WO2011101096A1 - Verfahren zum betreiben eines hydraulischen oder pneumatischen systems - Google Patents

Verfahren zum betreiben eines hydraulischen oder pneumatischen systems Download PDF

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WO2011101096A1
WO2011101096A1 PCT/EP2011/000521 EP2011000521W WO2011101096A1 WO 2011101096 A1 WO2011101096 A1 WO 2011101096A1 EP 2011000521 W EP2011000521 W EP 2011000521W WO 2011101096 A1 WO2011101096 A1 WO 2011101096A1
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WO
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pressure
valve device
control
value
sensor
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/000521
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Mayer
Juergen Betz
Mirco WASSERMANN
Original Assignee
Voith Patent Gmbh
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Filing date
Publication date
Application filed by Voith Patent Gmbh filed Critical Voith Patent Gmbh
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Priority to EP11703827A priority patent/EP2403742A1/de
Publication of WO2011101096A1 publication Critical patent/WO2011101096A1/de

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T10/00—Control or regulation for continuous braking making use of fluid or powdered medium, e.g. for use when descending a long slope
    • B60T10/02—Control or regulation for continuous braking making use of fluid or powdered medium, e.g. for use when descending a long slope with hydrodynamic brake

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a hydraulic or pneumatic system, with the features defined in more detail in the preamble of claim 1.
  • Pneumatic and / or hydraulic systems with storage devices and corresponding valves are known from the general state of the art. Frequently, such systems also include sensors and / or devices that allow to detect a pressure in the system and / or the position of the position of the valve device.
  • Such a system is known for example from DE 10 2004 059 835 AI.
  • Typical of such compressed air systems is that they have a pressure accumulator, which is charged according to the driving condition of a compressor according to a form.
  • a method of monitoring a brake torque change of a retarder will be described.
  • the brake torque change is controlled by a control pressure control loop with a pressure sensor installed therein.
  • the time course of the setting pressure of the retarder is recorded dynamically, this course being compared with a predetermined desired course.
  • a warning message is output when predetermined criteria are met and / or future switching on of the retarder is prevented.
  • Pressure control circuit operated.
  • the pressure control loop exists
  • CONFIRMATION COPY typically from the valve, which forms the actuator of the control loop, a controlled system, for example, the adjoining the actuator volume, and a sensor for returning the measured controlled variable and a controller for balancing the difference between the reference variable and the measured controlled variable.
  • the present invention is based on the object to avoid the disadvantages mentioned above and to provide sizes without additional sensors, which can be used to optimize the control and / or the diagnosis of errors.
  • this object is achieved by a method with the in
  • the inventive method for operating a hydraulic or pneumatic system determined based on a simulation of the detected values of the two sensors, a value for the pressure on the pressure accumulator opposite side of the valve device.
  • This pressure which ultimately represents the control pressure for a pressure control with the valve device as an actuator can be determined in the inventive manner, without that in the area in which the pressure is to be regulated, a corresponding pressure sensor is present.
  • certain pressure value can therefore be used to monitor the functionality of the optional control pressure sensor.
  • Pressure sensor detected pressure value can then be used to diagnose a fault or failure of the control pressure sensor.
  • a further operation of the pressure control is still possible, since then takes the place of the detected by the control pressure sensor pressure value of the specific pressure value according to the inventive method and the control can continue to take place.
  • the control pressure sensor pressure value of the specific pressure value can continue to take place.
  • the control pressure sensor pressure sensor can continue to take place.
  • a longer period occurring deviation of the specific value of the detected value of the control pressure sensor for example due to a signal drift of
  • Signal pressure sensor which may occur due to temperature or due to aging of the sensor, can be detected by a corresponding comparison with the determined according to the method of the invention pressure values. Then a calibration or adjustment of the value of the control pressure sensor is possible without the regular operation of the system must be interrupted for this purpose.
  • Monitor signal pressure sensor and compensate for any occurring deviations or recalibrate this.
  • it allows in case of failure of the control pressure sensor or if in an alternative system already in the construction of the same on the
  • Signal pressure sensor has been omitted to allow safe reliable and high quality pressure control. This can be in the last-mentioned manner provide a correspondingly cost-effective system, which nevertheless guarantees safe and reliable functionality.
  • the inventive method can be used in any hydraulic or pneumatic systems in which a corresponding pressure control with high quality and / or with minimal use of components to be ensured.
  • the structure is particularly suitable for operating a compressed air system in a vehicle, in particular in a commercial vehicle, since this is a reliable functionality with minimal costs and with appropriate
  • Variants of the system of minimal effort in terms of built-in sensors is of particular advantage.
  • Compressed air system of a vehicle is very often the system, which is at least indirectly necessary for the actuation of the brakes, so that in this case a high requirement for the safety of the system must be ensured.
  • it can then be ensured in such systems with an existing signal pressure sensor that its functionality can be safely and reliably monitored during operation, and that a
  • Figure 1 is a highly schematic representation of a hydraulic or
  • pneumatic system which can be operated by a method according to the invention
  • Figure 2 is a schematic representation of a first embodiment of
  • Figure 3 is a schematic representation of a second embodiment of
  • FIG. 1 shows a highly schematic representation of a pneumatic or hydraulic system 1. Without the invention thereby being restricted to pneumatic systems, the exemplary system in FIG. 1 will be described below as a pneumatic system 1, wherein the invention
  • Embodiment of any person skilled in analog can be applied to a hydraulic system.
  • the pneumatic system of Figure 1 consists essentially of a
  • the payload system 4 in particular a structure of
  • control or controllable valve device 3 signal pressure f a corresponding flow, for example a
  • a working fluid such as oil
  • a hydrodynamic retarder or the pilot control of a control valve for example via a control piston.
  • other working media such as water in particular
  • the utility system 4 should not be limited to such applications, it could be realized any other conceivable applications in the payload system, which are controlled according to the provided via the valve means 3 control pressure / ⁇ accordingly.
  • a pressure sensor 5 for the pressure in the pressure accumulator 2 and a sensor 6 for detecting a position of the
  • Valve device 3 Both sensors can be designed as conventional sensors. However, alternative options are also conceivable in which the corresponding values are recorded only indirectly. This can be done in particular in the case of the valve device 3 in that the valve device 3 is designed as a digital valve device which only knows the states open and closed. Then, via an appropriate electronics in the Control of the valve device 3 of this state or provided for the valve device 3 actuator current Is t are detected, so that indirectly the corresponding position of the valve device 3 is known, without the need for a hardware realized sensor would be necessary.
  • the term sensor for the sensors 5, 6 should therefore not only include hardware sensors, but is also representative of an alternative detection of
  • the two sensors 5, 6 correspond to a control device 7, which comprises a control electronics, by which the control pressure for the
  • control device 7 is designed as a control unit, which also has the ability to run corresponding software programs and store values accordingly.
  • both sensors 5, 6 are necessary in all cases, while the signal pressure sensor 8 is optional.
  • the signal pressure sensor 8 is optional.
  • FIG. 1 Depending on the explanations in the following
  • the measured value via the optional control pressure sensor 8 are used, or to adapt an eventual signal drift of the detected by the control pressure sensor 8 value.
  • the entire control can also be effected via the control pressure ycy.
  • Calculation unit 9 is processed accordingly.
  • a mass flow r & can be calculated in a model-based simulation.
  • Mass flow / & of the time derivative of the pressure r f (d / ⁇ t ⁇
  • the volume l is that volume in which the supply pressure is measured p v and the quantities R and 7 "are the specific gas constant respectively the temperature in Kelvin
  • the specific gas constant is substance-dependent and can be assumed to be constant, as well as the temperature, if necessary.
  • the temperature can also be detected via a simple additional sensor system or as an already existing temperature value via, for example, a CAN bus connected in the control electronics
  • the mass flow n &sub0 can thus be determined.
  • This value of the model-based simulated mass flow / & is then forwarded to a second calculation unit 10.
  • a value detected via the sensor 6 is processed via the valve position and thus the opening cross-section A of the valve device 3.
  • this value from a direct sensor or constant characteristics of the valve device 3 in conjunction with, for example, the current Is to control the valve device 3, if this one
  • valve device 3 In a corresponding clocked operation of the valve device 3 can then also the
  • Pulse width ratio of the clocking be taken into account. All this is summarized in the illustration in Figure 2 in the box provided with the reference numeral 6 of the sensor, so that in the second calculation unit 10, only a direct or indirect value on the valve position is further processed. In this second calculation unit 10, a model is now calculated which considers the opening cross-section of the valve device 3 as a diaphragm. From the
  • the control pressure p y is thus model-based calculated or simulated on the basis of various realistic assumptions.
  • the set pressure ⁇ y thus results from this simulation of the controlled system. It can then be provided with the pressure regulator designated by the reference numeral 11, which is typically designed as part of the control device 7, in order to improve the control parameters accordingly. This can be used to optimize the service life of the valves and the quality of the control.
  • a further embodiment of the structure in which case a further valve device in addition to the previously described valve device 3 should be present.
  • a structure can be used for example in a payload system 4, which is provided for filling a retarder with working fluid. If the braking power of the retarder is no longer needed, a corresponding lowering of the pressure or the regulation of the pressure at a lower value allows emptying of the retarder by its own pumping action.
  • a Particularly fast emptying is possible when the pressure drop on the compressed air side of the membrane is very fast, so that the retarder
  • Working medium can very quickly promote the working medium associated side of the membrane in the pantry.
  • an additional vent valve may be provided, which is a flow path for the compressed air from the pressurized air side of the pantry out
  • Valve device z. B such a vent valve in the inventive method is included.
  • This also includes a sensor which detects at least indirectly the position of the valve device. This is shown in the illustration of Figure 3 by a designated 6 'box.
  • This is also a first calculation unit 9 ', analogous to the one described above
  • Calculation unit 9 upstream, which from the respective relevant pressure, which has been detected by the sensor 6 ', a corresponding
  • Calculation unit 10 is supplied. Since the vent valve is typically not the supply pressure applied to one side of the valve, but the

Abstract

Ein Verfahren dient zum Betreiben eines hydraulischen oder pneumatischen Systems. Das System weist wenigstens einen Druckspeicher auf. In dem System ist wenigstens eine Ventileinrichtung vorhanden sowie ein Sensor zur zumindest mittelbaren Erfassung der Stellung der Ventileinrichtung und wenigstens ein Sensor zur Erfassung eines Werts, welcher zumindest mittelbar mit dem Druck in dem Druckspeicher zusammenhängt. In dem Verfahren wird anhand der erfassten Werte der Druck im Bereich des Systems bestimmt, welcher auf der dem Druckspeicher abgewandten Seite de Ventileinrichtung angeordnet ist. Der bestimmte Druckwert dient dann zur Druckregelung des über die Ventileinrichtung bereitgestellten Drucks und/oder zur Funktionsüberwachung und/oder Kalibrierung eines auf der dem Druckspeicher abgewandten Seite der Ventileinrichtung angeordneten Drucksensors.

Description

Verfahren zum Betreiben eines hydraulischen oder pneumatischen Systems
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines hydraulischen oder pneumatischen Systems, mit den im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Merkmalen.
Pneumatische und/oder hydraulische Systeme mit Speichereinrichtungen und entsprechenden Ventilen sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Häufig weisen derartige Systeme außerdem Sensoren und/oder Einrichtungen auf, welche es erlauben, einen Druck im System und/oder die Position der Stellung der Ventileinrichtung zu erfassen. Als Beispiel für ein derartiges System soll hier ein Druckluftsystem beziehungsweise ein Druckluftversorgungssystem eines
Kraftfahrzeuges genannt werden. Ein derartiges System ist beispielsweise aus der DE 10 2004 059 835 AI bekannt. Typisch für derartige Druckluftsysteme ist es dabei, dass diese einen Druckspeicher aufweisen, welcher je nach Fahrzustand von einem Kompressor entsprechend mit einem Vordruck aufgeladen wird.
Zum weiteren allgemeinen Stand der Technik wird außerdem auf die WO
2005/066006 AI verwiesen. Hierin wird ein Verfahren zur Überwachung einer Bremsmomentänderung eines Retarders beschrieben. Die Bremsmomentänderung wird durch einen Stelldruck-Regelkreis mit einem darin installierten Drucksensor geregelt. Der zeitliche Verlauf des Stelldrucks des Retarders wird dynamisch erfasst, wobei dieser Verlauf mit einem vorgegebenen Sollverlauf verglichen wird. In Abhängigkeit des durchgeführten Soll/Ist-Vergleichs wird bei der Erfüllung von vorgegebenen Kriterien eine Warnmeldung ausgegeben und/oder ein zukünftiges Einschalten des Retarders verhindert.
Typisch für derartige hydraulische oder pneumatische Systeme ist es dabei, dass für die Einstellung eines definierten Drucks geeignete Ventile in einem
Druckregelkreis betrieben werden. Der Druckregelkreis besteht dabei
BESTÄTIGUNGSKOPIE typischerweise aus dem Ventil, welches das Stellglied des Regelkreises bildet, einer Regelstrecke, beispielsweise dem sich an das Stellglied anschließenden Volumen, sowie einem Sensor zur Rückführung der gemessenen Regelgröße sowie einen Regler zum Ausregeln der Differenz zwischen der Führungsgröße und der gemessenen Regelgröße. Bei all diesen Aufbauten ist es nun so, dass bei einem Ausfall des Drucksensors, welcher die Regelgröße misst und zurückführt, keine Regelung des Drucks mehr möglich ist. Dies stellt in Systemen, welche zur Ansteuerung von sicherheitsgerichteten Funktionalitäten, beispielsweise der Bremse in einem Fahrzeug, vorgesehen sind, einen erheblichen Nachteil dar.
Außerdem können eventuelle Signalabweichungen, welche beispielsweise über die Lebensdauer oder in Abhängigkeit der Temperatur des Drucksensors auftreten können, von dem System nicht erkannt werden und führen damit zu
Fehlfunktionen bei der Erfassung der Regelgröße und damit zu einer fehlerhaften Regelung.
Der hier vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgaben zugrunde, die oben genannten Nachteile zu vermeiden und ohne eine zusätzliche Sensorik Größen bereitzustellen, welche zur Optimierung der Regelung und/oder der Diagnose von Fehlern genutzt werden können.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den im
kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Ferner ist in Anspruch 8 eine besonders geeignete Verwendung für ein derartiges
erfindungsgemäßes Verfahren angegeben. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder der Verwendung ergeben sich ferner aus den Unteransprüchen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines hydraulischen oder pneumatischen Systems ermittelt anhand einer Simulation aus den erfassten Werten der beiden Sensoren einen Wert für den Druck auf der dem Druckspeicher abgewandten Seite der Ventileinrichtung. Dieser Druck, welcher letztlich den Stelldruck für eine Druckregelung mit der Ventileinrichtung als Stellglied darstellt, kann auf die erfinderische Art ermittelt werden, ohne dass im Bereich, in dem der Druck geregelt werden soll, ein entsprechender Drucksensor vorhanden ist.
Wird das erfindungsgemäße Verfahren nun in einem Aufbau eingesetzt, in dem ein solcher Stelldrucksensor vorhanden ist, dann kann der gemäß des Verfahrens aus deh beiden erfassten Werten der Sensoren berechnete beziehungsweise über eine Simulation ermittelte theoretische Wert des Stelldrucks mit dem praktisch erfassten Wert des Stelldrucksensors verglichen werden. Der mit dem
erfindungsgemäßen Verfahren bestimmte Druckwert kann also zur Überwachung der Funktionalität des optionalen Stelldrucksensors genutzt werden. Bei einer entsprechenden Abweichung des bestimmten Druckwerts und des von dem
Stelldrucksensor ermittelten Druckwerts kann dieser dann zur Diagnose eines Fehlers oder eines Ausfalls des Stelldrucksensors genutzt werden. Bei einem ausgefallenen Stelldrucksensor ist ein Weiterbetrieb der Druckregelung dennoch möglich, da dann an die Stelle des von dem Stelldrucksensor erfassten Druckwerts der bestimmte Druckwert gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren tritt und die Regelung kann weiterhin erfolgen kann. Auch eine über einen längeren Zeitraum hinweg auftretende Abweichung des bestimmten Werts von dem erfassten Wert des Stelldrucksensors, beispielsweise aufgrund eines Signaldrifts des
Stelldrucksensors, welcher temperaturbedingt oder aufgrund einer Alterung des Sensors auftreten kann, kann durch einen entsprechenden Vergleich mit den gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren bestimmten Druckwerten erkannt werden. Dann ist eine Kalibrierung beziehungsweise Anpassung des Werts des Stelldrucksensors möglich, ohne dass hierfür der reguläre Betrieb des Systems unterbrochen werden muss.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur rechnerischen Bestimmung des Stelldrucks anhand von erfassten Größen des Vorratsdrucks und der Position der Ventileinrichtung erlaubt es so, einfach und effizient einen optionalen
Stelldrucksensor zu überwachen und gegebenenfalls auftretende Abweichungen auszugleichen beziehungsweise diesen neu zu kalibrieren. Andererseits ermöglicht es bei einem Ausfall des Stelldrucksensors oder wenn in einem alternativen System bereits bei der Konstruktion desselben auf den
Stelldrucksensor verzichtet worden ist, eine sichere zuverlässige und qualitativ hochwertige Druckregelung zu ermöglichen. Damit lässt sich in der zuletzt genannten Art und Weise ein entsprechend kostengünstiges System bereitstellen, welches dennoch eine sichere und zuverlässige Funktionalität garantiert.
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich dabei in beliebigen hydraulischen oder pneumatischen Systemen einsetzen, in denen eine entsprechende Druckregelung mit hoher Qualität und/oder mit minimalem Einsatz an Bauteilen sichergestellt werden soll. Der Aufbau eignet sich aber besonders, um ein Druckluftsystem in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Nutzfahrzeug, zu betreiben, da hier eine zuverlässige Funktionalität mit minimalen Kosten und bei entsprechenden
Varianten des Systems minimalem Aufwand hinsichtlich der verbauten Sensoren von besonderem Vorteil ist. Insbesondere entsteht ein Kostenvorteil aufgrund der vergleichsweise hohen Stückzahlen bei Fahrzeugen. Außerdem stellt das
Druckluftsystem eines Fahrzeugs sehr häufig das System dar, welches zumindest indirekt zur Betätigung der Bremsen notwendig ist, sodass in diesem Fall eine hohe Anforderung an die Sicherheit des Systems gewährleistet werden muss. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann in derartigen Systemen bei vorhandenem Stelldrucksensor dann sichergestellt werden, dass dessen Funktionalität sicher und zuverlässig während des Betriebs überwacht werden kann, und dass ein
gegebenenfalls auftretender Ausfall des Sensors mit dem nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren bestimmten Druckwerts ausgeglichen werden kann, sodass die Druckregelung weiterhin funktioniert und ein sicheres und zuverlässiges Bremsen des Fahrzeugs über das Druckluftsystem auch weiterhin möglich ist. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der Verwendung desselben, ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen sowie aus den Ausführungsbeispielen, welche nachfolgen anhand der Figuren näher erläutert werden.
Dabei zeigen:
Figur 1 eine stark schematisierte Darstellung eines hydraulischen oder
pneumatischen Systems, welches mit einem Verfahren gemäß der Erfindung betrieben werden kann;
Figur 2 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der
Erfindung zur Berechnung eines Druckwerts; und
Figur 3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der
Erfindung zur Berechnung eines Druckwerts.
In der Figur 1 ist stark schematisiert ein pneumatisches oder hydraulisches System 1 dargestellt. Ohne dass die Erfindung hierdurch auf pneumatische Systeme eingeschränkt werden soll, wird das beispielhafte System in Figur 1 nachfolgend als pneumatisches System 1 beschrieben, wobei die erfindungsgemäße
Ausgestaltung von jedem Fachmann entsprechend analog auf ein hydraulisches System angewandt werden kann.
Das pneumatische System der Figur 1 besteht im Wesentlichen aus einem
Druckspeicher 2 einer Ventileinrichtung 3 sowie einem pneumatischen Nutzsystem 4, in welcher durch den über die Ventileinrichtung 3 Steuer- oder regelbar bereitgestellten Druck gewünschte Vorgänge ablaufen. Beispielhaft für derartige Vorgänge im Nutzsystem 4 kann die Ansteuerung von entsprechenden Ventilen genannt werden, welche beispielsweise ein Bremssystem eines Nutzfahrzeugs steuern. So kann in dem Nutzsystem 4 insbesondere ein Aufbau von
pneumatischen Ventileinrichtungen vorgesehen sein, welche durch den an ihnen anliegenden, durch die Steuer- oder regelbare Ventileinrichtung 3 bereitgestellten Stelldruck f einen entsprechenden Durchfluss beispielsweise eines
Arbeitsmediums in einen hydrodynamischen Retarder steuern beziehungsweise regeln. Alternativ dazu sind in dem Nutzsystem 4 jedoch auch andere
Möglichkeiten zur Nutzung denkbar, beispielsweise die direkte
Druckbeaufschlagung einer Membran mit Druckluft, welche dann durch eine entsprechende Verformung ein Arbeitsmedium, wie beispielsweise Öl, in einen hydrodynamischen Retarder drückt oder die Vorsteuerung eines Regelventils, beispielsweise über einen Regelkolben. Dabei sind neben dem Arbeitsmedium Öl selbstverständlich auch andere Arbeitsmedien wie insbesondere Wasser
beziehungsweise ein Wasserkühlmittelgemisch aus dem Kühlkreislauf eines Fahrzeugs denkbar.
Grundsätzlich soll das Nutzsystem 4 jedoch nicht auf derartige Anwendungen eingeschränkt werden, es könne jegliche anderen denkbaren Anwendungen in dem Nutzsystem realisiert werden, welche anhand des über die Ventileinrichtung 3 bereitgestellten Stelldrucks /^entsprechend gesteuert werden.
In dem hier dargestellten pneumatischen System 1 sind außerdem zwei Sensoren dargestellt. Hierbei handelt es sich um einen Drucksensor 5 für den Druck im Druckspeicher 2 sowie einen Sensor 6 zur Erfassung einer Stellung der
Ventileinrichtung 3. Beide Sensoren können dabei als herkömmliche Sensoren ausgebildet sein. Es sind jedoch auch alternative Möglichkeiten denkbar, bei denen die entsprechenden Werte nur mittelbar erfasst werden. Dies kann insbesondere bei der Ventileinrichtung 3 dadurch erfolgen, dass die Ventileinrichtung 3 als digitale Ventileinrichtung ausgebildet ist, welche lediglich die Zustände offen und geschlossen kennt. Dann kann über eine entsprechende Elektronik in der Ansteuerung der Ventileinrichtung 3 dieser Zustand beziehungsweise der für die Ventileinrichtung 3 bereitgestellte Stellstrom Ist erfasst werden, so dass hierdurch mittelbar die entsprechende Stellung der Ventileinrichtung 3 bekannt ist, ohne dass hierfür ein in Hardware realisierter Sensor notwendig wäre. Der Begriff Sensor für die Sensoren 5, 6 soll also nicht nur Hardwaresensoren umfassen, sondern steht stellvertretend auch für eine alternative Erfassung der
entsprechenden Werte über andere Kenngrößen, welche zumindest mittelbar mit diesen Werten zusammenhängen und daher über einfache Berechnungen oder entsprechende Kennfelder zu den durch die„Sensoren" 5, 6 erfassten Werten führen.
Die beiden Sensoren 5, 6 korrespondieren dabei mit einer Steuereinrichtung 7, die eine Regelungselektronik umfasst, durch welche der Stelldruck für das
Nutzsystem 4 entsprechend gesteuert oder zum Beispiel mittels des optischen Stelldrucksensors 8 geregelt werden kann. Die Steuereinrichtung 7 ist dabei als Steuergerät ausgebildet, welches außerdem über die Möglichkeit verfügt, entsprechende Softwareprogramme ablaufen zu lassen und Werte entsprechend zu speichern. Für die Realisierung der nachfolgend dargelegten Ausführungsbeispiele der
Erfindung sind dabei in allen Fällen beide Sensoren 5, 6 notwendig, während der Stelldrucksensor 8 optional ist. Zum besseren Verständnis wurden diese in Figur 1 jedoch alle eingezeichnet. Je nach Erläuterungen bei den nachfolgend
dargestellten Ausführungsbeispielen ergibt sich jedoch die Situation, dass lediglich die beiden Sensoren 5, 6 oder bei bestimmten Ausführungsformen auch alle drei der Sensoren 5, 6, 8 vorhanden sein können beziehungsweise müssen.
Anhand des in Figur 2 dargestellten Ablaufs wird nun ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben. Diesem liegt dabei insbesondere das Problem zugrunde, dass im Allgemeinen der Stelldruck py über einen Regelkreis geregelt wird. Sofern der optionale Stelldrucksensor 8 nicht vorhanden ist, oder einen Defekt aufweist, oder wenn im Bereich des Stelldrucksensors 8 aufgrund von Alterungsvorgängen oder Temperaturschwankungen ein Signaldrift auftritt, dann ist die Qualität der Regelung über den Regelkreis für den Stelldruck, bestehend aus dem Stellglied, nämlich der Ventileinrichtung 3, einer Ermittlung des Stelldrucks py und der in der Steuereinrichtung 7 implementierten Regelung gegebenenfalls problematisch. Der in Figur 2 gezeigte Aufbau ermöglicht es daher, in der unten beschriebenen Art und Weise den Stelldruck py über eine
entsprechende Simulation modellbasiert aus einer Statusrückmeldung des Sensors 6 über die Ventileinrichtung 3 und dem Vorratsdruck pvzu ermitteln. Dieser so ermittelte/berechnete Wert des Stelldrucks py kann dann entweder zur
Plausibilisierung des gemessenen Werts über den optionalen Stelldrucksensor 8 genutzt werden, oder auch zu einer Anpassung eines eventuellen Signaldrifts des vom Stelldrucksensor 8 erfassten Werts. Bei einem Komplettausfall oder einem konstruktiven Verzicht auf den Stelldrucksensor 8 kann außerdem die gesamte Regelung über den Stelldruck ycy erfolgen.
Wie in Figur 2 dargestellt, wird beim erfindungsgemäßen Verfahren dieser
Problematik dadurch begegnet, dass eine modellbasierte Berechnung des
Stelldrucks py aus dem Wert des Vorratsdrucks pv, welcher über den Drucksensor 5 gemessen wird und aus einer Statusrückmeldung des Sensors 6 über die
Stellung der Ventileinrichtung 3, erfolgt. In Figur 2 ist nun erkennbar, dass der vom Drucksensor 5 aufgenommene Vorratsdruck
Figure imgf000010_0001
einer ersten
Berechnungseinheit 9 entsprechend verarbeitet wird. Insbesondere lässt sich aus dem Vorratsdruck und der idealen Gasgleichung ein Massenstrom r& in einer modellbasierten Simulation errechnen. Aus der idealen Gasgleichung p - V = m R -T ergibt sich bei konstanten V, R, reine unmittelbare Abhängigkeit des
Massenstroms /&von der zeitlichen Ableitung des Drucks r&= f(d/^t ■ Dabei ist das Volumen l dasjenige Volumen, in welchem der Vorratsdruck pv gemessen wird, und die Größen R und 7"sind die spezifische Gaskonstante beziehungsweise die Temperatur in Kelvin. Die spezifische Gaskonstante ist stoffabhängig und kann, wie gegebenenfalls die Temperatur, als konstant angenommen werden.
Insbesondere lässt sich jedoch auch die Temperatur über eine einfache zusätzliche Sensorik erfassen oder als ein ohnehin vorhandener Temperaturwert über beispielsweise einen in der Steuerungselektronik verbundenen CAN-Bus
mitverarbeiten.
In der ersten Berechnungseinheit 9 lässt sich somit der Massenstrom n& ermitteln. Dieser Wert des modelbasiert simulierten Massenstroms /&wird dann an eine zweite Berechnungseinheit 10 weitergegeben. In dieser Berechnungseinheit 10 wird außerdem ein über den Sensor 6 erfasster Wert über die Ventilstellung und damit der Öffnungsquerschnitt A der Ventileinrichtung 3 mitverarbeitet. Wie bereits oben erwähnt, kann dieser Wert aus einer direkten Sensorik oder konstanten Kenngrößen der Ventileinrichtung 3 in Verbindung mit beispielsweise dem Strom Ist zur Ansteuerung der Ventileinrichtung 3, falls diese eine
magnetische Ventileinrichtung ist, gewonnen werden. Bei einem entsprechenden getakteten Betrieb der Ventileinrichtung 3 kann dann außerdem das
Pulsweitenverhältnis der Taktung mitberücksichtigt werden. All dies ist in der Darstellung in Figur 2 in der mit dem Bezugszeichen 6 des Sensors versehenen Box zusammengefasst, so dass in der zweiten Berechnungseinheit 10 lediglich ein direkter oder mittelbarer Wert über die Ventilstellung weiterverarbeitet wird. In dieser zweiten Berechnungseinheit 10 wird nun ein Modell berechnet, welches den Öffnungsquerschnitt der Ventileinrichtung 3 als Blende betrachtet. Aus der
Durchflussgleichung für eine derartige Blende
Figure imgf000012_0001
mit /&= Q p ist darin wieder der in der ersten Berechnungseinheit 8 bereits modellbasiert ermittelten Massenstrom r& enthalten. A ist dabei die
Querschnittsfläche der Ventileinrichtung, welche über den Sensor 6
zurückgemeldet wird, Q der Durchfluss und α die Durchflusszahl. Die
Durchflusszahl kann beispielsweise für die Ventileinrichtung empirisch bestimmt werden. Nun sind soweit alle Größen bekannt, so dass aus dem Ap = pv - py bei bereits gemessenem Vorratsdruck ^auf den Stelldruck py zurückgerechnet werden kann. In der zweiten Berechnungseinheit 10 wird somit der Stelldruck py anhand diverser realistischer Annahmen modellbasiert berechnet beziehungsweise simuliert. Der Stelldruck £y ergibt sich also aus dieser Simulation der Regelstrecke. Er kann dann der mit dem Bezugzeichen 11 bezeichneten Druckregelung, welche typischerweise als ein Teil der Steuereinrichtung 7 ausgebildet ist, zur Verfügung gestellt werden, um die Regelparameter entsprechend zu verbessern. Damit lässt sich die Lebensdauer der Ventile sowie die Güte der Regelung optimieren.
In der Darstellung der Figur 3 ist eine weitere Ausführungsform des Aufbaus gezeigt, wobei hier zusätzlich eine weitere Ventileinrichtung neben der bisher beschriebenen Ventileinrichtung 3 vorhanden sein soll. Ein solcher Aufbau kann beispielsweise bei einem Nutzsystem 4 eingesetzt werden, welches zum Befüllen eines Retarders mit Arbeitsmedium vorgesehen ist. Wenn die Bremsleistung des Retarders nicht mehr benötigt wird, so wird über eine entsprechende Absenkung des Drucks beziehungsweise die Regelung des Drucks auf einem geringeren Wert eine Entleerung des Retarders durch dessen eigene Pumpwirkung ermöglicht. Je schneller der Gegendruck der Druckluft gegen das mit dem Arbeitsmedium gefüllte System, beispielsweise eine mit Öl gefüllte Kammer, welche eine Membran aufweist, auf deren einen Seite das Öl und auf der anderen Seite die Druckluft angeordnet ist nachlässt, desto schneller verringert sich die Bremsleistung. Eine besonders schnelle Entleerung ist dann möglich, wenn der Druckabfall auf der Druckluftseite der Membran sehr schnell erfolgt, sodass der Retarder das
Arbeitsmedium sehr schnell auf die dem Arbeitsmedium zugeordnete Seite der Membran in den Vorratsraum fördern kann. Für solche Fälle kann ein zusätzliches Entlüftungsventil vorgesehen sein, welches einen Strömungsweg für die Druckluft aus der mit Druckluft beaufschlagten Seite des Vorratsraums heraus
beispielsweise an die Umgebung oder ein anderes System ermöglicht.
In der Figur 3 ist nun ein solches System dargestellt, bei dem eine weitere
Ventileinrichtung z. B ein solches Entlüftungsventil in das erfindungsgemäße Verfahren mit einbezogen ist. Dieses umfasst ebenfalls einen Sensor, welcher zumindest mittelbar die Stellung der Ventileinrichtung erfasst. Dieser ist in der Darstellung der Figur 3 durch eine mit 6' bezeichnete Box dargestellt. Auch dieser ist eine erste Berechnungseinheit 9', analog der oben beschriebenen
Berechnungseinheit 9, vorgeschaltet, welche aus dem jeweils relevanten Druck, welche durch den Sensor 6' erfasst worden ist, einen entsprechenden
Massenstrom berechnet, welcher über eine geeignete Verknüpfung mit dem in der Ausführungsform gemäß Figur 2 zusammengeführt und dann der zweiten
Berechnungseinheit 10 zugeführt wird. Da beim Entlüftungsventil typischerweise nicht der Vorratsdruck auf der eine Seite des Ventils anliegt, sondern der
Stelldruck py, da hier der druckgeregelte Bereich entlüftet wird, wird dieser Stelldruck /?y entweder berechnet oder über den optionalen Stelldrucksensor 8 gemessen und über die Druckregelung 11 an die erste Berechnungseinheit 9' der zweiten Ventileinrichtung mit dem Sensor 6' zurückgemeldet. Die in der Figur 3 dargelegte modellbasierte Berechnung beziehungsweise Simulation des Stelldrucks /^funktioniert dabei analog zu der im Rahmen der Figur 2 dargestellten und modellbasierten Rechnung beziehungsweise Simulation, sodass hierauf nicht nochmals näher eingegangen wird.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben eines hydraulischen oder pneumatischen Systems, mit
1.1 wenigstens einem Druckspeicher;
1.2 wenigstens einer Ventileinrichtung und einem Sensor zur zumindest
mittelbaren Erfassung einer Stellung der Ventileinrichtung; und
1.3 wenigstens einem Sensor zur Erfassung eines Werts, welcher zumindest mittelbar mit dem Druck des Druckspeichers zusammenhängt; wobei
1.4 mit beiden der Sensoren jeweils ein Wert erfasst wird;
dadurch gekennzeichnet, dass
1.5 anhand der erfassten Werte der Druck in dem Bereich des Systems
bestimmt wird, welcher auf der dem Druckspeicher (2) abgewandten Seite der Ventileinrichtung (3) angeordnet ist; und
1.6 der bestimmte Druckwert zur Druckregelung des über die Ventileinrichtung (3) bereitgestellten Drucks, und/oder zur Funktionsüberwachung und/oder Kalibrierung eines auf der dem Druckspeicher (2) abgewandten Seite der Ventileinrichtung (3) angeordneten optionalen Drucksensors (8) genutzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einer
Regelungselektronik (7) eine Regelstrecke zur Druckregelung simuliert wird, wodurch anhand der Stellung der Ventileinrichtung (3) und des erfassten Drucks in dem Druckspeicher (2) der Druckwert auf der dem Druckspeicher (2) abgewandten Seite der Ventileinrichtung (3) bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei nicht
vorhandenem oder ausgefallenem Drucksensor (8) auf der dem
Druckspeicher (2) abgewandten Seite der Ventileinrichtung (3) die Regelstrecke mit dem bestimmten Druckwert als Stelldruck (py) betrieben wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei
vorhandenem Drucksensor (8) auf der dem Druckspeicher (2) abgewandten Seite der Ventileinrichtung (3) über den bestimmten Druckwert eine Plausibilisierung des Signals des Drucksensors (8) erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet dass, wenn der vom Drucksensor (8) gelieferte Wert und der bestimmte Druckwert um eine vorgegebene Differenz voneinander abweichen, eine Fehlfunktion des Drucksensors (8) angenommen und angezeigt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer Fehlfunktion des Drucksensors (8) die Regelstrecke mit dem bestimmten Druckwert als Stelldruck (py) betrieben wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
7.1 die Werte des Drucksensors (8) auf der dem Druckspeicher (2)
abgewandten Seite der Ventileinrichtung (3) und die bestimmten
Druckwerte über einen gewissen Zeitraum gespeichert werden; und wenn
7.2 ständig eine konstante und/oder sich vergrößernde oder verkleinernde
Differenz auftritt, eine Kalibrierung des Drucksensors (8) anhand des Differenzwerts erfolgt.
8. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zum
Betreiben eines Druckluftsystems (1) in einem Kraftfahrzeug, insbesondere einem Nutzfahrzeug.
9. Verwendung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das
Druckluftsystem (1) zur Steuerung einer Bremsanlage des Fahrzeuges, insbesondere zur Betätigung einer Ventil Vorrichtung zur zumindest mittelbaren Befüllung eines hydrodynamischen Retarders, dient.
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