WO2017041804A1 - Pumpenaktor für eine hydraulische kupplungsbetätigungsanordnung - Google Patents

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André PALMEN
Roshan Willeke
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D48/00—External control of clutches
    • F16D48/02—Control by fluid pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16D48/02—Control by fluid pressure
    • F16D2048/0227—Source of pressure producing the clutch engagement or disengagement action within a circuit; Means for initiating command action in power assisted devices
    • F16D2048/0233—Source of pressure producing the clutch engagement or disengagement action within a circuit; Means for initiating command action in power assisted devices by rotary pump actuation
    • F16D2048/0245—Electrically driven rotary pumps

Definitions

  • the invention relates to a pump actuator for a hydraulic clutch actuation arrangement, in which one, a hydraulic fluid circulating and a volume flow source performing pump is connected to an electric motor to the control.
  • the clutch characteristic includes two stiffness ranges.
  • the first stiffness range the pressure is low and rises only slightly above the volume flow supplied to the clutch.
  • the second stiffness range the pressure above the supplied volume flow increases significantly.
  • the pump serving as a volumetric flow source therefore has to provide a high volume flow at low pressure for the first stiffness range and a significantly smaller volume flow at a higher pressure for the second stiffness range, with a view to good dynamics.
  • the object is achieved in that an electric motor is used with a pre-commutation.
  • a pre-commutated electric motor By means of such a pre-commutated electric motor, a higher rotational speed of the electric motor can be achieved than is actually predetermined by the maximum voltage applied to the electric motor. As a result, the hydraulic fluid can be promoted faster.
  • this combination nation is achieved that for a clutch at the beginning of a high flow rate at low pressure and from the contact of the clutch friction surfaces, a high pressure with low flow rate is set.
  • the commutation time of the electric motor is shifted for pre-commutation. Since changes in the commutation time over-rotation of the electric motor is achieved with applied maximum voltage, the dynamics of the delivery of the fluid is increased. The pump works faster than before.
  • the pump is designed as a fixed displacement pump, which promotes a constant volume per revolution.
  • a fixed displacement pump When filling a clutch, such a fixed displacement pump has a displacement volume which is so large that the maximum permissible torque and the maximum permissible current to the electric motor are not exceeded. In the lower pressure range, therefore, the power of the electric motor is not exhausted.
  • a speed increase is made possible by means of which thus a higher power is set even in the lower pressure range.
  • the thereby promoted higher volume flow has the effect that both the filling time and the time to empty the clutch can be reduced.
  • the pump is designed as a variable displacement pump whose volume delivery per revolution is variable. If the volume from the clutch is pumped back again, such a variable displacement pump is in a swung-back state due to the pressure prevailing in the clutch cylinder, which means that a small displacement volume per revolution is conveyed. Since the pressure acts on the displacement of the variable displacement in the drive direction, it does not correlate in this direction with the drive torque. Due to the small displacement volume, the volume from the clutch is carried out more slowly than is theoretically possible from the drive power of the pump.
  • the use of the pre-commutated electric motor in combination with the variable pump makes it possible, on the one hand, to use a pump reduced by the ratio of the speed increase in the maximum volume and a higher dynamics when emptying the clutch.
  • a displacement volume of the variable displacement pump is pressure-dependent.
  • a valve circuit is arranged between the pump and the clutch. By means of this valve circuit, the flow direction of the
  • Hydraulic fluid can be adjusted in the clutch or out of the clutch.
  • Fig. 2 shows a second embodiment of the pump actuator according to the invention.
  • a first embodiment of the invention in which a constant displacement pump 1 is connected to an electric motor 2, which has a Vorkommuttechnik and the constant-displacement pump 1 drives.
  • the fixed displacement pump 1 is connected to a pressure medium reservoir 3, from which a hydraulic fluid is taken and transported by the drive of the fixed displacement pump 1 by the electric motor 2 to the clutch 4, wherein between the constant displacement pump 1 and the clutch 4, a valve circuit 5 is formed.
  • the electric motor 2 is connected to a control unit 6.
  • the electrically commutated electric motor 2 has three coil bodies acted upon by a current in three phases U, V, W, which are energized successively by means of the phases U, V, W, so that an alternating magnetic field is commutated on a rotor 7 of the rotor Electric motor 2 arranged pole pairs repels, thus forcing a rotation of the rotor 7.
  • the electric motor 2 is connected to an output stage 8, which is connected to a power supply 9, which are positioned in the control unit 6.
  • Block commutation means that the electric motor 2 is controlled so that always one of the phases U, V, W of the electric motor 2 is de-energized, while the other two phases U, V, W are energized.
  • the commutation time of the electric motor 2 is changed, whereby the rotational speed of the electric motor 2 is increased above the maximum value predetermined by the voltage.
  • the position of the rotor 7 of the electric motor 2 representative sent phase angle added an offset phase angle and the thus formed sum phase angle of the commutation.
  • a position of the rotor 7 is simulated, which causes the control unit 6 to set a higher rotational speed of the rotor 7 at a given load.
  • the desired position of the rotor 7 is reached faster, which represents an increase in the dynamics of the drive.
  • the offset phase angle is determined as a function of an effective motor constant. Due to the fact that different torque / motor current ratios are set by the offset phase angle, the motor current can be calculated or also measured.
  • the effective motor constant is assigned to the offset phase angle, which is used to increase the sum phase angle of the next commutation in order to increase the drive dynamics of the electric motor 2.
  • the electromotively driven constant displacement pump 1 for filling the clutch 3 has a displacement volume which is so great that the maximum permissible torque and the maximum permissible current of the electric motor 2 are not exceeded. In the lower pressure range, therefore, the power of the electric motor 2 is not exhausted.
  • a second embodiment in which a variable displacement pump 10 is used as a pump, which makes it possible to change the flow rate per revolution.
  • This pressure-operated adjustment pump 10 has a larger displacement volume in the lower pressure range than in the upper pressure range, since in self-pressure actuated variable displacement pumps, the pressure acts on the adjustment and reduces the displacement. As a result, a reduction in the filling time is achieved already when filling the clutch.
  • variable displacement pump 10 If the displacement volume from the clutch 3 is to be pumped back again, the variable displacement pump 10 is in the swung-back state due to the pressure prevailing in the clutch cylinder. Because the pressure on the displacement elements to the variable displacement pump 10 acts in the drive direction, it does not correlate in this direction with the drive torque. Due to the small displacement volume, the volume is transported out of the clutch cylinder slower than the drive power of the variable 10 theoretically possible. Also in this case of emptying the clutch 3 by means of the variable displacement pump 10, the combination of the variable displacement pump 10 with the pre-commutatable electric motor 2 allows the use of a reduced by the ratio of speed increase in the maximum volume pump and a higher dynamics in the emptying of the clutch the time for emptying the clutch is reduced.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Pumpenaktor für eine hydraulische Kupplungsbetätigungsanordnung, bei welchem eine, ein Hydraulikfluid umwälzende und als Volumenstromquelle ausgebildete Pumpe (1, 10) mit einem Elektromotor (2) zu deren Ansteuerung verbunden ist. Bei einem Pumpenaktor, dessen Dynamik erhöht wird, wird ein Elektromotor (2) mit einer Vorkommutierung verwendet.

Description

Pumpenaktor für eine hydraulische Kupplungsbetätigungsanordnung
Die Erfindung betrifft einen Pumpenaktor für eine hydraulische Kupplungsbetätigungsanordnung, bei welchem eine, ein Hydraulikfluid umwälzende und eine Volu- men ström quelle darstellende Pumpe mit einem Elektromotor zu deren Ansteuerung verbunden ist.
Aus der DE 43 09 901 A1 ist ein hydraulischer Stellantrieb, insbesondere für eine Kraftfahrzeug-Reibungspumpe, bekannt. Bei einem solchen hydraulischen Stellantrieb sind ein Elektromotor, eine Hydraulikpumpe, ein Hydraulikdruckspeicher, ein Steuer- ventil und ein Stellzylinder zu einem Antriebsmodul zusammengefasst.
Bei der Verwendung eines solchen Aktors für die Ansteuerung einer hydraulisch betätigten Kupplung muss davon ausgegangen werden, dass die Kupplungskennlinie zwei Steifigkeitsbereiche umfasst. Im ersten Steif ig keitsbereich ist der Druck niedrig und steigt über dem, der Kupplung zugeführten Volumenstrom nur geringfügig an. Im zweiten Steif ig keitsbereich nimmt der Druck über dem zugeführten Volumenstrom deutlich zu. Die als Volumenstromquelle dienende Pumpe muss im Hinblick auf eine gute Dynamik somit für den ersten Steifigkeitsbereich einen hohen Volumenstrom bei niedrigem Druck und für den zweiten Steifigkeitsbereich einen deutlich kleineren Volumenstrom bei einem höheren Druck liefern. Diese zwei gegensätzlichen Anforde- rungen an die hydraulische Versorgung bei der Betätigung der Kupplung führen dazu, dass die Pumpe und ihr Antrieb entweder überdimensioniert ist oder ein Kompromiss bei den Anforderungen eingegangen werden muss oder die Pumpe an die sich ändernde Charakteristik der Kupplungskennlinie angepasst werden muss, was beispielsweise durch eine Verstellung des Verdrängungsvolumens erfolgen kann. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Pumpenaktor anzugeben, bei welchem die Dynamik der Kupplungsansteuerung bedarfsabhängig geändert werden kann.
Erfindungsgemäß ist die Aufgabe dadurch gelöst, dass ein Elektromotor mit einer Vorkommutierung verwendet wird. Mittels eines solchen vorkommutierbaren Elektro- motors kann eine höhere Drehzahl des Elektromotors erreicht werden als eigentlich durch die an dem Elektromotor anliegende Maximalspannung vorgegeben ist. Dadurch kann die Hydraulikflüssigkeit schneller gefördert werden. Mittels dieser Kombi- nation wird erreicht, dass für eine Kupplung zu Beginn ein hoher Volumenstrom bei geringem Druck und ab dem Kontakt der Kupplungsreibflächen ein hoher Druck mit geringem Volumenstrom eingestellt wird.
Vorteilhafterweise wird zur Vorkommutierung der Kommutierungszeitpunkt des Elekt- romotors verschoben. Da durch Änderungen der Kommutierungszeit ein Überdrehen des Elektromotors bei anliegender Maximalspannung erreicht wird, wird die Dynamik der Förderung des Fluids erhöht. Die Pumpe arbeitet somit schneller als vorher.
In einer Variante ist die Pumpe als Konstantpumpe ausgebildet, welche pro Umdrehung ein konstantes Volumen fördert. Bei der Befüllung einer Kupplung besitzt eine solche Konstantpumpe ein Verdrängungsvolumen, das so groß ist, dass das maximal zulässige Drehmoment und der maximal zulässige Strom zum Elektromotor nicht überschritten werden. Im unteren Druckbereich wird daher die Leistung des Elektromotors nicht ausgeschöpft. Durch die Vorkommutierung des Elektromotors wird eine Drehzahlerhöhung ermöglicht, mittels welcher somit auch im unteren Druckbereich ei- ne höhere Leistung eingestellt wird. Der dabei geförderte höhere Volumenstrom hat die Wirkung, dass sowohl die Befüllzeit als auch die Zeit zum Entleeren der Kupplung reduziert werden.
In einer Alternative ist die Pumpe als Verstellpumpe ausgebildet, deren Volumenförderung pro Umdrehung veränderbar ist. Wird das Volumen aus der Kupplung wieder zu- rückgepumpt, befindet sich eine solche Verstellpumpe aufgrund des im Kupplungszylinder herrschenden Druckes in einem zurückgeschwenkten Zustand, was bedeutet, dass ein kleines Verdrängungsvolumen pro Umdrehung gefördert wird. Da der Druck auf die Verdrängerelemente der Verstellpumpe in Antriebsrichtung wirkt, korreliert er in dieser Drehrichtung nicht mit dem Antriebsmoment. Aufgrund des kleinen Verdrän- gungsvolumens wird das Volumen aus der Kupplung langsamer hinausgefördert als von der Antriebsleistung der Pumpe theoretisch möglich ist. Die Verwendung des vor- kommutierten Elektromotors in Kombination mit der Verstellpumpe ermöglicht zum einen die Verwendung einer, um das Verhältnis der Drehzahlüberhöhung im maximalen Volumen reduzierten Pumpe sowie eine höhere Dynamik beim Entleeren der Kupp- lung.
In einer Ausführungsform ist ein Verdrängungsvolumen der Verstellpumpe druckabhängig ausgebildet. ln einer Weiterbildung ist zwischen der Pumpe und der Kupplung eine Ventilschaltung angeordnet. Mittels dieser Ventilschaltung kann die Strömungsrichtung des
Hydraulikfluids in die Kupplung oder aus der Kupplung heraus eingestellt werden.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zwei davon sollen anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.
Es zeigen:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Pumpenaktors,
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Pumpenaktors.
In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei welchem eine Konstantpumpe 1 mit einem Elektromotor 2 verbunden ist, welcher eine Vorkommutierung aufweist und die Konstantpumpe 1 ansteuert. Die Konstantpumpe 1 ist mit einem Druckmittelspeicher 3 verbunden, aus welchem ein Hydraulikfluid entnommen wird und durch den Antrieb der Konstantpumpe 1 durch den Elektromotor 2 zur Kupplung 4 transportiert wird, wobei zwischen der Konstantpumpe 1 und der Kupplung 4 eine Ventilschaltung 5 ausgebildet ist. Der Elektromotor 2 ist dabei mit einem Steuergerät 6 verbunden.
Der elektrisch kommutierte Elektromotor 2 verfügt über drei, von einem Strom in drei Phasen U, V, W beaufschlagten Spulenkörper, die nacheinander mittels der Phasen U, V, W bestromt werden, so dass ein magnetisches Wechselfeld kommutiert wird, das an einem Rotor 7 des Elektromotors 2 angeordnete Polpaare abstößt und damit eine Drehung des Rotors 7 erzwingt. Der Elektromotor 2 ist mit einer Endstufe 8 verschaltet, die mit einer Spannungsversorgung 9 verbunden ist, welche im Steuergerät 6 positioniert sind.
Im Betrieb der Kupplung 4 wird der Elektromotor 2 von dem Steuergerät 6 nach einer in dem Steuergerät 6 abgespeicherten Kommutierungstabelle mittels einer Blockkommutierung angesteuert. Blockkommutierung bedeutet dabei, dass der Elektromotor 2 so angesteuert wird, dass immer eine der Phasen U, V, W des Elektromotors 2 stromlos geschaltet ist, während die anderen beiden Phasen U, V, W bestromt sind.
Bei der vorliegenden Lösung wird der Kommutierungszeitpunkt des Elektromotors 2 verändert, wodurch die Drehzahl des Elektromotors 2 über den durch die Spannung vorgegebenen Maximalwert erhöht wird. Vorteilhafterweise wird zur Vorkommutierung des Elektromotors 2 zu einem, die Stellung des Rotors 7 des Elektromotors 2 reprä- sentierenden Phasenwinkel ein Offset-Phasenwinkel hinzuaddiert und der so gebildete Summenphasenwinkel der Kommutierung zugrunde gelegt. Durch die Verwendung des Offset-Phasenwinkels zur Steuerung der Kommutierung wird eine Position des Rotors 7 simuliert, die das Steuergerät 6 zur Einstellung einer höheren Rotationsge- schwindigkeit des Rotors 7 bei einer vorgegebenen Last veranlasst. Dadurch wird die gewünschte Position des Rotors 7 schneller erreicht, was eine Erhöhung der Dynamik der Ansteuerung darstellt.
Der Offset-Phasenwinkel wird in Abhängigkeit einer effektiven Motorkonstante bestimmt. Aufgrund der Tatsache, dass durch den Offset-Phasenwinkel unterschiedliche Drehmoment/Motorstrom-Verhältnisse eingestellt werden, kann der Motorstrom berechnet oder auch gemessen werden. Die effektive Motorkonstante wird dem Offset- Phasenwinkel zugeordnet, welcher zur Erhöhung des Summenphasenwinkels der nächsten Kommutierung verwendet wird, um die Ansteuerdynamik des Elektromotors 2 zu erhöhen. Die elektromotorisch angetriebene Konstantpumpe 1 zur Befüllung der Kupplung 3 besitzt ein Verdrängungsvolumen, das so groß ist, dass das maximal zulässige Drehmoment und der maximal zulässige Strom des Elektromotors 2 nicht überschritten werden. Im unteren Druckbereich wird daher die Leistung des Elektromotors 2 nicht ausgeschöpft. Die Kombination mit dem Elektromotor 2 einschließlich der zugehörigen Endstufe 8, der durch Vorkommutierung eine Drehzahlerhöhung ermöglicht, nutzt auch im unteren Druckbereich eine höhere Leistung und reduziert durch den höheren Volumenstrom die Befüllzeit der Kupplung 3, wodurch die Dynamik des Pumpenaktors erhöht wird.
In Fig. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel dargestellt, bei welchem als Pumpe eine Verstellpumpe 10 benutzt wird, die es ermöglicht, den Volumenstrom pro Umdrehung zu ändern. Diese druckbetätigte Verstell pumpe 10 besitzt im unteren Druckbereich ein größeres Verdrängungsvolumen als im oberen Druckbereich, da bei selbstständig druckbetätigten Verstellpumpen der Druck auf die Verstellung wirkt und das Verdrängungsvolumen reduziert. Hierdurch wird bereits beim Befüllen der Kupplung eine Re- duzierung der Befüllzeit erreicht.
Soll das Verdrängungsvolumen aus der Kupplung 3 wieder zurückgepumpt werden, befindet sich die Verstellpumpe 10 aufgrund des im Kupplungszylinder herrschenden Druckes im zurückgeschwenkten Zustand. Da der Druck auf die Verdrängerelemente zur Verstellpumpe 10 in Antriebsrichtung wirkt, korreliert er in dieser Drehrichtung nicht mit dem Antriebsmoment. Aufgrund des kleinen Verdrängungsvolumens wird das Volumen aus dem Kupplungszylinder langsamer herausbefördert als von der Antriebsleistung der Verstellpumpe 10 theoretisch möglich. Auch in diesem Fall des Ent- leerens der Kupplung 3 mittels der Verstellpumpe 10 erlaubt die Kombination der Verstellpumpe 10 mit dem vorkommutierbaren Elektromotor 2 die Verwendung einer um das Verhältnis der Drehzahlüberhöhung im maximalen Volumen reduzierten Pumpe sowie eine höhere Dynamik bei dem Entleeren der Kupplung, wodurch die Zeit zum Entleeren der Kupplung reduziert wird.
Bezugszeichenliste Konstantpumpe
Elektromotor
Druckmittelspeicher
Kupplung
Ventilschaltung
Steuergerät
Rotor des Elektromotors
Endstufe
Spannungsversorgung
Verstellpumpe

Claims

Patentansprüche
1 . Pumpenaktor für eine hydraulische Kupplungsbetätigungsanordnung, bei welchem eine, ein Hydraulikfluid umwälzende und als Volumenstromquelle ausgebildete Pumpe (1 , 10) mit einem Elektromotor (2) zu deren Ansteuerung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Elektromotor (2) mit einer Vorkommutierung verwendet wird.
2. Pumpenaktor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zur Vorkommutierung der Kommutierungszeitpunkt des Elektromotors (2) verschoben wird.
3. Pumpenaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Pumpe als Konstantpumpe (1 ) ausgebildet ist, welche pro Umdrehung ein konstantes Volumen fördert.
4. Pumpenaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Pumpe als Verstellpumpe (10) ausgebildet ist, deren Volumenförderung pro Umdrehung veränderbar ist.
5. Pumpenaktor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verdrängungsvolumen der Verstellpumpe (10) druckabhängig ist.
6. Pumpenaktor nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Pumpe (1 , 10) und einer Kupplung (3) eine Ventilschaltung (5) angeordnet ist.
PCT/DE2016/200427 2015-09-10 2016-09-09 Pumpenaktor für eine hydraulische kupplungsbetätigungsanordnung WO2017041804A1 (de)

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