用于控制齿轮泵的方法与流程

本发明涉及一种用于控制齿轮泵的方法、一种可以使用这种方法来运行的齿轮泵、一种包括这种齿轮泵的底盘液压装置以及一种包括这种底盘液压装置的机动车辆。

背景技术：

1、例如，在机动车辆的底盘液压装置中使用的压差调节齿轮泵在工业实践中是已知的。齿轮泵通过内齿轮在互补的外齿圈中的旋转啮合来输送流体，例如底盘液压装置的液压流体。这引起了流体的压差或流速的波动。这些波动是正弦的，其中，相应的正弦振荡的阶数取决于齿轮泵的齿的数量，即齿数。流体中的这些正弦压力波动产生噪声，这会对驾驶体验产生负面影响。

技术实现思路

1、基于此，本发明的根本目的是至少部分地克服现有技术中已知的缺点。根据本发明的特征由独立权利要求产生，其有利的构造方案在从属权利要求中得出。权利要求的特征可以以任何技术上有意义的方式组合，为此目的，也可以从下面的描述和附图的特征中查阅解释，其包括本发明的附加构造。

2、本发明涉及一种用于借助于控制设备控制齿轮泵以补偿齿啮合引起的体积流量脉动的方法，其中

3、所述控制设备至少包括以下部件：

4、-获取单元；

5、-计算设备；以及

6、-存储设备，

7、其中所述方法至少包括以下步骤：

8、a.借助于所述获取单元获取所述齿轮泵的齿轮角和实际转速；

9、b.借助于所述存储设备，保存所述齿轮泵的先导控制转矩的相应调制角与振幅之间的关系，以在所述齿轮泵的实际转速下补偿所述体积流量脉动/补偿所述体积流量脉动到实际转速；

10、c.借助于所述计算设备，基于所获取的齿轮角、预定校正角、所述调制角、所述齿轮泵的齿数和所述振幅来调制所述先导控制转矩；

11、其中使用pt元件以实际转速作为输入参量来计算所述调制角；

12、d.借助于驱动单元，以与所调制的先导控制转矩叠加的驱动转矩驱动所述齿轮泵。

13、除非另有明确说明，否则在前面和下面的描述中使用的序数仅用于清楚区分的目的，并且不反映指定部件的任何顺序或等级。大于一的序数并不意味着必须存在另一个此类部件。

14、现在提出一种用于借助于控制设备控制齿轮泵以补偿齿啮合引起的体积流量脉动的方法。每个齿啮合引起由齿轮泵输送的流体的流体流量中的正弦波动。例如，流体流量中的波动在流体流量平均值附近的5％、优选2％的范围内。

15、为了使波动平衡，现在调制先导控制转矩，该先导控制转矩可以叠加到齿轮泵的驱动转矩上以补偿由齿啮合引起的流体流量中的波动。所调制的转矩可以用来影响或调制泵的转速。通过改变或调制转速，改变或调制流体流量。先导控制转矩以这样的方式被调制，即，它补偿(即，平衡或减少)齿啮合引起的流体流量中的波动。

16、在步骤a.中，借助于角度测量装置获取齿轮角。例如，齿轮角是齿轮泵的驱动轴的角度。例如，借助于角度测量装置使用轴上的参考点来测量角度。还获取了实际转速。实际转速例如是齿轮泵或驱动轴的齿轮(优选内齿轮)的转速。实际转速优选也借助于角度测量装置或使用单独的测量设备来确定。获取单元相应地包括角度测量装置和/或转速计。

17、先导控制转矩通过相位或相位角以及振幅来限定。现在，在步骤b.中，用于确定先导控制转矩的相位的调制角与齿轮泵的实际转速之间的关系保存在存储设备上。调制角与实际转速之间的关系包括例如特性图、分析描述(例如模型)或另一种算法。先导控制转矩的振幅与齿轮泵的实际转速之间的关系也保存在存储设备上。振幅与实际转速之间的关系包括例如特性图、分析描述(例如模型)或另一种算法。

18、在步骤c中，借助于计算设备基于所获取的齿轮角、预定校正角、调制角、齿轮泵的齿数和振幅来调制先导控制转矩。

19、预定校正角优选是专门分配给每个单独齿轮泵的恒定值。预定校正角优选规定了齿啮合与齿轮角之间的关系，并且因此例如取决于内齿轮的安装位置和驱动轴上用于确定齿轮角的参考点，或者取决于内齿轮在内齿轮泵的齿圈中的安装位置。

20、在步骤c1.中使用pt元件基于实际转速来计算调制角。调制角优选是针对转矩控制器和电气路径的传递特性的与轴转速相关的相位校正(以在齿轮泵的驱动单元中生成相电流和电场)。pt元件优选是pt1元件。换句话说，可以将传递特性调制为具有死区时间的pt元件的良好近似。因此，调制角优选由以下公式得出：

21、

22、在此，是调制角，a是齿数，nist是实际转速，τm是时间常数，并且ttot是转矩控制器的死区时间。

23、例如借助于计算设备，将如此调制的先导控制转矩与齿轮泵的驱动转矩叠加。先导控制转矩是大体上波形的；它优选大体上具有流体流量的波动的形状，是特别优选大体上正弦的。

24、在步骤d.中，齿轮泵随后借助于与先导控制转矩叠加的驱动转矩来驱动。驱动转矩借助于由控制设备控制的驱动单元提供，该驱动单元优选是电动机。在此，使用转矩控制器。

25、如此调制的先导控制转矩产生转速振荡。从先导控制转矩到转速的传递特性是集成的。因此，从先导控制转矩到转速振荡的相位偏移是90°(九十度)。转速振荡进而在流体流量中产生振荡，该振荡补偿(即减少或平衡)由齿啮合引起的流体流量中的波动，也称为体积流量脉动。在转速振荡与体积流量脉动之间优选存在180°(一百八十度)的相位偏移，使得转速在流体流量或体积流量脉动达到最小值时的相同的时间或相同的齿轮角处达到最大值。

26、在此，齿啮合产生体积流量脉动的波。换句话说，齿啮合在360°(三百六十度)的相位角(即，流体流量的最大值和最小值)上延伸。因此，相位角与齿轮角之间的关系取决于齿距或齿数。相位角在此相当于齿轮角的第x部分(1/x)。例如，如果齿轮泵的齿轮具有15(十五)个齿，则相位角的完整相位周期(即360°(三百六十度))对应于24°(二十四度)的齿轮角。因此，在这种情况下，振荡是15阶(第十五阶)振荡。必须考虑其齿轮角被获取的齿轮的齿数。这优选是从动齿轮，其齿轮角经由驱动轴获取；特别优选是内齿轮泵的内齿轮。所提出的方法可以用来补偿体积流量脉动，并且从而避免不必要的噪声。

27、在该方法的有利实施方案中，进一步提出，在步骤e.中借助于优选一次性的预校准测量来确定预定校正角。

28、根据此实施方案，现在提出在预校准测量的步骤e.中确定预定校正角。预校准测量优选在工厂执行一次。

29、在预校准测量中，例如，在齿轮泵上设定特定的测试转速、特定的测试转矩和特定的测试压差。优选正弦测试振荡被迭代地应用于测试转矩，并且测量压差水平。测试转矩的测试相位角被移位以迭代地确定具有最低压差水平的测试相位角。

30、例如，对于压差水平的每次迭代测量，测试转矩的测试相位角移位不超过2°(两度)、不超过1°(一度)或不超过0.5°(半度)的齿轮角。测试相位角优选在齿啮合上移位，即，在15(十五)个齿的情况下，在24°(二十四度)的齿轮角范围上移位。例如，使用快速傅立叶变换或带通滤波器来计算压差水平。

31、这使得测试角为

32、

33、其中i*是测试相位角:的距离，在该测试相位角下，相对于以°(度)为单位的齿轮角的过零点，压差水平最低。

34、基于测试角例如使用下式来确定预定校正角：

35、

36、在此，a是齿轮的齿数或每360°齿轮角的齿啮合，ntest是测试转速，τm是时间常数，δttot是转矩控制器的死区时间。使用负校正项来校正在预校准测量期间转矩建立中的相位延迟，该负校正项包括死区时间δttot。

37、因此，预定校正角是用于限定齿啮合特性的偏移值，并且与齿轮角相关联地限定体积流量脉动。

38、此实施方案提供了对先导控制转矩的相位角的精确确定，并因此提供了对体积流量脉动的良好补偿。

39、在该方法的有利实施方案中，进一步提出，在步骤c2.中，使用取决于实际转速的实际振幅和取决于转速的校正因数来调制先导控制转矩的振幅。

40、根据此实施方案，然后在步骤c2.中，基于实际振幅和校正因数来调制先导控制转矩的振幅，这是步骤c.的一部分。优选使用由存储设备保存的特性图来确定校正因数。存储在特性图中的数据基本上对应于下式，例如：

41、

42、实际振幅例如取决于实际转速、脉动因数和惯性因数。脉动因数和惯性因数取决于所使用的流体和齿轮泵。脉动因数小于0.1，例如在0.01与0.05之间。惯性因数小于0.001，例如在0.0001与0.0005之间。

43、在该方法的有利实施方案中，进一步提出，在步骤c2.中，根据泄漏因数来进一步确定实际振幅，其中泄漏因数优选取决于齿轮泵处的转速和压差。

44、根据此实施方案，现在在步骤c2.中基于泄漏因数进一步计算实际振幅。泄漏因数优选对应于已经减小了泄漏值的转速，并且使用下式计算：

45、

46、在此，是减小了泄漏的转速，nist是实际转速，并且δp是齿轮泵处的压差，以及是取决于齿轮泵和流体的常数因数。

47、因此，实际振幅根据如下公式计算：

48、

49、ψ是惯性因数，并且fp是脉动因数。

50、总的来说，先导控制转矩的调制振幅因此优选使用以下公式计算：

51、

52、因此，先导控制转矩的公式为例如：

53、

54、在该方法的有利实施方案中，进一步提出，持续确定振幅和/或调制角的校正因数。

55、根据此实施方案，持续确定振幅和/或调制角，并且因此持续调节齿轮泵。

56、此实施方案能够动态调节齿轮泵，同时持续抑制噪声。

57、在该方法的有利实施方案中，进一步提出，在步骤f.中执行先导控制转矩的最大值限制。

58、根据此实施方案，例如，可以排除控制系统的过度反应。

59、在该方法的有利实施方案中，进一步提出，在步骤g.中，借助于调节因数来调节在步骤c.中调制的先导控制转矩，其中根据车辆速度、压差和/或实际转速来确定调节因数。

60、根据此实施方案，借助于调节因数来调节先导控制转矩(即，使先导控制转矩变弱)。调节因数优选具有0与1之间的值。根据车辆速度、压差和/或实际转速来确定调节因数。优选根据车辆速度、压差和/或实际转速来确定相应调节因数。特别优选地，然后选择三个所确定的调节因数中最小的调节因数来调节先导控制转矩。

61、此实施方案使得齿轮泵的转矩控制能适应当前的驱动条件或液压设备的状态。因此，此实施方案实现了特别高水平的乘坐舒适性以及有效的噪声抑制，例如即使在低车辆速度下也是如此。

62、在另一方面，提出了一种齿轮泵，所述齿轮泵包括：

63、-内齿轮；

64、-外齿圈，所述外齿圈与所述内齿轮互补；

65、-驱动单元，所述驱动单元用于提供调节转矩；

66、-控制设备，所述控制设备用于基于所调制的先导控制转矩来调节所述调节转矩。

67、齿轮泵的主要特征在于，控制设备被配置为执行根据以上描述的实施方案的方法。

68、齿轮泵优选是内齿轮泵；特别优选是月牙形齿轮泵。齿轮泵优选包括例如角度测量装置和压差计以及转速计。

69、在齿轮泵中，两个齿轮相互啮合，该两个齿轮中的一个齿轮是从动的。在泵壳体中的入口处存在间隙，或者在一齿对中(即在两个齿轮中的每个齿的相应一个齿之间)存在空腔。通过旋转使得该齿对从入口移动到出口。例如，腔或间隙减小，使得压力增加，并且流体通过出口被推出。

70、泵或齿轮泵的从动齿轮(在内齿轮泵的情况下，优选内齿轮)由调节转矩驱动。为此目的，齿轮泵的从动齿轮优选经由轴以转矩传递方式连接到驱动单元，优选电动机。

71、控制设备被配置为执行根据以上描述的方法，以便调制先导控制转矩。先导控制转矩与驱动转矩叠加。这产生了驱动齿轮泵或控制驱动单元的调节转矩。

72、在另一方面，提出了一种底盘液压装置，所述底盘液压装置包括液压减震装置，以及根据以上描述的实施方案的齿轮泵，所述齿轮泵用于借助于液压流体控制所述减震装置。

73、这里提出的底盘液压装置在组装状态下设置在机动车辆的底盘或车轮与车身之间，并且补偿底盘与结构之间的加速度和移动。例如，横摆运动、俯仰运动和侧倾运动因此可以被衰减。

74、为此目的，底盘液压装置包括液压减震装置，该液压减震装置优选包括具有活塞的缸，并与根据以上描述的齿轮泵流体连通。

75、在另一方面，提出了一种机动车辆，所述机动车辆包括

76、-多个车轮，所述多个车轮中的至少一个车轮被配置为驱动轮；

77、车身；

78、-驱动电机，所述驱动电机与所述至少一个驱动轮处于转矩传递连接以提供驱动转矩；以及

79、-前述的底盘液压装置，所述底盘液压装置将所述车身连接到所述多个车轮。

80、这里提出了一种机动车辆，该机动车辆包括根据以上描述的底盘液压装置。该机动车辆包括例如作为底盘一部分的多个车轮。该轮中的至少一个车轮(优选至少两个车轮，例如四个车轮中的四个车轮)被配置为驱动轮，并且与驱动电机处于转矩传递连接，该驱动电机提供由驱动轮转化为推进力的驱动转矩。驱动电机例如是内燃机和/或电驱动电机。