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技術 特性曲線を識別するための方法

出願人 ローベルトボツシユゲゼルシヤフトミツトベシユレンクテルハフツング
発明者 アドリアントラハテアレクサンドルワグネマーティンヴェークシャイダーカロリーナパッセンベアク
出願日 2015年11月11日 (6年1ヶ月経過) 出願番号 2017-530623
公開日 2017年12月28日 (3年11ヶ月経過) 公開番号 2017-539025
状態 特許登録済
技術分野 容積形ポンプの制御
主要キーワード 軸区間 測定値記録 測定値α 部分直線 静止摩擦状態 液圧機械 事前制御 内燃機械
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図面 (7)

課題・解決手段

本発明は、入力特性出力特性定常的な関係を表す特性曲線(33、34)を識別するための方法に関する。特性曲線の品質を改善するために、各時間ステップにおいて、現在の入力及び現在の出力の値ペアが特性曲線(33、34)における1つのセグメント対応付けられ、現在の出力が特性曲線に記憶されている出力と比較され、特性曲線(33、34)に記憶されている出力が修正又は適合される。

概要

背景

従来技術
上記特性曲線は、特に、液圧機械電気比例式の特性曲線である。液圧機械は、特に、揺動体とも称される斜板を備えている、斜板構造のアキシャルピストンマシンである。液圧機械の圧送体積流適合させるために、斜板又は揺動体の揺動角度を調節することができる。本発明は、特に、アキシャルピストンマシンの揺動角度の調節及び/又は閉ループ制御に関する。

概要

本発明は、入力特性出力特性定常的な関係を表す特性曲線(33、34)を識別するための方法に関する。特性曲線の品質を改善するために、各時間ステップにおいて、現在の入力及び現在の出力の値ペアが特性曲線(33、34)における1つのセグメント対応付けられ、現在の出力が特性曲線に記憶されている出力と比較され、特性曲線(33、34)に記憶されている出力が修正又は適合される。

目的

本発明の課題は、入力特性/出力特性の定常的な関係を表す特性曲線の品質を改善することである

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

入力特性出力特性定常的な関係を表す特性曲線(33、34)を識別するための方法において、各時間ステップにおいて、現在の入力及び現在の出力の値ペアを前記特性曲線(33、34)における1つのセグメント対応付け、前記現在の出力を前記特性曲線に記憶されている出力と比較し、前記特性曲線(33、34)に記憶されている出力を修正する又は適合させることを特徴とする、方法。

請求項2

記入力及び前記出力の導関数を算出及びフィルタリングすることを特徴とする、請求項1に記載の方法。

請求項3

現在の値範囲及び/又は現在の状態が、適合又は修正に有効であるか否か及び/又は適しているか否かを特定することを特徴とする、請求項1又は2に記載の方法。

請求項4

前記特性曲線の前記適合又は前記修正を、前記入力及び/又は前記出力に含まれているダイナミクス補償と組み合わせることを特徴とする、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の方法。

請求項5

前記出力を、一定のセグメントによって識別する(図3における31)ことを特徴とする、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の方法。

請求項6

前記出力を、線形のセグメントによって識別する(図3における32)ことを特徴とする、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の方法。

請求項7

前記特性曲線は、斜板構造のアキシャルピストンマシン(4)の調節及び/又は閉ループ制御のための電気比例式の特性曲線(EP)であることを特徴とする、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の方法。

請求項8

前記現在の入力及び前記現在の出力を、前記アキシャルピストンマシン(4)の動作時に測定することを特徴とする、請求項7に記載の方法。

請求項9

入力として、電圧又は電流又は磁力を使用し、かつ、出力として、揺動角度を使用することを特徴とする、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の方法。

請求項10

コンピュータプログラムコンピュータにおいて実行されるときに、事前に書き込まれた前記方法を実施するためのソフトウェア手段を有するコンピュータプログラムを備えているコンピュータプログラム製品

技術分野

0001

本発明は、入力特性出力特性定常的な関係を表す特性曲線識別するための方法に関する。さらに、本発明は、コンピュータプログラム製品に関する。

背景技術

0002

従来技術
上記特性曲線は、特に、液圧機械電気比例式の特性曲線である。液圧機械は、特に、揺動体とも称される斜板を備えている、斜板構造のアキシャルピストンマシンである。液圧機械の圧送体積流適合させるために、斜板又は揺動体の揺動角度を調節することができる。本発明は、特に、アキシャルピストンマシンの揺動角度の調節及び/又は閉ループ制御に関する。

発明が解決しようとする課題

0003

発明の開示
本発明の課題は、入力特性/出力特性の定常的な関係を表す特性曲線の品質を改善することである。

課題を解決するための手段

0004

この課題は、入力特性/出力特性の定常的な関係を表す特性曲線を識別するための方法においては、各時間ステップにおいて、現在の入力及び現在の出力の値ペアが特性曲線における1つのセグメント対応付けられ、現在の出力が特性曲線に記憶されている出力と比較され、特性曲線に記憶されている出力が修正又は適合されることによって解決される。特性曲線は、特に、液圧機械の電気比例式の特性曲線であり、特にアキシャルピストンマシンの電気比例式の特性曲線である。電気比例式の特性曲線は、EP特性曲線とも称される。EP調節とも称される、いわゆる電気比例式調節は、特に斜板構造のアキシャルピストンマシンの揺動角度の調節である。構成部材公差に起因して、種々の液圧ユニットのEP特性曲線は異なる。さらにEP特性曲線は、経年作用によって液圧ユニットの寿命にわたり変化する。本発明に係る方法によって、EP特性曲線を簡単な手法で修正する及び/又は適合させることができる種々の措置が提供される。

0005

本方法の1つの好適な実施例は、入力及び出力の導関数が算出及びフィルタリングされることを特徴としている。このために、入力及び出力が、例えば状態可変フィルタに供給される。

0006

本方法の1つの別の好適な実施例は、現在の値範囲及び/又は現在の状態が、適合化部又は修正部に対して有効であるか否か及び/又は適しているか否かが特定されることを特徴とする。このために、現在の値の品質を判定し、必要に応じて修正又は適合を停止するアクティブ化部を前段に接続することができる。これによって、良好に識別されなかった又は無効な範囲において、適合又は修正が行われることを阻止することができる。

0007

本方法の1つの別の好適な実施例は、特性曲線の適合又は修正が、入力及び/又は出力に含まれているダイナミクス補償と組み合わされることを特徴としている。信号に含まれているダイナミクスを補償するために、事前に識別されたモデルを使用することができる。

0008

本方法の1つの別の好適な実施例は、出力が、一定のセグメントによって識別されることを特徴としている。このために、例えば、移動平均値を過去の平均値から形成することができる。メモリスペースを節約するために、再帰的な定式化による実現が有効であると考えられる。

0009

本方法の1つの別の好適な実施例は、出力が、線形のセグメントによって識別されることを特徴としている。線形のセグメントによる識別によって、より高い精度を達成することができる。より高次多項式も使用することができる。

0010

本方法の1つの別の好適な実施例は、特性曲線が、斜板構造のアキシャルピストンマシンの調節及び/又は閉ループ制御のための電気比例式の特性曲線であることを特徴としている。アキシャルピストンマシンの斜板の調節は、特に、弁装置、特に電磁弁を介して調整される調節シリンダ内の体積流を介して行われる。

0011

本方法の1つの別の好適な実施例は、現在の入力及び現在の出力が、アキシャルピストンマシンの動作時に測定されることを特徴としている。現在の入力及び現在の出力の測定は、例えば、アキシャルピストンマシンに取り付けられている適切なセンサを用いて行われる。入力又は調整量が既知である場合には、それらを測定する必要はない。

0012

本方法の1つの別の好適な実施例は、入力として、電圧又は電流又は磁力が使用され、かつ、出力として、揺動角度が使用されることを特徴としている。電圧は、入力量として直接的に使用することができる。電流は、特に、電磁弁の電磁コイルに電圧を印加することによって形成される電流である。磁力は、特に、調節のために電磁弁に加えられる力である。磁力は、電圧の印加によって、又は、電磁コイルの通電によって形成される。

0013

本発明は、EP特性曲線が本発明に係る方法によって修正又は適合される液圧機械にも、特にアキシャルピストンマシンにも関する。

0014

本発明は、少なくとも1つのそのような液圧機械を、特にアキシャルピストンマシンを備えている液圧駆動部にも関する。ハイドロスタティック駆動ユニットとの組合せにおいて、液圧機械は、特にアキシャルピストンマシンは、ハイドロスタットとも称される。ハイドロスタティック駆動ユニットは、特に、一次側のハイドロスタット及び二次側のハイドロスタットを含んでいる。2つのハイドロスタットの電気比例式の特性曲線を、本発明に係る方法によって、有利には修正する又は適合させることができる。

0015

さらに本発明は、コンピュータプログラムコンピュータにおいて実行されるときに、事前に書き込まれた方法を実施するためのソフトウェア手段を有するコンピュータプログラムを備えているコンピュータプログラム製品に関する。本発明に係る方法は、特に、自動車制御装置において実施される。自動車は商用車であってよい。従って、本発明は、必要に応じて、そのようなコンピュータプログラム製品を備えている自動車の制御装置にも関する。

0016

本発明を一般的に、EP調節を用いる、斜板構造の液圧機械の、特に任意のアキシャルピストンマシンの揺動角度調節のために利用することができる。1つの好適な例示的な用途は、アキシャルピストンマシンを介する、部分的な又は完全な液圧式出力伝達部を備えた車両への利用である。

0017

本発明のさらなる利点、特徴及び詳細は、添付の図面を参照して種々の実施例を詳細に説明する下記の説明より明らかになる。

図面の簡単な説明

0018

斜板構造様式でのアキシャルピストンマシンの電気比例調整に関する代替回路図を示す。
一次のオーダ動的システムに関して簡略化された、適合特性曲線のブロック回路図を示す。
一定のセグメント(左側)及び線形のセグメント(右側)を有する、識別された特性曲線の2つのデカルト座標系グラフをそれぞれ示す。
磁力と揺動角度との間の関係についてのハマースタインモデルを示す。
特性曲線識別の時間経過を有する2つのデカルト座標系グラフを示す。
識別のために使用される部分直線を含む、識別された特性曲線の一部を示す。

実施例

0019

実施例の説明
本発明は、特に、アキシャルピストンマシンとして形成されている液圧機械に関する。アキシャルピストンマシンは、例えば、固定的な又は可動の液圧駆動部に配置されている。可動の液圧駆動部は、特に液圧式ハイブリッドドライブトレインの一部であり、特に、主として内燃機械によって駆動される自動車の液圧式ハイブリッドドライブトレインの一部である。

0020

アキシャルピストンマシンを、開かれた循環部又は閉じられた循環部において駆動させることができる。開かれた循環部では、圧力媒体とも称される液圧媒体が、例えば作動油が、タンクからアキシャルピストンマシンへと流れ、また、そのアキシャルピストンマシンから弁装置を介して消費器へと圧送される。

0021

液圧媒体は、消費器から弁装置を介してタンクへと戻る。閉じられた循環部では、液圧媒体がアキシャルピストンマシンから消費器へと流れ、また、その消費器から直接的にアキシャルピストンマシンへと戻る。この場合には、負荷に応じて入れ替わる、高圧側及び低圧側が存在する。

0022

アキシャルピストンマシンが駆動軸を介して機械式に駆動される場合には、アキシャルピストンマシンは、アキシャルピストンポンプとして動作する。アキシャルピストンマシンが液圧式に駆動される場合には、アキシャルピストンマシンは、アキシャルピストンモータとして動作する。アキシャルピストンマシンを、単にモータとして又は単にポンプとして、駆動させることができる。しかしながら、原理的には、アキシャルピストンマシンを交番的に、ポンプとしてもモータとしても駆動させることもできる。

0023

斜板とも称される揺動体によって、アキシャルピストンマシンから圧送される体積流を無段階に調節することができる。アキシャルピストンマシンの圧送体積流を適合させるために、斜板又は揺動体の角度を調節することができる。この調節を、例えば電気比例式揺動角度調節(EP調節)によって行うことができる。

0024

EP調節では、比例式方向制御弁駆動制御電流を用いて、斜板又は揺動体の揺動角度が設定される。比例式方向制御弁は、体積流において、アキシャルピストンマシンの調節シリンダ内の圧力を調整する。斜板の揺動角度は、機械的にばねを介して、比例式方向制御弁に起因するとみなされる。

0025

これによって、実質的に駆動制御電流に比例し、かつ、閉ループ制御領域内での機械的なフィードバックによって維持される揺動角度が生じる。この機械的な閉ループ制御装置によって、アキシャルピストンマシンの揺動角度と比例式方向制御弁の駆動制御電流との直接的な関係が生じる。この関係が、EP特性曲線によって表される。

0026

図1には、液圧媒体用のタンク2、3を備えている液圧システム1が示されている。液圧機械4は、例えば(図示していない)ハイドロスタティックな駆動ユニットを駆動させるために使用される。液圧機械4は、斜板又は揺動体5を備えている、斜板構造のアキシャルピストンマシンとして形成されている。

0027

調節ピストンを備えている調節シリンダ8によって揺動体5を調整することができる。調節ピストンは、調節ピストンロッド9を介して揺動体5に連結されている。対応シリンダ10は、対応ピストンを含んでおり、この対応ピストンは、対応ピストンロッド11を介してやはり揺動体5に連結されている。さらに、揺動体5は、ばね15を備えている連結装置14を介して弁装置18に接続されて、制御されている。

0028

弁装置18は、3つのポート及び3つの切替位置又は中間位置を備えている、比例弁又は定常弁として形成されている。文字「p」は、圧力を表すために用いられている。文字「q」は、体積流を表すために用いられている。文字「VZ」は、調節シリンダ8を表している。文字「GZ」は、対応シリンダ10を表している。大文字NDは、低圧を表している。大文字HDは、高圧を表している。

0029

弁装置18は、磁力FMによって操作される。従って、弁装置18は、電磁弁とも称される。

0030

図1には、斜板構造のアキシャルピストンマシン4の電気比例(EP)調節のための代替回路図が示されている。揺動体、揺動板又は斜板5の調節は、電磁弁18及び磁力FMを介して調整される調節シリンダ8内の体積流qVZを介して行われる。調節シリンダ8内の圧力pVZは、揺動板5に対するモーメントを形成する。揺動板5を戻すために、高圧側に接続されている対応シリンダ10のモーメントは、調節シリンダのモーメントとは反対方向に作用する。揺動板5及び電磁弁18は、戻しばね15を介して接続されている。この機械的な閉ループ制御回路によって、揺動板位置は理想的には磁力に比例し、このことから、これはEP調節と称される。しかしながら、実際には、この関係は近似的にしか比例しない。そのため、駆動制御のための揺動角度と磁力のこの関係は、特性曲線を介して表されることが多い。磁力の電流への依存性も、通常の場合、やはり特性曲線を介して表されるので、駆動制御のために、揺動角度についての電流の統合された特性曲線も使用することができる。この特性曲線を、以下では一般的にEP特性曲線と称する。

0031

EP特性曲線は、種々の液圧ユニット間の構成部材公差に起因して異なり、かつ、経年作用によって寿命にわたり変化するので、特性曲線は動作中に、本発明の本質的な態様に従って適合又は修正される。

0032

本発明に係る方法は、入力特性/出力特性の定常的な関係を識別する。このために、各時間ステップにおいて、現在の入力と現在の出力の値ペアが、特性曲線における1つのセグメントに対応付けられる。続いて、現在の出力が、特性曲線に記憶されている出力と比較され、適切に修正される。信号に含まれるダイナミクスを補償するために、事前に識別されたモデルが使用される。適合化部が、良好に識別されなかった又は無効な範囲において機能することを阻止するために、現在の値の品質を判定し、かつ、必要に応じて修正を停止するアクティブ化部が前段に接続されている。

0033

EP特性曲線の識別に関して、用途に応じて、種々の入力/出力ペアリングが有効である。例えば、測定される特性量として、電流及び揺動角度、又は磁力及び揺動角度を使用することができる。EP特性曲線によって、揺動角度についての磁力の関係が表される場合には、磁力についての電流の付加的な特性マップを前段に接続することができる。この特性マップにエラーがあるか、又は、この特性マップが寿命にわたり変化する場合には、その偏差が同様にEP特性曲線の適合化部によって修正される。別の定常的な偏差が、例えば、下位の電流閉ループ制御部又は電流開ループ制御部において、適合的なEP特性曲線によって補償される場合には、測定された電流の代わりに、適合化部に対して目標電流を使用することもできる。特性マップが駆動制御に使用される場合には、電流についての揺動角度の逆特性マップを直接的に識別することも有効である。開発された本方法は一般的に、任意のペアリングに適用することができるので、以下では、一般論として、入力x及び出力yについて言及する。

0034

本方法は、以下の3つの重要な構成要素に分けられる:
1.x及びyの導関数のフィルタリング及び算出
2.値範囲及び状態は適合に対して有効であるか否かの特定
3.特性曲線の適合、また、必要に応じて行われるダイナミクスの補償。

0035

図2には、機能のブロック回路図が、一次のダイナミクスで簡略化されて示されている。2つの四角形100は、状態変数フィルタシンボリックに表している。四角形200は、アクティブ化部をシンボリックに表している。四角形300は、特性曲線適合化部をシンボリックに表している。

0036

間接的に)測定された特性量xm及びymの導関数のフィルタリング及び算出を、例えば状態変数フィルタ100を介して行うことができる。アクティブ化部200には、フィルタリングされた特性量が供給され、また、矢印21によって示唆されているように、外部の状態も供給される。外部の状態を介して、例えばセンサ系故障したか又はシステムが適合に対して無効な状態にある場合には、適合化部を停止することができる。フィルタリングされた特性量を取り込むことによって、識別領域縮小することができる。即ち、例えば、準定常値だけを許容することができ、又は、機械が停止状態にあるか若しくは静止摩擦状態にある段階において識別されることを阻止することができる。実際の適合化部300においては、必要に応じてダイナミクスが既存の信号から算出され、続いて、修正された値ペア(xm~、ym~)の、後続補間位置(Stuetzstelle)xiへの対応付けが行われる。Δxが2つの補間位置の距離である場合には、xm~は、以下の範囲にある。

0037

続いて、所属のyi値が現在の値ym~と比較され、適切に修正される。補間位置xiの領域における識別すべき関数y=f(x)の経過に関して、種々の補間関数を想定することができる。

0038

以下では、図3に示した、一定の部分セグメント及び直線を用いる、2つの本質的な可能性を説明する。しかしながら、原理的には、本方法によって、パラメータベクトルと測定量の乗算から得られる任意の補間関数を識別することも可能である。

0039

最も簡単なケースにおいては、図3の左側において、識別された特性曲線33が表されているデカルト座標系31によって示されているように、y値が一定のセグメントによって識別される。このために、例えば、移動平均値を過去の平均値から形成することができる。メモリスペースを節約するために、再帰的な定式化による実現が有効である。指数的な重み付けを用いる平均値算出のために、離散PT1フィルタ次式において使用することができる:
yi,k=λyi,k-1+(1−λ)ym (1)

0040

ここで、0<λ<1は忘却因子であり、この忘却因子については、サンプリング時間としてのΔtを含めて、時定数Tとの以下の関係が成り立つ:

0041

代替的に、式(4)に記載されているように、平均値として
uk=1かつΘi=[θ1]
を用いて、再帰的最小二乗(RLS:recursive least square)フィルタを介して、平均値算出を行うこともできる。

0042

より高い精度は、図3の右側において、識別された特性曲線34が表されているデカルト座標セグメント32によって示されているように、線形のセグメントの識別によって達成することができる。ここで、補間位置xiと出力値yiとの間の線形の関係については次式が成り立つ:
yi=θi,1xi+θi,2 (3)
但し、勾配はθi,1であり、かつ、y軸区間はθi,2である。パラメータベクトルΘi=[θi,1 θi,2]Tを用いる線形方程式の識別のために、再帰的最小二乗フィルタが使用される。1つの考えられる実現形態は以下のように表される:

0043

ここで、0<λ<1は忘却因子であり、Pは共分散行列である。初期化のために、P0及びΘ0について適切な初期値が選択されなければならない。名目上の特性曲線が既知である場合、これはパラメータΘ0を規定するために使用されるべきである。初期共分散行列P0の選択を介して、名目上の特性曲線の品質が規定される。

0044

特性曲線を識別するための方法を、斜板構造のアキシャルピストンマシンの揺動角度閉ループ制御を例にして説明する。ここでは、磁力と揺動角度との間の定常的な関係が識別されるべきである。揺動角度特性を、図4に示されているように、ハマースタイン(Hammerstein)モデルとして表すことができる。ハマースタインモデルは、図4において3つの四角形41、42及び43並びに4つの矢印44、45、46、47によって図示されている。矢印44は、電流Iの供給をシンボリックに表している。四角形41は、関数F=g(I)を内容としている。矢印45は、x=Fを表している。四角形42は、y=f(x)を表している。矢印46は、y=αdを表している。四角形43は、PT1モデルの適用を表している。矢印47は、揺動角度αを表している。磁力F及び揺動角度αは、関数Fによって表される定常的な関係にある。しかしながら、磁力が測定されるのではなく、電磁コイルを流れる電流Iが測定される。電流Iと磁力Fの関係は、関数gによって表され、また、事前に測定されて特性マップに格納される。勿論、上記において説明したように、2つの特性マップを統合し、Iをαdにマッピングするための特性マップを直接的に識別することも可能である。目標揺動角度αdの実際揺動角度αへの揺動角度ダイナミクスを、PT1モデルを介して簡単に表すことができる。

0045

特性曲線を識別するため、かつ、磁力Fの関数fを目標揺動角度αdに近似させるための1つの可能性は、それらを、準定常的な状態にあるときにのみ実施すべきことであり、即ち、αd=αが成り立つときのみ実施すべきことである。このために例えば、信号導関数を介して、例えば図2ブロック200に示されているように、有効な識別が可能であるか否か、かつ、その識別が相応起動又は停止されるが確定されなければならない。αdのαへのダイナミクスが既知である場合には、測定値α及びその導関数のモデルを介して、入力値逆算することができる。前述の例においては次式が成り立つ:

0046

特性曲線が双射である場合には、この特性曲線を両方向において識別することができる。例えば、磁力Fと目標揺動角度αdの定常的な関係が揺動角度の事前制御に使用される場合には、直接的に逆特性曲線
x=f-1(y)=F=f-1(αd)
を識別することもできる。そのような識別の時間経過は、図5において見て取れる。上側のグラフにおいては、揺動角度αの時間経過及び磁力Fの時間経過が示されている。この時間経過は、揺動角度と磁力との、近似的に反転された比例関係を表していることが分かる。これらの経過から、上記において説明したように、補間位置αdにおける固定の格子について、所属の磁力値が識別される。個々の補間値の時間経過は、下側のグラフに示されている。識別の収束をより良好に判断できるようにするために、初期補間値に対して大きい偏差を意図的に想定した。個々の補間値の識別は、揺動角度が所属の補間位置の領域において変動する場合にのみ可能である。従って、上側の3つの補間値は識別されない。何故ならば、それらの補間値は、図示した測定値記録においては到達しない、−80%未満の揺動角度に属するからである。

0047

図5においては、2つのデカルト座標グラフ51、52が上下に列んで示されている。座標グラフ51の左側のy軸には、揺動角度αが単位パーセントプロットされている。座標グラフ51の右側のy軸には、磁力Fが単位ニュートンでプロットされている。2つの座標グラフ51、52のx軸には、時間tが単位秒でプロットされている。座標グラフ52のy軸には、磁力に関する補間値FSが単位ニュートンでプロットされている。

0048

図6には、識別された特性曲線のうちの一部を示すデカルト座標グラフ60が、識別に使用された部分直線も含めて示されている。四角形61内には、座標グラフ60における、EP特性曲線EP及び部分直線T1、T2などについての凡例が示されている。

0049

図6には、図5に示した識別の最後に識別された特性曲線
F=f-1(αd)
が示されている。適合EP特性曲線の関数を、制御信号及び揺動角度特性と組み合わせた、EP特性曲線の図示した調節によって(例えば磁石交換によって)検出することができる。

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