WO2012000472A1

WO2012000472A1 - Hydrostataktor und verfahren zur steuerung eines hydrostataktors

Info

Publication number: WO2012000472A1
Application number: PCT/DE2011/001260
Authority: WO
Inventors: Lukas Holzer
Original assignee: Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg
Priority date: 2010-06-28
Filing date: 2011-06-09
Publication date: 2012-01-05
Also published as: DE112011102157A5; CN102985717B; DE102011103750A1; CN102985717A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Hydrostataktor und ein Verfahren zur Steuerung eines Hydrostataktors mit einem elektrischen Antrieb und einer hydrostatischen Strecke mit einem bei einer vorgegebenen Temperatur vorgegebenen Druckmittelvolumen enthaltend einen Geberzylinder mit einem von dem Antrieb axial verlagerten Geberzylinderkolben und einem mit dem Geberzylinder mittels einer Druckleitung verbundenen Nehmerzylinder mit einem infolge eines über die Druckleitung von dem Geberzylinder auf den Nehmerzylinder übertragenen Drucks eines Druckmittels entlang eines Betätigungswegs verlagerbaren Nehmerzylinderkolben sowie zumindest einer Temperaturerfassungseinrichtung. Um den Temperatureinfluss des Druckmittels auf ein von dem Hydrostataktor betätigtes zu betätigendes Aggregat, beispielsweise eine Reibungskupplung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zumindest zu verringern, wird eine temperaturabhängige Veränderung des Druckmittelvolumens ermittelt und eine durch die Veränderung bewirkte Wegdifferenz des Nehmerzylinderkolbens durch eine Beaufschlagung des Geberzylinderkolbens durch den Antrieb kompensiert.

Description

Hydrostataktor und Verfahren zur Steuerung eines Hydrostataktors

Die Erfindung betrifft einen Hydrostataktor und ein Verfahren zur Steuerung eines Hydrostataktors mit einem von einem elektrischen Antrieb und einer hydrostatischen Strecke mit einem bei einer vorgegebenen Temperatur vorgegebenen Druck mitte Ivolumen enthaltend einen Geberzylinder mit einem von dem Antrieb axial verlagerten Geberzylinderkolben und einem mit dem Geberzylinder mittels einer Druckleitung verbundenen Nehmerzylinder mit einem infolge eines über die Druckleitung von dem Geberzylinder auf den Nehmerzylinder übertragenen Drucks eines Druckmittels entlang eines Betätigungswegs verlagerbaren Neh- merzylinderkolben sowie zumindest einer Temperaturerfassungseinrichtung.

Aus der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2009 051 245.4 ist ein Hydrostataktor bekannt, bei dem ein elektrischer Antrieb den Geberzylinderkolben des Geberzylinders axial verlagert, wodurch ein sich über eine Druckleitung anschließender Nehmerzylinder betätigt wird und ein Aggregat, beispielsweise eine Reibungskupplung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs betätigt. Das in der hydrostatischen Strecke zwischen Geberzylinder und Nehmerzyländer geführte Druckmittel ist dabei den Betriebstemperaturen des Kraftfahrzeugs ausgesetzt und erweitert sein Druckmittelvolumen bei zunehmender Temperatur. Weiterhin kann sich das Druckmedium bei einer Verlagerung innerhalb der hydrostatischen Strecke insbesondere an Engstellen durch innere Reibung erwärmen. Dies führt zu einem Druckaufbau in der hydrostatischen Strecke und damit zu einer ungewollten axialen Verlagerung des Nehmerzylinderkolbens. Insbesondere bei sensibel auf Wegänderungen reagierenden Aggregaten wie beispielsweise eine zugedrückte Reibungskupplung können dabei Störungen im Betrieb, beispielsweise eine Änderung des Tastpunktes und/oder des über die Reibungskupplung zu übertragenden Moments kommen.

Um für einen Druckausgleich zu sorgen, sind an derartigen hydraulischen Strecken sogenannte Schnüffelbohrungen vorgesehen, die bei in Ruhestellung befindlichem Geberzylinderkolben eine Verbindung zwischen dem Druckmittelvolumen der hydrostatischen Strecke und einem drucklosen Ausgleichsbehälter wie Vorratsbehälter herstellen. Bei modernen Hydrostatakto- ren, insbesondere bei einer zugedrückten Reibungskupplung eines Antriebsstrangs mit einem Doppelkupplungsgetriebe wird die Ruhestellung aus regelungstechnischen Gründen vergleichsweise selten angefahren, so dass ein Druckausgleich vergleichsweise selten durchge- führt werden kann. Durch den Einfluss derartig erweiterter Schnüffelzyklen bei wechselnden Druckverhältnissen in der hydrostatischen Strecke kann somit zumindest kurzzeitig zumindest ein komfortmindernder Betrieb des Hydrostataktors die Folge sein.

Aufgabe der Erfindung ist daher, einen Hydrostataktor und ein Verfahren zu dessen Betrieb vorzuschlagen, der bei einem Betrieb ohne Einbußen des Fahrkomforts mit verlängerten Schnüffelzyklen betrieben werden kann.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Steuerung eines Hydrostataktors mit einem von einem elektrischen Antrieb und einer hydrostatischen Strecke mit einem bei einer vorgegebenen Temperatur vorgegebenen Druckmittelvolumen enthaltend einen Geberzylinder mit einem von dem Antrieb axial verlagerten Geberzylinderkolben und einem mit dem Geberzylinder mittels einer Druckleitung verbundenen Nehmerzylinder mit einem infolge eines über die Druckleitung von dem Geberzylinder auf den Nehmerzylinder übertragenen Drucks eines Druckmittels entlang eines Betätigungswegs verlagerbaren Nehmerzylinderkolben sowie zumindest einer Temperaturerfassungseinrichtung gelöst, wobei eine temperaturabhängige Veränderung des Druckmittelvolumens ermittelt und eine durch die Veränderung bewirkte Wegdifferenz des Nehmerzyiinderkolbens durch eine Beaufschlagung des Geberzylinderkolbens durch den Antrieb kompensiert wird.

Der Hydrostataktor betätigt beispielsweise axial zu betätigende Aggregate in einem Kraftfahrzeug, beispielsweise Bremsen oder bevorzugt Reibungskupplungen, die beispielsweise als zugedrückte Reibungskupplungen zwischen einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine und jeweils einer Getriebeeingangswelle eines Teilantriebsstrangs eines Doppelkupplungsgetriebes in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs vorgesehen sind.

Nach dem erfinderischen Gedanken soll die Wegdifferenz aus einem die Veränderung von Temperaturwerten des Druckmittels, der dieses führenden mechanischen Bauteile und der Umgebung dieser berechnenden und voraussagenden Modells gewonnen und mittels einer Regelung des Antriebs kompensiert werden. Hierbei sollen keine zusätzlichen Sensoreinrichtungen wie beispielsweise Temperaturerfassungseinrichtungen vorgesehen werden. Vielmehr soll ein derartiges Modell auf Basis der vorhandenen Sensoreinrichtungen aufgestellt werden. Als Eingangsgrößen für die Berechnung des Modells werden daher zumindest eine Temperatur und eine aktuelle Geschwindigkeit des Geberzylinderkolbens verwendet. Als Temperaturen können beispielsweise Temperatur des Antriebs, des Geberzylinders, die Kupplungstem- peratur, die Umgebungstemperatur erfasst oder anhand von Temperaturmodellen ermittelt werden. Je nach Ausbildung des Hydrostataktors können beispielsweise zusätzlich Signale eines Drucksensors des Geberzylinders, eines Positionssensors des Geberzylinder- und/oder Nehmerzylindersensors und/oder dergleichen in dem Modell berücksichtigt werden.

Der Hydrostataktor besteht aus dem elektrischen Antrieb mit dem Geberzylinder, der Druckleitung und dem Nehmerzylinder, beispielsweise einem konzentrisch um eine Getriebeeingangswelle angeordneten Nehmerzylinder einer Reibungskupplung. Die hydraulische Strecke in Form der Druckkammer des Geberzylinders, der Druckkammer des Nehmerzylinders und der diesen verbindenden Druckkammer enthält das Druckmittelvolumen. Die drei Komponenten der hydraulischen Strecke befinden sich in Bereichen mit verschiedener Umgebungstemperatur. Da die Wärmeleitung über das Druckmittel aber auch über die mechanischen Bauteile der hydrostatischen Strecke wegen kleiner Wärmleitkoeffizienten vergleichsweise gering ist, bildet sich ein Temperaturgradient entlang der Druckmittelleitung und dem darin befindlichen Druckmittel.

Es hat sich dabei als vorteilhaft gezeigt, wenn das Modell zumindest die Temperaturen in den oben genannten drei Abschnitten Geberzylinder (GZ), Druckleitung (DL) und Nehmerzylinder (NZ) sowie das in diesen drei Abschnitten enthaltene Druckmittel sowie der diese umgebenden Umgebungsbereiche getrennt voneinander ermittelt, berechnet beziehungsweise erfasst. Dabei findet ein Wärmeaustausch sowohl zwischen der Umgebung und den mechanischen Bauteilen der drei Abschnitte als auch zwischen den mechanischen Bauteilen und dem Druckmittel statt. Außerdem tritt ein Wärmestrom innerhalb der Abschnitte auf. In dem beschriebenen Beispiel treten daher neun Temperaturen und acht Wärmeflüsse auf, die in dem Modell vorteilhafterweise berücksichtigt werden. Weiterhin können Wärmezuflüsse durch die Reibungskupplung, den elektrischen Antrieb, eine Zusatzheizung und innere viskose Reibung des Druckmittels berücksichtigt werden.

Als Modellgrößen können aus den Eingangsgrößen die Temperatur des Antriebs ^cz , die

Temperatur der Druckleitung ^ und die Temperatur des Nehmerzylinders ^NZ ermittelt werden. Weiterhin können die Temperaturen

des Druckmittels in diesen

Abschnitten und die Temperaturen GZ ^ DL und ^m der Umgebung in diesen Abschnitten entsprechend vorgesehen werden. Zwischen diesen Komponenten finden die folgende Wärmeströme statt:

mechanische Bauteile - Umgebung: mit ^{X = GZ>DL}>^NZ

Druckmittel -* mechanische Bauteile: ^l* ^ X = GZ,DL, NZ zwischen Geberzylinder und Druckleitung: ¹ GZ-*DL

j hw

zwischen Druckleitung und Nehmerzylinder: DL—*NZ

i

j Fl jFl

im Druckmedium: ^Λ GZ- DL ¹ DL->NZ

Während die Wärmeströme x , ^χ , GZ^DL , DC-*NZ durch einen Temperaturgradien- j FI jFl

ten bedingt sind, enthalten die Wärmeströme , DL^NZ infolge des in der Druckleitung bei Betätigungsvorgängen transportierten Druckmittels einen zusätzlichen Beitrag aufgrund des bewegten Massestromes. Das bewegte Druckmittel transportiert demnach Wärme von einem Abschnitt in den nächsten. Die beispielsweise durch die elektrischen Komponenten wie Leistungstransistoren des Antriebs produzierten Wärmeleistungen können als elektrische

Wärmeleistung

und der Einfluss der inneren Reibung des Druckmittels mit der vorgege- pFI

benen Viskosität als Reibleistung ^x mit X=GZ, Z, DL in dem Modell berücksichtigt werden.

Die Aufgabe wird weiterhin durch einen Hydrostataktor insbesondere zur Betätigung einer Reibungskupplung, insbesondere einer zugedrückten Reibungskupplung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einem von einem elektrischen Antrieb und einer hydrostatischen Strecke mit einem bei einer vorgegebenen Temperatur vorgegebenen Druckmittelvolumen enthaltend einen Geberzylinder mit einem von dem Antrieb axial verlagerten Geberzy- linderkolben und einem mit dem Geberzylinder mittels einer Druckleitung verbundenen Nehmerzylinder mit einem infolge eines über die Druckleitung von dem Geberzylinder auf den Nehmerzylinder übertragenen Drucks eines Druckmittels entlang eines Betätigungswegs verlagerbaren Nehmerzylinderkolben, zumindest einer Temperaturerfassungseinrichtung sowie einer elektronischen Steuereinheit zur Steuerung des elektrischen Antriebs zur Durchführung des in den Unterlagen beschriebenen Verfahrens gelöst. Hierbei kann das in dem Verfahren beschrieben Modell als Softwareroutine in der elektronischen Steuereinheit des Hydrostat- aktors implementiert sein.

Die Erfindung wird anhand des in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen: Figur 1 ein Prinzipschaltbild eines Modells zur Kompensation von temperaturabhängigen Druckschwankungen des Druckmittels in einer hydrostatischen Strecke eines Hydrostataktors,

Figur 2 eine Prinzipdarstellung einer hydrostatischen Strecke eines Hydrostataktors

und

Figur 3 ein schematisch dargestelltes Volumenelement der hydrostatischen Strecke der Figur 2.

Die Figur 1 zeigt das Prinzipschaltbild eines Modells 1 zur Kompensation von temperaturabhängigen Druckschwankungen des Druckmittels in einer hydrostatischen Strecke eines Hydrostataktors. Hierbei liegen zu Beginn der Ermittlung der Regelgröße für den in dem Druckmittel anliegenden und von dem Geberzylinder vorgegebenen Druck p, das Druckmittelvolumen V, das in der Regel zumindest im eingeschwungenen Zustand des Drucks p und bei konstanter Temperatur T konstant ist, und die Temperatur T als Eingangsgrößen vor. Die aktuell vorliegenden Daten des Drucks p im Druckmittel der erfassten oder ermittelten Temperatur T oder weiterer aus Sensoreinrichtungen und/oder weiteren Modellrechnungen zur Verfügung stehenden Temperaturen sowie das Druckmittelvolumen V werden in dem Knoten 1 mit den Ausgangswerten y(k|k+1 ) zur Kompensation des Temperatureinflusses auf das Volumen des Druckmittels korrigiert. Hierzu werden in Block 3 unter Berücksichtigung der mittleren

Strömungsgeschwindigkeit ^u des Druckmittels zyklisch in der Schleife 5 Temperaturwerte T(k|k+1) berechnet und prädiziert, die in Block 4 anhand der spezifischen Daten und Informationen wie Spezifikationen des Hydrostataktors in die Ermittlung der Ausgangswerte y{k|k+1) eingehen. In die Schleife 5 ist der Knoten 7 eingeschaltet, der die vorhergehend ermittelten Temperaturwerte T{k|k-1 ) mittels der in dem Block 6 durchgeführten Fehlerkorrektur zu den Eingangsgrößen T(kjk) der Temperatur korrigiert.

Im Einzelnen werden anhand der Eingangsgrößen der Temperatur T(k|k) und der mittleren Strömungsgeschwindigkeit ^u in Block 3 die von der Temperatur und der Strömungsgeschwindigkeit abhängigen Wärmeströme l(T, ^u ) und die Leistungen P(T, ^u ) bestimmt, die wiederum zur Berechnung von T(k+1 |k) verwendet werden. Die Ausgangsgrößen y(k+1 |k) sind neben der vorhergesagten Temperatur T(k+1 |k) das hieraus in Block 4 berechnete Volumen V des

Druckmittels, dessen Druck p sowie die temperaturabhängige Viskosität ''und der Wärmeausdehnungskoeffizient ^a . Die Temperaturinformationen aus vorhandenen Sensoreinrichtungen und/oder Temperaturmodellen, beispielsweise eines Kupplungs- und/oder Getriebe- temperaturmodells, der beispielsweise aus einem im Geberzylinder vorgesehenen Drucksensor erfasste Druck sowie die über die von dem Hydrostataktor betätigten Reibungskupplung übertragenden Moment ableitbare, temperaturabhängige Volumenausdehnung des Druckmittels werden in Block 6 in einer Fehlerkorrektur verarbeitet und Korrekturdaten den Konten 7 zugeführt.

Die Berechnung der Wärmeströme l(T, ^u ) der einzelnen Abschnitte Geberzylinder, Nehmerzylinder, Druckleitung des Hydrostataktors in Block 3 erfolgt im Einzelnen nach folgenden Gleichungen mit den bekannten Indizes GZ für den Geberzylinder, DL für die Druckleitung und NZ für den Nehmerzylinder:

Wärmeströme zwischen den einzelnen Abschnitten der mechanischen Bauteile

und

Hierbei ist ^GZ^DL der Abstand der beiden Massenmittelpunkte, ^ die Wärmeleitfähigkeit und ^GZ die mittlere Leitungsquerschnittsfläche der Druckleitung.

Wärmeströme innerhalb des Druckmittels der einzelnen Abschnitte:

. Fi - T j ^F! A ^FL 7 Ä^FI rr^Fi - T^FI )

¹ GZ-¥DL ^{Λ Λ}ΰΖ ^UGZ ⁱGZ ¹ DL GZ '

und

Alf' 3 ^Fl

Hierbei ist CZ^DL ^er Abstand der beiden Massenmittelpunkte, ^A die Wärmeleitfähigkeit und ^^DL die mittlere Leitungsquerschnittsfläche. ^UM , ^UQZ sind die aktuellen mittleren Geschwindigkeiten der Flüssigkeit im Bereich des Aktors und im Bereich der Leitung. Die Be- rücksichtigung des Massenstromes, der aufgrund der Wärmedehnung entsteht wird in diesem einfachen Ansatz nicht berücksichtigt.

Wärmeströme der einzelnen Abschnitte zwischen mechanischen Bauteilen und Druckmittel: 1 GZ ¹ GZ 2'k^F!~*^hW Λ ^Z

und

Hierbei sind x die Kontaktfläche zwischen Flüssigkeit und mechanischen Bauteilen, bei-

Ä

spielsweise Innenzylinderflächen der hydrostatischen Zylinder, ^m die Kontaktfläche am

Nehmer- und ^^GZ die Kontaktfläche am Geberkolben und L die Distanzen der Massenmittelpunkte.

Wärmeströme zwischen Hardware und Umgebung:

Die Wärmeströme zwischen den mechanischen Bauteilen und der Umgebung hängen von der speziellen Ausführung wie Design des Hydrostataktors sowie von dessen Anordnung im Kraftfahrzeug ab und können sowohl durch die Wärmeleitung über Kontaktflächen, beispielsweise einer Befestigung des Hydrostataktors am Getriebe über die dabei gebildeten Kontaktflächen und/oder durch Konvektion erfolgen. Die Wärmeströme sind dabei durch die Zusammenhänge

berücksichtigt.

Die in Block 3 einfließende Wärmeleistung

beschreibt die Wärmeproduktion, die durch die im Aktor befindliche Elektronik erzeugt wird. Die Reibleistung des Druckmittels, d durch innere Reibung Wärme erzeugt wird, ist gemäß dem Zusammenhang P° = 7>2ηΥ_χ in

Block 3 berücksichtigt, wobei "^x die mittlere Geschwindigkeit der Flüssigkeit im jeweiligen Ab-

R V

schnitt, ^x der Leitungsradius und ^x das Volumen des Leitungsabschnitts darstellt.

Eine Prädiktion der Ausgangsgrößen der prädizierten Temperaturen T(k+1 |k) in Block 3

C^ß = n^ßr^ß V n^ß

erfolgt anhand der Wärmekapazität ^χ Ρ^χ^^χ' ^χ _a die proportional der Dichte ^μ* und der c^ß

spezifischen Wärmekapazität ^x der verwendeten Materialien und deren Volumen ist, ergibt sich die Änderung der Temperatur AT j_n einem Zeitabschnitt ^ durch die folgenden Gleichungen mit den bekannten Bezeichnungen für die Abschnitte GZ, DL, NZ sowie den Materialindizes hw für die mechanischen Bauteile und Fl für das Druckmittel: A ~^m und

A T T^FL - j^Fl^^h» + p^{Ft FI}

AT^Fl = At 'UV ^Fi _ j '-*™ + p^FI )/r^FI

Die Temperatur zum aktuellen Zeitpunkt ^{t +} t wird dabei aus denjenigen zum vorhergehenden Zeitpunkt t durch: T(k + \ \ k) = T(k \ k) + AT _bestj_mmt

Die Volumenausdehnung ergibt sich mit dem ebenfalls temperaturabhängigen Volumenausdehnungskoeffizienten ^a aus den Einzelausdehnungen in den verschiedenen Abschnitten zu:

AV = a(T ) V_GZ Δ T + a(T» ) V_DLAT + a(T )V_mAT^

Das aktuelle Volumen ist dann gegeben durch ^V^ ^{+ 1} ' ^ ^ν I ^ ^{+ Δ V} . Da die Leitungs- querschnitte bekannt sind, lässt sich damit die zu erwartende Längsverschiebung und bei hin- terlegter Druckkenniinie die Druckänderung bestimmen.

Alternativ kann man bei vorhandener Druckkennlinie auch die Änderung des Druckes aus der Temperaturänderung bestimmen:

Fl

Es ist K die Kompressibilität der Hydraulikflüssigkeit, die auch Temperatur und Druckabhängig sein kann. Der aktuelle Druck ist dann gegeben durch P(k + ^ \ k) ⁼ P(k \ k) + Δρ _Dje tatsächliche Volumenänderung lässt sich aus der Kennlinie bestimmen.

Aus den gewonnen Werten kann zusätzlich die Viskosität ^cz ^ des Druckmittels im

Geberzylinder abgeschätzt werden, wobei unter Berücksichtigung der Geometrie einer Verbindungsstelle zwischen Vorratsbehälter und Geberzylinder die Dauer eines Austauschvorgangs von Druckmittel abgeschätzt werden kann. Durch einen Volumenausgleich zwischen Geberzylinder und Vorratsbehälter wird das Druckmittelvolumen der hydrostatischen Strecke

VGz + 1 1 k) = V

auf das Ausgangsvolumen ' ^{1 7 0} zurückgesetzt, was entsprechend in den Berechnungen in Block 4 zu berücksichtigen ist. Neben der Viskosität und der Geometrie der Verbindungsstelle wie Querschnittsöffnung einer Schnüffelbohrung geht in die Abschätzung der Dauer eines Druckausgleichs auch der Druckgradient zwischen Vorratsbehälter und hydrostatischer Strecke am Geberzylinder ein.

Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer auf verschiedene Volumenabschnitte unterteilten und verallgemeinerten hydrostatischen Strecke 8, die in verschiedenen Umgebungen, beispielsweise Motorraum, Kupplungsglocke und dergleichen unterschiedlichen Temperaturen ausgesetzt seien und verschiedene Querschnitte und Leitungsformen annehmen kann. Dabei sind die Volumenabschnitte n-1 , n, n+1 , ... abgesehen von einem ersten Volumenelement 1 und einem letzten Volumenelement N der hydraulischen Strecke 8 mit einer gleichbleibenden Länge ^ⁿ versehen. Neben dem Wärmetransport aufgrund des Temperaturgradienten tritt außerdem Wärmetransport durch Massetransport auf, da durch die Bewegung der Kolben des Geber- und Nehmerzylinders 9, 10 das Druckmittel hin und herbewegt wird. Die Verlagerung des Druckmittels erfolgt dabei jeweils um den Volumenbeitrag 11 jedes Volumenelements. Zusätzlich tritt durch die Temperaturänderung eine Volumenänderung 2 auf, die ebenfalls einen Massetransport mit sich bringt und aufgrund der Volumenerhöhung die Gesamtlänge der hydrostatischen Strecke 8 verändert. Der Temperaturverlauf zwischen den Massenschwerpunkten 13 der Volumenelemente wird als linear angenommen, wie im unteren Teil der Figur 2 gezeigten Grafik zu erkennen ist.

Figur 3 zeigt schematisch das n-te Volumenelement der Figur 2. I ist hierbei der Wärmestrom des Volumenelements gegenüber den benachbarten Volumenelementen und l ^lb ist derjenige in der hydrostatischen Strecke 8 (Figur 2). Jedes der Volumenelemente weist die Länge ,

R d

den Rohrradius " und die Rohrdicke " auf. Daraus ergibt sich die lokale Wärmeleitungsgleichung innerhalb des Druckmittel aus: pc_vd,T = -V - I - υ^χδ_χΤ + σ

Hierbei ist P die Dichte der Hydraulikflüssigkeit und ^Cy ihre spezifische Wärmekapazität. ist die lokale Temperatur, I der lokale Wärmestrom, ^u* die Geschwindigkeit in x-Richtung und ^σ enthält alle im Volumenelement auftretenden Wärmequellen.

Für das gezeigte Volumenelement gilt nach Integration der Wärmeleitungsgleichung über das Volumen des Volumenelements:

Mit der mittleren Temperatur

im Volumenelement gilt nach Anwendung des Gaußschen Satzes:

Hier wurde der Volumenstrom ^{y u}" ^A" und die Wärmeleistung

eingeführt. Mit der Wärmemenge ^^{π ~} P^cv^v^ gilt für die Wärmerate im Volumen schließlich die Bilanzgleichung: d o = i^Q -i^Q +i^F - i^v -i^aib +p mit dem Wärmestrom von Volumenelement n-1 (Figur 2) nach Volumenelement n

und dem Wärmestrom von Volumenelement n nach n+1 (Figur 2)

T —T

1 A

mit der Wärmeleitfähigkeit ^A und der Querschnittsfläche ⁿ⁺¹ .

Für den Massenstrom vom Volumenelement n-1 zum Volumenelement n ergibt sich = (v^{m +} - (r_n -T_n._x) und für den Massenstrom vom Volumenelement n zum Volumenelement n+1

Hierbei wird außerdem der durch Wärmeausdehnung induzierte Massenstrom =1 unter der Annahme einer festen Position der Geberzylinderkolbens 10 (Figur 2) berücksichtigt. Für den Wärmestrom von außen in die Druckleitung ergibt sich:

" (R. +d_m /2) mit der Mantelfläche * " " , dem Innenradius " der Druckleitung und der Rohrstärke dieser.

Der Quellterm setzt sich aus einem Summanden, der durch die Wärmeproduktion wegen der

yvisc

viskosen inneren Reibung der Flüssigkeit ⁿ unter der Annahme einer laminaren Poiseuille- Strömung in Form der Gleichung

entsteht und weiteren unbestimmten Quellen

nach folgender Gleichung zusammen:

P„^mc = 32ην„

n mit

Es gilt dabei die Umkehrbarkeit aller Ströme J nach

Für die Volumenelemente 1 und N der Figur 2 ergibt sich eine Sondersituation. Beim ersten

j Q _ j Geb

Volumenelement 1 ist der Wärmefluss ¹ derjenige, der vom Geberzylinderkolben

Q _ Ns

kommt und beim Volumenelement N ist der Wärmefluss ^N+] derjenige, der zum Neh- r V r V

merzylinder geht. Die Volumenströme ¹ und ^N+] verschwinden, da kein Volumenaustausch durch die Kolben stattfindet. Insbesondere sind die Längen ^^und durch die Bewegung des Kolbens zeitabhängig.

Für die die hydrostatische Strecke bildenden mechanischen Bauteile gilt eine Wärmeleitungsgleichung ohne Volumenaustausch:

^•b sxttb mit

als dem Wärmefluss aus der

Flüssigkeit und als Wärmestrom zur Umgebung.

Mit der Wärmekapazität des "-ten Elementes, " ^{π v} , ergibt sich für die Temperatur das folgende Differenzialgleichungssystem:

Cß,T_n = A_n„ T_n + A_mT_n + A_{n R+l}T_n+l + a„T? + P_n

^Ν^ ^Ν ⁼ Α_Ν(Ν__Λ)Τ_Ν + A_NNT_N +a_NT_N +1 +P_N

C^! d_tT? = Ä„ _γΤ* + A_n'^bX^b + A'^b _n+]T _M + a_nT_n - I mit den Koeffizienten

fa +d l)

Die Integration des Differentialgleichungssystems in dem Modell kann beispielsweise mittels eines Eulerverfahrens diskret erfolgen:

Hier werden die Temperaturen T _t externen Flüsse l ^exs''^h und Wärmeproduktionen P in je ei-

C C'^b

nem Vektor, die Wärmekapazitäten in den Diagonalmatrizen = , = und die Koeffizienten in

A A^,b

den Matrizen = , = zusammengefasst. Der untere Index beschreibt den Zeitschritt.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Steuerung eines Hydrostataktors mit einem von einem elektrischen Antrieb und einer hydrostatischen Strecke mit einem bei einer vorgegebenen Temperatur vorgegebenen Druckmittelvolumen enthaltend einen Geberzylinder mit einem von dem Antrieb axial verlagerten Geberzylinderkolben und einem mit dem Geberzylinder mittels einer Druckleitung verbundenen Nehmerzyiinder mit einem infolge eines über die Druckleitung von dem Geberzylinder auf den Nehmerzylinder übertragenen Drucks eines Druckmittels entlang eines Betätigungswegs verlagerbaren Nehmerzylinderkolben sowie zumindest einer Temperaturerfassungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass eine temperaturabhängige Veränderung des Druckmittelvolumens ermittelt und eine durch die Veränderung bewirkte Wegdifferenz des Nehmerzylinderkolbens durch eine Beaufschlagung des Geberzylinderkolbens durch den Antrieb kompensiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Wegdifferenz aus einem die Veränderung von Temperaturwerten im Druckmittel, in diese umgebenden mechanischen Bauteilen und deren Umgebung berechnenden und voraussagenden Modells gewonnen und mittels einer Regelung des Antriebs kompensiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Eingangsgrößen für die Berechnung des Modells zumindest eine Temperatur und eine aktuelle Geschwindigkeit des Geberzylinderkolbens verwendet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Eingangsgrößen Modellgrößen in Form der Temperaturen des Geberzylinders, des Nehmerzylinders und/oder der Druckleitung ermittelt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Eingangsgrößen die Temperaturen des Druckmittels im Geberzylinder, im Nehmerzylinder und/oder in der Druckleitung ermittelt werden.

Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Eingangsgrößen die Umgebungstemperaturen des Geberzylinders, des Nehmerzylinders und/oder der Druckleitung ermittelt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Geberzylinder, dem Nehmerzylinder und/oder der Druckleitung und der Umgebung, der Umgebung und dem Geberzyiinder, dem Nehmerzylinder und/oder der Druckleitung und/oder zwischen dem Druckmittel zwischen Geberzylinder und/oder dem Druckmittel zwischen Druckleitung und/oder dem Nehmerzylinder auftretende Wärmeflüsse ermittelt werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Einflussgrößen zumindest einer Modellgröße, den mechanischen Vorgaben der hydrostatischen Strecke sowie der Viskosität des Druckmittels eine thermische Reibleistung des Druckmittels ermittelt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Ruhestellung des Geberzylinderkolbens ein Volumenausgleich zwischen einem Vorratsbehälter und der hydraulischen Strecke durchgeführt wird.

10. Hydrostataktor insbesondere zur Betätigung einer Reibungskupplung, insbesondere einer zugedrückten Reibungskupplung in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einem von einem elektrischen Antrieb und einer hydrostatischen Strecke mit einem bei einer vorgegebenen Temperatur vorgegebenen Druckmittelvolumen enthaltend einen Geberzylinder mit einem von dem Antrieb axial verlagerten Geberzylinderkolben und einem mit dem Geberzylinder mittels einer Druckleitung verbundenen Nehmerzylinder mit einem infolge eines über die Druckleitung von dem Geberzylinder auf den Nehmerzylinder übertragenen Drucks eines Druckmittels entlang eines Betätigungswegs verlagerbaren Nehmerzylinderkolben, zumindest einer Temperaturerfassungseinrichtung sowie einer elektronischen Steuereinheit zur Steuerung des elektrischen Antriebs zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9.