DE102015222261B3

DE102015222261B3 - Regelverfahren zur Energieverbrauchsoptimierung eines Prüfstands

Info

Publication number: DE102015222261B3
Application number: DE102015222261.6A
Authority: DE
Inventors: Christian Krösser; Thomas Ribbe
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2015-11-11
Filing date: 2015-11-11
Publication date: 2016-12-01
Anticipated expiration: 2035-11-12

Abstract

Es werden Regelverfahren zur Energieverbrauchsoptimierung eines Prüfstands mit mehreren Hydraulikpumpen zur Versorgung mehrerer hydraulischer Verbraucher vorgestellt, bei denen an jedem hydraulischen Verbraucher bedarfskennzeichnende Werte oder Durchflussmesswerte ermittelt und in eine Regeleinrichtung zur Signalverarbeitung übertragen werden, die die Hydraulikpumpen so ansteuert, dass diese entsprechend der Änderung dieser Werte bedarfsgerecht einzeln zu- oder abgeschaltet und/oder in ihrer Förderkapazität verändert werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Regelverfahren zur Energieverbrauchsoptimierung wenigstens eines Prüfstands mit mehreren Hydraulikpumpen zur Versorgung mehrerer hydraulischer Verbraucher nach dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche 1, 2, 3 und 4.
Ein Verfahren und Prüfstand zur Erfassung des Schwingungsverhaltens von Fahrzeugen ist in der DE 43 23 817 C2 beschrieben. Insbesondere kann dadurch eine einer Straßenfahrt vor allem auf Holperstrecken entsprechende stochastische Schwingungsanregung von Fahrzeugen oder Fahrzeugteilen oder eine Sinusanregung mit voreinstellbarer Frequenz und/oder Amplitude jeweils mittels hydraulischer Zylinder auf einem Rüttelprüfstand simuliert und ein den Testmethoden unterworfenes Fahrzeug oder Fahrzeugteile nach bestimmten Anforderungen getestet werden.
Weiteren zum Thema relevanten Stand der Technik offenbaren die DE 10 2013 111 366 A1 , mit einem hydrostatischen Achsenprüfstand für eine Antriebsachse eines Fahrantriebs, bei dem eine Rückführung der hydraulischen Energie zu einer Verringerung des Energieverbrauchs des Achsenprüfstands führt, die DE 196 10 732 C1 , die ein Verfahren beschreibt, zur Reduzierung des Energiebedarfs von hydraulisch angetriebenen Maschinenanlagen, die eine sich zyklisch wiederholende Folge von Betriebszuständen mit unterschiedlichen Leistungsanforderungen durchfahren und deren eine oder mehrere Pumpen von einem frequenzgeregelten Elektromotor angetrieben werden, die DE 2009 025 707 A1 , die eine Steuerung zum energiesparenden Betrieb von mehreren Hydraulikkreisen mit zumindest zwei Hydraulikpumpen zeigt, die durch einen Elektromotor angetrieben werden. Jede der Hydraulikpumpen wird einzeln geregelt, um den Bedarf an Hydraulikdruck und -volumenstrom der einzelnen Hydraulikkreise zeitabhängig und variabel in Abhängigkeit von der aktuellen Solldrehzahl des Elektromotors einzustellen und das VDMA Einheitsblatt 24580, das Maßnahmen auflistet, durch die eine Hydraulikanlage optimal an den Bedarf angepasst werden kann.
Der Betrieb eines oder mehrerer hydraulischer, insbesondere servohydraulischer Prüfstände ist, besonders bei der Dauererprobung von Kraftfahzeugbaugruppen, sehr energieintensiv. Dabei ist es üblich, durchaus mehrere Prüfstände zusammen von mehreren durch Elektromotoren angetriebenen Hydraulikpumpen einer Pumpstation mit bedrucktem Hydrauliköl zu versorgen. Solch eine Zentralhydraulik oder Pumpstation versorgt idealerweise die hydraulischen Verbraucher an den Prüfständen mit einem variablen Volumenstrom Hydrauliköl unter konstantem Druck. Das notwendige konstante Druckniveau wird gemäß dem Stand der Technik aufrecht erhalten, indem die Hydraulikpumpen auf den maximal möglichen Verbraucher-Volumenstrom ausgelegt werden, damit Druckeinbrüche sicher vermieden werden. Während des Prüfstands-Dauerbetriebs, zum Beispiel bei einer Belastungs-Simulation einer Fahrwerkbaugruppe entsprechend einer Fahrstrecke von 300.000 Kilometern, werden laufend hydraulische Verbraucher nach einem vorgegebenen Prüfstandzyklus bestimmter Dauer zu und wieder abgeschaltet. So ein Prüfstandzyklus kann sich zum Beispiel ergeben aus in der Realität gemessenen Belastungswerten beim Befahren einer bestimmten Strecke, zum Beispiel einer Runde einer Rennstrecke. Diese Belastungswerte werden als Last-Zeitreihe in einer Regeleinrichtung für den Prüfstand gespeichert und über die hydraulischen Verbraucher als Belastungsfolge auf Teile der Fahrzeugbaugruppe aufgebracht. Bei sich wiederholenden Prüfstandzyklen kann dabei ein immer wiederkehrender prüfstandzyklusabhängiger Ölbedarf des Prüfstands über die Zeit ermittelt und in der Regeleinrichtung abgespeichert werden. Für Prüfstandzyklusbereiche mit geringem Bedarf an Hydrauliköl können einzelne Hydraulikpumpen der Zentralhydraulik weggeschaltet werden. Beim Durchlaufen von Prüfstandzyklusbereichen mit großem Bedarf an Hydrauliköl müssen diese Hydraulikpumpen der Zentralhydraulik dann wieder zugeschaltet werden. Ebenfalls kann die Drehzahl bzw. Pumpleistung der Hydraulikpumpen entsprechend angepasst werden. Bei einer Versorgung mehrerer Prüfstände durch eine Zentralhydraulik ist es natürlich sinnvoll, den zeitabhängigen Volumenstrombedarf an Hydrauliköl von allen Prüfständen zusammen zu ermitteln und die Hydraulikpumpen davon abhängig anzusteuern.
Das Zu- und Wegschalten, als auch die Drehzahlanpassung von Hydraulikpumpen benötigt einige Zeit, den so genannten Vor- bzw. Nachlauf, da die Hydraulikpumpen eine träge Anlauframpe haben, die im Minutenbereich liegt. Deshalb ist nach dem Stand der Technik nur eine Grob-Steuerung der Hydraulikpumpen, bezogen auf den gesamten Prüfstand, möglich.
Aus diesem Grund ist es bei Prüfständen noch nicht gelungen, diese mit optimaler Energiebilanz zu betreiben. Allerdings schwankt der Verbrauch eines Prüfstands auch während eines Prüflaufes etwa um den Faktor 3. Eine Anpassung an den realen Hydraulikölbedarf eines Prüflaufes ist derzeit auch nicht möglich, weil der zeitabhängige Verbrauch nicht bekannt ist. Es ist somit nicht möglich, Hydraulikpumpen wirklich bedarfsgesteuert zu betreiben. Für eine sichere Versorgung muss ständig mehr bedrucktes Hydrauliköl bereit gehalten werden, als nötig. Der Hydraulikpumpenbetrieb wird ausgelegt auf den virtuellen Maximalbedarf der Verbraucher.
Eine typische Zentralhydraulik eines Prüfstandes, zum Beispiel für Motoren oder Fahrwerke von Kraftfahrzeugen, hat vier bis zehn Hydraulikpumpen, die im 24-Stunden-Betrieb laufen. Sie wälzt dabei vier bis zehntausend Liter Öl um. Die Lebensdauer einer Hydraulikpumpe beträgt deshalb nur etwa ein Jahr.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Regelung eines Prüfstands bereit zu stellen, durch das dessen Energieverbrauch optimiert wird, indem die Hydraulikpumpen so betrieben werden, dass diese während des gesamten Prüfzyklus nicht einen nur für eine Teilzykluszeit nötigen Maximalvolumenstrom an Hydraulikflüssigkeit bereitstellen müssen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß jeweils mit den Verfahrensschritten eines der Ansprüche 1 bis 4 gelöst. Weitere Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich aus dem abhängigen Anspruch.
Nach der Erfindung ist ein Regelverfahren zur Energieverbrauchsoptimierung wenigstens eines Prüfstands mit mehreren Hydraulikpumpen zur Versorgung mehrerer hydraulischer Verbraucher entweder dadurch gekennzeichnet, dass Durchflussmengen durch jeden Verbraucher während eines vollständigen Prüflaufzyklus zeitabhängig ermittelt und deren Beträge in eine Regeleinrichtung übertragen werden, die die Hydraulikpumpen bei weiteren Prüfstandzyklen so ansteuert, dass die Hydraulikpumpen entsprechend des gespeicherten zeitabhängigen Verlaufs der Durchflussmengen verbraucherbedarfsgerecht einzeln zu- oder abgeschaltet und/oder in ihrer Förderkapazität verändert werden.
Oder kann ein erfindungsgemäßes Regelverfahren alternativ auch dadurch gekennzeichnet sein, dass Durchflussmengen durch jeden Verbraucher zeitabhängig für einen vollständigen Prüflaufzyklus aus dessen Ablaufwerten kombiniert mit entsprechenden Verbraucherdaten errechnet und in eine Regeleinrichtung zur Signalverarbeitung übertragen werden, die die Hydraulikpumpen bei weiteren Prüfstandzyklen so ansteuert, dass diese entsprechend des errechneten und gespeicherten zeitabhängigen Verlaufs des Verbraucherbedarfs bedarfsgerecht einzeln zu- oder abgeschaltet und/oder in ihrer Förderkapazität verändert werden.
Ein weiteres gemäß der Erfindung alternativ durchzuführendes Regelverfahren zur Energieverbrauchsoptimierung wenigstens eines Prüfstands mit mehreren Hydraulikpumpen zur Versorgung mehrerer hydraulischer Verbraucher zeichnet sich dadurch aus, dass eine Hydraulikpumpenöl-Rückflussmenge aller Hydraulikpumpen zeitabhängig ermittelt und dieser Rückfluss-Verlauf einer Regeleinrichtung zugeführt wird, die davon abhängig, die Hydraulikpumpen so ansteuert, dass diese entsprechend der zeitlichen Änderung der Hydraulikpumpenöl-Rückflussmenge bedarfsgerecht einzeln zu- oder abgeschaltet und/oder in ihrer Förderkapazität verändert werden.
Oder es kommt ein Regelverfahren zur Energieverbrauchsoptimierung wenigstens eines Prüfstands mit mehreren Hydraulikpumpen zur Versorgung mehrerer hydraulischer Verbraucher alternativ zum Einsatz, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der an jedem hydraulischen Verbraucher herrschende zeitliche Verlauf eines Servoventilstroms ermittelt und in eine Regeleinrichtung übertragen wird, die, davon abhängig, die Hydraulikpumpen so ansteuert, dass diese entsprechend der zeitlichen Änderung des Servoventilstroms bedarfsgerecht einzeln zu- oder abgeschaltet und/oder in ihrer Förderkapazität verändert werden.
Einzelne oder alle dieser vier Regelverfahren können auch in weiteren bevorzugten Ausführungen der Erfindung miteinander kombiniert werden.
Jedes dieser Regelverfahren hat für sich den Vorteil dass es dadurch möglich ist, trotz langsamer Pumpenrampen die Pumpen wirklich bedarfsgerecht entsprechend des Verbraucherbedarfs zu betreiben. Dieser kann nach dem jeweiligen Regelverfahren berechnet oder gemessen werden. Die Berechnung für ein Verfahren nach Anspruch 2 bedient sich der bekannten Prüfstandsgrößen wie Kolbenhub * Kolbendurchmesser * Frequenz (ggf. integrierter Kolbenhub pro Zeiteinheit) des Verbrauchers und leitet aus einer Vorhersage von Bewegungen den zukünftigen Öldurchsatz des Verbrauchers ab. Für das Regelverfahren nach dem Anspruch 1 werden für die einzelnen Verbraucher beim Durchlaufen eines Prüflaufzyklus die Durchflussmengen zeitabhängig ermittelt, so dass diese Daten zur bedarfsgerechten Regelung der Regeleinrichtung in den folgenden Prüflaufzyklen zur Verfügung stehen. Der Öl-Bedarf wird also vor dem eigentlichen Prüflauf zeitabhängig erfasst und mitgeloggt. Während der Iteration ist ebenfalls eine echte Volumenstrom-Messung am Hydraulikstrang des Prüfstands möglich. Ebenfalls möglich ist gemäß dem Regelverfahren nach Anspruch 4 eine Ableitung aus dem Servoventilstrom und gemäß dem Regelverfahren nach Anspruch 3 eine Ableitung aus der Hydraulikpumpenöl-Rückflussmenge.
Somit wird durch die Regelverfahren eine Prognose für den zukünftigen Ölbedarf des Verbrauchers getroffen. Damit bleibt der Wirkungsgrad länger auf höherem Niveau. Eine Verminderung der Ölalterung durch verminderte Scherung und Erwärmung/Abkühlung wird ebenfalls durch die Regelverfahren erreicht. Damit muss das Öl seltener getauscht werden.
Wenn mehrere Prüfstände von mehreren Hydraulikpumpen einer Zentralhydraulik mit Hydrauliköl versorgt werden und ist es vorteilhaft, wenn der von der Zentralhydraulik zeitabhängig bereitzustellende Hydraulikvolumenstrom für alle Prüfstände gemeinsam nach einem der beschriebenen Regelverfahren ermittelt wird. Bei einem solchen Mehr-Hydraulikpumpensystem ist durch die Regelverfahren eine optimale Energiebilanz erreichbar. Die Zuschaltung weiterer Hydraulikpumpen wird bedarfsorientiert und stetig, d. h. weich durchgeführt.

Claims

Regelverfahren zur Energieverbrauchsoptimierung wenigstens eines Prüfstands mit mehreren Hydraulikpumpen zur Versorgung mehrerer hydraulischer Verbraucher, dadurch gekennzeichnet, dass Durchflussmengen durch jeden Verbraucher während eines vollständigen Prüflaufzyklus zeitabhängig ermittelt und in eine Regeleinrichtung übertragen werden, die die Hydraulikpumpen bei weiteren Prüfstandzyklen so ansteuert, dass diese entsprechend des gespeicherten zeitabhängigen Verlaufs des Verbraucherbedarfs bedarfsgerecht einzeln zu- oder abgeschaltet und/oder in ihrer Förderkapazität verändert werden.
Regelverfahren zur Energieverbrauchsoptimierung wenigstens eines Prüfstands mit mehreren Hydraulikpumpen zur Versorgung mehrerer hydraulischer Verbraucher, dadurch gekennzeichnet, dass Durchflussmengen durch jeden Verbraucher zeitabhängig für einen vollständigen Prüflaufzyklus aus dessen Ablaufwerten kombiniert mit entsprechenden Verbraucherdaten errechnet und diese Werte in eine Regeleinrichtung zur Signalverarbeitung übertragen werden, die die Hydraulikpumpen bei weiteren Prüfstandzyklen so ansteuert, dass die Hydraulikpumpen entsprechend des errechneten und gespeicherten zeitabhängigen Verlaufs des Verbraucherbedarfs bedarfsgerecht einzeln zu- oder abgeschaltet und/oder in ihrer Förderkapazität verändert werden.
Regelverfahren zur Energieverbrauchsoptimierung wenigstens eines Prüfstands mit mehreren Hydraulikpumpen zur Versorgung mehrerer hydraulischer Verbraucher, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hydraulikpumpenöl-Rückflussmenge aller Hydraulikpumpen zeitabhängig ermittelt und dieser Rückfluss-Verlauf einer Regeleinrichtung zugeführt wird, die davon abhängig, die Hydraulikpumpen so ansteuert, dass diese entsprechend der zeitlichen Änderung der Hydraulikpumpenöl-Rückflussmenge bedarfsgerecht einzeln zu- oder abgeschaltet und/oder in ihrer Förderkapazität verändert werden.
Regelverfahren zur Energieverbrauchsoptimierung wenigstens eines Prüfstands mit mehreren Hydraulikpumpen zur Versorgung mehrerer hydraulischer Verbraucher, dadurch gekennzeichnet, dass der an jedem hydraulischen Verbraucher herrschende zeitliche Verlauf eines Servoventilstroms ermittelt und dessen Werte in eine Regeleinrichtung übertragen werden, die davon abhängig, die Hydraulikpumpen so ansteuert, dass diese entsprechend der zeitlichen Änderung des Servoventilstroms bedarfsgerecht einzeln zu- oder abgeschaltet und/oder in ihrer Förderkapazität verändert werden.
Regelverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mit diesem ein oder mehrere Regelverfahren nach den verbleibenden Ansprüchen 1 bis 4 über die Regeleinrichtung kombiniert sind.