R.395113 - Tagliabue

Verfahren zum Ermitteln von Ansteuermodell-Parametern eines Ansteuermodells einer Axialkolbenpumpe

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln von Ansteuermodell- Parametern eines Ansteuermodells einer Axialkolbenpumpe sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.

Hintergrund der Erfindung

Ein hydrostatischer Fahrantrieb hat üblicherweise eine primäre Verstellpumpe und einen sekundären Verstellmotor. Die Verschaltung von Primär- und Sekundäreinheit kann sowohl im geschlossenen als auch im offenen Kreis ausgestaltet sein. Für den Betrieb werden Primär- und Sekundäreinheit entweder separat oder gekoppelt verstellt. Es ergibt sich damit eine zum Volumenstrom proportionale Drehzahl auf der Sekundärseite. Der Arbeitsdruck stellt sich entsprechend dem Lastmoment ein und ist nach oben üblicherweise durch ein Druckbegrenzungsventil begrenzt.

Bei Axialkolbenpumpen in Schrägscheibenbauweise wird der Fördervolumenstrom mittels Verstellung des Schwenkwinkels eingestellt. Die Verstellung erfolgt z.B. über einen Hydrozylinder. Dessen Kammerdruck kann über ein Druckregelventil geregelt werden. Die Pumpe hat ein lastfühliges Verhalten, sodass die Schrägscheibe vom Arbeitsdruck, genauer gesagt vom an ihr lastenden Differenzdruck, zurückgeschwenkt wird. Dieser Zusammenhang aus Arbeitsdruck, Stelldruck und Schwenkwinkel kann zur Steuerung der Axialkolbenpumpe und somit des Fahrantriebes genutzt werden.

Offenbarung der Erfindung Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Ermitteln von Ansteuermodell-Parametern eines Ansteuermodells einer Axialkolbenpumpe sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.

Das Ansteuermodell modelliert wenigstens eine Ansteuergröße der Verstelleinheit als Funktion von Betriebsgrößen, wobei Betriebspunkte der Axialkolbenpumpe jeweils durch konkrete Betriebswerte der Betriebsgrößen charakterisiert (bzw. definiert) sind. Die Menge der Betriebspunkte definiert einen n-dimensionalen Raum, wobei a priori nicht klar ist, an welchen Betriebspunkten in diesem Raum die Axialkolbenpumpe sicher bzw. fehlerfrei, d.h. ohne dass der Betrieb aufgrund eines Fehlers (etwa Überdruck) unterbrochen wird und ohne dass im Extremfall Schäden auftreten, betreibbar ist. Es ist also von vorneherein nicht bekannt wie genau der Raum in sichere und unsichere Betriebspunkte unterteilt ist. Dies liegt daran, dass Serienschwankungen innerhalb der Produktionstoleranzen zu unterschiedlichem Betriebsverhalten führen können.

Die Erfindung bedient sich der Maßnahme zusätzlich zu dem Ansteuermodell ein Sicherheitsmodell einzusetzen, das ein Modell für eine Sicherheit von Betriebspunkten ist, das also eine Aussage darüber erlaubt, ob oder ob nicht ein sicherer Betrieb an einem Betriebspunkt (wahrscheinlich) möglich ist. Es werden ausgehend von einigen bekannt sicheren Betriebspunkten weitere Betriebspunkte so gewählt, dass einerseits eine Varianz des Ansteuermodells maximiert wird und andererseits die Wahrscheinlichkeit, dass der weitere Betriebspunkt ein sicherer Betriebspunkt ist, über einer vorgegebenen Sicherheitsschwelle liegt. Die Modelle (Ansteuermodell, Sicherheitsmodell) werden dann basierend auf dem weiteren Betriebspunkt angepasst. Durch wiederholtes Durchführen dieses Vorgehens kann das Gebiet bekannt sicherer Betriebspunkte im Raum der Betriebspunkte schrittweise erweitert werden, wobei die Gefahr, dass die Axialkolbenpumpe mit Ansteuergrößen angesteuert wird, die zu Fehlern führen, sehr klein ist.

Im Einzelnen werden Ansteuermodell-Parameter eines Ansteuermodells einer Axialkolbenpumpe ermittelt. Das Fördervolumen wird mittels einer verstellbaren Schrägscheibe durch Ändern eines Schwenkwinkels geändert. An der Schrägscheibe greift zum Verstellen eine von einem Stelldruck abhängige Verstellkraft einer Verstelleinheit der Axialkolbenpumpe an. Ebenso greift an der Schrägscheibe eine aus einem Arbeitsdruck der Axialkolbenpumpe resultierende Druckkraft an. Aus diesen Kräften resultiert in Abhängigkeit von einer Drehzahl der Schwenkwinkel.

Betriebsgrößen (das sind typischerweise messbare Größen) können beispielsweise sein: die Drehzahl der Axialkolbenpumpe, der Schwenkwinkel der Schrägscheibe oder der Arbeitsdruck, d.h. die Druckdifferenz der Drücke, die in mit der Axialkolbenpumpe verbunden Arbeitsleitungen, zwischen denen die Axialkolbenpumpe das Hydraulikfluid fördert, vorliegen. Ebenso kann eine messbare Größe von mit der Axialkolbenpumpe verbunden Elementen verwendet werden; z.B. eine Drehzahl eines mit den Arbeitsleitungen verbundenen Hydraulikmotors. Zusätzlich können auch erste und/oder zweite zeitliche Ableitungen dieser vorstehend genannten Betriebsgrößen/Größen als Betriebsgrößen verwendet werden.

Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen initialer Ansteuermodell-Parameter des Ansteuermodells und einer Betriebszustands-Menge, die mehrere initiale erste Betriebspunkte umfasst; und ein Bereitstellen initialer Sicherheitsmodell-Parameter eines Sicherheitsmodells basierend auf einer Sicherheitssatz-Menge, die mehrere initiale zweite Betriebspunkte und zugehörige Sicherheitswerte umfasst, wobei das Sicherheitsmodell eine Sicherheitsgröße als Funktion der Betriebsgrößen modelliert, die eine Aussage ermöglicht, ob ein fehlerfreier Betrieb an dem jeweiligen Betriebspunkt möglich oder nicht möglich ist.

In diesen beiden Schritten werden anfängliche bzw. initiale Modelle bzw. deren Modell- Parameter bereitgestellt, ausgehend von denen die weiteren Verfahrensschritte durchgeführt werden. Die initialen Ansteuermodell-Parameter und die initiale Betriebszustands-Menge bilden einen als sicher erachteten Ausgangspunkt für das weitere Verfahren, der etwa mittels einer physikalischen Simulation der Axialkolbenpumpe ermittelt wird. Ebenso erlauben die initialen Sicherheitsmodell-Parameter und die initiale Sicherheitssatz-Menge eine Einschätzung der Sicherheit bei der nachfolgenden Wahl weiterer Betriebspunkte. Die Mengen der initialen ersten Betriebspunkte und der initialen zweiten Betriebspunkte sind voneinander unabhängig, d.h. die initialen zweiten Betriebspunkte müssen nicht (können aber, zumindest teilweise) identisch mit den initialen ersten Betriebspunkten sein. Die initialen ersten Betriebspunkte sollten Betriebspunkte sein, an denen ein fehlerfreier Betrieb möglich ist. Bei den initialen zweiten Betriebspunkten braucht dies nicht der Fall zu sein. Weiter umfasst das Verfahren ein einmaliges oder mehrmaliges Durchführen eines Bestimmens bzw. Auswählens eines weiteren Betriebspunkts, der noch nicht in der Betriebszu- stands-Menge umfasst ist, wobei der weitere Betriebspunkt so bestimmt wird, dass eine Varianz des Ansteuermodells maximiert wird, unter der Bedingung, dass eine durch das Sicherheitsmodell erhaltene Wahrscheinlichkeit, dass ein fehlerfreier Betrieb an dem weiteren Betriebspunkt nicht möglich ist, kleiner oder gleich einer vorgegebenen Sicherheitsschwelle ist; eines Aktualisierens der Betriebszustands-Menge und der Ansteuermodell-Parameter des Ansteuermodells unter Berücksichtigung des weiteren Betriebspunkts; und eines Aktualisierens der Sicherheitssatz-Menge und der Sicherheitsmodell-Parameter des Sicherheitsmodells unter Berücksichtigung des weiteren Betriebspunkts.

Anders formuliert wird der weitere Betriebspunkt ausgewählt aus der Menge aller Betriebspunkte, die noch nicht in Betriebszustands-Menge umfasst sind und deren durch das Sicherheitsmodell erhaltene Wahrscheinlichkeit, dass ein fehlerfreier Betrieb an dem weiteren Betriebspunkt nicht möglich ist, kleiner oder gleich einer vorgegebenen Sicherheitsschwelle ist, wobei die Auswahl aus dieser Menge so erfolgt, dass die Varianz des Ansteuermodells maximiert wird. Durch Wählen eines weiteren Betriebspunkt, der die Varianz maximiert, können Betriebsgrößen-Gebiete "erforscht" werden, in denen noch eine große Unsicherheit über das Verhalten der Axialkolbenpumpe besteht.

Die Varianz des Ansteuermodells kann aus der Unsicherheit des Vorhersagemodells für die Betriebspunkte bestimmt werden. Falls Gaußprozesse verwendet werden, liefert die Vorhersage einen Mittelwert und eine Varianz.

Die Wahrscheinlichkeit, dass ein fehlerfreier Betrieb für einen Betriebspunkt möglich bzw. nicht möglich ist, wird erhalten, indem das Sicherheitsmodell (aufgefasst als Abbildung) auf den jeweiligen Betriebspunkt angewandt wird und der so erhaltene geschätzte Sicherheitswert unter eventueller Berücksichtigung der Verteilung eines Fehlerterms mit der Sicherheitsschwelle verglichen wird. Die Verteilung eines Fehlerterms kann ebenfalls im Modell bestimmt werden, etwa in Regressionsmodellen.

Der (tatsächliche) Sicherheitswert für den jeweiligen weiteren Betriebspunkt kann in Abhängigkeit von den Betriebsgrößen und/oder anderen Größen bestimmt werden, wobei die Betriebsgrößen und/oder anderen Größen insbesondere gemessen werden können. Beispiels- weise kann der Arbeitsdruck Ap verwendet werden. Ebenso kann ein Druck pi, p2 in einer Arbeitsleitung verwendet werden, wobei der Arbeitsdruck die Differenz der Drücke in den beiden Arbeitsleitungen ist: Ap = pi - p2. Ein (Teil-)Sicherheitswert S kann daraus beispielsweise berechnet werden als: 1 - P/PMAX; wobei P für den Arbeitsdruck Ap oder für einen Druck pi, p2 in den Arbeitsleitungen steht und PMAX einen entsprechenden Maximaldruck (etwa durch ein Überdruckventil bestimmt) bezeichnet. Ähnlich kann ein (Teil-) Sicherheitswert basierend auf dem Schwenkwinkel in Relation zu einem maximal möglichen Schwenkwinkel bestimmt werden. Bei einer Drehzahl der Axialkolbenpumpe kann ähnlich eine Maximaldrehzahl, die sinnvollerweise nicht überschritten werden sollte, vorgegeben werden, auch wenn hier eine feste Drehzahlgrenze vorhanden ist. Bevorzugt werden Kombinationen, etwa geeignete Summen oder Mittelwerte, dieser und möglicherweise weiterer Teil- Sicherheitswerte als (Gesamt-)Sicherheitswert verwendet. Für die initialen zweiten Betriebspunkte können zugehörige Sicherheitswerte auf die gleiche Weise bestimmt werden. Alternativ oder zusätzlich kann hier auch Expertenwissen des Fachmanns einfließen, der etwa für bestimmte Betriebsgrößen-Gebiete oder Betriebspunkte das Sicherheitsmodell bzw. dessen Sicherheitsmodell-Parameter direkt festlegen kann.

Bevorzugt sind das Ansteuermodell und/oder das Sicherheitsmodell Regressionsmodelle, wobei die Betriebsgrößen unabhängige Variablen sind und wenigstens eine Ansteuergröße wenigstens eine abhängige Variable ist; wobei bevorzugt Gauss-Prozess-Modelle als Regressionsmodelle verwendet werden.

Die Modelle können also entsprechend als Regressionsmodelle wie folgt formuliert werden: Ansteuermodell: Yj = fj( ) + £j; Sicherheitsmodell: S = g(X) + T; wobei Yj für die wenigstens eine Ansteuergröße steht, Xj für die Betriebsgrößen steht; S für die Sicherheitsgröße steht und £j bzw. T jeweilige Fehlerterme, die insbesondere als normalverteilt angenommen werden, darstellen. Im Rahmen der Regression werden die Abbildungen fj bzw. g, die durch die Ansteuermodell-Parameter bzw. die Sicherheitsmodell-Parameter charakterisiert sind, bestimmt, ebenso kann die Verteilung der Fehlerterme bestimmt werden. Entsprechende Regressionsverfahren sind dem Fachmann an sich bekannt. Beispielsweise kann die Methode der kleinsten Quadrate angewandt werden, d.h. ein Funktional wird minimiert, das von den quadratischen Abweichungen zwischen gemessen Ansteuerwerten/Sicherheitswerten und Funktionswerten, die durch Anwenden der Abbildungen fj bzw. g auf die entsprechenden Betriebswerte (der Betriebszustands-Menge bzw. der Sicherheitssatz-Menge) erhalten wer- den, abhängig ist. Ebenso beispielsweise kann eine sogenannte Maximum-Likelihood- Schätzung verwendet werden. Dabei werden die Ansteuermodell-Parameter bzw. die Sicherheitsmodell-Parameter so bestimmt, dass die Wahrscheinlichkeit, dass das jeweilige Modell die Ansteuerwerten/Sicherheitswerten an den Betriebspunkten (der Betriebszu- stands-Menge bzw. der Sicherheitssatz-Menge) unter Berücksichtigung der Verteilung der jeweiligen Fehlerterme ergibt, maximiert.

Prinzipiell ist auch die Verwendung anderer Modelle (als Regressionsmodelle) möglich, etwa die Verwendung von neuronalen Netzen, sofern diese Modelle in der Lage, sind eine Varianz oder Unsicherheitsschätzung zu bestimmen.

Bevorzugt umfasst das Aktualisieren der Betriebszustands-Menge und der Ansteuermodell- Parameter des Ansteuermodells unter Berücksichtigung des weiteren Betriebspunkts ein Ermitteln bzw. Messen eines weiteren wenigstens einen Ansteuerwerts der wenigstens einen Ansteuergröße, so dass der weitere Betriebspunkt erreicht wird; ein Hinzufügen des weiteren Betriebspunkts und des ermittelten weiteren wenigstens einen Ansteuerwert zu der Betriebs- zustands-Menge, um eine ergänzte Betriebszustands-Menge zu bilden; und ein erneutes Bestimmen der Ansteuermodell-Parameter des Ansteuermodells basierend auf der ergänzten Betriebszustands-Menge. Der Ansteuerwert wird ermittelt, indem die Axialkolbenpumpe betrieben wird (z.B. in einem Prüfstand), wobei die Ansteuergrößen so eingestellt werden, dass der weitere Betriebspunkt erreicht wird. Das erneute Bestimmen der Ansteuermodell- Parameter erfolgt entsprechend dem für die Modellierung verwendeten Verfahrens (z.B. Regressionsverfahrens).

Bevorzugt umfasst das Aktualisieren der Sicherheitssatz-Menge und der Sicherheitsmodell- Parameter des Sicherheitsmodells unter Berücksichtigung des weiteren Betriebspunkts ein Bestimmen eines Sicherheitswerts für den weiteren Betriebspunkt; ein Hinzufügen des weiteren Betriebspunkts und des zugehörigen bestimmten Sicherheitswerts zu der Sicherheitssatz-Menge, um eine ergänzte Sicherheitssatz-Menge zu bilden; und ein erneutes Bestimmen der Sicherheitsmodell-Parameter des Sicherheitsmodells basierend auf der ergänzten Sicherheitssatz-Menge. Das Bestimmen bzw. Ermitteln des Sicherheitswerts erfolgt ebenfalls beim Betrieb der Axialkolbenpumpe (vorzugsweise während des in der vorgenannten Ausgestaltung erwähnten Betriebs). Dazu werden die Betriebsgrößen und/oder anderen Größen, basierend auf denen der Sicherheitswert berechnet wird, insbesondere gemessen. Das er- neute Bestimmen der Sicherheitsmodell-Parameter erfolgt auch hier entsprechend dem für die Modellierung verwendeten Verfahren (z.B. Regressionsverfahrens).

Bevorzugt umfasst das Bereitstellen initialer Ansteuermodell-Parameter des Ansteuermodells und einer Betriebszustands-Menge ein Bestimmen der initialen ersten Betriebspunkte mittels einer physikalischen Modellierung der Axialkolbenpumpe, wobei in der physikalischen Modellierung die ersten Betriebspunkte so bestimmt werden, dass ein fehlerfreier Betrieb möglich ist; und/oder ein Bereitstellen der initialen ersten Betriebspunkte unter Verwendung von Standard-Betriebspunkten, von denen bekannt ist, dass ein fehlerfreier Betrieb möglich ist. Die initialen ersten Betriebspunkte können durch physikalische Modellierung und/oder aus Standard-Betriebspunkten erhalten werden. In jedem Fall sollten sie so gewählt sein, dass ein fehlerfreier Betreib an den ersten Betriebspunkten möglich ist. Die Standard- Betriebspunkte können beispielsweise mit einer Referenz-Axialkolbenpumpe oder einer Pro- totypen-Axialkolbenpumpe ermittelt werden. Sowohl bei der physikalischen Modellierung als auch bei der Verwendung von Standard-Betriebspunkten können Betriebspunkte erhalten werden, die für alle Axialkolbenpumpen innerhalb einer Serie von Axialkolbenpumpen fehlerfrei laufen, d.h. innerhalb der Serienstreuung können diese Betriebspunkte in jedem Fall fehlerfrei angesteuert werden.

Bevorzugt umfasst das Bereitstellen initialer Ansteuermodell-Parameter des Ansteuermodells und einer Betriebszustands-Menge weiterhin ein Bestimmen der den ersten Betriebspunkten zugehörigen Ansteuerwerten mittels der physikalischen Modellierung oder mittels Betreiben der Axialkolbenpumpe und Einstellen der Ansteuergrößen, so dass der jeweilige erste Betriebspunkt erreicht wird; und ein Bestimmen der Ansteuermodell-Parameter basierend auf den bestimmten ersten Betriebspunkten und den bestimmten zugehörigen Ansteuerwerten. Alternativ wäre hier auch die Verwendung von Standard-Ansteuermodell- Parameter möglich, die etwa mit einer Referenz-Axialkolbenpumpe oder einer Prototypen- Axialkolbenpumpe ermittelt wurden.

Bevorzugt umfassen beim Bereitstellen initialer Sicherheitsmodell-Parameter eines Sicherheitsmodells die initialen zweiten Betriebspunkte sowohl sichere Betriebspunkte, an den eine fehlerfreier Betrieb möglich ist, als auch unsichere Betriebspunkte, an denen ein fehlerfreier Betrieb nicht möglich ist; wobei bevorzugt die sicheren Betriebspunkte die initialen ersten Betriebspunkte zumindest teilweise umfassen. Unsichere Betriebspunkte, an denen ein feh- lerfreier Betrieb nicht möglich ist, können etwa Betriebspunkte sein, an denen klar ist, das Fehler auftreten. Beispielsweise wenn ein als Betriebsgröße verwendeter Druck P einen maximal möglichen Druck PMAX (etwa bestimmt durch ein Überdruckventil) erreicht oder darüber hinausgeht. Diese Ausgestaltung ist zweckmäßig, wenn das Sicherheitsmodel ein Klassifikationsmodell ist. Ist es ein Regressionsmodell, ist dies nicht zwingend nötig.

Vorzugsweise liegen eine Anzahl der initialen ersten Betriebspunkte und eine Anzahl der initialen zweiten Betriebspunkte unabhängig voneinander im Bereich von 10 bis 100. Ebenso vorzugsweise ist die Sicherheitsschwelle kleiner oder gleich 5 % ist; wobei die Sicherheitsschwelle bevorzugt 2 %, weiter bevorzugt 1 %, noch weiter bevorzugt 0,5%, am meisten bevorzugt 0,1 %, beträgt. Diese Anzahlen für die ersten/zweiten Betriebspunkte bzw. diese Sicherheitsschwellen ermöglichen die (relativ) sichere Bestimmung weiterer Betriebspunkte. Allgemein können auch eine andere Anzahl der initialen ersten Betriebspunkte und/oder eine andere Anzahl der initialen zweiten Betriebspunkte gewählt werden. Dies ist insbesondere modellabhängig. Eine kleinere Sicherheitsschwelle bedeutet eine höhere Sicherheit, die Wahl hängt entsprechend von der spezifischen Risikobereitschaft ab. Je größer das Risiko, desto schneller erfolgt die Exploration des Raums der Betriebspunkte, allerdings verbunden mit einem höheren Schadensrisiko.

Vorzugsweise werden das Bestimmen eines weiteren Betriebspunkts, das Aktualisieren der Betriebszustands-Menge und der Ansteuermodell-Parameter, und das Aktualisieren der Sicherheitssatz-Menge und der Sicherheitsmodell-Parameter mehrmals durchgeführt, bis eine Abbruchbedingung erfüllt ist. Bevorzugt umfasst die Abbruchbedingung eines oder mehreres von: die Varianz des Ansteuermodells liegt unter einer vorbestimmten Schwelle, eine Änderung der Ansteuermodell-Parameter beim Aktualisieren der Ansteuermodell-Parameter liegt unter einer vorbestimmten Schwelle, eine Änderung der Sicherheitsmodell-Parameter beim Aktualisieren der Sicherheitsmodell-Parameter liegt unter einer vorbestimmten Schwelle, oder eine Distanz des weiteren Betriebspunkts zu der Menge der anderen Betriebspunkte in der Betriebszustands-Menge liegt unter einer vorbestimmten Schwelle. Die Abbruchbedingungen werden also im Prinzip so gewählt, dass, wenn diese erfüllt sind, keine wesentliche Verbesserung des Ansteuermodells zu erwarten ist. Zur Bestimmung einer Distanz von Betriebspunkten kann eine geeignete Metrik auf dem Raum der Betriebsgrößen verwendet werden. Da die unterschiedlichen Betriebsgrößen unterschiedliche Einheiten und unterschiedliche Wertebereiche aufweisen, kann zunächst eine Skalierung vorgenommen werden. Es können etwa die Betriebswerte so skaliert werden, dass durch die Skalierung Betriebswerte, die zwischen minimalen und maximalen Betriebswerten (oder anderen geeignet definierten unteren/oberen Betriebswerten) liegen, auf das Intervall zwischen -1 und +1 (für Betriebsgrößen die positive und negative Werte annehmen können, z.B. Schwenkwinkel) bzw. auf das Intervall zwischen 0 und +1 (für Betriebsgrößen die nur positive Werte annehmen können, z.B. Arbeitsdruck) abgebildet werden. Nach der Skalierung kann z.B. die euklidische Metrik verwendet werden. Die Skalierung kann linear oder nicht linear erfolgen; durch Letzteres können bestimmte Betriebsgrößen-Bereiche stärker oder schwächer gewichtet werden.

Bevorzugt umfasst die wenigstens eine Ansteuergröße wenigstens einen Ansteuerstrom für wenigstens ein Druckregelventil der Verstelleinheit, das insbesondere elektromagnetisch betätigbar ist.

Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Prüfstands, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.

Auch die Implementierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Computerprogramms oder Computerprogrammprodukts mit Programmcode zur Durchführung aller Verfahrensschritte ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.

Figurenbeschreibung

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines hydrostatischen Fahrantriebes mit einer Axialkolbenpumpe, für die das erfindungsgemäße Verfahren vorgesehen ist.

Figur 2 zeigt einen hydraulischen Schaltplan der Axialkolbenpumpe des Fahrantriebes gemäß Figur 1.

Figur 3 zeigt ein Ablaufdiagramm gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

Figur 4 illustriert sichere bzw. unsichere Betriebsgrößen-Gebiete.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnung

Gemäß Figur 1 hat ein Fahrantrieb 1 eine primäre Verstellpumpe 2 und einen sekundären Verstellmotor 4 in Reihe geschaltet. Erstgenannte ist beispielsweise von einer Verbrennungskraftmaschine VKM angetrieben. Die Primäreinheit 2 wandelt mechanische in hydraulische Energie, die Sekundäreinheit 4 wandelt auf der Abtriebsseite hydraulische in mechanische Energie um. Der Vorgang kann auch umgekehrt werden, sodass durch die Sekundäreinheit 4 auf der Abtriebsseite 2 gebremst wird. Die Verschaltung von Primär- 2 und Sekundäreinheit 4 kann sowohl im offenen Kreis geschehen, das heißt die Niederdruckseiten der Primär- 2 und Sekundäreinheit 4 sind mit einem druckausgeglichenen Tank verbunden, als auch im geschlossenen Kreis, das heißt die Niederdruckseiten von Primär- 2 und Sekundärseite 4 sind direkt miteinander verbunden. Beide Schaltungen werden über Druckbegrenzungsventile gegen zu hohe Drücke abgesichert. Um den Wirkungsgrad des Antriebsstrangs zu erhöhen, kann eine Leistungsverzweigung verwendet werden, bei der parallel zum hydrostatischen Teil 2, 4 ein mechanischer Leistungspfad installiert wird. Für den Betrieb werden die Primär- 2 und Sekundäreinheit 4 entweder separat oder gekoppelt verstellt. Es ergibt sich damit eine zum Volumenstrom proportionale Drehzahl auf der Sekundärseite. Der Druck stellt sich entsprechend dem Lastmoment ein und ist nach oben durch das Druckbegrenzungsventil begrenzt. Gemäß Figur 2 ist die Axialkolbenpumpe 2 in Schrägscheibenbauweise ausgeführt, wobei ihr Fördervolumenstrom in den Arbeitsleitungen 6, 8 mittels Verstellung des Schwenkwinkels ihrer Schrägscheibe 10 verstellt wird. Diese Verstellung erfolgt über eine mechanische Kopplung der Schrägscheibe 10 mit hier beispielsweise einem doppeltwirkenden Hydrozylinder 12 einer Verstelleinheit 13. Dabei sind beide Stellkammern des Hydrozylinders 12 individuell mit Stelldruckmittel (z.B. Hydrauliköl) beaufschlagbar. Der jeweilige Stelldruck in den Stellkammern wird über Druckregelventile 14, 16 der Verstelleinheit 13 eingestellt. Die Druckregelventile 14, 16 sind hier beispielsweise als elektromagnetische Ventile ausgeführt und können durch elektrische Ströme, nämlich Ansteuerströme l _A , IB, gesteuert werden.

Die Axialkolbenpumpe 2 hat ein lastfühliges Verhalten, das heißt, sie wird durch einen hohen anliegenden Arbeitsdruck p oder Ap zurückgeschwenkt. Möchte man die Pumpe trotz hoher Drücke weiter ausgeschwenkt halten, muss daher der Druck in der Verstellung erhöht werden. Dieses charakteristische Stationärverhalten, das neben dem Differenzdruck auch noch von der Drehzahl und dem Schwenkwinkel selbst abhängt, wird herkömmlicherweise für die gezielte Verstellung im Vorfeld berechnet oder kann am Komponentenprüfstand vermessen werden.

Figur 3 zeigt ein Ablaufdiagramm gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. In Schritt 110 werden initiale Ansteuermodell-Parameter des Ansteuermodells und eine Be- triebszustands-Menge, die mehrere initiale erste Betriebspunkte umfasst, bereitgestellt. Diese initialen Ansteuermodell-Parameter und initialen ersten Betriebspunkte können beispielsweise mittels einer physikalischen Modellierung (d.h. Simulation) der Axialkolbenpumpe bestimmt werden. Ebenso ist denkbar, dass für alle Axialkolbenpumpen zutreffende (im Hinblick auf die Sicherheit konservativ gewählte) Standardparameter verwendet werden.

In Schritt 120, der ebenso vor Schritt 110 oder zumindest teilweise gleichzeitig mit diesem durchgeführt werden kann, werden initiale Sicherheitsmodell-Parameter eines Sicherheitsmodells basierend auf einer Sicherheitssatz-Menge, die mehrere initiale zweite Betriebspunkte und zugehörige Sicherheitswerte umfasst, bereitgestellt. Das Sicherheitsmodell modelliert, wie bereits erläutert, eine Sicherheitsgröße als Funktion der Betriebsgrößen, die eine Aussage ermöglicht, ob ein fehlerfreier Betrieb an dem jeweiligen Betriebspunkt möglich oder nicht möglich ist. In Schritt 130 wird ein weiterer Betriebspunkt, der noch nicht in Betriebszustands-Menge umfasst ist, bestimmt. Dies erfolgt so, dass eine Varianz des Ansteuermodells maximiert wird, mit der Maßgabe, dass eine durch das Sicherheitsmodell erhaltene Wahrscheinlichkeit, dass ein fehlerfreier Betrieb an dem weiteren Betriebspunkt nicht möglich ist, kleiner oder gleich einer vorgegebenen Sicherheitsschwelle ist.

Anschließend erfolgt ein Aktualisieren 140 der Betriebszustands-Menge und der Ansteuer- modell-Parameter des Ansteuermodells und ein Aktualisieren 145 der Sicherheitssatz- Menge und der Sicherheitsmodell-Parameter des Sicherheitsmodells. Dies erfolgt jeweils unter Berücksichtigung des weiteren Betriebspunkts.

Im Einzelnen kann das Aktualisieren 140 der Betriebszustands-Menge und der Ansteuermo- dell-Parameter die Teil-Schritte 150, 160, 170 umfassen.

In Schritt 150 wird ein weiterer wenigstens ein Ansteuerwert der wenigstens einen Ansteuergröße ermittelt, so dass der weitere Betriebspunkt erreicht wird. Die erfolgt, indem die Axialkolbenpumpe betrieben wird (etwa in einem Prüfstand) und durch Einstellen der Ansteuergrößen angesteuert wird, so dass der weitere Betriebspunkt erreicht wird. Hierbei kann z.B. von einem benachbarten Betriebspunkt ausgegangen werden und die wenigstens eine Ansteuergröße geändert werden, bis der weitere Betriebspunkt erreicht ist. Dies ist relativ einfach möglich, da die (physikalische) Wirkung einer Änderung einer Ansteuergröße auf die Betriebsgrößen im Prinzip bekannt ist und somit im Wesentlichen eine Art Feineinstellung nötig ist.

In Schritt 160 werden der weitere Betriebspunkt und der ermittelte weitere wenigstens eine Ansteuerwert zu der Betriebszustands-Menge hinzugefügt, um eine ergänzte Betriebszu- stands-Menge zu bilden.

In Schritt 170 erfolgt dann ein erneutes Bestimmen der Ansteuermodell-Parameter des Ansteuermodells basierend auf der ergänzten Betriebszustands-Menge. D.h., die Parameter (Ansteuermodell-Parameter) des Ansteuermodells werden so bestimmt, dass bei Anwenden die Betriebspunkte möglichst gut modelliert werden. Dazu kann bevorzugt ein Regressionsverfahren verwendet werden. Ebenso kann das Aktualisieren 145 der Sicherheitssatz-Menge und der Sicherheitsmodell- Parameter die Teil-Schritte 155, 165, 175 umfassen.

In Schritt 155 wird ein Sicherheitswert für den weiteren Betriebspunkt bestimmt. Dazu können beim Betrieb der Axialkolbenpumpe (etwa in einem Prüfstand; vgl. Schritt 150) Größen, insbesondere Betriebsgrößen, bestimmt und/oder gemessen werden, die zur Bestimmung des Sicherheitswerts verwendet werden können. Beispielsweise könnte hier eine Bestimmung auf Grundlage eines relativen Abstands dieser Größen zu entsprechenden Extremwerten (z.B. Maximaldruck) verwendet werden.

In Schritt 165 werden der weitere Betriebspunkt und der zugehörige, in Schritt 155 bestimmte Sicherheitswert zu der Sicherheitssatz-Menge hinzugefügt, um eine ergänzte Sicherheitssatz-Menge zu bilden.

In Schritt 175 erfolgt ein erneutes Bestimmen der Sicherheitsmodell-Parameter des Sicherheitsmodells basierend auf der ergänzten Sicherheitssatz-Menge. Bevorzugt wird ein Regressionsverfahren verwendet, wobei wieder die in der Sicherheitssatz-Menge umfassten Sicherheitswerte durch Anwenden des Modells auf die entsprechenden Betriebspunkte möglichst gut modelliert werden sollen.

In Schritt 180 wird entschieden, ob das Vorgehen der Schritte 130, 140, 145 für zusätzliche weitere Betriebspunkte durchgeführt werden soll. Wenn dies der Fall ist, wird zu Schritt 130 (Bestimmen eines weiteren Betriebspunkts) zurückgesprungen. Es wird also eine Schleife gebildet, in der die Menge sicherer Betriebspunkte schrittweise mit jedem Durchlauf um einen Betriebspunkt erweitert wird.

Wenn andererseits die Schritte 130, 140, 145 nicht für zusätzliche Betriebspunkte durchgeführt werden sollen, etwa weil eine Abbruchbedingung erfüllt ist, kann in Schritt 190 das Verfahren beendet werden und ein Verwenden des Ansteuermodells im realen Betrieb der Axialkolbenpumpe erfolgen (d.h. im Betrieb, für den die Axialkolbenpumpe vorgesehen ist). Dort ist eine weitere Optimierung des Ansteuermodells, unter eventueller Berücksichtigung des Sicherheitsmodells möglich. Mögliche Abbruchbedingungen sind beispielsweise, dass eine vorbestimmte Anzahl von Durchläufen der Schleife erfolgt ist, dass die Varianz des Ansteuermodells unter einer vorbestimmten Schwelle liegt, dass die Änderung der Ansteuermodell-Parameter (in Schritt 170) unter einer vorbestimmten Schwelle liegt, dass die Änderung der Sicherheitsmodell- Parameter (in Schritt 175) unter einer vorbestimmten Schwelle liegt, oder dass eine Distanz des weiteren Betriebspunkts zu der Menge der anderen Betriebspunkte in der Betriebszu- stands-Menge unter einer vorbestimmten Schwelle liegt.

In Figur 4 sind Betriebsgrößen und sichere bzw. unsichere Betriebsgrößen-Gebiete illustriert. Dabei stellen x1 und x2 in beliebigen Einheiten angegebene Betriebswerte zweier Betriebsgrößen dar. Es sind ein unsicheres Betriebsgrößen-Gebiet 44 mit unsicheren Betriebswerten (d.h. fehlerfreier Betrieb nicht möglich) für die Betriebsgrößen und sicheres Betriebsgrößen-Gebiet 46 mit sicheren Betriebswerten (d.h. fehlerfreier Betrieb möglich) für die Betriebsgrößen eingezeichnet. Diese beiden Gebiete sind durch eine (Sicherheits-) Grenzlinie 42 voneinander abgegrenzt. Die Lage der Grenzlinie 42 ist zunächst nicht genau bekannt und kann aufgrund der Serienstreuung für verschiedene Axialkolbenpumpen desselben Typs verschieden sein.

Weiterhin ist eine Linie 48 eingezeichnet, die den Fortschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens illustriert, wobei Eckpunkte der Linie 48 den (weiteren) Betriebspunkten entsprechen, die so gewählt und angesteuert werden, dass sie im Sinne des Sicherheitsmodells sicher sind und die Varianz des Ansteuermodells maximiert wird, um entsprechende Ansteuerwerte zu ermitteln. Die Linie 48 entspricht also dem Fortschritt der Schleife in Figur 3. Das unter Berücksichtigung dieser weiteren Betriebspunkte im Sinne des Sicherheitsmodells als sicher erachtete Betriebsgrößen-Gebiet 46 ist ebenso eingezeichnet. Das sichere Betriebsgrößen- Gebiet 46 erweitert sich mit zunehmendem Fortschritt des Verfahrens, bis schließlich die Grenzlinie 42 zumindest annähernd erreicht wird. Dabei wird in jedem Schritt als weiterer Betriebspunkt ein Punkt innerhalb des jeweiligen sicheren Betriebsgrößen-Gebiets 46 gewählt. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es sozusagen, das sichere Gebiet zu "erforschen"