformen gibt die Kennlinie 206 den Wirkungsgrad 208 als Funktion des Drehmoments an. In diesem Fall bestimmt die Optimierungseinheit das optimierte Drehmoment direkt aus der Lage des Maximums 304, und die zugehörige optimierte Drehzahl 302 über das optimierte Drehmoment aus dem Verlauf der Kennlinie 206 innerhalb des in Fig. 2 dargestellten Kennfelds.

Figur 4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung eines Hydraulikaggregats mit einem Motor und einer vom Motor angetriebenen Verstellpumpe. In einem ersten Schritt 400 wird ein Kennfeld vorgegeben, das einen Wirkungsgrad des Motors als Funktion eines vom Motor an seiner Kurbelwelle aufgebrachten Drehmoments und einer Drehzahl der Kur- belwelle beschreibt. Das Kennfeld bezieht sich auf den Wirkungsgrad des warmen Motors und gibt die Eigenschaften des Motors in einem fabrikneuen Zustand wieder. In einem weiteren Schritt 418 wird eine maximal tolerierte Abweichung des tatsächlichen Wirkungsgrads des Motors von den Daten des in Schritt 400 vorgegebenen Kennfelds festgelegt. Diese Abweichung kann unterschiedlich definiert sein, z.B. als maximale oder über einen Bereich un- terschiedlicher Drehzahlen gemittelte Abweichung des Wirkungsgrads von den Werten des in Schritt 400 vorgegebenen Motorkennfelds. Die Definition der maximal tolerierten Abweichung kann weitere Kriterien wie z.B. das Betriebsalter des Motors oder den Atmosphärendruck berücksichtigen.

In Schritt 412 wird das in Schritt 400 vorgegebene Motorkennfeld durch Anwenden eines Pumpenkennfelds modifiziert, das einen Wirkungsgrad der Verstellpumpe als Funktion des Drehmoments und der Drehzahl beschreibt. Dabei entsteht ein neues Kennfeld, das für jede Wertekombination von Drehmoment und Drehzahl das Produkt des Funktionswerts des Wirkungsgrads des Motorkennfelds und des entsprechenden Funktionswerts des Pumpenkenn- felds für die gleiche Wertekombination von Drehmoment und Drehzahl als neuen Funktionswert enthält. Das modifizierte Kennfeld gibt einen Gesamtwirkungsgrad des Hydraulikaggregats an. In Schritt 402 wird eine Sollleistung der Verstellpumpe bestimmt, die z.B. benötigt wird, um einen Arbeitszylinder zu betreiben. In Schritt 404 wird eine Kennlinie aus dem modifizierten Kennfeld ermittelt, die solche Kombinationen aus Drehzahl und Drehmoment umfasst, bei denen die Ausgangsleistung der Verstellpumpe genau der Sollleistung entspricht. In Schritt 406 wird ein optimiertes Drehmoment und eine optimierte Drehzahl der Kennlinie ermittelt, für die der Wirkungsgrad entlang dem Verlauf der Kennlinie einen maximalen Wert annimmt. In Schritt 408 wird die Verstellpumpe so eingestellt, dass sie an der Antriebswelle genau das optimierte Drehmoment anfordert. In Schritt 410 wird der Motor auf die optimierte Drehzahl eingeregelt.

In der Verzweigung 424 wird beurteilt, ob der Motor sich in einem normalen, warmgelaufenen Betriebszustand ohne den Wirkungsgrad beeinflussende Sondermaßnahmen befindet. Falls dies nicht der Fall ist, z.B. wenn der Motor gerade gestartet wurde und noch kalt ist, wird das Verfahren mit Schritt 402 fortgesetzt, wo eine neue Sollleistung bestimmt wird, die von der bei der vorherigen Ausführung des Schritts abweichen kann, wenn z.B. der betriebene Arbeitszylinder zum Stillstand gekommen ist. Falls der Motor sich in einem Normalbe- triebszustand befindet, wird in Schritt 414 der augenblickliche Wirkungsgrad des Motors vermessen. In Schritt 416 wird das Motorkennfeld korrigiert, um das neue Messergebnis zu berücksichtigen.

In der Verzweigung 420 wird beurteilt, ob das korrigierte Motorkennfeld von dem in Schritt 400 vorgegebenen Motorkennfeld um mehr als die maximal tolerierte Abweichung abweicht. Wenn dies nicht der Fall ist, wird das Verfahren mit Schritt 412 fortgesetzt, in dem das korri- gierte Motorkennfeld wiederum durch Anwendung des Pumpenkennfelds modifiziert wird. Dabei entsteht ein neues Kennfeld des Gesamtwirkungsgrads des Hydraulikaggregats, das auf dem korrigierten Motorkennfeld und dem Pumpenkennfeld beruht. Wenn das korrigierte Motorkennfeld in der Verzweigung 420 um mehr als die maximal tolerierte Abweichung von dem in Schritt 400 vorgegebenen Motorkennfeld abweicht, wird in Schritt 422 eine Warn- leuchte aktiviert, bevor das Verfahren in Schritt 412 fortgesetzt wird.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorliegend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar. Beispielsweise können der Schritt des Ermitteins der Kennlinie und der Schritt des Ermitteins des optimierten Drehmoments und der optimierten Drehzahl in einem Schritt zusammenge- fasst sein bzw. das optimierte Drehmoment und die optimierte Drehzahl direkt aus dem Kennfeld bestimmt werden. Die Antriebsenergie kann auf andere Weise als über eine ge- meinsame Welle zwischen Motor und Pumpe übertragen werden. Das Pumpenkennfeld oder das Kennfeld des Gesamtwirkungsgrads des Hydraulikaggregats können kontinuierlich auf Veränderungen hin überwacht werden. Statt eines Dieselmotors kann z.B. ein Elektromotor verwendet werden.

Claims

Ansprüche

1. Verfahren zur Steuerung eines Hydraulikaggregats (100), welches einen Motor (102) und eine von dem Motor (102) angetriebene Verstellpumpe (104) umfasst, mit den Schritten: - Vorgeben (400) eines Motorkennfelds (200), welches einen Wirkungsgrad (208) des Motors (102) als Funktion eines Drehmoments (202) und einer Drehzahl

(204) des Motors (102) beschreibt;

Bestimmen (402) einer Sollleistung der Verstellpumpe (104);

Ermitteln (404) einer Kennlinie (206) aus dem Motorkennfeld (200), welche der Sollleistung entspricht;

Ermitteln (406) eines optimierten Drehmoments (300) und einer optimierten

Drehzahl (302) durch Bestimmen eines Maximums (304) der Kennlinie (206);

Einstellen (408) der Verstellpumpe (104) auf das optimierte Drehmoment (300); und - Einstellen (410) des Motors (102) auf die optimierte Drehzahl (302).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin ein Schritt des Modifizierens (412) des Motorkennfelds (200) mit einem Pumpenkennfeld (201) vorgesehen ist, wobei das Pumpenkennfeld (201) einen Wirkungsgrad der Verstellpumpe (104) als Funktion des Drehmoments (202) und der Drehzahl (204) beschreibt.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin die Schritte vorgesehen sind:

Ermitteln (414) eines aktuellen Wirkungsgrads des Motors (102); und - Korrigieren (416) des Funktionswerts (208) des Motorkennfelds (200) für das optimierte Drehmoment (300) und die optimierte Drehzahl (302) entsprechend dem ermittelten Wirkungsgrad.

4. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, dass weiterhin ein Schritt des Beurteilens (424) vorgesehen ist, ob der Motor (102) sich in einem Normalbetriebszu- stand befindet, wobei das Korrigieren (416) des Funktionswerts (208) nur dann erfolgt, wenn der Motor (102) sich in dem Normalbetriebszustand befindet.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin die Schritte vorgesehen sind: - Vorgeben (418) einer maximal tolerierten Abweichung des korrigierten Motorkennfelds (200) von einem ursprünglich vorgegebenen Motorkennfeld; Beurteilen (420), ob das korrigierte Motorkennfeld (200) vom ursprünglich vorgegebenen Motorkennfeld um mehr als die maximal tolerierte Abweichung abweicht; und - Ausgeben (422) eines Warnsignals (128), wenn das korrigierte Motorkennfeld das korrigierte Motorkennfeld vom ursprünglich vorgegebenen Motorkennfeld um mehr als die maximal tolerierte Abweichung abweicht.

6. Computerprogrammprodukt mit Programmanweisungen, welche auf einem maschinen- lesbaren Träger gespeichert sind, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wenn die Programmanweisungen auf einem Computer oder auf einem Steuergerät (106, 108) ausgeführt werden.

7. Steuervorrichtung (106, 108) zur Steuerung eines Hydraulikaggregats (100), welches einen Motor (102) und eine von dem Motor (102) angetriebene Verstellpumpe (104) umfasst, mit: einem Speicher (110, 111), welcher ein Motorkennfeld (200) speichert, das einen Wirkungsgrad (208) des Motors (102) als Funktion eines Drehmoments (202) und einer Drehzahl (204) des Motors (102) beschreibt; - einem Sollleistungsbestimmungseinheit (112), die eine Sollleistung der Verstellpumpe (104) bestimmt;

- einem Kennlinienermittler (114), der eine Kennlinie (206) aus dem Motorkennfeld (200) ermittelt, die der Sollleistung entspricht;

- einer Optimierungseinheit (116), die durch Bestimmen eines Maximums (304) der Kennlinie (206) ein optimiertes Drehmoment (202) und eine optimierte Drehzahl

(204) ermittelt; einem Pumpensteller (118), der die Verstellpumpe (104) auf das optimierte Drehmoment (202) einstellt; und einem Motorsteller (120), der den Motor (102) auf die optimierte Drehzahl (204) einstellt.

8. Steuervorrichtung (106, 108) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin eine Kennfeldmodifizierungseinheit (122) vorgesehen ist, welche das Motorkennfeld (200) mit einem Pumpenkennfeld (201) modifiziert, das einen Wirkungsgrad der Verstellpumpe (104) als Funktion des Drehmoments (202) und der Drehzahl (204) be- schreibt.

9. Hydraulikaggregat (100) mit einem Motor (102), einer von dem Motor angetriebene Verstellpumpe (104) und einer Steuervorrichtung (106, 108) nach Anspruch 7 oder 8.

10. Hydraulikaggregat (100) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor

(102) als Verbrennungsmotor (102), insbesondere als Diesel-Verbrennungsmotor (102) ausgebildet ist.