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1. WO2020127007 - STEUERUNGSVORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR REGELUNG EINES VOLUMENSTROMS EINES FLUIDS IN EINEM ANTRIEBSSTRANG EINES KRAFTFAHRZEUGS

Anmerkung: Text basiert auf automatischer optischer Zeichenerkennung (OCR). Verwenden Sie bitte aus rechtlichen Gründen die PDF-Version.

[ DE ]

Steuerungsvorrichtung und Verfahren zur Regelung eines

Volumenstroms eines Fluids in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerungsvor richtung und ein Verfahren zur Regelung eines Volumen stroms eines Fluids in einem Antriebsstrang eines Kraft fahrzeugs sowie ein Hydraulikfördersystem für ein Kraft fahrzeug .

TECHNISCHER HINTERGRUND

In Antriebssträngen von Fahrzeugen wird zur Kühlung und Schmierung der mechanischen Komponenten in der Regel ein Hydraulikfluid verwendet, welches mittels einer typischer weise elektrisch angetriebenen Pumpe gefördert wird. Um bei verschiedenen mechanischen Lastzuständen des Antriebsstrangs ausreichend Hydraulikfluid bereitzustellen, kann der Volu menstrom des Hydraulikfluids variiert werden. Hierfür wird zumeist der Antriebsmotor der Pumpe abhängig von verschiede nen Strömungsparametern des Hydraulikfluids betrieben. Übli cherweise werden dabei Strömungsparameter des Hydraulikflu ids mittels Sensoren erfasst.

In der US 5 884 601 A wird beispielsweise beschrieben, den elektrischen Antriebsmotor einer Pumpe eines Schmiersystems für Verbrennungsmotoren abhängig von einem Lastzustand des Verbrennungsmotor und einem gemessenen Druck des Schmieröls zu betreiben. Die JP 2009185915 A beschreibt eine Regelung des Drehmoments oder der Drehzahl eines Antriebsmotors einer Ölpumpe abhängig von einer mittels eines Temperatursensors erfassten Öltemperatur .

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine einfache und robuste Regelung für ei nen Volumenstrom eines Fluids in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs bereitzustellen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Steuerungsvor richtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und/oder durch ein Hydraulikfördersystem mit den Merkmalen des Pa tentanspruchs 6 und/oder durch ein Verfahren mit den Merkma len des Patentanspruches 9 gelöst.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist eine Steue rungsvorrichtung zur Regelung eines Volumenstroms eines Fluids in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs vor gesehen. Die Steuerungseinrichtung umfasst einen Dreh zahlvorgabeeingang zum Empfang eines eine Soll-Drehzahl eines Antriebsmotors zum Antrieb einer Pumpe zum Fördern des Fluids repräsentierenden Soll-Drehzahlsignals, einen Leistungsausgang zum Anschluss an den Antriebsmotor, ei nen Drehzahleingang zum Empfang eines eine Ist-Drehzahl des Antriebsmotors repräsentierenden Ist-Drehzahlsignals und einen Drehmomenteingang zum Empfang eines ein Ist-Drehmoment des Antriebsmotors repräsentierenden Ist-Drehmomentsignals. Die Ein- und Ausgänge der Steuerungs vorrichtung können beispielsweise als analoge oder digi tale Schnittstellen realisiert sein, die zur Übertragung elektrischer oder elektromagnetischer Signale eingerich tet sind.

Weiterhin umfasst die Steuerungsvorrichtung eine Drehmo mentüberwachungseinheit, welche dazu eingerichtet ist, auf Basis eines Kennfeldes der Pumpe, welches eine funk tionale Abhängigkeit des vom Antriebsmotor aufzubringen- den Drehmoments von der Drehzahl des Antriebsmotors bei einem vorbestimmten Fluidzustand des Fluids beschreibt, eine Ist-Drehmomentabweichung zu ermitteln, die sich zwischen dem Ist-Drehmoment und dem sich für die Ist-Drehzahl aus dem Kennfeld ergebenden Drehmoment ergibt, und ein die Ist-Drehmomentabweichung repräsentierendes Drehmoment-Abweichungssignal zu erzeugen.

Die Steuerungsvorrichtung weist außerdem eine Drehzahl regeleinheit, welche dazu eingerichtet ist, auf Basis des Soll-Drehzahlsignals und des Ist-Drehzahlsignals ein erstes Leistungsstellsignal zu erzeugen, welches ein Soll-Drehmoment des Antriebsmotors repräsentiert. Der Drehzahlregeleinheit wird als Führungsgröße somit eine Soll-Drehzahl zugeführt und eine Regelabweichung wird gegenüber der tatsächlichen Ist-Drehzahl des Antriebsmo tors ermittelt. Als Stellgröße liefert die Drehzahlre geleinheit ein Soll-Drehmoment.

Weiterhin sind eine Korrektureinheit, welche dazu einge richtet ist, das erste Leistungsstellsignal gemäß dem Drehmoment-Abweichungssignals zu korrigieren und ein korrigiertes erstes Leistungsstellsignal bereitzustel len, und eine Leistungsregeleinheit vorgesehen, welche dazu eingerichtet ist, auf Basis des korrigierten ersten Leistungsstellsignals und des Ist-Drehmomentsignals ein zweites Leistungsstellsignal zu erzeugen und an dem Leistungsausgang zur Betätigung des Antriebsmotors be reitzustellen. Die Korrektureinheit kann insbesondere als Additionsglied realisiert sein, welches das Soll-Drehmoment, das von der Drehzahlregeleinheit geliefert wird, mit der Ist-Drehmomentabweichung, die von der Drehmomentüberwachungseinheit bereitgestellt wird, ad diert. Die Leistungsregeleinheit erhält als Führungsgrö ße dann das korrigierte Leistungsstellsignal, welches das korrigierte Soll-Drehmoment repräsentiert, als Mess größe das Ist-Drehmoment des Antriebsmotors in Form des Ist-Drehmomentsignals und stellt als Stellgröße ein Stellsignal zum Betreiben des Antriebsmotors bereit, z.B. in Form einer Betriebsspannung oder einer anderen geeigneten Stellgröße zur Beeinflussung des Drehmoments des Antriebsmotors

Die Steuerungsvorrichtung kann insbesondere durch einen Prozessor und einen Speicher, einen Mikrocontroller, ei nen FPGA (Field Programmable Gate Array) oder in ähnli cher Weise realisiert sein. Die Drehzahlregeleinheit, die Korrektureinheit, die Leistungsregeleinheit und die Drehmomentüberwachungseinheit können insbesondere als Softwaremodule programmiert sein, welche durch einen Prozessor ausführbar sind.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Hydrau likfördersystem für ein Kraftfahrzeug vorgesehen. Das Hydraulikfördersystem umfasst eine Fördervorrichtung, welche eine Pumpe und einen kinematisch an die Pumpe ge koppelten Antriebsmotor zum Antreiben der Pumpe auf weist, eine Drehzahlerfassungseinheit zum Erfassen einer eine Ist-Drehzahl des Antriebsmotors repräsentierenden Größe bzw. zur Erzeugung eines eine Ist-Drehzahl reprä sentierenden Ist-Drehzahlsignals, eine Drehmomenterfas sungseinheit zum Erfassen einer ein Ist-Drehmoment des Antriebsmotors repräsentierenden Größe bzw. zur Erzeu gung eines ein Ist-Drehmoment repräsentierenden Ist-Drehmomentsignals, und eine Steuerungsvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. Der Leistungsausgang der Steuerungsvorrichtung ist mit einem Leistungseingang des Antriebsmotors verbunden. Die Drehzahlerfassungsein heit ist mit dem Drehzahleingang der Steuerungsvorrich- tung verbunden. Die Drehmomenterfassungseinheit ist mit dem Drehmomenteingang verbunden.

Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung ist ein Verfah ren zum Regeln eines Volumenstroms eines Fluids, welches mittels einer durch einen Antriebsmotor angetriebenen

Pumpe durch einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs gefördert wird, vorgesehen. Bei dem Verfahren erfolgt ein Erfassen einer Ist-Drehzahl des Antriebsmotors, ein Erfassen eines Ist-Drehmoments des Antriebsmotors und, auf Basis eines Kennfeldes der Pumpe, welches eine funk tionale Abhängigkeit eines von dem Antriebsmotor aufzu bringenden Drehmoments von der Drehzahl des Antriebsmo tors bei einem vorbestimmten Fluidzustand des Fluids be schreibt, ein Ermitteln einer Ist-Drehmomentabweichung zwischen dem erfassten Ist-Drehmoment und dem sich für die erfasste Ist-Drehzahl aus dem Kennfeld ergebenden

Drehmoment. Weiterhin erfolgt ein Ermitteln eines Soll-Drehmoments des Antriebsmotors auf Basis einer Soll-Drehzahl und der erfassten Ist-Drehzahl, ein Korrigieren des Soll-Drehmoments gemäß der ermittelten Ist-Drehmomentabweichung und ein Regeln des Ist-Drehmoments des Antriebsmotors auf das korrigierte Soll-Drehmoment.

Eine der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee be steht darin, einen Volumenstrom eines Fluids bzw. Hydraulik fluids, wie z.B. Öl, über eine Drehzahl und ein Drehmoment des Antriebsmotors zu regeln, wobei als Führungsgrößen für die Regelung eine Ist-Drehzahl und ein Ist-Drehmoment des Antriebsmotors verwendet werden. Erfindungsgemäß wird das Ist-Drehmoment mit einem Drehmoment verglichen, das sich bei einem vorbestimmten Fluidzustand, insbesondere bei einer vorbestimmten Viskosität des Fluids, für die jeweilige Ist-Drehzahl gemäß einem Kennfeld ergibt. Das Kennfeld kann bei spielsweise bei der vorbestimmten Viskosität für die jewei- lige Pumpe und den jeweiligen Antriebsmotor individuell durch Messung ermittelt oder durch eine gezielte Kalibrie rung individuell an die jeweilige Pumpe und den jeweiligen Antriebsmotor angepasst worden sein. Dadurch ist in dem Kennfeld jeder Drehzahl bei einem jeweiligen vorbestimmten Fluidzustand jeweils ein Drehmoment und ein Volumenstrom an Fluid zugeordnet. Wird bei dem Vergleich des Ist-Drehmoments eine Abweichung von dem sich bei der Ist-Drehzahl aus dem Kennfeld ergebenden Drehmoment festgestellt, kann daraus auf eine Abweichung des Ist-Volumenstroms vom Soll-Volumenstrom gefolgert werden. Durch die Abweichung kann insbesondere auch darauf rückgeschlossen werden, ob sich die Viskosität des Fluids geändert hat, z.B. weil in dem Fluid Luftbläschen enthalten sind. Nach der Idee der Erfindung wird diese Ab weichung benutzt, um eine Stellgröße in Form eines Soll-Drehmoments bzw. einer Soll-Drehmomentänderung, die aus ei ner Abweichung von Ist-Drehzahl zu Soll-Drehzahl ermittelt wurde, zu korrigieren und das Ist-Drehmoment des Antriebsmo tors auf das korrigierte Soll-Drehmoment einzuregeln.

Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, dass, indem Be triebsgrößen des Antriebsmotors erfasst werden, der Fluidvo lumenstrom bzw. der Antriebsmotor geregelt werden kann ohne den Volumenstrom selbst zu messen. Dies verringert die Feh leranfälligkeit der Regelung und senkt die Kosten für Einbau und Wartung der Regelung. Durch den Vergleich des Ist-Drehmoments mit einem „idealen Drehmoment", das sich aus dem Kennfeld bei der jeweiligen Ist-Drehzahl ergibt, wird zudem eine geschlossene Regelung realisiert, welche die Viskosität des Hydraulikfluids berücksichtigt. Insbesondere wird der für drehzahlgeführte Systeme angenommene proportionale Zu sammenhang zwischen Pumpendrehzahl und gefördertem Fluidvo lumenstrom durch den Abgleich des Drehmoments mit dem Kenn feld realitätsnäher umgesetzt. Dadurch wird die Genauigkeit der Regelung verbessert.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Be schreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung.

Gemäß einer Ausführungsform der Steuerungsvorrichtung ist vorgesehen, dass diese einen Fluidzustandseingang zum Emp fang eines eine thermodynamische Zustandsgröße des Fluids repräsentierenden Fluidzustandsignals aufweist, wobei der funktionale Zusammenhang des Kennfelds die thermodynamische Zustandsgröße des Fluids als vorbestimmten Fluidzustand be rücksichtigt. Die thermodynamische Zustandsgröße kann insbe sondere die Temperatur oder der Druck des Hydraulikfluids sein. In dem Kennfeld ist somit jeder Drehzahl bei einem je weiligen Fluidzustand, z.B. bei einer jeweiligen Temperatur, ein Drehmoment zugeordnet. Dadurch wird die Genauigkeit der Regelung weiter verbessert, da Änderungen der Viskosität des Fluids, die sich aus einer Fluidzustandsänderung, z.B. einer Temperaturänderung ergeben, bei der Ermittlung der Ist-Drehmomentabweichung durch das Kennfeld berücksichtigt wer den .

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Drehzahlre geleinheit als PI-Regler realisiert sein.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Leistungsre geleinheit einen Regler aufweisen, der z.B. als PI-Regler realisiert sein kann. Ferner kann die Leistungsregeleinheit zusätzlich einen Modulator zur Modulation des zweiten Leis tungsstellsignals aufweisen.

PI-Regler bieten den Vorteil, dass diese softwaretechnisch einfach realisierbar sind und ein für die vorliegende Anwen dung günstiges Zeitverhalten aufweisen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Steuerungsvorrich tung ist vorgesehen, dass die Steuerungsvorrichtung einen Zustandsmeldeausgang aufweist, wobei die Drehmomentüberwa chungseinheit dazu eingerichtet ist, ein Zustandsmeldesignal zu erzeugen und an dem Zustandsmeldeausgang bereitzustellen, wenn die Ist-Drehmomentabweichung für die Ist-Drehzahl einen vorbestimmten Schwellwert erreicht. Wie bereits erläutert wurde, deutet Abweichung des Ist-Drehmoments von dem sich für die jeweilige Ist-Drehzahl und gegebenenfalls für den jeweiligen erfassten thermodynamischen Fluidzustand aus dem Kennfeld ergebenden Zustand darauf hin, dass die Viskosität des Fluids von einem vorbestimmten Zustand, der der Erstel lung des Kennfelds zugrunde liegt, abweicht. Das heißt, falls beispielsweise ein hoher Luftanteil im Fluid enthalten ist, kann dies über die Ist-Drehmomentabweichung erkannt werden. Folglich kann beispielsweise ein kavitierender Be trieb der Pumpe erkannt und ein entsprechendes Warnsignal als Zustandsmeldesignal an dem Zustandsmeldeausgang bereit gestellt werden.

Gemäß einer Ausführungsform des Hydraulikfördersystems ist vorgesehen, dass der Antriebsmotor ein Elektromotor ist. Als Stellgröße für das Drehmoment und/oder als Messgröße bzw. das Drehmoment repräsentierendes Ist-Drehmomentsignal kann in diesem Fall beispielsweise der Ankerstrom dienen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Hydraulikfördersys tems weist die Steuerungsvorrichtung, wie oben beschrieben, einen Fluidzustandseingang zum Empfang eines eine thermody namische Zustandsgröße des Fluids repräsentierenden Fluidzu standsignals auf und der funktionale Zusammenhang des Kenn felds berücksichtigt die thermodynamische Zustandsgröße des Fluids als vorbestimmten Fluidzustand. Weiterhin umfasst das Hydraulikfördersystem einen Temperatursensor zur Erfassung einer Temperatur des Fluids, wobei der Temperatursensor mit dem Fluidzustandseingang der Steuerungsvorrichtung verbunden ist. Demnach wird die mittels eines Temperatursensors er fasste Temperatur des Fluids als Fluidzustandsgröße verwen det .

Gemäß einer Ausführungsform des Verfahren ist vorgesehen, dass ein Ist-Fluidzustand in Form einer thermodynamischen Zustandsgröße des Fluids erfasst wird, z.B. wie voranstehend beschrieben über einen Temperatursensor oder über einen Drucksensor, wobei der funktionale Zusammenhang des Kenn felds die thermodynamische Zustandsgröße des Fluids als vor bestimmten Fluidzustand berücksichtigt und die Ist-Drehmomentabweichung für den erfassten Ist-Fluidzustand er mittelt wird. Wie ebenfalls bereits dargestellt wurde, wird dadurch die Genauigkeit der Regelung verbessert.

Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementie rungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Aus führungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung. Ins besondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.

INHALTSANGABE DER ZEICHNUNG

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausfüh rungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild eines Hydraulik fördersystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 2 ein Kennfeld zur Implementierung in einer Drehmo mentüberwachungseinheit einer Steuerungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung .

Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veran schaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der ge nannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnun gen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendiger weise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.

In den Figuren der Zeichnung sind gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten - so fern nichts Anderes ausgeführt ist -jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN

Fig. 1 zeigt beispielhaft und schematisch ein Blockschalt bild eines Hydraulikfördersystems 100 für ein Kraftfahrzeug. Das Hydraulikfördersystem 100 weist eine Fördervorrichtung mit einer Pumpe 115 und einem Antriebsmotor 110, eine Dreh zahlerfassungseinheit 104, eine Drehmomenterfassungseinheit 105, einen optionalen Temperatursensor 106 und eine Steue rungsvorrichtung 1 auf.

Wie in Fig. 1 schematisch dargestellt, dient die Pumpe 115 zum Fördern eines Fluids, z.B. Öl, durch einen Antriebs strang A eines Kraftfahrzeugs, z.B. um mechanische Komponen ten des Antriebsstrangs A zu Kühlen und/oder zu schmieren.

Der Antriebsmotor 110, welcher z.B. als Elektromotor reali- siert sein kann, ist kinematisch an die Pumpe 115 gekoppelt, z.B. mittels einer Antriebswelle 114, wie dies in Fig. 1 schematisch dargestellt ist.

Ein durch die Pumpe 115 geförderter Fluidvolumenstrom V ist abhängig von der Drehzahl der Pumpe 115 und damit von einer Drehzahl, des Antriebsmotors 110. Ferner ist der bei einer bestimmten Drehzahl der Pumpe 115 bzw. des Antriebsmotors 110 geförderte Volumenstrom V abhängig von der Viskosität und einem Volumentanteil von in dem Fluid vorhandenen Gas bläschen. Die Viskosität des Fluids hängt vorwiegend von der Temperatur des Fluids ab. Um einen vorbestimmten Volumen strom V, in welchem keine Gasbläschen enthalten sind, bei einer vorbestimmten Temperatur zu fördern, kann gemäß der Abhängigkeit des Volumenstroms V von der Drehzahl der Pumpe 115 eine entsprechende Drehzahl der Pumpe 115 durch den An triebsmotor 110 bereitgestellt werden. Hierfür ist dann ein bestimmtes Drehmoment notwendig, das durch den Antriebsmotor 110 bereitgestellt wird.

Fig. 2 zeigt beispielhaft ein Kennfeld K, welches einen für eine Pumpe 115 individuellen funktionalen Zusammenhang zwi schen der Drehzahl des Antriebsmotors 110 und dem Drehmoment des Antriebsmotors 110 für einen vorbestimmten Fluidzustand, insbesondere für eine vorbestimmte Temperatur des Fluids be schreibt. In dem in Fig. 2 beispielhaft dargestellten Kenn feld K ist der funktionale Zusammenhang für mehrere vorbe stimmte Fluidzustände dargestellt. Damit beschreibt das in Fig. 2 beispielhaft dargestellte Kennfeld K einen funktiona len Zusammenhang zwischen der Drehzahl des Antriebsmotors 110 und dem Drehmoment des Antriebsmotors 110 für eine Viel zahl von Fluidtemperaturen.

Das in Fig. 2 beispielhaft dargestellte Kennfeld K kann ma thematisch als


beschrieben werden. Hierbei ist Mreq das durch den An

triebsmotor aufzubringende Drehmoment. C beschreibt eine Ko effizientenmatrix, in welcher für eine jeweilige Pumpe indi viduelle Koeffizienten abgebildet sind. Der Vektor T enthält die Fluidtemperatur. Die Matrix Q(n) beschreibt den geför derten Volumenstrom in Abhänigkeit von der Drehzahl n. Es gilt, dass die Dimension der Matrix
j > von der Größe des Temperaturvektors T <±> sowie der Größe des drehzahlabhängigen Volumenstromes Q (n) ( j > bestimmt wird, damit die Multiplikati on einen dimensionslosen Skalar Mreq ergibt. Der Skalar Mreq wird in der Steuerungsvorrichtung 1 in die Regelungsstruktur eingebunden, wie dies im Folgenden noch im Detail beschrie ben wird.

Der optionale Temperatursensor 106 dient zur Erfassung einer aktuellen Ist-Temperatur des Fluids. Wie in Fig. 1 beispiel haft dargestellt, kann der Temperatursensor 106 stromabwärts des Antriebsstrangs A bzw. zwischen einem Fluidauslass des Antriebsstrangs A und einem Einlass der Pumpe 116 angeordnet sein. Der Temperatursensor 106 ist dazu eingerichtet, ein die Ist-Temperatur repräsentierendes Ist-Temperatursignal S6 zu erzeugen, z.B. in Form einer elektrischen Spannung.

Wie in Fig. 1 schematisch dargestellt, ist die Drehzahler fassungseinheit 104 funktional an den Antriebsmotors 110 ge koppelt und dient der Erfassung einer aktuellen Ist-Drehzahl des Antriebsmotors 110. Beispielsweise kann die Drehzahler fassungseinheit 104 als Drehzahl- oder Drehwinkelsensor rea lisiert sein. Allgemein kann die Drehzahlerfassungseinheit 104 dazu eingerichtet sein, zeitabhängig einen Drehwinkel eines Ankers des optional als Elektromotor ausgeführten An- triebsmotors 110 zu erfassen. Auch kann die Drehzahlerfas sungseinheit 105 beispielsweise zur Erfassung einer Drehzahl der Antriebswelle 114 vorgesehen sein. Die Drehzahlerfas sungseinheit 104 ist allgemein dazu eingerichtet eine die Ist-Drehzahl repräsentierende Größe zu erfassen und ein die Ist-Drehzahl repräsentierendes Ist-Drehzahlsignal S4 zu er zeugen, z.B. in Form eines zeitlichen Spannungsverlaufs.

Wie in Fig. 1 weiterhin schematisch dargestellt, ist die Drehmomenterfassungseinheit 105 funktional an den An

triebsmotor 110 gekoppelt und dient der Erfassung eines ak tuellen Ist-Drehmoments des Antriebsmotors 110. Beispiels weise kann die Drehmomenterfassungseinheit 105 als

Stromsensor zur Erfassung eines Ankerstroms realisiert sein, wenn der Antriebsmotor 110 optional als Elektromotor ausge führt ist. Alternativ kann ein Drehmomentsensor kinematisch an die Antriebswelle 114 gekoppelt und als Dehnmessstreifen, als Piezoelement oder in ähnlicher Weise realisiert sein. Selbstverständlich ist es auch denkbar, das Drehmoment aus zu dem Ankerstrom proportionalen elektrischen Größen des An triebsmotors zu bestimmen, wenn der der Antriebsmotor 110 optional als Elektromotor ausgeführt ist. Generell ist die Drehmomenterfassungseinheit 105 dazu eingerichtet, eine das Ist-Drehmoment repräsentierende Größe zu erfassen und ein Ist-Drehmomentsignal S5 zu erzeugen, welches ein vom An triebsmotor 110 erzeugtes Ist-Drehmoment repräsentiert.

Die in Fig. 1 beispielhaft dargestellte Steuerungsvorrich tung 1 weist einen Drehzahlvorgabeeingang 2, einen Leis tungsausgang 3, einen Drehzahleingang 4, einen Drehmoment eingang 5, einen optionalen Fluidzustandseingang 6 sowie ei nen optionalen Zustandsmeldeausgang 7 auf. Ferner umfasst die Steuerungsvorrichtung 1 eine Drehzahlregeleinheit 20, eine Korrektureinheit 30, eine Leistungsregeleinheit 40 und eine optionale Drehzahlsignal-Verarbeitungseinheit 50.

Die Steuerungsvorrichtung 1 kann eine Recheneinrichtung (nicht dargestellt) und einen Datenspeicher (nicht darge stellt) aufweisen. Beispielsweise kann die Steuerungsein richtung 1 als Mikrocontroller oder als FPGA realisiert sein. Selbstverständlich ist auch denkbar, die Rechenein richtung als Prozessor, z.B. als CPU, getrennt vom Daten speicher zu realisieren. Der Datenspeicher kann allgemein ein nicht-flüchtiger Datenspeicher sein, z.B. eine Festplat te, eine CD-ROM, eine DVD, eine Diskette, ein Flash-Speicher oder dergleichen. Die Drehzahlregeleinheit 20, die Korrek tureinheit 30, die Leistungsregeleinheit 40 und die optiona le Drehzahlsignal-Verarbeitungseinheit 50 können jeweils als Softwaremodule programmiert und auf dem Datenspeicher abge legt sein. Die Recheneinrichtung ist zur Ausführung der Softwaremodule eingerichtet.

Der Drehzahlvorgabeeingang 2 ist zum Empfang eines eine Soll-Drehzahl eines Antriebsmotors 110 repräsentierenden Soll-Drehzahlsignals S2 vorgesehen. Hierfür kann der Dreh zahlvorgabeeingang 2 mit einem Drehzahlgeber (nicht darge stellt) wie einer übergeordneten Steuerungsvorrichtung ver bunden werden. Der Drehzahlvorgabeeingang 2 ist zur drahtlo sen oder drahtgebundenen Datenkommunikation eingerichtet. Beispielsweise kann der Drehzahlvorgabeeingang als CAN-, USB-, WIFI-, Bluetooth-, Infrarot- oder ähnliche Schnitt stelle realisiert sein.

Der Leistungsausgang 3 ist zum Anschluss an den Antriebsmo tor 110 vorgesehen. In dem in Fig. 1 beispielhaft darge stellten Hydrauliksystem 100 ist der Leistungsausgang 3 mit dem Antriebsmotor 110 verbunden. Der Leistungsausgang 3 kann zur drahtlosen oder drahtgebundenen Datenkommunikation ein gerichtet und beispielsweise als CAN-, USB-, WIFI-, Blue tooth-, Infrarot- oder ähnliche Schnittstelle realisiert sein. In diesem Fall kann ein an dem Leistungsausgang 3 be-reitgestelltes Leistungsstellsignal S40 ein Signal sein, das durch einen Signalwandler (nicht dargestellt) des An

triebsmotors 110 weiterverarbeitet wird, um den Antriebsmo tor 110 mit einem Drehmoment und/oder einer Drehzahl gemäß dem Leistungsstellsignal S40 zu betreiben. Alternativ ist auch denkbar, dass der Leistungsausgang 3 als elektrische oder mechanische Schnittstelle ausgebildet ist, wobei das an dem Leistungsausgang 3 bereitgestellte Leistungsstellsignal S40 eine Stellgröße, wie z.B. eine Betriebsspannung ist, welche unmittelbar zum Betrieb des Antriebsmotors 110 ver wendet wird.

Der Drehzahleingang 4 ist zum Empfang eines eine Ist-Drehzahl des Antriebsmotors 110 repräsentierenden Ist-Drehzahlsignals S4 vorgesehen. Bei dem in Fig. 1 beispiel haft dargestellten Hydrauliksystem 100 ist der Drehzahlein gang 4 mit der Drehzahlerfassungseinheit 104 verbunden und empfängt von diesem ein Ist-Drehzahlsignal S4, z.B. in Form eines zeitabhängigen Drehwinkels des Antriebsmotors 110. Der Drehzahleingang 4 kann zur drahtlosen oder drahtgebundenen Datenkommunikation eingerichtet und beispielsweise als CAN-, USB-, WIFI-, Bluetooth-, Infrarot- oder ähnliche Schnitt stelle realisiert sein.

Der Drehmomenteingang 5 ist zum Empfang eines ein Ist-Drehmoment des Antriebsmotors 110 repräsentierenden Ist-Drehmomentsignals S5 vorgesehen. In dem in Fig. 1 beispiel haft dargestellten Hydrauliksystem 100 ist der Drehmoment eingang 5 mit der Drehmomenterfassungseinheit 105 verbunden. Der Drehmomenteingang 5 kann zur drahtlosen oder drahtgebun denen Datenkommunikation eingerichtet und beispielsweise als CAN-, USB-, WIFI-, Bluetooth-, Infrarot- oder ähnliche

Schnittstelle realisiert sein.

Der optionale Fluidzustandseingang 6 ist zum Empfang eines eine thermodynamische Zustandsgröße des Fluids repräsentie renden Fluidzustandsignals S6 vorgesehen. Das Fluidzustands signal S6 kann beispielsweise das von dem optionalen Tempe ratursensor 106 erzeugte Signal sein, welches eine Tempera tur des Fluids als thermodynamische Zustandsgröße repräsen tiert. Als thermodynamische Zustandsgröße können auch andere Zustandsgrößen, wie z.B. der Druck des Fluids verwendet wer den. Der Fluidzustandseingang 6 kann zur drahtlosen oder drahtgebundenen Datenkommunikation eingerichtet und bei spielsweise als CAN-, USB-, WIFI-, Bluetooth-, Infrarot- o-der ähnliche Schnittstelle realisiert sein. Bei dem in Fig.

1 beispielhaft dargestellten Hydrauliksystem 100 ist der Fluidzustandseingang 6 mit dem optionalen Temperatursensor 106 verbunden.

Der optionale Zustandsmeldeausgang 7 dient zur Übertragung von Zustandssignalen, z.B. von Warnsignalen an externe Kom ponenten, z.B. an eine übergeordnete Steuerung (nicht darge stellt) . Der Zustandsmeldeausgang 7 kann zur drahtlosen oder drahtgebundenen Datenkommunikation eingerichtet und bei spielsweise als CAN-, USB-, WIFI-, Bluetooth-, Infrarot- o-der ähnliche Schnittstelle realisiert sein.

Die in Fig. 1 getrennt von der Drehmomentüberwachungseinheit 10 dargestellte Drehzahlsignal-Verarbeitungseinheit 50 kann auch Teil der Drehmomentüberwachungseinheit 10 sein. Die Drehzahlsignal-Verarbeitungseinheit 50 ist mit dem Drehzah leingang 4 verbunden und kann insbesondere als Differenzier glied realisiert sein. Das heißt, die Drehzahlsignal-Verarbeitungseinheit 50 ist dazu ausgelegt, das Ist-Drehzahlsignal S4 nach der Zeit abzuleiten, falls das Ist-Drehzahlsignal S4 einem zeitlichen Verlauf des Drehwinkels entspricht, um einen der tatsächlichen Ist-Drehzahl entspre chenden Wert des Ist-Drehzahlsignals S4 zu erhalten.

Die Drehmomentüberwachungseinheit 10 erhält das Ist-Drehzahlsignal S4 sowie das Ist-Drehmomentsignal S5 und ge gebenenfalls das optionale Fluidzustandsignal S6 als Ein gangssignale. Wie bereits erläutert, repräsentiert Ist-Drehzahlsignal S4 eine aktuelle Ist-Drehzahl des Antriebsmo tors 110. In dem in Fig. 1 beispielhaft dargestellten Hyd raulikfördersystem 100 repräsentiert das Fluidzustandsignal S6 die Temperatur des Fluids, welche mit dem optionalen Tem peratursensor 106 erfasst wird. Die Drehmomentüberwachungs einheit 10 ist dazu eingerichtet, auf Basis des Kennfeldes K der Pumpe 115, wie es beispielhaft in Fig. 2 dargestellt ist, für den durch das Fluidzustandssignal S6 bestimmten Fluidzustand und die durch das Drehzahlsignal S4 bestimmte Ist-Drehzahl des Antriebsmotors 110 ein Drehmoment aus dem Kennfeld K zu ermitteln. Dieses Drehmoment entspricht einem „ideal Drehmoment", welches durch den Antriebsmotor 110 bei der Ist-Drehzahl aufzubringen wäre, um einen zu der Ist-Drehzahl korrespondierenden Volumenstrom V, in dem keine Gasbläschen enthalten sind, zu fördern. Das Kennfeld K kann beispielsweise in einem Datenspeicher als Look-up-Table oder in Form einer Rechenvorschrift, welche durch einen Prozessor oder dergleichen ausführbar ist, abgelegt sein.

Die Drehmomentüberwachungseinheit 10 ist ferner dazu einge richtet, eine Ist-Drehmomentabweichung zu ermitteln, die sich zwischen dem Ist-Drehmoment und dem sich für die Ist-Drehzahl aus dem Kennfeld K ergebenden „ideal Drehmoment" ergibt. Falls also durch die Drehmomenterfassungseinheit 105 ein als Ist-Drehmomentsignal S5 dargestelltes tatsächliches Ist-Drehmoment des Antriebsmotors 110 erfasst wird, das von dem „idealen Drehmoment" abweicht, z.B. größer oder kleiner als diese ist, wird ein Volumenstrom V gefördert, der von dem Volumenstrom abweicht, der sich mit dem dem Kennfeld K zugrundeliegenden Zusammenhang zwischen Drehzahl, Fluidzu- stand und Volumenstrom ergeben würde. Dies kann beispiels weise auf einen Anteil an Gasbläschen im Fluid zurückzufüh ren sein, der sich im Betrieb des Hydrauliksystems 100 ein stellt.

Die Drehmomentüberwachungseinheit 10 ist dazu eingerichtet, ein die Ist-Drehmomentabweichung repräsentierendes Drehmo ment-Abweichungssignal S10 zu erzeugen, z.B. indem entspre chende Software, die auf einem Speicher abgelegt ist, einen Prozessor oder dergleichen dazu veranlasst, das Drehmoment-Abweichungssignal S10 zu erzeugen.

Optional ist die Drehmomentüberwachungseinheit 10 dazu ein gerichtet, ein Zustandsmeldesignal S7 zu erzeugen und an dem Zustandsmeldeausgang 7 bereitzustellen, wenn die Ist-Drehmomentabweichung für die Ist-Drehzahl einen vorbestimm ten Schwellwert erreicht. Wie bereits oben erläutert, zeigt die Ist-Drehmomentabweichung die Präsenz von Gasbläschen in dem Fluid an bzw. steht in direkter Abhängigkeit von einem Gasgehalt des Volumenstroms V. Wird ein bestimmter Gasgehalt im Volumenstrom V des Fluids erreicht, besteht die Gefahr, dass die Pumpe 115 Kavitation in dem Fluid erzeugt. Dies kann durch die Ist-Drehmomentabweichung erkannt werden. Wenn die Ist-Drehmomentabweichung für die Ist-Drehzahl einen vor bestimmten Schwellwert erreicht bzw. überschreitet, das Ist-Drehmoment also deutlich kleiner als das „ideal Drehmoment" gemäß dem Kennfeld K für die jeweilige Ist-Drehzahl ist, er zeugt die Drehmomentüberwachungseinheit 10 ein entsprechen des Signal S7, welches an dem Zustandsmeldeausgang 7 bereit gestellt wird. Das Zustandsmeldesignal S7 kann beispielswei se einen konstanten Pegel aufweisen, der lediglich das Vor liegen einer Ist-Drehmomentabweichung oberhalb des Schwell werts anzeigt. Das Zustandsmeldesignal S7 ist zur Weitergabe an eine übergeordnete Steuerung (nicht dargestellt) vorgese hen .

Die Drehzahlregeleinheit 20 erhält als Eingangsgrößen das am Drehzahlvorgabeeingang 2 bereitgestellte Soll-Drehzahlsignal S2 und das am Drehzahleingang 4 bzw. durch die optionale Drehzahlsignal-Verarbeitungseinheit 50 bereitgestellte Ist-Drehzahlsignal S4. Wie in Fig. 1 beispielhaft dargestellt ist, kann ein Differenzglied 21 vorgesehen sein, welches da zu eingerichtet ist, eine Differenz bzw. eine Abweichung des Ist-Drehzahlsignal S4 von dem Soll-Drehzahlsignal S2 zu er mitteln und als Drehzahlabweichungssignal S24 bereitzustel len. Das Differenzglied 21 kann auch Teil der Drehzahlre geleinheit 20 sein. Die Drehzahlregeleinheit 20 ist dazu eingerichtet, auf Basis des Drehzahlabweichungssignals S24 bzw. auf Basis des Soll-Drehzahlsignals S2 und des Ist-Drehzahlsignals S4 ein erstes Leistungsstellsignal S20 zu erzeugen, welches ein Soll-Drehmoment des Antriebsmotors 110 repräsentiert. Die Drehzahlregeleinheit 20 erhält als Füh rungsgröße somit die Soll-Drehzahl, repräsentiert durch Soll-Drehzahlsignal S2, als Messgröße die Ist-Drehzahl, re präsentiert durch das Ist-Drehzahlsignal S4 und gibt als Stellgröße ein Soll-Drehmoment des Antriebsmotors 110 aus, repräsentiert durch das erste Leistungsstellsignal S20. Die Drehzahlregeleinheit 20 kann beispielsweise als PI-Regler realisiert sein.

Wie in Fig. 1 weiterhin schematisch dargestellt ist, werden das erste Leistungsstellsignal S20 und das durch die Drehmo mentüberwachungseinheit 10 bereitgestellte Drehmoment-Abweichungssignal S10 jeweils der Korrektureinheit 30 zuge führt. Die Korrektureinheit 30 kann, wie in Fig. 1 beispiel haft dargestellt ist, als separates Additionsglied oder als Teil der Leistungsregeleinheit 40 realisiert sein. Die Kor rektureinheit 30 ist dazu eingerichtet, das erste Leistungs stellsignal S20 gemäß dem Drehmoment-Abweichungssignals S10 zu korrigieren und ein korrigiertes erstes Leistungsstell- Signal S21 bereitzustellen. In der Korrektureinheit 30 wird das Soll-Drehmoment, welches gemäß der Drehzahlregeleinheit 10 an dem Antriebsmotor 110 einzustellen wäre, somit um die Ist-Drehmomentabweichung vergrößert oder verkleinert, um bei dem vorliegenden Gasbläschengehalt im Fluid einen für die vorgegebene Soll-Drehzahl gewünschten Volumenstrom V erzie len zu können bzw. sich diesem anzunähern.

Das durch die Korrektureinheit 30 bereitgestellte korrigier te erste Leistungsstellsignal S21 wird der Leistungsre geleinheit 40 als Führungsgröße zugeführt. Das Ist-Drehmoment bzw. das das Ist-Drehmoment repräsentierende Ist-Drehmomentsignal S4 wird der Leistungsregeleinheit 40 als Messgröße ebenfalls zugeführt, wie dies in Fig. 1 beispiel haft dargestellt ist. Die Leistungsregeleinheit 40, ist dazu eingerichtet, auf Basis des korrigierten ersten Leistungs stellsignals S21 und des Ist-Drehmomentsignals S4 ein zwei tes Leistungsstellsignal S40 als Stellgröße zu erzeugen und an dem Leistungsausgang 3 zur Betätigung des Antriebsmotors 110 bereitzustellen. Dem Antriebsmotor 110 wird das zweite Leistungsstellsignal S40, wie in Fig. 1 schematisch darge stellt, zugeführt und dadurch die Leistung des Antriebsmo tors 110 und somit durch die Pumpe 115 der Volumenstrom V entsprechend variiert.

In Fig. 1 ist beispielhaft dargestellt, dass die Leistungs regeleinheit 40 einen Regler 41 und einen optionalen Modula tor 42 aufweist. Der Regler 41 kann beispielsweise als PI-Regler realisiert sein. Der Regler 41 erhält als Führungs größe das korrigierte Leistungsstellsignal S21, welches das Soll-Drehmoment des Antriebsmotors 110 repräsentiert, und als Messgröße das Ist-Drehmoment als Ist-Drehmomentsignal S5. Falls der Antriebsmotor 110 als Elektromotor realisiert ist, entspricht das Leistungsstellsignal S21 einer Soll-Stromstärke. Das Ist-Drehmoment des Antriebsmotors 110, re- präsentiert durch das Ist-Drehmomentsignal S5, entspricht in diesem Fall einer Ist-Stromstärke. Weiterhin kann der Regler 41 in diesem Fall den Drehwinkel des Ankers des Antriebsmo tors 110, z.B. in Form des Ist-Drehzahlsignals S4 erhalten. Der Regler 41 ist dazu eingerichtet, als Stellgröße ein eine geeignete elektrische Stellgröße repräsentierendes Stellsig nal S41 zu erzeugen, welches dem Modulator 42 zugeführt wird. Der Modulator 42 wandelt das kontinuierliche Stellsig nal S41, z.B. eine Betriebsspannung, in eine zeitdiskrete Signalfolge bestehend aus einzelnen Pulsen um, welche dem Leistungsstellsignal S21 entsprechen. Der als Ist-Drehzahlsignal S4 erfasste zeitabhängige Drehwinkel des An triebsmotors 110 kann für die zeitliche Synchronisierung des erzeugten Leistungsstellsignals S41 bzw. S40 mit dem Dreh winkel des Antriebsmotors 110 genutzt werden.

Ein Verfahren zum Regeln eines Volumenstroms V eines Fluids wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf das in Fig. 1 dargestellte Hydrauliksystem 100 bzw. die Steuerungs vorrichtung 1 beschrieben. Es versteht sich für den Fach mann, dass die im Zusammenhang mit dem Hydrauliksystem 100 bzw. der Steuerungsvorrichtung 1 beschriebenen Merkmale und Vorteile in gleicher Weise auch für das Verfahren gelten und umgekehrt .

Das Fluid wird mittels der durch den Antriebsmotor 110 ange triebenen Pumpe 115 durch den Antriebsstrang A, z.B. das Ge triebe eines Kraftfahrzeugs gefördert. In einem ersten

Schritt des Verfahrens erfolgt in Erfassen der Ist-Drehzahl des Antriebsmotors 110, z.B. mittels der Drehzahlerfassungs einheit 104. Weiterhin erfolgt ein Erfassen des Ist-Drehmoments des Antriebsmotors 110, z.B. mittels der Drehmo menterfassungseinheit 105. Optional erfolgt außerdem ein Er fassen der Temperatur des Fluids, z.B. mittels des Tempera tursensors 106.

In dem Verfahren wird auf Basis des Kennfeldes K der Pumpe 115, welches die funktionale Abhängigkeit des von dem An triebsmotor 110 aufzubringenden Drehmoments von der Drehzahl des Antriebsmotors 110 bei einem vorbestimmten Fluidzustand des Fluids beschreibt, die Ist-Drehmomentabweichung zwischen dem erfassten Ist-Drehmoment und dem sich für die erfasste Ist-Drehzahl aus dem Kennfeld K ergebenden „ideal Drehmo ment" ermittelt. Dies kann beispielsweise durch die Drehmo mentüberwachungseinheit 10 erfolgen, welche die erfasste Ist-Drehzahl in Form des Ist-Drehzahlsignals S4, das erfass te Ist-Drehmoment als Ist-Drehmomentsignal S5 und optional die Temperatur des Fluids als Fluidzustandssignal S6 als Eingangsgrößen erhält. Die Temperatur des Fluids kann optio nal über den vorbestimmten Fluidzustand in dem Kennfeld K berücksichtigt werden.

Weiterhin erfolgt ein Ermitteln eines Soll-Drehmoments des Antriebsmotors 110 auf Basis einer Soll-Drehzahl und der er fassten Ist-Drehzahl, beispielsweise mittels der Drehzahlre geleinheit 20, welche die Soll-Drehzahl als Soll-Drehzahlsignal S2 und die Ist-Drehzahl als Ist-Drehzahlsignal S4 erhält.

Das Soll-Drehmoment wird gemäß der ermittelten Ist-Drehmomentabweichung korrigiert, z.B. in der Korrekturein heit 30, wie dies oben erläutert wurde. Abschließend erfolgt Regeln des Ist-Drehmoments des Antriebsmotors 110 auf das korrigierte Soll-Drehmoment, z.B. mithilfe der Leistungsre geleinheit 40.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausfüh rungsbeispiele vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.

Bezugszeichenliste

1 Steuerungsvorrichtung

2 Drehzahlvorgabeeingang

3 Leistungsausgang

4 Drehzahleingang

5 Drehmomenteingang

6 Fluidzustandseingang

7 Zustandsmeldeausgang

10 Drehmomentüberwachungseinheit

20 Drehzahlregeleinheit

21 Differenzglied

30 Korrektureinheit

40 Leistungsregeleinheit

41 Regler der Leistungsregeleinheit

42 Modulator der Leistungsregeleinheit

50 Drehzahlsignal-Verarbeitungseinheit

100 Hydraulikfördersystem

104 Drehzahlerfassungseinheit

105 Drehmomenterfassungseinheit

106 Temperatursensor

110 Antriebsmotor

114 Antriebswelle

115 Pumpe

S2 Soll-Drehzahlsignal

54 Ist-Drehzahlsignal

55 Ist-Drehmomentsignal

56 Fluidzustandsignal

57 Zustandsmeldesignal

S10 Drehmoment-Abweichungssignal

520 erstes Leistungsstellsignal

521 korrigiertes erstes Leistungsstellsignal

S24 Drehzahlabweichungssignal

S40 zweites Leistungsstellsignal

K Kennfeld

A Antriebsstrang

V Fluidvolumenstrom