DE10242305B4

DE10242305B4 - Method for measuring the speed of a pump motor

Info

Publication number: DE10242305B4
Application number: DE2002142305
Authority: DE
Inventors: Jürgen Hachtel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-09-12
Filing date: 2002-09-12
Publication date: 2013-11-14
Anticipated expiration: 2022-09-13
Also published as: JP2004101527A; GB2393519A; GB0318695D0; GB2393519B; DE10242305A1

Abstract

Verfahren zur Messung der Drehzahl eines Pumpenmotors, wobei an einem Pumpenauslassventil das Drucksignal (P) gemessen und der drehzahlproportionale Abstand zwischen aufeinander folgenden Druckimpulsen, die einen vorbestimmbaren Schwellwert überschreiten, bestimmt wird, und wobei zwischen den Druckimpulsen auftretende hochfrequente Druckschwankungen unterdrückt werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellwert in Abhängigkeit von der Temperatur (T) des Pumpenmediums nachgestellt wird.Method for measuring the rotational speed of a pump motor, wherein the pressure signal (P) is measured at a pump outlet valve and the speed-proportional distance between successive pressure pulses exceeding a predeterminable threshold value is determined, and wherein high-frequency pressure fluctuations occurring between the pressure pulses are suppressed, characterized that the threshold value is readjusted as a function of the temperature (T) of the pump medium.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Messung der Drehzahl eines Pumpenmotors mit den in den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 3 genannten Merkmalen.The invention relates to a method and a device for measuring the rotational speed of a pump motor with the features mentioned in the preambles of claims 1 and 3.

Stand der TechnikState of the art

Üblicherweise wird die Drehzahl eines Pumpenantriebes durch eine Messung an der elektrischen Antriebsmaschine der Pumpe bestimmt. Die Messung der Drehzahl dient zu deren Regelung, da mit der Drehzahl unter anderem das Pumpengeräusch beeinflusst werden kann. Zur Bestimmung der Drehzahl eines elektrischen Motors sind magnetische oder optische Geber bekannt, die an. der Welle der Maschine angebracht werden und die über entsprechende magnetische beziehungsweise optische Sensoren am Statorgehäuse abgetastet werden. Derartige Einrichtungen sind jedoch mit einem relativ hohen Kostenaufwand verbunden.Usually, the speed of a pump drive is determined by a measurement on the electric drive machine of the pump. The measurement of the speed is used to control them, as with the speed, among other things, the pump noise can be influenced. To determine the speed of an electric motor magnetic or optical encoder are known, the. the shaft of the machine are mounted and scanned via corresponding magnetic or optical sensors on the stator housing. However, such devices are associated with a relatively high cost.

Für elektrische Maschinen, die mit einer pulsweitengesteuerten Spannung (PWM), das heißt getaktet, betrieben werden, ist als eine einfachere und preiswertere Methode bekannt, in den nicht angesteuerten Phasen die generatorisch erzeugte Spannung zu messen, deren Höhe proportional zur Drehzahl des Motors ist. Die Spannungshöhe ist jedoch kein sehr genaues Maß für die Drehzahl, so dass die Methode für eine präzise Regelung ungeeignet ist.For electric machines operated with a pulse width controlled voltage (PWM), it is known as a simpler and less expensive method to measure in the non-driven phases the regenerated voltage whose magnitude is proportional to the speed of the motor. However, the voltage level is not a very accurate measure of the speed, so the method is unsuitable for precise control.

Aus der US-PS 5,664,047 ist eine Lösung bekannt, bei der die Welligkeit im Strom (Stromripple) eines PWM-geregelten elektrischen Motors zur Drehzahlbestimmung herangezogen werden soll. Die Messung wird jedoch durch das ständige Wechseln zwischen angesteuerter und nicht angesteuerter Phase des Motors erschwert. Je kürzer die Stromimpulse sind, was von der gewählten Taktfrequenz, der Solldrehzahl und der Belastung des Motors abhängt, desto unsicherer ist das Messsignal, was zu Fehlsteuerungen und damit zu Drehzahlschwankungen führen kann.From the U.S. Patent 5,664,047 a solution is known in which the ripple in the current (current ripple) of a PWM-controlled electric motor is to be used for speed determination. However, the measurement is made difficult by the constant switching between the driven and non-driven phase of the motor. The shorter the current pulses, which depends on the selected clock frequency, the setpoint speed and the load on the motor, the more uncertain is the measurement signal, which can lead to incorrect control and thus to speed fluctuations.

Aus der DE 41 33 269 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem ebenfalls die Stromwelligkeit zur Drehzahlmessung ausgenutzt wird. Die Stromwelligkeit, deren Frequenz direkt der Drehzahl proportional ist, wird einer zweimaligen Fouriertransformation unterzogen. Nach der zweiten Fouriertransformation tritt die Drehzahl als Maximum auf und kann so ausgewertet werden. Die Lösung setzt eine Analog/Digital-Wandlung und entsprechende Rechenkapazität voraus und ist damit ziemlich kostenintensiv.From the DE 41 33 269 A1 a method is known in which the current ripple for speed measurement is also utilized. The current ripple whose frequency is directly proportional to the speed is subjected to a two-time Fourier transformation. After the second Fourier transformation, the speed occurs as a maximum and can thus be evaluated. The solution requires analog-to-digital conversion and computational capacity and is therefore quite costly.

Die Schrift GB2186089A befasst sich mit einem Überwachungssystem mit einem Druckumsetzer welcher zwei drucksensitive Elemente umfasst. Die drucksensitiven Elemente erzeugen simultan elektirsche Signale, deren positive und negative Anteile zu einem resultierenden Signal kombiniert werden. Die kombinierten Signale können durch einen Komparator zu einem Zähler geführt werden, um die Periodizität der Pulse zu bestimmen. Die Spannung des Komparators wird derart gewählt, dass ein regelmäßiger Ausgangspuls erzeugt wird.The font GB2186089A deals with a monitoring system with a pressure converter which comprises two pressure-sensitive elements. The pressure-sensitive elements simultaneously generate electronic signals whose positive and negative components are combined to form a resulting signal. The combined signals may be passed through a comparator to a counter to determine the periodicity of the pulses. The voltage of the comparator is chosen such that a regular output pulse is generated.

Die Schrift US 5,184,506 offenbart eine Vorrichtung zur Verwendung in einem Getriebe-System welches einen Eingangsschaft aufweist sowie eine Ölpumpe, die synchron mit dem Eingangsschaft drehbar ist um die Drehgeschwindigkeit des Eingangsschafts zu ermitteln. Die Vorrichtung umfasst einen Drucksensor der ein elektrisches Signal entsprechend dem vorherrschenden Druck erzeugen kann. Mittels des elektrischen Signals lässt sich die Drehgeschwindigkeit des Eingangsschafts ermitteln.The font US 5,184,506 discloses an apparatus for use in a transmission system having an input shaft and an oil pump which is rotatable in synchronism with the input shaft to detect the rotational speed of the input shaft. The device includes a pressure sensor that can generate an electrical signal corresponding to the prevailing pressure. By means of the electrical signal, the rotational speed of the input shaft can be determined.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Einrichtung mit den in den Ansprüchen 1 und 3 genannten Merkmalen bieten demgegenüber den Vorteil, dass in einfacher Weise die Drehzahl eines Pumpenmotors kostengünstig aber genau ermittelt werden kann.The inventive method and the device according to the invention with the features mentioned in claims 1 and 3 offer the advantage that in a simple manner, the speed of a pump motor can be determined inexpensively but accurately.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch die Merkmale der Ansprüche l und 3. Zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.According to the invention the object is achieved by the features of claims l and 3. Expedient refinements are the subject of the dependent claims.

Danach wird das Drucksignal am Pumpenauslassventil gemessen und der Abstand zwischen aufeinander folgenden Druckimpulsen, die einen vorbestimmbaren Schwellwert überschreiten, bestimmt, wobei zwischen den Druckimpulsen auftretende hochfrequente Druckschwankungen unterdrückt werden und der Schwellwert in Abhängigkeit von der Temperatur des Pumpenmediums nachgestellt wird.Thereafter, the pressure signal at the pump outlet valve is measured and determines the distance between successive pressure pulses exceeding a predeterminable threshold value, wherein between the pressure pulses occurring high-frequency pressure fluctuations are suppressed and the threshold value is adjusted in dependence on the temperature of the pump medium.

Ausgenutzt wird hierbei die Erkenntnis, dass das Druckausgangssignal einer hydraulischen Fördereinrichtung, insbesondere einer Kolbenpumpe, einen sehr charakteristischen Verlauf hat. Allerdings sind die drehzahlproportionalen Druckschwankungen, die mit der Stromwelligkeit des Pumpenmotors einhergehen, so hochfrequent, dass sie nur eingeschränkt mit einem kostengünstigen Mikrocontroller erfasst werden können. Die Erfindung nutzt deshalb die sich im Drucksignal deutlich abhebenden hohen Druckamplituden am Beginn eines Pumpenhubes. Dieser Hub ändert sich jedoch mit der Temperatur. Der Schwellwert für die Amplitude wird deshalb der Temperatur des Pumpenmediums nachgeführt.Exploited here is the knowledge that the pressure output of a hydraulic conveyor, in particular a piston pump, has a very characteristic course. However, the speed-proportional pressure fluctuations associated with the current ripple of the pump motor are so high-frequency that they can be detected only to a limited extent with a low-cost microcontroller. The invention therefore utilizes the high pressure amplitudes, which are clearly contrasting in the pressure signal, at the beginning of a pump stroke. However, this stroke changes with temperature. The threshold value for the amplitude is therefore tracked to the temperature of the pump medium.

Das Verfahren hat den Vorteil, dass es einen zuverlässigen Wert für die Drehzahl eines Pumpenmotors in der Regel ohne einen zusätzlichen Sensor liefert, da das Drucksignal am Pumpenauslassventil meist ohnehin gemessen wird. Das gewonnene Drehzahlsignal kann darüber hinaus noch weiter analysiert werden. So ist aus einen Differenziation des Drehzahlsignals (erste Ableitung) beispielsweise erkennbar, ob mit einer Pumpe, die ansonsten eine Flüssigkeit pumpt, gerade Luft angesaugt wird. Dies ist möglich, da dann, wenn eine hydraulische Fördereinrichtung Luft saugt, das Lastmoment des Pumpenmotors sich stark ändert und somit Drehzahlschwankungen hervorruft.The method has the advantage that it provides a reliable value for the speed of a pump motor usually without an additional sensor, since the pressure signal at the pump outlet valve is usually measured anyway. The gained speed signal can also be further analyzed. For example, it can be seen from a differentiation of the speed signal (first derivative) whether straight air is being drawn in with a pump which otherwise pumps a liquid. This is possible because when a hydraulic conveyor sucks air, the load torque of the pump motor changes greatly and thus causes speed fluctuations.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.Advantageous embodiments of the invention will become apparent from the features mentioned in the dependent claims.

Zeichnungendrawings

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail in an embodiment with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 einen Verlauf des Drucksignals am Auslassventil einer Kolbenpumpe und 1 a course of the pressure signal at the outlet valve of a piston pump and

2 eine Prinzipschaltung der erfindungsgemäßen Einrichtung. 2 a basic circuit of the device according to the invention.

Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment

1 zeigt das Drucksignal P einer Kolbenpumpe an ihrem Pumpenauslassventil. 1 shows the pressure signal P of a piston pump at its pump outlet valve.

Das Drucksignal P am Pumpenauslassventil enthält einen Gleichanteil und einen höherfrequenten Anteil, in einem entsprechenden elektrischen Signal, also einen DC- und einen AC-Anteil. Der Gleichanteil (DC) steigt mit dem Druckanstieg im nachfolgenden Druckspeicher, erkennbar an den steigenden Anfangsamplituden der Pumpenhübe. Bei jedem Pumpenhub tritt ein hochfrequenter Anteil (AC) auf. Die Amplitude des hochfrequenten Anteils ist temperaturabhängig.The pressure signal P at the pump outlet valve contains a DC component and a higher-frequency component, in a corresponding electrical signal, that is, a DC and an AC component. The direct component (DC) increases with the pressure rise in the following pressure accumulator, recognizable by the increasing initial amplitudes of the pump strokes. Every time a pump is pumped, a high-frequency component (AC) occurs. The amplitude of the high-frequency component is temperature-dependent.

2 zeigt ein Prinzipschaltbild einer Messanordnung zur Gewinnung eines Drehzahlsignals. 2 shows a schematic diagram of a measuring arrangement for obtaining a speed signal.

Durch Einbau eines Hochpassfilters 1 wird der AC-Anteil vom DC-Anteil im Drucksignal P getrennt. Nachfolgend wird dieser AC-Anteil über einen Komparator 2, dessen Schwelle sich mit der Temperatur T verändert, in Rechtecksignale umgewandelt. Um zu vermeiden, dass der hochfrequente AC-Anteil die Komparatorschwelle mehrfach während des gleichen Pumpenhubs überschreitet, wird mittels einer Verzögerungsschaltung 3 (Monoflop) der Eingang des Komparators 2 auf eine definierte Spannung gelegt. Dadurch entsteht am Ausgang des Komparators 2 ein Rechtecksignal, dessen Periodendauer in einem Hardwaretimer 4 (zum Beispiel Controller) ausgezählt werden kann. Diese Periodendauer ist ein Maß für die Drehzahl n des Pumpenmotors.By installing a high-pass filter 1 the AC component is separated from the DC component in the pressure signal P. Subsequently, this AC component is via a comparator 2 , whose threshold changes with temperature T, converted into square waves. In order to avoid that the high-frequency AC component exceeds the comparator threshold several times during the same pump stroke, a delay circuit is used 3 (Monoflop) the input of the comparator 2 placed on a defined voltage. This results in the output of the comparator 2 a square wave whose period in a hardware timer 4 (for example, controller) can be counted. This period is a measure of the speed n of the pump motor.

Claims

Method for measuring the rotational speed of a pump motor, wherein the pressure signal (P) is measured at a pump outlet valve and the speed-proportional distance between successive pressure pulses exceeding a predeterminable threshold value is determined, and wherein high-frequency pressure fluctuations occurring between the pressure pulses are suppressed, characterized that the threshold value is readjusted as a function of the temperature (T) of the pump medium.

A method according to claim 1, characterized in that for detecting the sucked by a hydraulic conveyor air from the obtained speed value, the first derivative is formed.

Device for measuring the rotational speed of a pump motor, wherein a pressure sensor is arranged on a pump outlet valve, the signal of which via a high-pass filter ( 1 ) to a comparator ( 2 ) whose output is connected both via a delay circuit ( 3 ) is fed back to its input, as well as to a timer which counts the period of the comparator output signal ( 4 ), characterized in that a threshold value of the comparator ( 2 ) is adjustable in dependence on the temperature (T) of the pump medium.