DE102021208712A1

DE102021208712A1 - Steuerungsalgorithmus für eine elektrische Ölpumpe

Info

Publication number: DE102021208712A1
Application number: DE102021208712.4A
Authority: DE
Inventors: Eduardo Quintero Manríquez; Mario Alberto Chinchilla Saborio; Alexander Schalja
Original assignee: Vitesco Technologies Germany GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies Germany GmbH
Priority date: 2021-08-10
Filing date: 2021-08-10
Publication date: 2023-02-16

Abstract

Ölzufuhrsystem (10), umfassend eine Pumpe (12), einen Elektromotor (22), der mit der Pumpe (12) verbunden ist, einen Verbrennungsmotor (26), der mit der Pumpe (12) verbunden ist, eine Ölzufuhrleitung (34), die mit der Pumpe (12) und einem Getriebe (16) in Fluidverbindung steht, und einem Drucksteuerventil (18), das mit der Ölzufuhrleitung (34) in Fluidverbindung steht. Ein Drucksensor (20) steht mit der Ölzufuhrleitung (34) in Fluidverbindung und der Drucksensor (20) ist zum Erzeugen eines gemessenen Druckwerts betreibbar. Ein Leistungsverwalter (30) steht mit dem Elektromotor (22), dem Drucksteuerventil (18) und dem Drucksensor (20) in elektrischer Verbindung. Eine Getriebesteuereinheit (32) steht mit dem Leistungsverwalter (30) in elektrischer Verbindung und die Getriebesteuereinheit (32) übermittelt einen gewünschten Druckwert an den Leistungsverwalter (30). Ein Steuerungsalgorithmus (36) wird vom Leistungsverwalter (30) gesteuert und wird dazu verwendet, zu bestimmen, ob sich das Ölzufuhrsystem (10) in einem Überdruckzustand, einem Unterdruckzustand oder einem Zustand gleichen Drucks befindet.

Description

Die Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf einen Steuerungsalgorithmus für eine elektrische Ölpumpe und ein Ölzufuhrsystem sowie ein Verfahren zur Steuerung einer elektrischen Ölpumpe und ein Ölzufuhrsystem, das Fluid einem Getriebe eines Kraftfahrzeugs zuführt.
Hydraulikpumpen sind in Automobilanwendungen für diverse Funktionen, etwa zum Fördern von Fluid oder zum Erzeugen von Fluiddruck, weit verbreitet. Üblicherweise ist eine Pumpe an einen Elektromotor gekoppelt, und die Strömungsmenge und/oder der Druck werden durch Modifizieren der Pumpendrehzahl gesteuert. Manche Hydraulikpumpen werden von zwei verschiedenen und voneinander unabhängigen Energiequellen angetrieben, z. B. von einem mechanischen Antrieb (d. h. einem Verbrennungsmotor) und einem Elektroantrieb (d. h. einem Elektromotor), die dazu verwendet werden, den Pumpenförderstrom unabhängig von den Variationen der Betriebsgeschwindigkeit des mechanischen Antriebs anzupassen. Als Ergebnis dieser Topologie stellt der Elektroantrieb der Pumpe bei gewissen Betriebszuständen durch Fördern der Pumpe Energie bereit und kann bei anderen Betriebszuständen auch Energie von der Pumpe abziehen. Ob der Elektroantrieb der Pumpe Energie bereitstellt oder Energie von der Pumpe abzieht, wird von den Hydraulikanforderungen des Ölkonsumenten (d. h. eines Getriebes) an der Stelle, wo die Pumpe verbunden ist, und von der Drehzahl des Mechanikantriebs (d. h. eines Verbrennungsmotors) bestimmt.
Bestehende Umsetzungen der oben genannten Hydraulikpumpen bieten die Möglichkeit, dass der Elektroantrieb der Pumpe Energie bereitstellt oder von der Pumpe Energie abzieht, doch keine davon thematisiert die erforderliche Logik, um den Energiestrom vom Elektroantrieb zu der Pumpe und umgekehrt effizient zu verwalten, oder die Informationen, die für eine solche Anwendung erforderlich sind.
Einer der Nachteile der aktuellen Ausgestaltungen besteht darin, dass es keine Möglichkeit gibt, Energie von der Pumpe ordentlich durch den Elektroantrieb zurückzugewinnen. Für Hochspannungssysteme (d.h. 48 V) oder Anwendungen mit einem hohen Hydraulikbedarf ist die Energiemenge, die wiederhergestellt werden kann, signifikant. Ein weiterer Nachteil aktueller Ausgestaltungen betrifft die begrenzte Funktionalität; die Pumpe arbeitet nur als Fördersystem und nicht als Förder-/Wiederherstellungssystem. Ferner wird der Elektroantrieb üblicherweise drehzahlgesteuert, was für ein druckbasiertes System unangemessen ist. Das Ergebnis ist ein instabiler Zufuhrdruck und ein hoher Ölverbrauch.
Beispielhafte Ölpumpenvorrichtungen sind aus DE 10 2017 213 413 A1 , US 2018/0371966 A1 und US 2018/0252126 A1 bekannt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, die genannten Nachteile zu überwinden. Für eine volumetrische Ölpumpe mit Doppelantrieb, die einen Elektroantrieb (d. h. einen Elektromotor) und einen mechanischen Antrieb (d. h. einen Verbrennungsmotor) gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist, wird ein Steuerungsalgorithmus eingesetzt, um den Energiestrom des Elektroantriebs zu optimieren. Die volumetrische Pumpe, der Elektroantrieb und der mechanische Antrieb sind Teil eines Ölzufuhrsystems für ein Fahrzeug. Bei einer Ausführungsform werden zusätzliche Signale berücksichtigt, um die Betriebsbedingungen der Pumpe und des Elektromotors zu bestimmen. Signale wie die Drehzahl des Elektromotors und der gewünschte Druck des Ölzufuhrsystems werden dazu verwendet, um zu bestimmen, ob der Elektroantrieb der Pumpe Energie bereitstellen soll, um die vom mechanischen Antrieb bereitgestellte Energie zu ergänzen, oder ob die Energie vom mechanischen Antrieb die Anforderungen des Getriebes übersteigt und somit einen Überdruckzustand verursacht. Der Einsatz eines druckbasierten Pumpensteuerungsalgorithmus ermöglicht Druckstabilität sowie einen reibungslosen Übergang zwischen dem Förder- und dem Wiederherstellungsmodus.
Falls die Energie vom mechanischen Antrieb die Anforderungen des Getriebes übersteigt, verwendet ein Leistungsverwalter den Steuerungsalgorithmus, um zu evaluieren, ob es optimal ist, den Energieüberschuss durch Schalten der Kommutierung des Elektromotors so zurückzugewinnen, dass der Elektromotor als Generator fungiert. Der Steuerungsalgorithmus ist daher in der Lage, den Überdruckzustand durch Rückgewinnung von Energie unter Verwendung des Elektromotors zu eliminieren und gleichzeitig den Energieverbrauch durch Manipulieren eines Drucksteuermechanismus, der bei einer Ausführungsform ein Drucksteuerventil (Pressure Control Valve - PCV) ist, zu optimieren.
Bei einer Ausführungsform überwacht der den Steuerungsalgorithmus aufweisende Leistungsverwalter den Druck des Ölzufuhrsystems, den gewünschten Zufuhrdruck und die Pumpendrehzahl ständig. Der Leistungsverwalter steuert, ob der Elektroantrieb zum Bereitstellen von Energie an die Pumpe verwendet werden soll, oder ob die aktuellen Betriebsbedingungen angemessen sind, um die überschüssige Energie vom mechanischen Antrieb durch den Elektroantrieb wiederherzustellen und an die Fahrzeugbatterie zurückzuführen.
Bei einer Ausführungsform kann der Leistungsverwalter auch den Drucksteuermechanismus steuern, der für die Einstellung des Drucks des Ölzufuhrsystems verwendet wird. Hierdurch ist die Steuerung besser in der Lage, die Betriebsbedingungen der Pumpe und des Elektroantriebs festzulegen, um die Energiewiederherstellung zu begünstigen und die Energieverluste, die durch zum Getriebe geförderten exzessiven Strom verursacht werden, zu minimieren.
Bei einer Ausführungsform erreicht der Steuerungsalgorithmus der vorliegenden Erfindung die Steuerung der Druckstabilität durch Steuern des Elektroantriebs und des Drucksteuermechanismus so, dass die Druckschwankungen reduziert und der gewünschte Druck beibehalten wird. Der Steuerungsalgorithmus der vorliegenden Erfindung steuert auch, wann der Elektroantrieb ein Drehmoment bereitstellen soll, um die Hydraulikleistung in der Ölpumpe zu verbessern, oder als Generator fungieren soll, um überschüssige Energie zurückzugewinnen. Ferner bestimmt der Steuerungsalgorithmus, wann das PCV geöffnet und geschlossen wird, um den Energieverbrauch zu optimieren und Überdruck zu vermeiden.
Bei einer Ausführungsform ist der Steuerungsalgorithmus der vorliegenden Erfindung auch in der Lage, die Ölmengenrückführung zu reduzieren. Da die Pumpe nur so viel Öl fördert, wie benötigt wird, um den gewünschten Druck gemäß Anweisungen des Leistungsverwalters und des Steuerungsalgorithmus beizubehalten, wird die Ölmengenrückführung minimiert.
Bei einer Ausführungsform umfasst der Steuerungsalgorithmus der vorliegenden Erfindung auch eine Steuerungsstrategie, die einen ausreichenden Übergang zwischen dem Fördermodus und dem Wiederherstellungsmodus bereitstellt bei gleichzeitigem Erlangen von Druckstabilität und Energieoptimierung.
Bei einer Ausführungsform steht eine Getriebesteuereinheit (Transmission Control Unit - TCU) mit dem Leistungsverwalter in elektrischer Verbindung. Aufgrund des Leistungsverwalters und des Steuerungsalgorithmus der vorliegenden Erfindung ist es nur erforderlich, dass die TCU dem Leistungsverwalter den gewünschten Druck übermittelt und der Leistungsverwalter den Elektromotor und den Drucksteuermechanismus überwacht und anweist.
Bei einer Ausführungsform fungiert der Leistungsverwalter als Steuerungsvorrichtung für die volumetrische Ölpumpe mit doppelmechanischem Eingang, um einen Verbrennungsmotor (Internal Combustion Engine - ICE) durch eine Eingangswelle und einen Elektroantrieb oder einen Elektromotor (EM) durch die Eingangswelle zu integrieren. Das Ölzufuhrsystem umfasst auch das PCV, das in eine Ölwanne abfließt, und einen Drucksensor zum Überwachen einer mit dem Getriebe verbundenen Ölzufuhrleitung. Der Leistungsverwalter leitet den Betrieb des EMs und des PCVs, um einen von der TCU vorgegebenen Solldruckwert beizubehalten, wobei die TCU eine Steuerungseinheit höheren Rangs ist, die den Betrieb des Getriebes steuert.
Bei einer Ausführungsform integriert die Ölpumpe den doppelmechanischen Eingang mit einem Planetengetriebe. Bei einer anderen Ausführungsform integriert die Ölpumpe den doppelmechanischen Eingang mit einer inneren/äußeren Rotorpumpe, wobei der innere Rotor an den ICE gekoppelt ist und der äußere Rotor an den EM gekoppelt ist. Der Steuerungsalgorithmus der vorliegenden Erfindung ist für jede der Pumpensystemkonfigurationen anwendbar.
Der Steuerungsalgorithmus, der vom Leistungsverwalter zum Steuern des Ölzufuhrsystems verwendet wird, berücksichtigt das Leistungsgleichgewicht des Systems, wobei P_H die dem Getriebe von der Pumpe bereitgestellte Hydraulikleistung mit einem besonderen Strom und Druck ist, P_ICE die der Pumpe vom ICE bereitgestellte Leistung ist und P_EM die der Pumpe vom EM bereitgestellte Leistung ist. Die Leistungsgleichgewichtsgleichung wird wie folgt angegeben: $P_{H} = P_{I C E} + P_{E M}$
Die Leistungsgleichgewichtsgleichung ist eine Funktion des Energie- oder Leistungsgleichgewichtsprinzips. Wenn die Leistungsgleichgewichtsgleichung eine Ungleichheit wie P_H > P_ICE + P_EM ergibt, befindet sich das Ölzufuhrsystem in einem Überleistungsbetriebszustand und die überschüssige Energie kann wiederhergestellt werden. Wenn die Leistungsgleichgewichtsgleichung eine Ungleichheit wie P_H < P_ICE + P_EM ergibt, stellen die mechanischen Eingänge (ICE und EM) dem System Leistung bereit, um das Gleichgewicht zurückzubringen.
Die Hydraulikleistung kann wie folgt geschätzt werden: $P_{H} = Q \cdot P R$
wobei Q und PR den Strom bzw. den gemessenen Druck in der Ölzufuhrleitung darstellen. PR wird im Ölzufuhrsystem gemessen und der Strom Q wird wie folgt berechnet: $Q = η_{v} \cdot D \cdot ω_{P u m p}$
η_v stellt den volumetrischen Wirkungsgrad dar, D stellt die Pumpenverschiebung pro Umdrehung dar und ω_pump stellt die Pumpendrehzahl dar, die eine Funktion der Eingangsdrehmomente ist und wie folgt ausgedrückt wird: $J \frac{d ω_{p u m p}}{d t} = τ_{I C E} + τ_{E M} - τ_{l o s s}$
J ist die Systemträgheit und τ_ICE, τ_EM und τ_loss sind entsprechend das ICE-Drehmoment, das EM-Drehmoment und das Verlustdrehmoment. Bei der Ausführungsform, welche die innere/äußere Rotorpumpe umfasst, gilt diese Gleichung, da der ICE und der EM unmittelbar mechanisch an die Pumpe gekoppelt sind. Bei der Ausführungsform, die das Planetengetriebe umfasst, berücksichtigt die Gleichung auch den Einschluss des Planetengetriebeübersetzungsverhältnisses, da der ICE und der EM durch das Planetengetriebe mechanisch an die Pumpe gekoppelt sind. Deshalb wird τ_ICE zur Funktion des Übersetzungsverhältnisses des Planetengetriebes.
Als Ergebnis des in der Ölzufuhrleitung gemessenen Drucks PR und des gewünschten, von der TCU definierten Drucks PR_D lautet der Sollbetriebszustand PR=PR_D bzw. Zustand gleichen Drucks. Eines der Ziele des Steuerungsalgorithmus gemäß der vorliegenden Erfindung besteht in der Vermeidung eines nicht steuerbaren Unterdruckzustands (PR_D > PR) oder Überdruckzustands (PR_D < PR). Der Steuerungsalgorithmus verwendet eine Steuerungsstrategie, um zu bewirken, dass PR sich PR_D nähert. Die Schritte des Steuerungsalgorithmus umfassen das Evaluieren eines Hysteresevergleichs zwischen PR und PR_D, um den Betriebszustand zu bestimmen und die korrekte Steuerungsstrategie anzuwenden. Es gibt drei verschiedene mögliche Betriebszustände, die zur Anwendung verschiedener Steuerungsstrategien führen.
Wie vorstehend genannt ist einer der Betriebszustände der Unterdruckzustand, in dem PR_D > PR. In diesem Betriebszustand ist die erforderliche Hydraulikleistung PH__req größer als die vom ICE bereitgestellte Leistung (P_ICE) und die vom EM bereitgestellte Leistung (P_EM). P_ICE ist vom Fahrzeugzustand (d. h. Fahrzeuggeschwindigkeit) abhängig und wird nicht vom Leistungsverwalter gesteuert. Daher wird die Leistungsunzulänglichkeit durch die Verwendung des als Motor arbeitenden EMs, der die in die Pumpe eingegebene Leistung fördert, kompensiert. P_EM wird wie folgt berechnet: $P_{E M} = τ_{E M} \cdot ω_{E M}$
wobei ω_EM die Geschwindigkeit des EMs darstellt; falls P_EM positiv ist, arbeitet der EM als Motor. Falls P_EM negativ ist, arbeitet der EM als Generator. Es ist möglich, dass der EM sowohl als Motor als auch als Generator arbeitet, wobei dies von der Drehrichtung des EMs und der Richtung des Drehmoments abhängt. Ein EM-Drehmomentbezugswert τ_EM__Ref wird vom Leistungsverwalter wie folgt definiert: $\begin{array}{l} τ_{E M_R e f . k =} \\ {\begin{array}{l} K_{1 P} \cdot (P R_{D . k} - P R_{K}) + K_{1 l} \cdot T_{s} \cdot \frac{1}{z - 1} \cdot (P R_{D . k} - P R_{k}) & i f & τ_{E M . k} \cdot ω_{E M . k} > 0 \\ 0 & i f & τ_{E M . k} \cdot ω_{E M . k} \leq 0 \end{array} \end{array}$
K_1P und K_1I stellen positive Konstanten dar, T_s stellt die Abtastdauer dar und der Index k stellt den Abtastzeitpunkt dar. Es ist wichtig, dass der Steuerungsalgorithmus iterativ läuft, um den Druckhysteresevergleich zu evaluieren, um eine optimale Energieverwaltung sicherzustellen und zu vermeiden, dass der EM mit einem negativen Drehmoment als Motor betrieben wird oder mit einer geringeren Energierückgewinnung als die für das Heranführen des EMs an die Wiederherstellungsbedingungen benötigte Energie als Generator betrieben wird.
Einer der anderen Betriebszustände ist der Überdruckzustand, in dem PR_D < PR. In diesem Betriebszustand stellt der ICE mehr Energie bereit als von der Ölpumpe benötigt, um den gewünschten Druck bereitzustellen. Im Überdruckzustand gibt es zwei Möglichkeiten, die eingesetzt werden können; die erste Möglichkeit ist die Rückgewinnung überschüssiger Energie, während der EM als Generator arbeitet, und die zweite Möglichkeit ist das Schalten des PCVs in eine offene Position und das Verringern des Drucks in der Ölzufuhrleitung. Um eine Entscheidung zwischen den beiden Möglichkeiten zu treffen, bedarf es einer Evaluierung der Machbarkeit von Energiewiederherstellung. Eine ausreichende Machbarkeit von Energiewiederherstellung ist an die Erfüllung von zwei Bedingungen geknüpft. Die erste Bedingung ist die Erfüllung der folgenden Ungleichheit: $ω_{I C E} > ω_{I C E_R L}$
ω_ICE__RL ist die Wiederherstellungsgrenzgeschwindigkeit, welche die erforderliche Mindestdrehzahl des ICEs angibt, damit der EM als Generator aktiviert werden kann, da es bei geringer Drehzahl für den EM schwer ist, als Generator zu agieren und Energie wiederherzustellen. Die zweite Bedingung zur Evaluierung der Machbarkeit der Energiewiederherstellung verwendet zwei verschiedene Ungleichheiten, je nachdem, ob das Planetengetriebe verwendet wird oder ob die innere/äußere Rotorpumpe verwendet wird, wobei beide nachfolgend gezeigt werden: $\begin{array}{l} ω_{p u m p} = ω_{I C E} - ω_{E M} < ω_{D L}, for an inner/outer rotor system \\ ω_{p u m p} = f (ω_{I C E} - ω_{E M}, N_{P T} < ω_{D L}, for a planetary system \end{array}$
ω_DL stellt die „Differenzgrenzdrehzahl“ dar, die den maximal zulässigen Drehzahlunterschied zwischen der Drehzahl des ICEs und der Drehzahl des EMs ist, um zu vermeiden, dass eine beachtliche Menge Energie in den EM eingegeben wird, damit der EM als Generator fungiert, ω_pump ist die Pumpendrehzahl, die gemäß dem Pumpentyp unter Berücksichtigung der doppelmechanischen Eingänge berechnet wird, und N_PT ist das Übersetzungsverhältnis des Planetengetriebes. Wenn sowohl die erste Bedingung als auch die zweite Bedingung erfüllt sind, arbeitet der EM auf eine optimale Weise, um als Generator zu fungieren, und der EM-Drehmomentbezugswert τ_{EM_Ref} wird wie folgt definiert: $\begin{array}{l} τ_{E M_{R e f . k} =} \\ {\begin{array}{l} K_{2P} \cdot (P R_{D . k} - P R_{K}) + K_{2 l} \cdot T_{s} \cdot \frac{1}{z - 1} \cdot (P R_{D . k} - P R_{k}) & i f & τ_{E M . k} \cdot ω_{E M . k} < 0 \\ 0 & i f & τ_{E M . k} \cdot ω_{E M . k} \geq 0 \end{array} \end{array}$
K_2P und K₂₁ stellen positive Konstanten dar und der Bezugswert τ_EM__Ref muss negativ oder gleich Null sein.
Wenn eine aus der ersten Bedingung und der zweiten Bedingung nicht erfüllt ist (häufig wird die zweite Bedingung nicht erfüllt bei der Ausführungsform, bei der die Pumpe eine innere/äußere Rotorpumpe ist), wird Druck durch Schalten des PCVs in eine offene Position verringert. Das Steuersignal für das PCV wird wie folgt geschätzt: $S_{P C V . k} = {\begin{array}{l} - K_{3 P} \cdot (P R_{D . k} - P R_{k}) - K_{3 l} \cdot T_{s} \cdot \frac{1}{z - 1} \cdot (P R_{D . k} - P R_{k}) & i f & P R_{D . k} < P R_{k} \\ 0 & i f & P R_{D . k} \geq P R_{k} \end{array}$
R_3P und K_3I stellen positive Konstanten dar. Das Ziel im Überdruckzustand ist die Rückgewinnung von Energie, wenn es einen Überschuss gibt; daher arbeitet der EM als Generator, während der Druck vom PCV gesteuert wird, und neigt mithilfe der Trägheit dazu, zu verursachen, dass sich die Pumpendrehzahl ω_pump stabilisiert, sodass die Pumpendrehzahl ω_pump niedriger als ω_DL ist, sodass Wiederherstellungsbedingungen erreicht werden und die Ungleichheit erfüllt wird. Der Leistungsverwalter hat keinen Einfluss auf die Drehzahl des ICEs ω_ICE. Deshalb ist es die Drehzahl des EMs ω_EM die sich ändert, um die oben genannten Ungleichheiten in Bezug auf die Differenzgrenzdrehzahl ω_DL zu erfüllen.
Einer der anderen Betriebszustände ist der Zustand gleichen Drucks, in dem PR= PR_D. In diesem Betriebszustand entspricht der in der Ölzufuhrleitung gemessene Druck PR im Wesentlichen dem gewünschten Druck PR_D und die Hydraulikleistung wird vom ICE zugeführt. In diesem Betriebszustand ist der EM bei der Ausführungsform, bei der eine Planetengetriebepumpe verwendet wird, in einem Bremsmodus für die Planetengetriebepumpe und bei der Ausführungsform, bei der die innere/äußere Rotorpumpe verwendet wird, ist der EM auch in einem Bremsmodus.
Bei einer Ausführungsform ist die vorliegende Erfindung ein Ölzufuhrsystem, umfassend eine Pumpe, einen Elektromotor, der mit der Pumpe verbunden ist, einen Verbrennungsmotor, der mit der Pumpe verbunden ist, eine Ölzufuhrleitung, die mit der Pumpe und einem Getriebe in Fluidverbindung steht, und ein Drucksteuerventil, das mit der Ölzufuhrleitung in Fluidverbindung steht. Ein Drucksensor steht mit der Ölzufuhrleitung in Fluidverbindung und der Drucksensor ist zum Erzeugen eines gemessenen Druckwerts betreibbar. Ein Leistungsverwalter steht mit dem Elektromotor, dem Drucksteuerventil und dem Drucksensor in elektrischer Verbindung. Eine Getriebesteuereinheit steht mit dem Leistungsverwalter in elektrischer Verbindung und die Getriebesteuereinheit übermittelt einen gewünschten Druckwert an den Leistungsverwalter.
Die vorliegende Erfindung umfasst einen Steuerungsalgorithmus und der Steuerungsalgorithmus wird vom Leistungsverwalter gesteuert und wird dazu verwendet, zu bestimmen, ob sich das Ölzufuhrsystem in einem Überdruckzustand, einem Unterdruckzustand oder einem Zustand gleichen Drucks befindet.
Bei einer Ausführungsform ist der gewünschte Druckwert im Überdruckzustand niedriger als der gemessene Druckwert. Bei einer Ausführungsform fungiert der Elektromotor im Überdruckzustand als Generator, wenn der Elektromotor bei oder über einer erforderlichen Mindestdrehzahl arbeitet, und der Drehzahlunterschied zwischen dem Elektromotor und dem Verbrennungsmotor unterhalb einer zugelassenen Obergrenze liegt.
Bei einer Ausführungsform wird das Drucksteuerventil im Überdruckzustand in eine offene Position geschaltet, falls der Elektromotor unterhalb einer für die Funktion des Elektromotors als Generator erforderlichen Mindestdrehzahl arbeitet.
Bei einer Ausführungsform wird das Drucksteuerventil im Überdruckzustand in eine offene Position geschaltet, falls der Drehzahlunterschied zwischen dem Elektromotor und dem Verbrennungsmotor oberhalb einer zugelassenen Obergrenze liegt.
Bei einer Ausführungsform ist der gewünschte Druckwert im Unterdruckzustand höher als der gemessene Druckwert.
Bei einer Ausführungsform treibt der Elektromotor im Unterdruckzustand die Pumpe an.
Bei einer Ausführungsform entspricht der gewünschte Druckwert im Zustand gleichen Drucks dem gemessenen Druckwert.
Bei einer Ausführungsform ist der Elektromotor im Zustand gleichen Drucks in einem Bremsbetriebsmodus.
Bei einer Ausführungsform ist die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Steuern einer elektrischen Ölpumpe, das die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen einer Pumpe, Bereitstellen eines mit der Pumpe verbundenen Elektromotors, Bereitstellen eines mit der Pumpe verbundenen Verbrennungsmotors, Bereitstellen einer Ölzufuhrleitung, die mit der Pumpe und einem Getriebe in Fluidverbindung steht, Bereitstellen eines Drucksteuerventils, das mit der Ölzufuhrleitung in Fluidverbindung steht, Bereitstellen eines Drucksensors, der mit der Ölzufuhrleitung in Fluidverbindung steht, Bereitstellen eines Leistungsverwalters, der mit dem Elektromotor, dem Drucksteuerventil und dem Drucksensor in elektrischer Verbindung steht, und Bereitstellen einer Getriebesteuereinheit, die mit dem Leistungsverwalter in elektrischer Verbindung steht.
Bei einer Ausführungsform umfasst das Verfahren auch das Erzeugen eines gemessenen Druckwerts unter Verwendung des Drucksensors sowie das Übermitteln eines gewünschten Druckwerts an den Leistungsverwalter unter Verwendung der Getriebesteuereinheit. Bei einer Ausführungsform umfasst das Verfahren auch das Verwenden eines Steuerungsalgorithmus durch den Leistungsverwalter, um zu bestimmen, ob das Ölzufuhrsystem sich in einem Überdruckzustand, in dem der gewünschte Druckwert niedriger als der gemessene Druckwert ist, einem Unterdruckzustand, in dem der gewünschte Druckwert höher als der gemessene Druckwert ist, oder einem Zustand gleichen Drucks, in dem der gewünschte Druckwert dem gemessenen Druckwert entspricht, befindet.
Bei einer Ausführungsform umfasst das Verfahren auch das Antreiben der Pumpe mit dem Elektromotor im Unterdruckzustand.
Bei einer Ausführungsform umfasst das Verfahren auch das Betreiben des Elektromotors als Generator im Überdruckzustand, wenn der Elektromotor bei oder über einer erforderlichen Mindestdrehzahl arbeitet, und der Drehzahlunterschied zwischen dem Elektromotor und dem Verbrennungsmotor unterhalb einer zugelassenen Obergrenze liegt.
Bei einer Ausführungsform umfasst das Verfahren auch das Schalten des Drucksteuerventils in eine offene Position, wenn der Elektromotor unterhalb einer für die Funktion des Elektromotors als Generator im Überdruckzustand erforderlichen Mindestdrehzahl arbeitet.
Bei einer Ausführungsform umfasst das Verfahren auch das Schalten des Drucksteuerventils in eine offene Position, wenn der Drehzahlunterschied zwischen dem Elektromotor und dem Verbrennungsmotor oberhalb einer im Überdruckzustand zugelassenen Obergrenze liegt.
Bei einer Ausführungsform umfasst das Verfahren auch das Betreiben des Elektromotors in einem Bremsbetriebsmodus im Zustand gleichen Drucks.
Weitere Anwendungsbereiche der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung. Es versteht sich, dass die ausführliche Beschreibung und bestimmte Beispiele, auch wenn sie die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung aufzeigen, allein der Veranschaulichung dienen und nicht den Umfang der Erfindung einschränken sollen.
Die vorliegende Erfindung lässt sich anhand der ausführlichen Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen umfassender verstehen. Es zeigen:

1 ein erstes Diagramm eines Ölzufuhrsystems mit einem Steuerungsalgorithmus gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
2 ein zweites Diagramm eines Ölzufuhrsystems mit einem Steuerungsalgorithmus gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung; und
3 ein Flussdiagramm eines Algorithmus, der zur Steuerung eines Ölzufuhrsystems verwendet wird, gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.

Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform(en) ist lediglich beispielhafter Natur und soll die Erfindung, ihre Anwendung oder Verwendung in keiner Weise einschränken.
Ein Diagramm eines Ölzufuhrsystems, das einen Leistungsverwalter mit einem Steuerungsalgorithmus gemäß der vorliegenden Erfindung ist in 1, allgemein mit 10, gezeigt. Das System 10 umfasst auch eine Pumpe 12, die mit einer Wanne 14 in Fluidverbindung steht, und die Pumpe 12 steht auch mit einer Ölzufuhrleitung 34 in Fluidverbindung und die Ölzufuhrleitung 34 steht mit einem Getriebe 16 und einem Drucksteuerventil (Pressure Control Valve - PCV) 18 in Fluidverbindung. Das System 10 umfasst auch einen Drucksensor 20, der den Druck des Fluids in der Ölzufuhrleitung 34 erfasst. Die Pumpe 12 hat zwei mechanische Eingänge; der erste Eingang ist von einem Elektromotor (EM) 22 und der EM 22 ist durch eine Eingangswelle 24 mit der Pumpe 12 verbunden. Die Pumpe 12 umfasst auch einen Eingang von einem Verbrennungsmotor (Internal Combustion Engine - ICE) 26, der durch eine andere Eingangswelle 28 mit der Pumpe 12 verbunden ist. In anderen Ausführungsformen können der EM 22 und der ICE 26 durch ein Getriebe mit der Pumpe 12 verbunden sein.
Das System 10 umfasst auch einen Leistungsverwalter 30 und der Leistungsverwalter 30 steht mit dem PCV 18, dem Drucksensor 20 und dem EM 22 in elektrischer Verbindung. Der Leistungsverwalter 30 steht auch mit einer Getriebesteuereinheit (Transmission Control Unit - TCU) 32 in elektrischer Verbindung.
In Bezug auf 2 berücksichtigt der Steuerungsalgorithmus der vorliegenden Erfindung das Leistungsgleichgewicht in dem System 10. Die Eingabe und die Ausgabe des Systems 10 sind in 2 gezeigt, wobei die Hydraulikleistung P_H, die dem Getriebe 16 bereitgestellt wird, ein Ergebnis der Leistung P_EM, die vom EM 22 bereitgestellt wird, und der Leistung P_ICE, die vom ICE 26 bereitgestellt wird, ist. Die Gleichung für dieses Leistungsgleichgewicht wird nachfolgend gezeigt: $P_{H} = P_{I C E} + P_{E M}$
Der Steuerungsalgorithmus wird durch das Diagramm dargestellt, gezeigt in 3, allgemein mit 36. Der Steuerungsalgorithmus 36 arbeitet, um einen nicht steuerbaren Unterdruck oder Überdruck in der Ölzufuhrleitung 34 zu vermeiden. Der Drucksensor 20 erfasst den Druck in der Ölzufuhrleitung 34, dieser gemessene Druck wird PR genannt und der gewünschte Druck, genannt PR_D, wird von der TCU 32 definiert. Ein Überdruck- oder Unterdruckzustand wird vermieden, wenn PR=PR_D.
Es gibt drei mögliche Betriebszustände für das System 10. Der erste ist ein Unterdruckzustand, in dem PR_D > PR. Der zweite ist ein Überdruckzustand, in dem PR_D < PR. Der dritte ist ein Zustand gleichen Drucks, in dem wie oben genannt PR=PR_D.
Erneut in Bezug auf 3 umfasst der Steuerungsalgorithmus 36 einen Hysteresevergleich zwischen PR und PR_D, um den Betriebszustand zu bestimmen und die passende Steuerungsstrategie anzuwenden. Der erste Schritt ist der Start, angegeben mit 100, und im nächsten Schritt 102 wird der Druck im Getriebe 16 gemessen und durch PR_TR angegeben und der gewünschte Druck PR_D wird im Schritt 104 eingegeben. Im Schritt 106 wird ein Vergleich zwischen dem gewünschten Druck PR_D und dem gemessenen Druck PR aufgestellt.
Wie oben beschrieben, falls der gewünscht Druck PR_D größer als der gemessene Druck PR ist, ist das System 10 im Unterdruckzustand. In diesem Zustand ist der gewünschte Druck PR_D höher als der gemessene Druck PR, der als Ergebnis des Eingangs vom EM 22 und dem ICE 26 von der Pumpe 12 bereitgestellt wird. Die Hydraulikleistung P_H, die dem Getriebe 16 bereitgestellt wird, ist geringer als die Leistung P_EM, die vom EM 22 bereitgestellt wird, und die Leistung P_ICE, die vom ICE 26 bereitgestellt wird, dargestellt durch die folgende Gleichung: $P_{H} < P_{I C E} + P_{E M} .$
Deshalb ist die erforderliche Hydraulikleistung P_{H_req} höher als die Leistung P_ICE, die vom ICE 26 bereitgestellt wird, in Kombination mit der Leistung P_EM, die vom EM 22 bereitgestellt wird, die im Schritt 108 gezeigt wird. In diesem Betriebszustand fungiert der EM 22 als Eingangsleistungsvorrichtung und treibt die Pumpe 12 an, angegeben im Schritt 110.
Nach Schritt 110 gibt es einen Rückkehrschritt 112, in welchem der Druck im Getriebe 16 im Schritt 102 wieder gemessen wird und Schritt 106 auch wiederholt wird.
Falls der gewünschte Druck PR_D niedriger als der gemessene Druck PR ist, ist das System 10 im Überdruckzustand. In diesem Zustand ist der gewünschte Druck PR_D niedriger als der gemessene Druck PR, der als Ergebnis des Eingangs vom EM 22 und dem ICE 26 von der Pumpe 12 bereitgestellt wird. Im Überdruckzustand ist die Hydraulikleistung P_H, die dem Getriebe 16 bereitgestellt wird, größer als die Leistung P_EM, die vom EM 22 bereitgestellt wird, und die Leistung P_ICE , die vom ICE 26 bereitgestellt wird, dargestellt durch die folgende Gleichung: $P_{H} > P_{I C E} + P_{E M} .$
Deshalb ist die erforderliche Hydraulikleistung P_{H_req} niedriger als die Leistung P_ICE , die vom ICE 26 bereitgestellt wird, in Kombination mit der Leistung P_EM, die vom EM 22 bereitgestellt wird, die im Schritt 114 gezeigt wird. In diesem Zustand führt der ICE 26 mehr Leistung zu als von der Pumpe 12 benötigt wird, sodass es möglich ist, dass einiges dieser Energie wiederhergestellt werden könnte. Allerdings fördern nicht alle Betriebszustände des ICEs 26 und des EMs 22 die Energiewiederherstellung im Überdruckzustand.
Im Schritt 116 wird eine weitere Entscheidung getroffen, um die Machbarkeit einer Energiewiederherstellung zu bestimmen. Es gibt bei Schritt 116 zwei Möglichkeiten: Entweder der EM 22 fungiert als Generator (um überschüssige Energie zurückzugewinnen) oder das PCV 18 wird in eine offene Position geschaltet, um Druck in der Ölzufuhrleitung 34 zu verringern.
Um die Machbarkeit von Energiewiederherstellung zu bestimmen, sodass der EM 22 als Generator fungieren kann, müssen zwei Bedingungen erfüllt sein. Die erste Bedingung ist, dass der ICE 26 bei einer erforderlichen Mindestdrehzahl arbeiten muss, um den EM 22 als Generator zu aktivieren, denn falls der ICE 26 nicht bei ausreichender Drehzahl arbeitet, ist es für den EM 22 schwer, als Generator zu fungieren und Energie wiederherzustellen. Die zweite Bedingung ist, dass der Drehzahlunterschied zwischen dem ICE 26 und dem EM 22 (d. h. die „Differenzgrenzdrehzahl“) unterhalb einer Obergrenze liegt, um zu vermeiden, dass eine unerwünschte Menge Energie verwendet wird, um den EM 22 auf eine solche Drehzahl zu bringen, dass der EM 22 dazu in der Lage ist, als Generator zu arbeiten. Wenn die erste Bedingung und die zweite Bedingung erfüllt sind, ist der EM 22 im optimalen Zustand, um als Generator zu arbeiten und Energie wiederherzustellen, was im Schritt 118 in 3 gezeigt ist.
Falls keine der oben genannten Bedingungen erfüllt wird, wird das PCV 18 geöffnet, gezeigt im Schritt 120.
Das Ziel im Überdruckzustand ist die Rückgewinnung von Energie, wenn es einen Überschuss gibt. Daher - wenn der Druck in der Ölzufuhrleitung 34 vom PCV 18 gesteuert wird - arbeitet der EM 22 im Überdruckzustand in einem Drehmomentsteuermodus, sodass zugelassen wird, dass sich die Drehzahl des EMs 22 stabilisiert, sodass der Drehzahlunterschied zwischen dem ICE 26 und dem EM 22 reduziert und die Energiewiederherstellung gefördert wird.
Nach einem von Schritt 118 oder Schritt 120 ist der nächste Schritt der Rückkehrschritt 112, in welchem der Druck im Getriebe 16 in Schritt 102 wieder gemessen wird und Schritt 106 auch wiederholt wird.
Im Zustand gleichen Drucks ist PR=PR_D, angegeben in Schritt 122. In diesem Betriebszustand entspricht der gemessene Druck PR im Wesentlichen dem gewünschten Druck PR_D und die Hydraulikleistung wird vom ICE zugeführt 26. Die Hydraulikleistung P_H, die dem Getriebe 16 von der Pumpe 12 bereitgestellt wird, entspricht der Leistung P_EM, die vom EM 22 bereitgestellt wird, und der Leistung P_ICE, die vom ICE 26 bereitgestellt wird. In diesem Betriebszustand ist der EM 22 in einem Bremsbetriebsmodus, angegeben in Schritt 124.
Nach Schritt 124 ist der nächste Schritt der Rückkehrschritt 112, in welchem der Druck im Getriebe 16 in Schritt 102 wieder gemessen wird und Schritt 106 auch wiederholt wird.
Die Beschreibung der Erfindung ist lediglich beispielhafter Natur, sodass Variationen, die nicht vom Kern der Erfindung abweichen, in dem Umfang der Erfindung einzubeziehen sind. Diese Variationen sind nicht als Abweichungen vom Geist und dem Umfang der Erfindung zu betrachten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017213413 A1 [0005]
US 20180371966 A1 [0005]
US 20180252126 A1 [0005]

Claims

Ölzufuhrsystem (10), umfassend: eine Pumpe (12); einen Elektromotor (22), der mit der Pumpe (12) verbunden ist; einen Verbrennungsmotor (26), der mit der Pumpe (12) verbunden ist; eine Ölzufuhrleitung (34), die mit der Pumpe (12) und einem Getriebe (16) in Fluidverbindung steht; ein Drucksteuerventil (18), das mit der Ölzufuhrleitung (34) in Fluidverbindung steht; einen Drucksensor (20), der mit der Ölzufuhrleitung (34) in Fluidverbindung steht, wobei der Drucksensor (20) zum Erzeugen eines gemessenen Druckwerts betreibbar ist; einen Leistungsverwalter (30), der mit dem Elektromotor (22), dem Drucksteuerventil (18) und dem Drucksensor (20) in elektrischer Verbindung steht; eine Getriebesteuereinheit (32), die mit dem Leistungsverwalter (30) in elektrischer Verbindung steht, wobei die Getriebesteuereinheit (32) einen gewünschten Druckwert an den Leistungsverwalter (30) übermittelt; einen Steuerungsalgorithmus (36); wobei der Steuerungsalgorithmus (36) vom Leistungsverwalter (30) gesteuert wird und dazu verwendet wird, zu bestimmen, ob sich das Ölzufuhrsystem (10) in einem Überdruckzustand, einem Unterdruckzustand oder einem Zustand gleichen Drucks befindet.
Ölzufuhrsystem (10) nach dem vorangehenden Anspruch, wobei der Überdruckzustand ferner umfasst, dass der gewünschte Druckwert niedriger als der gemessene Druckwert ist.
Ölzufuhrsystem (10) nach Anspruch 2, wobei der Elektromotor (22) im Überdruckzustand als Generator fungiert, wenn der Elektromotor (22) bei oder über einer erforderlichen Mindestdrehzahl arbeitet, und der Drehzahlunterschied zwischen dem Elektromotor (22) und dem Verbrennungsmotor (26) unterhalb einer zugelassenen Obergrenze liegt.
Ölzufuhrsystem (10) nach Anspruch 2, wobei das Drucksteuerventil (18) im Überdruckzustand in eine offene Position geschaltet wird, falls der Elektromotor (22) unterhalb einer für die Funktion des Elektromotors (22) als Generator erforderlichen Mindestdrehzahl arbeitet.
Ölzufuhrsystem (10) nach Anspruch 2, wobei das Drucksteuerventil (18) im Überdruckzustand in eine offene Position geschaltet wird, falls der Drehzahlunterschied zwischen dem Elektromotor (22) und dem Verbrennungsmotor (26) oberhalb einer zugelassenen Obergrenze liegt.
Ölzufuhrsystem (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Unterdruckzustand ferner umfasst, dass der gewünschte Druckwert höher als der gemessene Druckwert ist.
Ölzufuhrsystem (10) nach Anspruch 6, wobei der Elektromotor (22) im Unterdruckzustand die Pumpe (12) antreibt.
Ölzufuhrsystem (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Zustand der Gleichheit ferner umfasst, dass der gewünschte Druckwert dem gemessenen Druckwert entspricht.
Ölzufuhrsystem (10) nach Anspruch 8, wobei sich der Elektromotor (22) im Zustand der Gleichheit in einem Bremsbetriebsmodus befindet.
Verfahren zur Steuerung einer elektrischen Ölpumpe (12), umfassend die folgenden Schritte: Bereitstellen einer Pumpe (12); Bereitstellen eines Elektromotors (22), der mit der Pumpe (12) verbunden ist; Bereitstellen eines Verbrennungsmotors (26), der mit der Pumpe (12) verbunden ist; Bereitstellen einer Ölzufuhrleitung (34), die mit der Pumpe (12) und einem Getriebe (34) in Fluidverbindung steht; Bereitstellen eines Drucksteuerventils (18), das mit der Ölzufuhrleitung (34) in Fluidverbindung steht; Bereitstellen eines Drucksensors (20), der mit der Ölzufuhrleitung (34) in Fluidverbindung steht; Bereitstellen eines Leistungsverwalters (30), der mit dem Elektromotor (22), dem Drucksteuerventil (18) und dem Drucksensor (20) in elektrischer Verbindung steht; Bereitstellen einer Getriebesteuereinheit (32), die mit dem Leistungsverwalter (30) in elektrischer Verbindung steht; Erzeugen eines gemessenen Druckwerts unter Verwendung des Drucksensors (20); Übermitteln eines gewünschten Druckwerts an den Leistungsverwalter (30) von der Getriebesteuereinheit (32); Verwenden eines Steuerungsalgorithmus (36) durch den Leistungsverwalter (30), um zu bestimmen, ob das Ölzufuhrsystem (10) sich in einem Überdruckzustand, in dem der gewünschte Druckwert niedriger als der gemessene Druckwert ist, einem Unterdruckzustand, in dem der gewünschte Druckwert höher als der gemessene Druckwert ist, oder einem Zustand gleichen Drucks, in dem der gewünschte Druckwert dem gemessenen Druckwert entspricht, befindet; Antreiben der Pumpe (12) mit dem Elektromotor (22) im Unterdruckzustand; Betreiben des Elektromotors (22) als einen Generator im Überdruckzustand, wenn der Elektromotor (22) bei oder über einer erforderlichen Mindestdrehzahl arbeitet und der Drehzahlunterschied zwischen dem Elektromotor (22) und dem Verbrennungsmotor (26) unterhalb einer zugelassenen Obergrenze liegt; Schalten des Drucksteuerventils (18) in eine offene Position, wenn der Elektromotor (22) unterhalb einer für die Funktion des Elektromotors (22) als Generator im Überdruckzustand erforderlichen Mindestdrehzahl arbeitet; Schalten des Drucksteuerventils (18) in eine offene Position, wenn der Drehzahlunterschied zwischen dem Elektromotor (22) und dem Verbrennungsmotor (26) im Überdruckzustand oberhalb einer zugelassenen Obergrenze liegt; Betreiben des Elektromotors (22) in einem Bremsbetriebsmodus im Zustand gleichen Drucks.