WO2023016969A1 - Verfahren zum ermitteln von ansteuermodell-parametern eines ansteuermodells einer axialkolbenpumpe - Google Patents

Verfahren zum ermitteln von ansteuermodell-parametern eines ansteuermodells einer axialkolbenpumpe Download PDF

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Christoph Zimmer
Adrian Trachte
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Robert Bosch Gmbh
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    • F04B49/10—Other safety measures

Definitions

  • the present invention relates to a method for determining control model parameters of a control model of an axial piston pump and a computing unit and a computer program for its implementation.
  • a hydrostatic drive usually has a primary variable displacement pump and a secondary variable displacement motor.
  • the interconnection of the primary and secondary unit can be configured both in a closed and in an open circuit.
  • the primary and secondary units are adjusted either separately or coupled. This results in a speed on the secondary side that is proportional to the volume flow.
  • the working pressure adjusts according to the load torque and is usually limited by a pressure relief valve.
  • the delivery volume flow is set by adjusting the swivel angle.
  • the adjustment takes place e.g. via a hydraulic cylinder.
  • Its chamber pressure can be regulated via a pressure control valve.
  • the pump has a load-sensitive behavior, so that the swash plate is swiveled back by the working pressure, more precisely by the differential pressure acting on it. This relationship between working pressure, control pressure and swivel angle can be used to control the axial piston pump and thus the travel drive.
  • the control model models at least one control variable of the adjustment unit as a function of operating variables, operating points of the axial piston pump being characterized (or defined) in each case by specific operating values of the operating variables.
  • the set of operating points defines an n-dimensional space, whereby it is not clear a priori at which operating points in this space the axial piston pump is safe or error-free, i.e. without operation being interrupted due to an error (e.g. overpressure) and without, in extreme cases Damage occurs, is operable. It is therefore not known from the outset how exactly the space is divided into safe and unsafe operating points. This is due to the fact that series fluctuations within the production tolerances can lead to different operating behavior.
  • the invention uses the measure to use a safety model in addition to the control model, which is a model for safety of operating points, which therefore allows a statement to be made as to whether or not safe operation at an operating point is (probably) possible.
  • a safety model in addition to the control model, which is a model for safety of operating points, which therefore allows a statement to be made as to whether or not safe operation at an operating point is (probably) possible.
  • further operating points are selected such that on the one hand a variance of the control model is maximized and on the other hand the probability that the further operating point is a safe operating point is above a specified safety threshold.
  • the models (control model, safety model) are then adjusted based on the further operating point.
  • Control model parameters of a control model of an axial piston pump are determined in detail.
  • the delivery volume is changed by changing a swivel angle using an adjustable swash plate.
  • an adjustment force of an adjustment unit of the axial piston pump which is dependent on an actuating pressure, acts on the swash plate.
  • a pressure force resulting from a working pressure of the axial piston pump also acts on the swash plate.
  • Operating variables can be, for example: the speed of the axial piston pump, the swivel angle of the swash plate or the working pressure, i.e. the pressure difference of the pressures that are present in the working lines connected to the axial piston pump, between which the axial piston pump delivers the hydraulic fluid.
  • a measurable quantity of elements connected to the axial piston pump can also be used; e.g. a speed of a hydraulic motor connected to the working lines.
  • first and/or second time derivatives of these aforementioned operating variables/variables can also be used as operating variables.
  • the method includes providing initial control model parameters of the control model and an operating state set, which includes a plurality of initial first operating points; and providing initial safety model parameters of a safety model based on a safety set set that includes a plurality of initial second operating points and associated safety values, the safety model modeling a safety variable as a function of the operating variables, which enables a statement to be made as to whether error-free operation at the respective operating point is possible or not possible.
  • initial models or their model parameters are provided, based on which the further method steps are carried out.
  • the initial control model parameters and the initial operating state quantity form a safe starting point for the further process, which is determined, for example, by means of a physical simulation of the axial piston pump.
  • the initial safety model parameters and the initial safety set set allow an assessment of safety when further operating points are subsequently selected.
  • the sets of the initial first operating points and the initial second operating points are independent of one another, ie the initial second operating points do not (but can, at least in part) be identical to the initial first operating points.
  • the initial first operating points should be operating points at which error-free operation is possible. This need not be the case for the initial second operating points.
  • the method also includes determining or selecting a further operating point that is not yet included in the operating state set once or several times, with the further operating point being determined such that a variance of the control model is maximized under the condition that a probability obtained by the safety model that error-free operation at the further operating point is not possible is less than or equal to a predetermined safety threshold; updating the operating state set and the control model parameters of the control model, taking into account the further operating point; and updating the security set set and the security model parameters of the security model taking into account the further operating point.
  • the further operating point is selected from the set of all operating points that are not yet included in the operating state set and whose probability obtained by the safety model that error-free operation at the further operating point is not possible is less than or equal to a specified safety threshold, the selection from this set being made in such a way that the variance of the drive model is maximized.
  • the variance of the control model can be determined from the uncertainty of the prediction model for the operating points. If Gaussian processes are used, the prediction provides a mean and a variance.
  • the probability that error-free operation is possible or not possible for an operating point is obtained by applying the safety model (considered as a mapping) to the respective operating point and the estimated safety value obtained in this way, possibly taking into account the distribution of an error term with the safety threshold is compared.
  • the distribution of an error term can also be determined in the model, for example in regression models.
  • a (partial) security value S can be calculated from this, for example, as: 1-P/PMAX; where P stands for the working pressure Ap or for a pressure pi, p2 in the working lines and PMAX designates a corresponding maximum pressure (determined, for example, by a pressure relief valve).
  • a (partial) safety value can be determined based on the pivot angle in relation to a maximum possible pivot angle.
  • a maximum rotational speed that should not be exceeded can be specified in a similar manner, even if there is a fixed rotational speed limit here.
  • Combinations, such as suitable sums or mean values, of these and possibly other partial safety values are preferably used as the (overall) safety value.
  • Associated safety values can be determined in the same way for the initial second operating points. Alternatively or additionally, the expert knowledge of a person skilled in the art can also be incorporated here, who can directly define the safety model or its safety model parameters for certain operating variable areas or operating points.
  • control model and/or the safety model are preferably regression models, the operating variables being independent variables and at least one control variable being at least one dependent variable; where Gaussian process models are preferably used as regression models.
  • the mappings fj and g which are characterized by the control model parameters and the safety model parameters, are determined, and the distribution of the error terms can also be determined.
  • Corresponding regression methods are known per se to those skilled in the art. For example, the method of least squares can be used, i.e.
  • control model parameters or the safety model parameters are determined in such a way that the probability that the respective model will have the control values/safety values at the operating points (the operating state quantity or the safety set quantity) taking into account the distribution of the respective Error terms yields, maximized.
  • regression models are also possible, such as the use of neural networks, provided these models are able to determine a variance or uncertainty estimate.
  • Updating the operating state quantity and the control model parameters of the control model preferably includes determining or measuring a further at least one control value of the at least one control variable, so that the further operating point is reached; adding the additional operating point and the determined additional at least one control value to the operating state set to form a supplemented operating state set; and redetermining the control model parameters of the control model based on the supplemented operating state set.
  • the control value is determined by operating the axial piston pump (e.g. on a test bench), with the control variables being set in such a way that the further operating point is reached.
  • the control model parameters are determined again according to the method used for modeling (e.g. regression method).
  • the updating of the safety rate set and the safety model parameters of the safety model preferably includes a determination of a safety value for the further operating point; adding the further operating point and the associated determined safety value to the safety set to form a supplemented safety set; and re-determining the security model parameters of the security model based on the supplemented security set.
  • the safety value is also determined or ascertained during operation of the axial piston pump (preferably during the operation mentioned in the aforementioned embodiment).
  • the operating variables and/or other variables, on the basis of which the safety value is calculated are in particular measured.
  • the safety model parameters are redetermined in accordance with the method used for modeling (eg regression method).
  • the provision of initial control model parameters of the control model and an operating state quantity preferably includes determining the initial first operating points by means of physical modeling of the axial piston pump, the first operating points being determined in the physical modeling in such a way that error-free operation is possible; and/or providing the initial first operating points using standard operating points that are known to be error-free.
  • the initial first operating points can be obtained through physical modeling and/or from standard operating points. In any case, they should be selected in such a way that error-free operation is possible at the first operating points.
  • the standard operating points can be determined, for example, with a reference axial piston pump or a prototype axial piston pump. Both in the physical modeling and when using standard operating points, operating points can be obtained that run error-free for all axial piston pumps within a series of axial piston pumps, i.e. these operating points can always be controlled error-free within the series scatter.
  • the provision of initial control model parameters of the control model and an operating state quantity preferably also includes determining the control values associated with the first operating points by means of physical modeling or by operating the axial piston pump and setting the control variables so that the respective first operating point is reached; and determining the control model parameters based on the determined first operating points and the determined associated control values.
  • the use of standard control model parameters would also be possible here, which were determined with a reference axial piston pump or a prototype axial piston pump.
  • the initial second operating points preferably include both safe operating points at which error-free operation is possible and unsafe operating points at which error-free operation is not possible; wherein the safe operating points preferably at least partially include the initial first operating points.
  • Uncertain operating points at which a missing error-free operation is not possible there may be operating points at which it is clear that errors will occur. For example, when a pressure P used as an operating variable reaches or exceeds a maximum possible pressure PMAX (determined, for example, by a pressure relief valve).
  • PMAX maximum possible pressure
  • a number of the initial first operating points and a number of the initial second operating points are preferably in the range from 10 to 100 independently of one another.
  • the safety threshold is also preferably less than or equal to 5%; wherein the safety threshold is preferably 2%, more preferably 1%, even more preferably 0.5%, most preferably 0.1%.
  • These numbers for the first/second operating points or these safety thresholds enable the (relatively) reliable determination of further operating points.
  • a different number of initial first operating points and/or a different number of initial second operating points can also be selected. This is particularly dependent on the model.
  • a lower safety threshold means higher safety, the choice depends accordingly on the specific risk appetite. The greater the risk, the faster the exploration of the operating point space, but with a higher risk of damage.
  • the determination of a further operating point, the updating of the operating state set and the control model parameters, and the updating of the safety set set and the safety model parameters are preferably carried out several times until a termination condition is met.
  • the termination condition includes one or more of: the variance of the control model is below a predetermined threshold, a change in the control model parameters when updating the control model parameters is below a predetermined threshold, a change in the safety model parameters when updating the safety model parameters below a predetermined threshold, or a distance of the further operating point to the set of other operating points in the set of operating states is below a predetermined threshold.
  • the termination conditions are selected in such a way that, if they are met, no significant improvement in the control model is to be expected.
  • a suitable metric on the space of operating variables can be used to determine a distance from operating points. Since the different operating variables have different units and different value ranges, scaling can be carried out first.
  • the operating values can be scaled in such a way that operating values that are between the minimum and maximum operating values (or other suitably defined lower/upper operating values) are scaled to the interval between -1 and +1 (for operating variables, the positive and negative values can assume, e.g. swivel angle) or on the interval between 0 and +1 (for operating variables that can only assume positive values, e.g. working pressure).
  • the Euclidean metric can be used, for example.
  • the scaling can be linear or non-linear; through the latter, certain company size ranges can be weighted more or less.
  • the at least one control variable preferably includes at least one control current for at least one pressure control valve of the adjustment unit, which can be actuated, in particular, electromagnetically.
  • a computing unit according to the invention e.g. a control unit of a test bench, is set up, in particular in terms of programming, to carry out a method according to the invention.
  • Suitable data carriers for providing the computer program are, in particular, magnetic, optical and electrical memories, such as hard drives, flash memories, EEPROMs, DVDs, etc. It is also possible to download a program via computer networks (Internet, intranet, etc.).
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a hydrostatic travel drive with an axial piston pump for which the method according to the invention is provided.
  • FIG. 2 shows a hydraulic circuit diagram of the axial piston pump of the travel drive according to FIG.
  • FIG. 3 shows a flow chart according to a preferred embodiment of the invention.
  • FIG. 4 illustrates safe and unsafe operating variable areas.
  • a traction drive 1 has a primary variable displacement pump 2 and a secondary variable displacement motor 4 connected in series.
  • the former is driven, for example, by an internal combustion engine ICE.
  • the primary unit 2 converts mechanical energy into hydraulic energy
  • the secondary unit 4 converts hydraulic energy into mechanical energy on the output side.
  • the process can also be reversed, so that the secondary unit 4 brakes on the output side 2 .
  • the primary 2 and secondary unit 4 can be connected both in an open circuit, i.e. the low-pressure sides of the primary 2 and secondary unit 4 are connected to a pressure-balanced tank, and in a closed circuit, i.e. the low-pressure sides of the primary 2 and secondary side 4 are directly connected to each other. Both circuits are protected against excessive pressure by pressure relief valves.
  • a power split can be used in which a mechanical power path is installed parallel to the hydrostatic part 2, 4.
  • the primary 2 and secondary 4 units are adjusted either separately or coupled. This results in a speed on the secondary side that is proportional to the volume flow.
  • the pressure adjusts according to the load torque and is limited by the pressure relief valve.
  • the axial piston pump 2 has a swash plate design, with its delivery volume flow in the working lines 6, 8 being adjusted by adjusting the swivel angle of its swash plate 10. This adjustment takes place via a mechanical coupling of the swash plate 10 with here, for example, a double-acting hydraulic cylinder 12 of an adjustment unit 13.
  • Both actuating chambers of the hydraulic cylinder 12 can be individually charged with actuating pressure medium (eg hydraulic oil).
  • actuating pressure medium eg hydraulic oil
  • the respective control pressure in the control chambers is set via pressure control valves 14, 16 of the adjustment unit 13.
  • the pressure control valves 14, 16 are designed here, for example, as electromagnetic valves and can be controlled by electrical currents, namely control currents I A , IB.
  • the axial piston pump 2 has a load-sensitive behavior, that is, it is pivoted back by a high applied working pressure p or Ap. If you want to keep the pump swiveled out despite high pressures, the pressure in the adjustment must be increased.
  • This characteristic stationary behavior which depends not only on the differential pressure but also on the speed and the swivel angle itself, is conventionally calculated in advance for the targeted adjustment or can be measured on the component test bench.
  • FIG. 3 shows a flow chart according to a preferred embodiment of the invention.
  • initial control model parameters of the control model and an operating state set which includes a number of initial first operating points.
  • These initial control model parameters and initial first operating points can be determined, for example, by means of physical modeling (i.e. simulation) of the axial piston pump. It is also conceivable that applicable standard parameters (chosen conservatively with regard to safety) are used for all axial piston pumps.
  • step 120 which can also be carried out before step 110 or at least partially simultaneously with it, initial safety model parameters of a safety model are provided based on a safety set that includes a number of initial second operating points and associated safety values.
  • the safety model models a safety variable as a function of the operating variables, which enables a statement to be made as to whether error-free operation at the respective operating point is possible or not.
  • step 130 a further operating point, which is not yet included in the operating state set, is determined. This is done in such a way that a variance of the control model is maximized, with the proviso that a probability obtained by the safety model that error-free operation is not possible at the further operating point is less than or equal to a predetermined safety threshold.
  • the updating 140 of the operating state set and the control model parameters can include the sub-steps 150, 160, 170.
  • a further at least one control value of the at least one control variable is determined, so that the further operating point is reached. This is done by operating the axial piston pump (e.g. in a test bench) and controlling it by adjusting the control variables so that the further operating point is reached.
  • an adjacent operating point can be assumed and the at least one control variable can be changed until the further operating point is reached. This is relatively easy to do, since the (physical) effect of a change in a control variable on the operating variables is known in principle and a type of fine adjustment is therefore essentially necessary.
  • step 160 the further operating point and the determined further at least one control value are added to the operating state quantity in order to form a supplemented operating state quantity.
  • control model parameters of the control model are then determined again based on the supplemented operating state set.
  • the parameters (control model parameters) of the control model are determined in such a way that the operating points are modeled as well as possible when they are used.
  • a regression method can preferably be used for this purpose.
  • updating 145 the security set set and the security model parameters may include sub-steps 155, 165, 175.
  • a safety value for the further operating point is determined.
  • variables in particular operating variables, can be determined and/or measured during operation of the axial piston pump (e.g. in a test stand; cf. step 150), which can be used to determine the safety value.
  • a determination based on a relative distance of these variables to corresponding extreme values could be used here.
  • step 165 the further operating point and the associated safety value determined in step 155 are added to the safety set set to form a supplemented safety set set.
  • step 175 the security model parameters of the security model are determined again based on the supplemented security record set.
  • a regression method is preferably used, in which case the safety values included in the set of safety sets should again be modeled as well as possible by applying the model to the corresponding operating points.
  • step 180 it is decided whether the procedure of steps 130, 140, 145 should be carried out for additional further operating points. If this is the case, a jump is made back to step 130 (determining another operating point). A loop is thus formed in which the set of safe operating points is gradually expanded by one operating point with each run.
  • steps 130, 140, 145 are not to be carried out for additional operating points, for example because a termination condition is met, the method can be ended in step 190 and the control model can be used in real operation of the axial piston pump (i.e. in operation for which the axial piston pump is provided). A further optimization of the control model is possible there, possibly taking the safety model into account.
  • Possible termination conditions are, for example, that a predetermined number of loop runs has taken place, that the variance of the control model is below a predetermined threshold, that the change in the control model parameters (in step 170) is below a predetermined threshold, that the change in the safety model - Parameter (in step 175) is below a predetermined threshold, or that a distance of the further operating point to the set of other operating points in the operating state set is below a predetermined threshold.
  • x1 and x2 represent operating values of two operating variables specified in any units.
  • uncertain operating variable area 44 with uncertain operating values (i.e. error-free operation not possible)
  • safe operating variable area 46 with safe operating values (i.e. error-free operation possible) drawn for the company sizes.
  • These two areas are separated from one another by a (security) boundary line 42 .
  • the position of the boundary line 42 is initially not exactly known and can be different for different axial piston pumps of the same type due to the series variance.
  • a line 48 is drawn in, which illustrates the progress of the method according to the invention, with the corner points of the line 48 corresponding to the (further) operating points, which are selected and controlled in such a way that they are safe in terms of the safety model and the variance of the control model is maximized, to determine corresponding control values.
  • the line 48 thus corresponds to the progress of the loop in FIG. 3.
  • the operating variable area 46 which is considered safe in terms of the safety model taking into account these further operating points, is also drawn in.
  • the safe operating variable area 46 expands as the method progresses, until finally the limit line 42 is at least approximately reached. In each step, a point within the respective safe operating variable area 46 is selected as a further operating point.
  • the method according to the invention makes it possible, so to speak, to "explore" the safe area

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln von Ansteuermodell-Parametern eines Ansteuermodells einer Axialkolbenpumpe (2), das wenigstens eine Ansteuergröße (lA, IB) einer Verstelleinheit (13) der Axialkolbenpumpe als Funktion von Betriebsgrößen modelliert, wobei Betriebspunkte der Axialkolbenpumpe jeweils durch Betriebswerte der Betriebsgrößen charakterisiert sind; umfassend: Bereitstellen (110) initialer Ansteuermodell-Parameter des Ansteuermodells und einer Betriebszustands-Menge, die mehrere initiale erste Betriebspunkte umfasst; Bereitstellen (120) initialer Sicherheitsmodell-Parameter eines Sicherheitsmodells basierend auf einer Sicherheitssatz-Menge, die mehrere initiale zweite Betriebspunkte und zugehörige Sicherheitswerte umfasst; wenigstens einmaliges Durchführen der folgenden Schritte: Bestimmen (130) eines weiteren Betriebspunkts, der noch nicht in Betriebszustands-Menge umfasst ist, wobei der weitere Betriebspunkt so bestimmt wird, dass eine Varianz des Ansteuermodells maximiert wird, unter der Bedingung, dass eine durch das Sicherheitsmodell erhaltene Wahrscheinlichkeit, dass ein fehlerfreier Betrieb an dem weiteren Betriebspunkt nicht möglich ist, kleiner oder gleich als eine vorgegebene Sicherheitsschwelle ist; Aktualisieren (140) der Betriebszustands-Menge und der Ansteuermodell-Parameter und Aktualisieren (145) der Sicherheitssatz-Menge und der Sicherheitsmodell-Parameter unter Berücksichtigung des weiteren Betriebspunkts.

Description

Robert Bosch GmbH
R.395113 - Tagliabue
Verfahren zum Ermitteln von Ansteuermodell-Parametern eines Ansteuermodells einer Axialkolbenpumpe
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln von Ansteuermodell- Parametern eines Ansteuermodells einer Axialkolbenpumpe sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.
Hintergrund der Erfindung
Ein hydrostatischer Fahrantrieb hat üblicherweise eine primäre Verstellpumpe und einen sekundären Verstellmotor. Die Verschaltung von Primär- und Sekundäreinheit kann sowohl im geschlossenen als auch im offenen Kreis ausgestaltet sein. Für den Betrieb werden Primär- und Sekundäreinheit entweder separat oder gekoppelt verstellt. Es ergibt sich damit eine zum Volumenstrom proportionale Drehzahl auf der Sekundärseite. Der Arbeitsdruck stellt sich entsprechend dem Lastmoment ein und ist nach oben üblicherweise durch ein Druckbegrenzungsventil begrenzt.
Bei Axialkolbenpumpen in Schrägscheibenbauweise wird der Fördervolumenstrom mittels Verstellung des Schwenkwinkels eingestellt. Die Verstellung erfolgt z.B. über einen Hydrozylinder. Dessen Kammerdruck kann über ein Druckregelventil geregelt werden. Die Pumpe hat ein lastfühliges Verhalten, sodass die Schrägscheibe vom Arbeitsdruck, genauer gesagt vom an ihr lastenden Differenzdruck, zurückgeschwenkt wird. Dieser Zusammenhang aus Arbeitsdruck, Stelldruck und Schwenkwinkel kann zur Steuerung der Axialkolbenpumpe und somit des Fahrantriebes genutzt werden.
Offenbarung der Erfindung Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Ermitteln von Ansteuermodell-Parametern eines Ansteuermodells einer Axialkolbenpumpe sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Das Ansteuermodell modelliert wenigstens eine Ansteuergröße der Verstelleinheit als Funktion von Betriebsgrößen, wobei Betriebspunkte der Axialkolbenpumpe jeweils durch konkrete Betriebswerte der Betriebsgrößen charakterisiert (bzw. definiert) sind. Die Menge der Betriebspunkte definiert einen n-dimensionalen Raum, wobei a priori nicht klar ist, an welchen Betriebspunkten in diesem Raum die Axialkolbenpumpe sicher bzw. fehlerfrei, d.h. ohne dass der Betrieb aufgrund eines Fehlers (etwa Überdruck) unterbrochen wird und ohne dass im Extremfall Schäden auftreten, betreibbar ist. Es ist also von vorneherein nicht bekannt wie genau der Raum in sichere und unsichere Betriebspunkte unterteilt ist. Dies liegt daran, dass Serienschwankungen innerhalb der Produktionstoleranzen zu unterschiedlichem Betriebsverhalten führen können.
Die Erfindung bedient sich der Maßnahme zusätzlich zu dem Ansteuermodell ein Sicherheitsmodell einzusetzen, das ein Modell für eine Sicherheit von Betriebspunkten ist, das also eine Aussage darüber erlaubt, ob oder ob nicht ein sicherer Betrieb an einem Betriebspunkt (wahrscheinlich) möglich ist. Es werden ausgehend von einigen bekannt sicheren Betriebspunkten weitere Betriebspunkte so gewählt, dass einerseits eine Varianz des Ansteuermodells maximiert wird und andererseits die Wahrscheinlichkeit, dass der weitere Betriebspunkt ein sicherer Betriebspunkt ist, über einer vorgegebenen Sicherheitsschwelle liegt. Die Modelle (Ansteuermodell, Sicherheitsmodell) werden dann basierend auf dem weiteren Betriebspunkt angepasst. Durch wiederholtes Durchführen dieses Vorgehens kann das Gebiet bekannt sicherer Betriebspunkte im Raum der Betriebspunkte schrittweise erweitert werden, wobei die Gefahr, dass die Axialkolbenpumpe mit Ansteuergrößen angesteuert wird, die zu Fehlern führen, sehr klein ist.
Im Einzelnen werden Ansteuermodell-Parameter eines Ansteuermodells einer Axialkolbenpumpe ermittelt. Das Fördervolumen wird mittels einer verstellbaren Schrägscheibe durch Ändern eines Schwenkwinkels geändert. An der Schrägscheibe greift zum Verstellen eine von einem Stelldruck abhängige Verstellkraft einer Verstelleinheit der Axialkolbenpumpe an. Ebenso greift an der Schrägscheibe eine aus einem Arbeitsdruck der Axialkolbenpumpe resultierende Druckkraft an. Aus diesen Kräften resultiert in Abhängigkeit von einer Drehzahl der Schwenkwinkel.
Betriebsgrößen (das sind typischerweise messbare Größen) können beispielsweise sein: die Drehzahl der Axialkolbenpumpe, der Schwenkwinkel der Schrägscheibe oder der Arbeitsdruck, d.h. die Druckdifferenz der Drücke, die in mit der Axialkolbenpumpe verbunden Arbeitsleitungen, zwischen denen die Axialkolbenpumpe das Hydraulikfluid fördert, vorliegen. Ebenso kann eine messbare Größe von mit der Axialkolbenpumpe verbunden Elementen verwendet werden; z.B. eine Drehzahl eines mit den Arbeitsleitungen verbundenen Hydraulikmotors. Zusätzlich können auch erste und/oder zweite zeitliche Ableitungen dieser vorstehend genannten Betriebsgrößen/Größen als Betriebsgrößen verwendet werden.
Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen initialer Ansteuermodell-Parameter des Ansteuermodells und einer Betriebszustands-Menge, die mehrere initiale erste Betriebspunkte umfasst; und ein Bereitstellen initialer Sicherheitsmodell-Parameter eines Sicherheitsmodells basierend auf einer Sicherheitssatz-Menge, die mehrere initiale zweite Betriebspunkte und zugehörige Sicherheitswerte umfasst, wobei das Sicherheitsmodell eine Sicherheitsgröße als Funktion der Betriebsgrößen modelliert, die eine Aussage ermöglicht, ob ein fehlerfreier Betrieb an dem jeweiligen Betriebspunkt möglich oder nicht möglich ist.
In diesen beiden Schritten werden anfängliche bzw. initiale Modelle bzw. deren Modell- Parameter bereitgestellt, ausgehend von denen die weiteren Verfahrensschritte durchgeführt werden. Die initialen Ansteuermodell-Parameter und die initiale Betriebszustands-Menge bilden einen als sicher erachteten Ausgangspunkt für das weitere Verfahren, der etwa mittels einer physikalischen Simulation der Axialkolbenpumpe ermittelt wird. Ebenso erlauben die initialen Sicherheitsmodell-Parameter und die initiale Sicherheitssatz-Menge eine Einschätzung der Sicherheit bei der nachfolgenden Wahl weiterer Betriebspunkte. Die Mengen der initialen ersten Betriebspunkte und der initialen zweiten Betriebspunkte sind voneinander unabhängig, d.h. die initialen zweiten Betriebspunkte müssen nicht (können aber, zumindest teilweise) identisch mit den initialen ersten Betriebspunkten sein. Die initialen ersten Betriebspunkte sollten Betriebspunkte sein, an denen ein fehlerfreier Betrieb möglich ist. Bei den initialen zweiten Betriebspunkten braucht dies nicht der Fall zu sein. Weiter umfasst das Verfahren ein einmaliges oder mehrmaliges Durchführen eines Bestimmens bzw. Auswählens eines weiteren Betriebspunkts, der noch nicht in der Betriebszu- stands-Menge umfasst ist, wobei der weitere Betriebspunkt so bestimmt wird, dass eine Varianz des Ansteuermodells maximiert wird, unter der Bedingung, dass eine durch das Sicherheitsmodell erhaltene Wahrscheinlichkeit, dass ein fehlerfreier Betrieb an dem weiteren Betriebspunkt nicht möglich ist, kleiner oder gleich einer vorgegebenen Sicherheitsschwelle ist; eines Aktualisierens der Betriebszustands-Menge und der Ansteuermodell-Parameter des Ansteuermodells unter Berücksichtigung des weiteren Betriebspunkts; und eines Aktualisierens der Sicherheitssatz-Menge und der Sicherheitsmodell-Parameter des Sicherheitsmodells unter Berücksichtigung des weiteren Betriebspunkts.
Anders formuliert wird der weitere Betriebspunkt ausgewählt aus der Menge aller Betriebspunkte, die noch nicht in Betriebszustands-Menge umfasst sind und deren durch das Sicherheitsmodell erhaltene Wahrscheinlichkeit, dass ein fehlerfreier Betrieb an dem weiteren Betriebspunkt nicht möglich ist, kleiner oder gleich einer vorgegebenen Sicherheitsschwelle ist, wobei die Auswahl aus dieser Menge so erfolgt, dass die Varianz des Ansteuermodells maximiert wird. Durch Wählen eines weiteren Betriebspunkt, der die Varianz maximiert, können Betriebsgrößen-Gebiete "erforscht" werden, in denen noch eine große Unsicherheit über das Verhalten der Axialkolbenpumpe besteht.
Die Varianz des Ansteuermodells kann aus der Unsicherheit des Vorhersagemodells für die Betriebspunkte bestimmt werden. Falls Gaußprozesse verwendet werden, liefert die Vorhersage einen Mittelwert und eine Varianz.
Die Wahrscheinlichkeit, dass ein fehlerfreier Betrieb für einen Betriebspunkt möglich bzw. nicht möglich ist, wird erhalten, indem das Sicherheitsmodell (aufgefasst als Abbildung) auf den jeweiligen Betriebspunkt angewandt wird und der so erhaltene geschätzte Sicherheitswert unter eventueller Berücksichtigung der Verteilung eines Fehlerterms mit der Sicherheitsschwelle verglichen wird. Die Verteilung eines Fehlerterms kann ebenfalls im Modell bestimmt werden, etwa in Regressionsmodellen.
Der (tatsächliche) Sicherheitswert für den jeweiligen weiteren Betriebspunkt kann in Abhängigkeit von den Betriebsgrößen und/oder anderen Größen bestimmt werden, wobei die Betriebsgrößen und/oder anderen Größen insbesondere gemessen werden können. Beispiels- weise kann der Arbeitsdruck Ap verwendet werden. Ebenso kann ein Druck pi, p2 in einer Arbeitsleitung verwendet werden, wobei der Arbeitsdruck die Differenz der Drücke in den beiden Arbeitsleitungen ist: Ap = pi - p2. Ein (Teil-)Sicherheitswert S kann daraus beispielsweise berechnet werden als: 1 - P/PMAX; wobei P für den Arbeitsdruck Ap oder für einen Druck pi, p2 in den Arbeitsleitungen steht und PMAX einen entsprechenden Maximaldruck (etwa durch ein Überdruckventil bestimmt) bezeichnet. Ähnlich kann ein (Teil-) Sicherheitswert basierend auf dem Schwenkwinkel in Relation zu einem maximal möglichen Schwenkwinkel bestimmt werden. Bei einer Drehzahl der Axialkolbenpumpe kann ähnlich eine Maximaldrehzahl, die sinnvollerweise nicht überschritten werden sollte, vorgegeben werden, auch wenn hier eine feste Drehzahlgrenze vorhanden ist. Bevorzugt werden Kombinationen, etwa geeignete Summen oder Mittelwerte, dieser und möglicherweise weiterer Teil- Sicherheitswerte als (Gesamt-)Sicherheitswert verwendet. Für die initialen zweiten Betriebspunkte können zugehörige Sicherheitswerte auf die gleiche Weise bestimmt werden. Alternativ oder zusätzlich kann hier auch Expertenwissen des Fachmanns einfließen, der etwa für bestimmte Betriebsgrößen-Gebiete oder Betriebspunkte das Sicherheitsmodell bzw. dessen Sicherheitsmodell-Parameter direkt festlegen kann.
Bevorzugt sind das Ansteuermodell und/oder das Sicherheitsmodell Regressionsmodelle, wobei die Betriebsgrößen unabhängige Variablen sind und wenigstens eine Ansteuergröße wenigstens eine abhängige Variable ist; wobei bevorzugt Gauss-Prozess-Modelle als Regressionsmodelle verwendet werden.
Die Modelle können also entsprechend als Regressionsmodelle wie folgt formuliert werden: Ansteuermodell: Yj = fj( ) + £j; Sicherheitsmodell: S = g(X) + T; wobei Yj für die wenigstens eine Ansteuergröße steht, Xj für die Betriebsgrößen steht; S für die Sicherheitsgröße steht und £j bzw. T jeweilige Fehlerterme, die insbesondere als normalverteilt angenommen werden, darstellen. Im Rahmen der Regression werden die Abbildungen fj bzw. g, die durch die Ansteuermodell-Parameter bzw. die Sicherheitsmodell-Parameter charakterisiert sind, bestimmt, ebenso kann die Verteilung der Fehlerterme bestimmt werden. Entsprechende Regressionsverfahren sind dem Fachmann an sich bekannt. Beispielsweise kann die Methode der kleinsten Quadrate angewandt werden, d.h. ein Funktional wird minimiert, das von den quadratischen Abweichungen zwischen gemessen Ansteuerwerten/Sicherheitswerten und Funktionswerten, die durch Anwenden der Abbildungen fj bzw. g auf die entsprechenden Betriebswerte (der Betriebszustands-Menge bzw. der Sicherheitssatz-Menge) erhalten wer- den, abhängig ist. Ebenso beispielsweise kann eine sogenannte Maximum-Likelihood- Schätzung verwendet werden. Dabei werden die Ansteuermodell-Parameter bzw. die Sicherheitsmodell-Parameter so bestimmt, dass die Wahrscheinlichkeit, dass das jeweilige Modell die Ansteuerwerten/Sicherheitswerten an den Betriebspunkten (der Betriebszu- stands-Menge bzw. der Sicherheitssatz-Menge) unter Berücksichtigung der Verteilung der jeweiligen Fehlerterme ergibt, maximiert.
Prinzipiell ist auch die Verwendung anderer Modelle (als Regressionsmodelle) möglich, etwa die Verwendung von neuronalen Netzen, sofern diese Modelle in der Lage, sind eine Varianz oder Unsicherheitsschätzung zu bestimmen.
Bevorzugt umfasst das Aktualisieren der Betriebszustands-Menge und der Ansteuermodell- Parameter des Ansteuermodells unter Berücksichtigung des weiteren Betriebspunkts ein Ermitteln bzw. Messen eines weiteren wenigstens einen Ansteuerwerts der wenigstens einen Ansteuergröße, so dass der weitere Betriebspunkt erreicht wird; ein Hinzufügen des weiteren Betriebspunkts und des ermittelten weiteren wenigstens einen Ansteuerwert zu der Betriebs- zustands-Menge, um eine ergänzte Betriebszustands-Menge zu bilden; und ein erneutes Bestimmen der Ansteuermodell-Parameter des Ansteuermodells basierend auf der ergänzten Betriebszustands-Menge. Der Ansteuerwert wird ermittelt, indem die Axialkolbenpumpe betrieben wird (z.B. in einem Prüfstand), wobei die Ansteuergrößen so eingestellt werden, dass der weitere Betriebspunkt erreicht wird. Das erneute Bestimmen der Ansteuermodell- Parameter erfolgt entsprechend dem für die Modellierung verwendeten Verfahrens (z.B. Regressionsverfahrens).
Bevorzugt umfasst das Aktualisieren der Sicherheitssatz-Menge und der Sicherheitsmodell- Parameter des Sicherheitsmodells unter Berücksichtigung des weiteren Betriebspunkts ein Bestimmen eines Sicherheitswerts für den weiteren Betriebspunkt; ein Hinzufügen des weiteren Betriebspunkts und des zugehörigen bestimmten Sicherheitswerts zu der Sicherheitssatz-Menge, um eine ergänzte Sicherheitssatz-Menge zu bilden; und ein erneutes Bestimmen der Sicherheitsmodell-Parameter des Sicherheitsmodells basierend auf der ergänzten Sicherheitssatz-Menge. Das Bestimmen bzw. Ermitteln des Sicherheitswerts erfolgt ebenfalls beim Betrieb der Axialkolbenpumpe (vorzugsweise während des in der vorgenannten Ausgestaltung erwähnten Betriebs). Dazu werden die Betriebsgrößen und/oder anderen Größen, basierend auf denen der Sicherheitswert berechnet wird, insbesondere gemessen. Das er- neute Bestimmen der Sicherheitsmodell-Parameter erfolgt auch hier entsprechend dem für die Modellierung verwendeten Verfahren (z.B. Regressionsverfahrens).
Bevorzugt umfasst das Bereitstellen initialer Ansteuermodell-Parameter des Ansteuermodells und einer Betriebszustands-Menge ein Bestimmen der initialen ersten Betriebspunkte mittels einer physikalischen Modellierung der Axialkolbenpumpe, wobei in der physikalischen Modellierung die ersten Betriebspunkte so bestimmt werden, dass ein fehlerfreier Betrieb möglich ist; und/oder ein Bereitstellen der initialen ersten Betriebspunkte unter Verwendung von Standard-Betriebspunkten, von denen bekannt ist, dass ein fehlerfreier Betrieb möglich ist. Die initialen ersten Betriebspunkte können durch physikalische Modellierung und/oder aus Standard-Betriebspunkten erhalten werden. In jedem Fall sollten sie so gewählt sein, dass ein fehlerfreier Betreib an den ersten Betriebspunkten möglich ist. Die Standard- Betriebspunkte können beispielsweise mit einer Referenz-Axialkolbenpumpe oder einer Pro- totypen-Axialkolbenpumpe ermittelt werden. Sowohl bei der physikalischen Modellierung als auch bei der Verwendung von Standard-Betriebspunkten können Betriebspunkte erhalten werden, die für alle Axialkolbenpumpen innerhalb einer Serie von Axialkolbenpumpen fehlerfrei laufen, d.h. innerhalb der Serienstreuung können diese Betriebspunkte in jedem Fall fehlerfrei angesteuert werden.
Bevorzugt umfasst das Bereitstellen initialer Ansteuermodell-Parameter des Ansteuermodells und einer Betriebszustands-Menge weiterhin ein Bestimmen der den ersten Betriebspunkten zugehörigen Ansteuerwerten mittels der physikalischen Modellierung oder mittels Betreiben der Axialkolbenpumpe und Einstellen der Ansteuergrößen, so dass der jeweilige erste Betriebspunkt erreicht wird; und ein Bestimmen der Ansteuermodell-Parameter basierend auf den bestimmten ersten Betriebspunkten und den bestimmten zugehörigen Ansteuerwerten. Alternativ wäre hier auch die Verwendung von Standard-Ansteuermodell- Parameter möglich, die etwa mit einer Referenz-Axialkolbenpumpe oder einer Prototypen- Axialkolbenpumpe ermittelt wurden.
Bevorzugt umfassen beim Bereitstellen initialer Sicherheitsmodell-Parameter eines Sicherheitsmodells die initialen zweiten Betriebspunkte sowohl sichere Betriebspunkte, an den eine fehlerfreier Betrieb möglich ist, als auch unsichere Betriebspunkte, an denen ein fehlerfreier Betrieb nicht möglich ist; wobei bevorzugt die sicheren Betriebspunkte die initialen ersten Betriebspunkte zumindest teilweise umfassen. Unsichere Betriebspunkte, an denen ein feh- lerfreier Betrieb nicht möglich ist, können etwa Betriebspunkte sein, an denen klar ist, das Fehler auftreten. Beispielsweise wenn ein als Betriebsgröße verwendeter Druck P einen maximal möglichen Druck PMAX (etwa bestimmt durch ein Überdruckventil) erreicht oder darüber hinausgeht. Diese Ausgestaltung ist zweckmäßig, wenn das Sicherheitsmodel ein Klassifikationsmodell ist. Ist es ein Regressionsmodell, ist dies nicht zwingend nötig.
Vorzugsweise liegen eine Anzahl der initialen ersten Betriebspunkte und eine Anzahl der initialen zweiten Betriebspunkte unabhängig voneinander im Bereich von 10 bis 100. Ebenso vorzugsweise ist die Sicherheitsschwelle kleiner oder gleich 5 % ist; wobei die Sicherheitsschwelle bevorzugt 2 %, weiter bevorzugt 1 %, noch weiter bevorzugt 0,5%, am meisten bevorzugt 0,1 %, beträgt. Diese Anzahlen für die ersten/zweiten Betriebspunkte bzw. diese Sicherheitsschwellen ermöglichen die (relativ) sichere Bestimmung weiterer Betriebspunkte. Allgemein können auch eine andere Anzahl der initialen ersten Betriebspunkte und/oder eine andere Anzahl der initialen zweiten Betriebspunkte gewählt werden. Dies ist insbesondere modellabhängig. Eine kleinere Sicherheitsschwelle bedeutet eine höhere Sicherheit, die Wahl hängt entsprechend von der spezifischen Risikobereitschaft ab. Je größer das Risiko, desto schneller erfolgt die Exploration des Raums der Betriebspunkte, allerdings verbunden mit einem höheren Schadensrisiko.
Vorzugsweise werden das Bestimmen eines weiteren Betriebspunkts, das Aktualisieren der Betriebszustands-Menge und der Ansteuermodell-Parameter, und das Aktualisieren der Sicherheitssatz-Menge und der Sicherheitsmodell-Parameter mehrmals durchgeführt, bis eine Abbruchbedingung erfüllt ist. Bevorzugt umfasst die Abbruchbedingung eines oder mehreres von: die Varianz des Ansteuermodells liegt unter einer vorbestimmten Schwelle, eine Änderung der Ansteuermodell-Parameter beim Aktualisieren der Ansteuermodell-Parameter liegt unter einer vorbestimmten Schwelle, eine Änderung der Sicherheitsmodell-Parameter beim Aktualisieren der Sicherheitsmodell-Parameter liegt unter einer vorbestimmten Schwelle, oder eine Distanz des weiteren Betriebspunkts zu der Menge der anderen Betriebspunkte in der Betriebszustands-Menge liegt unter einer vorbestimmten Schwelle. Die Abbruchbedingungen werden also im Prinzip so gewählt, dass, wenn diese erfüllt sind, keine wesentliche Verbesserung des Ansteuermodells zu erwarten ist. Zur Bestimmung einer Distanz von Betriebspunkten kann eine geeignete Metrik auf dem Raum der Betriebsgrößen verwendet werden. Da die unterschiedlichen Betriebsgrößen unterschiedliche Einheiten und unterschiedliche Wertebereiche aufweisen, kann zunächst eine Skalierung vorgenommen werden. Es können etwa die Betriebswerte so skaliert werden, dass durch die Skalierung Betriebswerte, die zwischen minimalen und maximalen Betriebswerten (oder anderen geeignet definierten unteren/oberen Betriebswerten) liegen, auf das Intervall zwischen -1 und +1 (für Betriebsgrößen die positive und negative Werte annehmen können, z.B. Schwenkwinkel) bzw. auf das Intervall zwischen 0 und +1 (für Betriebsgrößen die nur positive Werte annehmen können, z.B. Arbeitsdruck) abgebildet werden. Nach der Skalierung kann z.B. die euklidische Metrik verwendet werden. Die Skalierung kann linear oder nicht linear erfolgen; durch Letzteres können bestimmte Betriebsgrößen-Bereiche stärker oder schwächer gewichtet werden.
Bevorzugt umfasst die wenigstens eine Ansteuergröße wenigstens einen Ansteuerstrom für wenigstens ein Druckregelventil der Verstelleinheit, das insbesondere elektromagnetisch betätigbar ist.
Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Prüfstands, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
Auch die Implementierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Computerprogramms oder Computerprogrammprodukts mit Programmcode zur Durchführung aller Verfahrensschritte ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
Figurenbeschreibung
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines hydrostatischen Fahrantriebes mit einer Axialkolbenpumpe, für die das erfindungsgemäße Verfahren vorgesehen ist.
Figur 2 zeigt einen hydraulischen Schaltplan der Axialkolbenpumpe des Fahrantriebes gemäß Figur 1.
Figur 3 zeigt ein Ablaufdiagramm gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Figur 4 illustriert sichere bzw. unsichere Betriebsgrößen-Gebiete.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
Gemäß Figur 1 hat ein Fahrantrieb 1 eine primäre Verstellpumpe 2 und einen sekundären Verstellmotor 4 in Reihe geschaltet. Erstgenannte ist beispielsweise von einer Verbrennungskraftmaschine VKM angetrieben. Die Primäreinheit 2 wandelt mechanische in hydraulische Energie, die Sekundäreinheit 4 wandelt auf der Abtriebsseite hydraulische in mechanische Energie um. Der Vorgang kann auch umgekehrt werden, sodass durch die Sekundäreinheit 4 auf der Abtriebsseite 2 gebremst wird. Die Verschaltung von Primär- 2 und Sekundäreinheit 4 kann sowohl im offenen Kreis geschehen, das heißt die Niederdruckseiten der Primär- 2 und Sekundäreinheit 4 sind mit einem druckausgeglichenen Tank verbunden, als auch im geschlossenen Kreis, das heißt die Niederdruckseiten von Primär- 2 und Sekundärseite 4 sind direkt miteinander verbunden. Beide Schaltungen werden über Druckbegrenzungsventile gegen zu hohe Drücke abgesichert. Um den Wirkungsgrad des Antriebsstrangs zu erhöhen, kann eine Leistungsverzweigung verwendet werden, bei der parallel zum hydrostatischen Teil 2, 4 ein mechanischer Leistungspfad installiert wird. Für den Betrieb werden die Primär- 2 und Sekundäreinheit 4 entweder separat oder gekoppelt verstellt. Es ergibt sich damit eine zum Volumenstrom proportionale Drehzahl auf der Sekundärseite. Der Druck stellt sich entsprechend dem Lastmoment ein und ist nach oben durch das Druckbegrenzungsventil begrenzt. Gemäß Figur 2 ist die Axialkolbenpumpe 2 in Schrägscheibenbauweise ausgeführt, wobei ihr Fördervolumenstrom in den Arbeitsleitungen 6, 8 mittels Verstellung des Schwenkwinkels ihrer Schrägscheibe 10 verstellt wird. Diese Verstellung erfolgt über eine mechanische Kopplung der Schrägscheibe 10 mit hier beispielsweise einem doppeltwirkenden Hydrozylinder 12 einer Verstelleinheit 13. Dabei sind beide Stellkammern des Hydrozylinders 12 individuell mit Stelldruckmittel (z.B. Hydrauliköl) beaufschlagbar. Der jeweilige Stelldruck in den Stellkammern wird über Druckregelventile 14, 16 der Verstelleinheit 13 eingestellt. Die Druckregelventile 14, 16 sind hier beispielsweise als elektromagnetische Ventile ausgeführt und können durch elektrische Ströme, nämlich Ansteuerströme lA, IB, gesteuert werden.
Die Axialkolbenpumpe 2 hat ein lastfühliges Verhalten, das heißt, sie wird durch einen hohen anliegenden Arbeitsdruck p oder Ap zurückgeschwenkt. Möchte man die Pumpe trotz hoher Drücke weiter ausgeschwenkt halten, muss daher der Druck in der Verstellung erhöht werden. Dieses charakteristische Stationärverhalten, das neben dem Differenzdruck auch noch von der Drehzahl und dem Schwenkwinkel selbst abhängt, wird herkömmlicherweise für die gezielte Verstellung im Vorfeld berechnet oder kann am Komponentenprüfstand vermessen werden.
Figur 3 zeigt ein Ablaufdiagramm gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. In Schritt 110 werden initiale Ansteuermodell-Parameter des Ansteuermodells und eine Be- triebszustands-Menge, die mehrere initiale erste Betriebspunkte umfasst, bereitgestellt. Diese initialen Ansteuermodell-Parameter und initialen ersten Betriebspunkte können beispielsweise mittels einer physikalischen Modellierung (d.h. Simulation) der Axialkolbenpumpe bestimmt werden. Ebenso ist denkbar, dass für alle Axialkolbenpumpen zutreffende (im Hinblick auf die Sicherheit konservativ gewählte) Standardparameter verwendet werden.
In Schritt 120, der ebenso vor Schritt 110 oder zumindest teilweise gleichzeitig mit diesem durchgeführt werden kann, werden initiale Sicherheitsmodell-Parameter eines Sicherheitsmodells basierend auf einer Sicherheitssatz-Menge, die mehrere initiale zweite Betriebspunkte und zugehörige Sicherheitswerte umfasst, bereitgestellt. Das Sicherheitsmodell modelliert, wie bereits erläutert, eine Sicherheitsgröße als Funktion der Betriebsgrößen, die eine Aussage ermöglicht, ob ein fehlerfreier Betrieb an dem jeweiligen Betriebspunkt möglich oder nicht möglich ist. In Schritt 130 wird ein weiterer Betriebspunkt, der noch nicht in Betriebszustands-Menge umfasst ist, bestimmt. Dies erfolgt so, dass eine Varianz des Ansteuermodells maximiert wird, mit der Maßgabe, dass eine durch das Sicherheitsmodell erhaltene Wahrscheinlichkeit, dass ein fehlerfreier Betrieb an dem weiteren Betriebspunkt nicht möglich ist, kleiner oder gleich einer vorgegebenen Sicherheitsschwelle ist.
Anschließend erfolgt ein Aktualisieren 140 der Betriebszustands-Menge und der Ansteuer- modell-Parameter des Ansteuermodells und ein Aktualisieren 145 der Sicherheitssatz- Menge und der Sicherheitsmodell-Parameter des Sicherheitsmodells. Dies erfolgt jeweils unter Berücksichtigung des weiteren Betriebspunkts.
Im Einzelnen kann das Aktualisieren 140 der Betriebszustands-Menge und der Ansteuermo- dell-Parameter die Teil-Schritte 150, 160, 170 umfassen.
In Schritt 150 wird ein weiterer wenigstens ein Ansteuerwert der wenigstens einen Ansteuergröße ermittelt, so dass der weitere Betriebspunkt erreicht wird. Die erfolgt, indem die Axialkolbenpumpe betrieben wird (etwa in einem Prüfstand) und durch Einstellen der Ansteuergrößen angesteuert wird, so dass der weitere Betriebspunkt erreicht wird. Hierbei kann z.B. von einem benachbarten Betriebspunkt ausgegangen werden und die wenigstens eine Ansteuergröße geändert werden, bis der weitere Betriebspunkt erreicht ist. Dies ist relativ einfach möglich, da die (physikalische) Wirkung einer Änderung einer Ansteuergröße auf die Betriebsgrößen im Prinzip bekannt ist und somit im Wesentlichen eine Art Feineinstellung nötig ist.
In Schritt 160 werden der weitere Betriebspunkt und der ermittelte weitere wenigstens eine Ansteuerwert zu der Betriebszustands-Menge hinzugefügt, um eine ergänzte Betriebszu- stands-Menge zu bilden.
In Schritt 170 erfolgt dann ein erneutes Bestimmen der Ansteuermodell-Parameter des Ansteuermodells basierend auf der ergänzten Betriebszustands-Menge. D.h., die Parameter (Ansteuermodell-Parameter) des Ansteuermodells werden so bestimmt, dass bei Anwenden die Betriebspunkte möglichst gut modelliert werden. Dazu kann bevorzugt ein Regressionsverfahren verwendet werden. Ebenso kann das Aktualisieren 145 der Sicherheitssatz-Menge und der Sicherheitsmodell- Parameter die Teil-Schritte 155, 165, 175 umfassen.
In Schritt 155 wird ein Sicherheitswert für den weiteren Betriebspunkt bestimmt. Dazu können beim Betrieb der Axialkolbenpumpe (etwa in einem Prüfstand; vgl. Schritt 150) Größen, insbesondere Betriebsgrößen, bestimmt und/oder gemessen werden, die zur Bestimmung des Sicherheitswerts verwendet werden können. Beispielsweise könnte hier eine Bestimmung auf Grundlage eines relativen Abstands dieser Größen zu entsprechenden Extremwerten (z.B. Maximaldruck) verwendet werden.
In Schritt 165 werden der weitere Betriebspunkt und der zugehörige, in Schritt 155 bestimmte Sicherheitswert zu der Sicherheitssatz-Menge hinzugefügt, um eine ergänzte Sicherheitssatz-Menge zu bilden.
In Schritt 175 erfolgt ein erneutes Bestimmen der Sicherheitsmodell-Parameter des Sicherheitsmodells basierend auf der ergänzten Sicherheitssatz-Menge. Bevorzugt wird ein Regressionsverfahren verwendet, wobei wieder die in der Sicherheitssatz-Menge umfassten Sicherheitswerte durch Anwenden des Modells auf die entsprechenden Betriebspunkte möglichst gut modelliert werden sollen.
In Schritt 180 wird entschieden, ob das Vorgehen der Schritte 130, 140, 145 für zusätzliche weitere Betriebspunkte durchgeführt werden soll. Wenn dies der Fall ist, wird zu Schritt 130 (Bestimmen eines weiteren Betriebspunkts) zurückgesprungen. Es wird also eine Schleife gebildet, in der die Menge sicherer Betriebspunkte schrittweise mit jedem Durchlauf um einen Betriebspunkt erweitert wird.
Wenn andererseits die Schritte 130, 140, 145 nicht für zusätzliche Betriebspunkte durchgeführt werden sollen, etwa weil eine Abbruchbedingung erfüllt ist, kann in Schritt 190 das Verfahren beendet werden und ein Verwenden des Ansteuermodells im realen Betrieb der Axialkolbenpumpe erfolgen (d.h. im Betrieb, für den die Axialkolbenpumpe vorgesehen ist). Dort ist eine weitere Optimierung des Ansteuermodells, unter eventueller Berücksichtigung des Sicherheitsmodells möglich. Mögliche Abbruchbedingungen sind beispielsweise, dass eine vorbestimmte Anzahl von Durchläufen der Schleife erfolgt ist, dass die Varianz des Ansteuermodells unter einer vorbestimmten Schwelle liegt, dass die Änderung der Ansteuermodell-Parameter (in Schritt 170) unter einer vorbestimmten Schwelle liegt, dass die Änderung der Sicherheitsmodell- Parameter (in Schritt 175) unter einer vorbestimmten Schwelle liegt, oder dass eine Distanz des weiteren Betriebspunkts zu der Menge der anderen Betriebspunkte in der Betriebszu- stands-Menge unter einer vorbestimmten Schwelle liegt.
In Figur 4 sind Betriebsgrößen und sichere bzw. unsichere Betriebsgrößen-Gebiete illustriert. Dabei stellen x1 und x2 in beliebigen Einheiten angegebene Betriebswerte zweier Betriebsgrößen dar. Es sind ein unsicheres Betriebsgrößen-Gebiet 44 mit unsicheren Betriebswerten (d.h. fehlerfreier Betrieb nicht möglich) für die Betriebsgrößen und sicheres Betriebsgrößen-Gebiet 46 mit sicheren Betriebswerten (d.h. fehlerfreier Betrieb möglich) für die Betriebsgrößen eingezeichnet. Diese beiden Gebiete sind durch eine (Sicherheits-) Grenzlinie 42 voneinander abgegrenzt. Die Lage der Grenzlinie 42 ist zunächst nicht genau bekannt und kann aufgrund der Serienstreuung für verschiedene Axialkolbenpumpen desselben Typs verschieden sein.
Weiterhin ist eine Linie 48 eingezeichnet, die den Fortschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens illustriert, wobei Eckpunkte der Linie 48 den (weiteren) Betriebspunkten entsprechen, die so gewählt und angesteuert werden, dass sie im Sinne des Sicherheitsmodells sicher sind und die Varianz des Ansteuermodells maximiert wird, um entsprechende Ansteuerwerte zu ermitteln. Die Linie 48 entspricht also dem Fortschritt der Schleife in Figur 3. Das unter Berücksichtigung dieser weiteren Betriebspunkte im Sinne des Sicherheitsmodells als sicher erachtete Betriebsgrößen-Gebiet 46 ist ebenso eingezeichnet. Das sichere Betriebsgrößen- Gebiet 46 erweitert sich mit zunehmendem Fortschritt des Verfahrens, bis schließlich die Grenzlinie 42 zumindest annähernd erreicht wird. Dabei wird in jedem Schritt als weiterer Betriebspunkt ein Punkt innerhalb des jeweiligen sicheren Betriebsgrößen-Gebiets 46 gewählt. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es sozusagen, das sichere Gebiet zu "erforschen"

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zum Ermitteln von Ansteuermodell-Parametern eines Ansteuermodells einer Axialkolbenpumpe (2) mit einer zum Verstellen ihres Fördervolumens in einem Schwenkwinkel (a) verstellbaren Schrägscheibe (10), an der zum Verstellen eine von einem Stelldruck abhängige Verstellkraft einer Verstelleinheit (13) der Axialkolbenpumpe (2) wirkt, wobei das Ansteuermodell wenigstens eine Ansteuergröße (lA, IB) der Verstelleinheit (13) als Funktion von Betriebsgrößen modelliert, wobei Betriebspunkte der Axialkolbenpumpe jeweils durch konkrete Betriebswerte der Betriebsgrößen charakterisiert sind; wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Bereitstellen (110) initialer Ansteuermodell-Parameter des Ansteuermodells und einer Betriebszustands-Menge, die mehrere initiale erste Betriebspunkte umfasst;
Bereitstellen (120) initialer Sicherheitsmodell-Parameter eines Sicherheitsmodells basierend auf einer Sicherheitssatz-Menge, die mehrere initiale zweite Betriebspunkte und zugehörige Sicherheitswerte umfasst, wobei das Sicherheitsmodell eine Sicherheitsgröße als Funktion der Betriebsgrößen modelliert, die eine Aussage ermöglicht, ob ein fehlerfreier Betrieb an dem jeweiligen Betriebspunkt möglich oder nicht möglich ist; einmaliges oder mehrmaliges Durchführen der folgenden Schritte:
Bestimmen (130) eines weiteren Betriebspunkts, der noch nicht in der Betriebszu- stands-Menge umfasst ist, wobei der weitere Betriebspunkt so bestimmt wird, dass eine Varianz des Ansteuermodells maximiert wird, unter der Bedingung, dass eine durch das Sicherheitsmodell erhaltene Wahrscheinlichkeit, dass ein fehlerfreier Betrieb an dem weiteren Betriebspunkt nicht möglich ist, kleiner oder gleich einer vorgegebenen Sicherheitsschwelle ist;
Aktualisieren (140) der Betriebszustands-Menge und der Ansteuermodell-Parameter des Ansteuermodells unter Berücksichtigung des weiteren Betriebspunkts; und
Aktualisieren (145) der Sicherheitssatz-Menge und der Sicherheitsmodell-Parameter des Sicherheitsmodells unter Berücksichtigung des weiteren Betriebspunkts.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das Aktualisieren (140) der Betriebszustands- Menge und der Ansteuermodell-Parameter des Ansteuermodells unter Berücksichtigung des weiteren Betriebspunkts umfasst:
Ermitteln (150) bzw. Messen eines weiteren wenigstens einen Ansteuerwerts der wenigstens einen Ansteuergröße, so dass der weitere Betriebspunkt erreicht wird; Hinzufügen (160) des weiteren Betriebspunkts und des ermittelten weiteren wenigstens einen Ansteuerwert zu der Betriebszustands-Menge, um eine ergänzte Betriebszu- stands-Menge zu bilden; erneutes Bestimmen (170) der Ansteuermodell-Parameter des Ansteuermodells basierend auf der ergänzten Betriebszustands-Menge.
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Aktualisieren (145) der Sicherheitssatz-Menge und der Sicherheitsmodell-Parameter des Sicherheitsmodells unter Berücksichtigung des weiteren Betriebspunkts umfasst:
Bestimmen (155) eines Sicherheitswerts für den weiteren Betriebspunkt;
Hinzufügen (165) des weiteren Betriebspunkts und des zugehörigen bestimmten Sicherheitswerts zu der Sicherheitssatz-Menge, um eine ergänzte Sicherheitssatz-Menge zu bilden; erneutes Bestimmen (175) der Sicherheitsmodell-Parameter des Sicherheitsmodells basierend auf der ergänzten Sicherheitssatz-Menge.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Bereitstellen (110) initialer Ansteuermodell-Parameter des Ansteuermodells und einer Betriebszustands-Menge umfasst:
Bestimmen der initialen ersten Betriebspunkte mittels einer physikalischen Modellierung der Axialkolbenpumpe (2), wobei in der physikalischen Modellierung die ersten Betriebspunkte so bestimmt werden, dass ein fehlerfreier Betrieb möglich ist; und/oder
Bereitstellen der initialen ersten Betriebspunkte unter Verwendung von Standard- Betriebspunkten, von denen bekannt ist, dass ein fehlerfreier Betrieb möglich ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Bereitstellen (110) initialer Ansteuermodell- Parameter des Ansteuermodells und einer Betriebszustands-Menge weiter umfasst:
Bestimmen der den ersten Betriebspunkten zugehörigen Ansteuerwerten mittels der physikalischen Modellierung oder mittels Betreiben der Axialkolbenpumpe (2) und Einstellen der Ansteuergrößen, so dass der jeweilige erste Betriebspunkt erreicht wird;
Bestimmen der Ansteuermodell-Parameter basierend auf den bestimmten ersten Betriebspunkten und den bestimmten zugehörigen Ansteuerwerten.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei beim Bereitstellen (120) initialer Sicherheitsmodell-Parameter eines Sicherheitsmodells die initialen zweiten Betriebspunkte sowohl sichere Betriebspunkte umfassen, an den eine fehlerfreier Betrieb möglich ist, als auch unsichere Betriebspunkte umfassen, an denen ein fehlerfreier Betrieb nicht möglich ist; wobei bevorzugt die sicheren Betriebspunkte die initialen ersten Betriebspunkte zumindest teilweise umfassen.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Anzahl der initialen ersten Betriebspunkte und eine Anzahl der initialen zweiten Betriebspunkte unabhängig voneinander im Bereich von 10 bis 100 liegen.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Sicherheitsschwelle kleiner oder gleich 5 % ist; wobei die Sicherheitsschwelle bevorzugt 2 %, weiter bevorzugt 1 %, noch weiter bevorzugt 0,5%, am meisten bevorzugt 0,1 %, beträgt.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Bestimmen (130) eines weiteren Betriebspunkts, das Aktualisieren (140) der Betriebszustands-Menge und der Ansteuermodell-Parameter, und das Aktualisieren (145) der Sicherheitssatz-Menge und der Sicherheitsmodell-Parameter mehrmals durchgeführt werden, bis eine Abbruchbedingung erfüllt ist; wobei bevorzugt die Abbruchbedingung eines oder mehreres umfasst von: die Varianz des Ansteuermodells liegt unter einer vorbestimmten Schwelle, eine Änderung der An- steuermodell-Parameter beim Aktualisieren der Ansteuermodell-Parameter liegt unter einer vorbestimmten Schwelle, eine Änderung der Sicherheitsmodell-Parameter beim Aktualisieren der Sicherheitsmodell-Parameter liegt unter einer vorbestimmten Schwelle, oder eine Distanz des weiteren Betriebspunkts zu der Menge der anderen Betriebspunkte in der Be- triebszustands-Menge liegt unter einer vorbestimmten Schwelle.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Betriebsgrößen eines oder mehreres umfassen von einem Arbeitsdruck der Axialkolbenpumpe (2), einer Drehzahl der Axialkolbenpumpe (2) und einem Schwenkwinkel (a) der Schrägscheibe (10).
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11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die wenigstens eine Ansteuergröße wenigstens einen Ansteuerstrom (lA, IB) für wenigstens ein Druckregelventil (14, 16) der Verstelleinheit (13), das insbesondere elektromagnetisch betätigbar ist, umfasst.
12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Ansteuermodell und/oder das Sicherheitsmodell Regressionsmodelle sind, wobei die Betriebsgrößen unabhängige Variablen sind und die wenigstens eine Ansteuergröße wenigstens eine abhängige Variable ist; wobei bevorzugt Gauss-Prozess-Modelle als Regressionsmodelle verwendet werden.
13. Recheneinheit, insbesondere Steuergerät eines Prüfstands, die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.
14. Computerprogramm, das eine Recheneinheit veranlasst, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit ausgeführt wird.
15. Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 14.
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