用于运送机动车的流体回路中的流体的方法和流体泵
阅读说明：本技术 用于运送机动车的流体回路中的流体的方法和流体泵 (Method and fluid pump for conveying a fluid in a fluid circuit of a motor vehicle ) 是由 阿达尔沙·干乍纳 克里斯蒂安·比尼克 于 2017-09-05 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于运送机动车的流体回路中的流体的方法和流体泵。其中,借助流体泵(10)将流体回路(4)中的流体(6)的流体压力(p)调节到目标压力(p-(目标)),并且其中,以无压力传感器的方式确定流体(6)的实际压力(p-(实际))。(The invention relates to a method and a fluid pump for conveying a fluid in a fluid circuit of a motor vehicle. Wherein a fluid pressure (p) of a fluid (6) in a fluid circuit (4) is adjusted to a target pressure (p) by means of a fluid pump (10) Target ) And wherein the actual pressure (p) of the fluid (6) is determined in a pressure-sensorless manner Practice of )。)
本申请是申请号为201780054273.6(国际申请号PCT/EP2017/072139)申请日为2017-09-05发明名称为用于运送机动车的流体回路中的流体的方法和流体泵的分案申请。
技术领域
本发明涉及泵的领域，优选涉及电气或电动地运行或驱动的(流体)泵的领域，并且涉及一种用于利用机动车中的，尤其是机动车变速器中的电动的流体泵运送流体回路的流体的方法。本发明还涉及一种根据这种方法工作的流体泵以及一种具有这样的流体泵的机动车变速器。在此，流体泵尤其被理解为在机动车中的或用于机动车的辅助泵或主泵，尤其是油泵。
背景技术
电气的流体泵且尤其也是所谓的辅助泵或附加泵例如用于运送作为用于控制任务的(液压)流体的油或用于冷却例如内燃发动机式驱动的、以混合动力技术或电驱动的车辆(机动车)的尤其是运动的部分或部件。这种油泵通常基于其运送特性地产生具有压力流和体积流的(闭合的)油回路(流体回路)。
例如电或电动地驱动的辅助泵或附加泵通常也用于至少暂时润滑或附加润滑机动车变速器的、尤其是自动变速器的传动部分。所运送的油还用于冷却这种机动车的传动系的部件或附加部件。此外，辅助泵或附加泵能够实现或支持机动车的扩展的行驶功能，如例如滑行或启动停止功能。
为了进行控制和/或调节，这种流体泵通常具有能利用泵控制器来控制和/或调节的泵电子装置，利用该泵电子装置来调整电动机的运行点。为了该目的，利用泵控制器尤其监控流体回路中的流体的(液压的)流体压力。为此，流体回路典型地具有(流体)压力传感器，其检测流体回路中的流体的实际压力的当前值并发送给泵控制器。泵控制器将所检测到的实际压力与期望的目标压力进行比较，并且依赖于该比较地来驱控流体泵或其电动机。尤其地，在此通过将流体泵的运送流调整到期望的目标压力来调整流体压力。
由DE 103 45 449 A1公知有一种用于运送机动车变速器中的流体的设备。所公知的设备包括与流体回路耦接的压力传感器，其在运行中检测流体回路的实际上的流体压力(实际压力)，并且传给流体泵的调节器(泵控制器)。调节器还与检测车辆行驶状态的传感器耦接。根据车辆行驶状态，调节器确定与所检测到的流体压力进行比较的阈值(目标压力)。
用于这种(流体)压力调节(闭环调节Closed-Loop-Regelung)的压力传感器是容易出错的并且伴随有相对较高的运行和制造成本。此外，对于实际压力的信号传递所需的在流体回路中的流体压力传感器与流体泵的泵控制器之间的线缆引导部(线束)导致附加的结构重量和提高的制造成本。
EP 2 290 264 A2描述了一种机动车变速器，其具有用于运送流体的设备，该设备具有带流体泵的流体回路。该机动车变速器具有可无级变化的转速改变设备。(变速器)控制器在进行机动车变速器的两个变速器挡之间的转换的换挡过程期间根据转速改变设备的惯性矩和输入转矩地计算为此所需的目标压力。所计算出的目标压力被发送给泵控制器，泵控制器相应地驱控流体泵。
这种无压力传感器的压力控制(开环控制Open-Loop-Steuerung)能相对廉价地建立。然而，由于缺乏调节，使得无法确保对流体的有效运送，由此不利地影响了流体泵或机动车变速器的效率。
发明内容
本发明的任务是说明一种特别合适的、用于利用机动车的电动的流体泵运送流体回路的流体的方法。本发明的任务还说明一种根据这种方法工作的流体泵以及一种具有这种流体泵的机动车变速器。
根据本发明，在方法方面，该任务利用权利要求1的特征来解决，并且在流体泵方面，利用权利要求10的特征来解决，以及在机动车变速器方面，利用权利要求13的特征来解决。有利的设计方案和改进方案是各自的从属权利要求的主题。
根据本发明的方法适用于并被设立成用于利用机动车的电动的流体泵来运送流体回路的流体。
根据方法，为了驱控流体泵，设置有根据流体回路中的流体的当前的(液压的)流体压力(运行压力)的压力调节(闭环调节)。为此，确定流体的实际压力和目标压力并彼此进行比较。依赖于比较地，以如下方式驱控流体泵或其电动机，即，基于可变的运送流将流体回路中的流体压力调整到目标压力。在此，设置有对实际压力的无压力传感器的确定或检测，这意味着，不用流体回路的(流体)压力传感器来监控实际压力。
换句话说，能够实现的是，流体回路不具有昂贵的(流体)压力传感器地实施。因此降低了流体回路的制造和运行成本。此外，因此可以减少压力传感器与流体泵之间的线缆铺设，由此这一方面能够降低维护和维修成本，以及另一方面能够节省结构重量和结构尺寸。因此，这有利于扩展机动车的工作范畴。
流体泵例如是电动的水泵，优选是用于机动车的电动的辅助泵或附加泵，尤其是用于润滑和/或控制机动车变速器的传动部分的油泵。所运送的流体在此适宜的是(变速器)油，例如ATF油(自动变速器流体Automatic transmission fluid)，并且例如也用于冷却这种机动车的传动系的部件或附加部件。在此，术语油被理解为尤其是不限于矿物油。而是也可以使用全合成的或部分合成的油、硅油或其他的油性的液体，如例如液压液或冷却润滑剂。
流体泵适宜地包括泵控制器和泵电子装置，利用该泵控制器优选地以场定向的方式控制和/或调节电动机。电动机优选地实施为无刷直流电机，其利用泵电子装置的三相电流来运行。电动机的转子抗相对转动地接驳到泵转子上，从而在运行中使流体从泵入口(低压侧、吸入侧)被运送向泵出口(压力侧)。在替选的实施方式中，泵电子装置控制和/或调节多个电动的泵驱动器。这例如在直接换挡变速器(DSG)的应用中是有利的，在其中，泵电子装置驱控多个电动的辅助驱动器用来生成压力。
在合适的改进方案中，根据流体泵的运行数据确定流体的实际压力。尤其地，泵控制器在此监控在运行中所检测到的流体泵的运行数据。由此，可以以简单且成本有利的方式和方法实现对实际压力的无压力传感器式的确定。
在可想到的实施方案中，为了确定实际压力，尤其是利用运行参数来确定流体泵的负载转矩和流体的流体粘度。流体泵的负载转矩在此基本上是静态转矩，该静态转矩是流体泵或泵转子尤其是在流体泵起动之后流体回路的稳定的状态或稳态的状态期间相对存在于流体回路中的流体压力所必须施加的。换句话说，该负载转矩与实际压力成比例，尤其地，负载转矩与实际压力具有线性相关性。形成负载转矩与实际压力之间的关联的比例因子在此与所运送的流体的流体粘度有关。由此，在知道负载转矩和流体粘度的情况下就能够实现对实际压力的简单确定。
在适宜的设计方案中，负载转矩由流体泵的电动机的实际转矩与流体的动态特性的动态转矩之间的差来确定。在此，电动机的实际转矩基本上相当于在运行中所要施加的用于运送流体的总转矩。实际转矩作为流体泵的运行参数可由泵控制器来监控。为此，例如监控用于对定子绕组通电的实际三相电流，其与所施加的实际转矩相关。实际三相电流与定子的磁体温度或线圈温度具有相关性，从而同样适宜地检测该磁体温度或线圈温度。
所要施加的实际转矩由与压力有关的负载转矩以及尤其作为调节储备所预存的动态转矩组成。动态转矩一方面包括泵转子的已知的、与结构有关的质量惯性矩和系统惯性矩，系统惯性矩与所要运送的流体的流体粘度和温度有关。实际转矩在运行期间作为运行参数由泵控制器来监控，从而在给定动态转矩的情况下能够以简单的方式和方法借助减法来确定对于实际压力确定而言所期望的负载转矩。
在有利的构造方案中，为了确定动态转矩，在流体泵的起动过程期间确定阶梯状的转矩提升(转矩梯度)。在流体泵启动或起动时出现的转矩提升相对于流体回路的流体压力是不变的，并且基本上描述了流体的动态特性(系统惯性矩)。由此能够实现：从针对流体泵的稳态的(运行)状态的静态转矩中减去由流体泵的启动所已知的动态转矩的值。由此，能够从由流体压力(实际压力)限定的负载转矩中消除由于流体粘度所引起的影响。
借助与流体粘度有关的因子，使因此基本上已知的负载转矩与所要确定的实际压力成比例。在流体泵的运行中，流体回路的进而在流体回路中受引导的流体的温度变化是可能的。在流体回路中所要掌控或所要考虑的温度范围例如在-40℃和+130℃之间。在此还应该考虑到的是，所使用的流体具有一定的或特定的(流体)粘度，其与温度有关并且随温度递增而减小，也就是说在较低温度情况下的粘度比在较高温度情况下更大。
在合适的改进方案中，根据流体温度，尤其是流体回路中的流体的温度来确定流体粘度。在所使用的流体中，例如从数据表已知了针对给定温度的流体粘度的值。由此，能够以简单的方式和方法通过确定流体温度来确定相应的流体粘度。为此目的，泵控制器例如具有被存储起来的表格或特征曲线，利用其为流体温度值配属流体粘度的相应的值。为此，流体回路例如具有整合的(流体)温度传感器。
在优选的实施方案中，流体回路以无温度传感器的方式实施，其中，借助热传递模型根据流体泵的泵电子装置的运行温度来确定流体温度。取消了流体回路的温度传感器，由此使流体回路变得特别廉价。在此，对作为流体泵的运行参数的泵电子装置的运行温度进行监控。由此，以有利且简单的方式充分利用了泵电子装置和流体至少部分地彼此在导热技术方面相接触的事实。导热技术方面的接触至少近似地借助传递模型来描述。
运行温度例如是泵电子装置的半导体开关的阻挡层温度或者承载泵电子装置的电路板(PCB板)的温度。因此，利用传递模型能够根据运行温度来确定流体回路中的流体的温度的值，利用该值因此能够确定(实际)流体粘度。
通过知道流体粘度和负载转矩，因此可以简单且无压力传感器地确定流体回路中的实际压力的值。尤其地，在此仅通过流体泵的运行参数来确定实际压力，其本就是由泵控制器来监控用于流体泵的无差错运行。由此实现了对实际压力的特别简单、少耗费且有利的确定。
根据本发明的方法的附加或另外的方面设置的是，自适应地调设目标压力。优选地，在此借助流体回路的与流体泵无关的运行参数来调设目标压力。为此目的，例如经由(总线)接口将流体回路的控制器以信号技术引导到泵控制器上。换句话说，尤其是根据流体泵的运行参数来确定和/或调设实际压力，而尤其是根据流体回路的运行参数来确定和/或调设目标压力。
在可能的应用方式中，流体泵和流体回路是(机动车)换挡变速器(自动变速器、双离合变速器)的一部分，其中，控制器将关于发动机转速和/或换挡状况的信息发送给泵控制器。此类信息仅间接地影响流体压力，但能够实现对需求概况或目标压力的预测。换句话说，为了自适应地调设，尤其是以前瞻性的方式来调整目标压力。为此，例如在泵控制器中整合有用于机器学习(大数据、自动学习)的机制和方法。由此，泵控制器适用于并被设立用于根据已知的、先前出现的行驶或换挡状况来预测性地且自适应地确定目标压力的值。因此，这有利于扩展流体泵或流体回路以及配备有流体泵或流体回路的机动车变速器的效果和效率。
在适宜的改进方案中，为了调设目标压力而使用到卡尔曼滤波器。尤其是在换挡变速器中的应用中，所期望的换挡过程的对流体回路和/或流体泵的检测到的运行参数以及当前的车辆参数(车辆速度、发动机转速、...)的依赖关系的方差是较低的。由此能够实现根据易于实现的卡尔曼滤波器来执行对目标压力的预测。因此，以简单的方式和方法能够实现状态估计或目标压力估计。换句话说，泵控制器根据运行参数和车辆参数地基本上学习到换挡策略。
尤其地，利用卡尔曼滤波器的算法产生用于目标压力的线性的二次估计(linearquadratic estimation，LQE)。为此，借助于贝叶斯结论并按照概率函数的评估将先前出现的行驶或换挡状况转换为用于(未来)所需的目标压力的估计值。由于行驶或换挡状况的偏差(方差)相对较小，因此能够实现对目标压力的相对正确且精准的预测。
根据本发明的电动的流体泵适用于且被设立用于运送机动车的尤其是在机动车变速器中的流体回路的流体。在此，流体泵具有整合的泵电子装置和泵控制器(控制设施)，该泵控制器设置且设立用于执行上述的根据本发明的方法。因此，泵控制器具体地设立用于在泵运行期间将流体回路中的流体的流体压力调节到目标压力，并且以无压力传感器的方式确定流体的针对调节所需的实际压力。
在优选的设计方案中，控制器至少在其核心中由具有处理器和数据存储器的微控制器形成，在其中以编程技术实施有形式为运行软件(固件)的用于执行根据本发明的方法的功能性，从而使方法(必要时在与车辆使用者互动的情况下)在实施微控制器中的运行软件时自动执行。
控制器在本发明的范围内可以替选地也由不可编程的电子构件，例如ASIC(专用集成电路)或FPGA(现场可编程门阵列)来形成，在其中，利用电路技术的机制来实施用于执行根据本发明的方法的功能性。
因此，以该方法运行的流体泵适用于并设立用于无压力传感器地闭环调节流体回路中的流体压力。由此，能够实现特别廉价且构件减少的流体泵。此外，以尽可能高的效率确保了流体泵的特别有效的运行。
在有利的实施方案中，以无压力传感器的方式实施流体回路。这意味着流体回路不具有用于检测实际压力的(流体)压力传感器。由此可以节省流体回路与流体泵之间的信号线路，这有利地促成了(结构)重量降低并因此节省了成本。
在合适的设计方案中，泵控制器以信号技术与流体回路的控制器耦接。由此能够实现根据与泵无关的指示器来自适应地调设目标压力。
在优选的应用中，流体泵和与其耦接的流体回路是机动车变速器的一部分。流体泵优选是电动的辅助泵或附加泵。由此，实现了构件减少的且廉价的机动车变速器。
附图说明
下面结合附图详细阐述本发明的实施例。在其中以简化且示意性的图示出：
图1示出具有流体回路和电动的流体泵的机动车变速器的液压系统；
图2示出流体泵的泵控制器的接口模型，并且
图3示出在起动过程时的流体泵的实际转矩的曲线图。
在所有附图中，彼此相应的部分和参量始终具有相同的附图标记。
具体实施方式
图1中所示的液压系统2适用于且设立成用于操作并润滑未示出的机动车的机动车变速器，尤其是换挡变速器。为此，液压系统2包括以虚线示出的流体回路或油回路4用于引导(液压)流体6，尤其是(变速器)油。为了运送油回路4中的油6，液压系统2具有两个流体泵或油泵8和10。油泵8在此构造为主泵，而油泵10构造为油回路4的辅助泵或附加泵。
在此，油泵8与机动车的内燃发动机耦接，并且借助内燃发动机在功能上有效地能被驱动用于运送油6。油泵10电动地实施，并具有驱动的电动机12。电动机12例如实施为无刷的直流电机并且具有可转动地支承的转子，该转子抗相对转动地与泵转子耦接。
油回路4具有高压支路(初级回路)4a和低压支路(次级回路)4b。在该实施例中，高压支路4a具有两个可液压控制的阀14，在换挡过程的进程中，利用阀能够相应地操作机动车变速器的离合器16。油泵8在出口侧与高压支路4a连接。经由限压阀18，油泵8在流动技术上与低压支路4b耦接。油泵10在此借助止回阀20引导到油泵8的出口侧(压力侧)上。
在液压系统2的运行中，当油泵8的运送体积小于阈值时，油泵10将油6运送到高压支路4a中。在此，油泵8和10的运送体积尤其是经由油回路4中的油6的流体压力或油压力p来监控。
为了监控和调节油回路4中的油压力p，一方面设置有流体回路的控制器(控制设施)22，其以信号技术的方式例如引导至内燃发动机的发动机控制部和/或换挡变速器的变速器控制部。在此，控制器22在接口24的区域中监控用于驱控阀14的油压力p。另一方面，油泵10具有泵电子装置26，泵电子装置具有泵控制器28，泵控制器确定接口30的区域中的油压力p。换句话说，控制器22尤其监控主压力支路4a中的油压力p，而泵控制器28监控辅助压力支路4b中的油压力p。
下面结合图2详细阐述油泵10的运行。图2中示出了泵控制器28与控制器22的示意性的接口模型。在此，泵控制器28和控制器22借助总线接口32以信号技术耦接。
在运行中，泵控制器28尤其被构造成执行针对油回路4的压力调节部，在其中，油6的实际压力p实际被调节到目标压力p目标。结合该比较地，由泵控制器28来调整电动机12的或者说油泵10的转速进而是运送体积。在此，泵控制器28以无压力传感器的方式确定油6的实际压力p实际，也就是说，油回路4不具有与泵控制器28耦接的压力传感器。
泵控制器28通过评估油泵10的所检测到的和所监控的运行数据来确定当前的实际压力p实际的值。为此，泵控制器28在运行中检测泵电子装置26的用于驱动电动机12的相电流IM。在此，相电流(三相电流)IM被馈送到电动机12的定子绕组或相绕组上，由此产生旋转磁场，其使转子转动。泵控制器28还检测在运行中由此产生的油泵10的实际转矩M实际以及泵电子装置26的运行温度TB。
为了确定实际压力p实际，泵控制器28评估油泵10的在运行中出现的负载转矩M负载以及油6的(流体)粘度η。在此，负载转矩M负载是静态转矩，其是油泵10在稳态的状态下，也就是说在起动过程之后的稳定的运行点中必须相对于油回路4的实际压力p实际所施加的，以便运送油6。负载转矩M负载通过与油粘度η有关的比例因子与所要确定的实际压力p实际耦合。
负载转矩M负载在此能通过泵控制器28不直接作为油泵10的运行参数地被检测。然而，负载转矩M负载包含在油泵10的电动机12的所要施加的实际转矩M实际中。实际转矩M实际在此由负载转矩M负载和动态转矩M动态相加而组成。
作为油泵10的调节储备所保留的动态转矩M动态尤其描述了油6的动态特性。动态转矩M动态在此一方面包括泵转子的已知的、与结构相关的质量惯性矩以及系统惯性矩，系统惯性矩与所要运送的油6的油粘度η和(油)T油有关。
为了确定动态转矩M动态，泵控制器28检测在起动或启动过程期间的实际转矩M实际的曲线，在其中，油泵10从静止不动加速到运行转速。
在图3中示出了在打开限压阀18的起动过程期间的实际转矩M实际的示例性的时间变化曲线。在图3的示意性曲线图中，横坐标轴(x轴)代表时间t，而纵坐标轴(y轴)代表实际转矩M实际。
在时刻t0，启动油泵10。如图3中示出的是比较清晰的那样，在此出现阶跃式的或类似阶梯的转矩提升或转矩梯度。在随后的时刻t1，起动过程终止并达到了期望的运行转速或运行转矩。
在油泵启动或起动时出现的转矩提升在此相对于油回路4的油压力p是不变的，并且基本上描述了油6动态特性(系统惯性矩)。由此，基本上通过在时刻t0的范围内的阶跃高度或者说转矩梯度得到了动态转矩M动态。
由此，动态转矩M动态在起动油泵10时可由泵控制器28来确定。因此，对于确定实际压力p实际而言重要的负载转矩M负载可被确定为实际转矩p实际与动态转矩M动态的简单的求差。
负载转矩M负载与在油回路4中出现的实际转矩p实际之间的比例因子与油粘度η有关。油粘度η随着油回路4中的油温度T油变化。在液压系统2的运行中，油回路4中的油6出现温度变化进而是油粘度η的相应变化。优选地，在泵控制器28的存储器中存储有油6的材料或流体特性的相应的表格或特征曲线，从而分别给特定的油温度T油配属有油粘度η的相应的值。
在该实施例中，油温度T油由泵控制器28以无温度传感器的方式、也就是说在油电路6中没有温度传感器的测量或传感信号地来确定。为此，泵控制器28评估所检测到的泵电子装置26的运行温度TB。在此，例如将泵电子装置26的逆变器的半导体开关的阻挡层温度或承载有泵电子装置26的电路板(PCB板)的温度作为运行温度TB来监控。在此，在泵控制器28中存储有例如形式为表格或特征曲线的传递模型34，利用其给所检测到的运行温度TB配属有在油回路4中的油温度T油的值。
结合如此确定的油温度T油于是得到了油粘度η，由此能够确定在负载转矩M负载与在油回路4中出现的实际压力p实际之间的比例因子。由此能够以简单的方式和方法实现泵控制器28仅根据油泵10的运行参数来确定油回路4中的实际压力p实际的值。
用于压力调节油泵10所需的目标压力p目标通过油回路4的控制器22来确定。尤其地，目标压力p目标的值在此是动态的且是自适应的，尤其是借助卡尔曼滤波器与机动车的相应的变速器状况或行驶状况相匹配。
在该实施例中，例如由泵控制器28预测目标压力p目标，并且通过评估借助控制器22所传递的与油泵无关的运行参数(车辆参数)来调准或合理化。为此，控制器22例如传递发动机速度v的和换挡状况S以及油温度T油的值。在此，泵控制器28被设立成用于机器学习，从而例如根据所接收的发动机速度v和换挡状况S来实现对需求概况或期望的目标压力p目标的预测。换句话说，根据已知的、先前出现的行驶状况或换挡状况进行油回路4中的前瞻性的压力调节。由此确保了机动车变速器的特别有效且运行可靠的运行。
在此，换挡行为没有受到直接影响。通过卡尔曼滤波器优选地仅对实际压力p实际进行校正，然而在此，实际的压力需求不受影响。优选地，设置有对各种车辆接口(例如路段概况、路段坡度、交通…)的信号技术上的处理以及伴随的、适度的对目标压力p目标或实际压力p实际的调设。例如在高交通流量的情况下可能的是，预测到换挡过程的频率提高。由此，泵控制器28例如将油压力p略微提高地调节，从而通过由此所存有的储备来优化即将实施的换挡过程。
本发明不限于上述实施例。而是本领域技术人员也可以在不脱离本发明主题的情况下从中推断出本发明的其他变型方案。尤其地，在不脱离本发明的主题的情况下，与实施例相结合地描述的所有单独特征也可以以其他方式彼此组合。
因此，根据本发明的方法并不限于(如图1中所示的)液压系统2。因此例如可能的是，液压系统2不具有上级的压力调节装置或不具有限压阀18。还可以想到的是，将该方法应用于机动车的水泵中。重要的是，以无压力传感器的方式来确定所运送的流体6的配属的实际压力p实际。
附图标记列表
2 液压系统
4 流体回路/油回路
4a 主压力支路
4b 辅助压力支路
6 流体/油
8 流体泵/油泵/主泵
10 流体泵/油泵/辅助泵
12 电动机
14 阀
16 离合器
18 限压阀
20 止回阀
22 控制器
24 接口
26 泵电子装置
28 泵控制器
30 接口
32 总线接口
34 传递模型
p 流体压力/油压力
p实际 实际压力
p目标 目标压力
lM 相电流
M实际 实际转矩
M负载 负载转矩
M动态 动态转矩
T油 流体温度/油温度
TB 运行温度
η 流体粘度/油粘度
t 时间
t0、t1 时刻
v 发动机速度
S 换挡状况
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