DE102007003924A1

DE102007003924A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ansteuerung eines Automatgetriebes eines Fahrzeuges und Hydrauliksystem eines Automatgetriebes

Info

Publication number: DE102007003924A1
Application number: DE102007003924A
Authority: DE
Inventors: Michael Weber; Kai BORNTRÄGER
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2007-01-26
Filing date: 2007-01-26
Publication date: 2008-07-31

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines Automatgetriebes eines Fahrzeuges sowie eine Vorrichtung und ein Hydrauliksystem dazu, bei dem eine dem Hydrauliksystem (1) zugeordnete Hydraulikpumpe (2) zur Druck- und Kühlölversorgung von einem Verbrennungsmotor angetrieben wird, bei dem ein hydrodynamisches Anfahrelement, wenigstens umfassend ein antriebsseitiges Pumpenrad und ein abtriebsseitiges Turbinenrad, zur Momentenübertragung in einem Fahrzeug-Antriebsstrang beim Anfahren des Fahrzeuges den Verbrennungsmotor mit dem Automatgetriebe antriebswirksam verbindet und bei dem zur Schaltung von Gängen hydraulische Schaltelemente betätigt werden. Zur Ermöglichung und/oder Verbesserung eines verschleißarmen und sicheren Start-Stopp-Betriebes eines derart ausgerüsteten Fahrzeuges ist vorgesehen, dass bei einem Start des Verbrennungsmotors wenigstens ein zeitlicher Verlauf (16) der Drehzahl (n<SUB>Tu</SUB>) des Turbinenrades des Anfahrelementes erfasst wird und dass mit Hilfe einer erkannten Drehzahlcharakteristik (15) des Turbinenrades oder damit verbundener Größen ein Aktivierungszeitpunkt (t<SUB>1</SUB>) ermittelt wird, bei dem eine durch einen ausreichenden Kühl- und Druckölaufbau hergestellte Drehmomentübertragungsfähigkeit des Automatgetriebes gegeben ist. Zur Verkürzung einer Aktivierungszeit des Getriebes ist vorgesehen, dass in dem Hydrauliksystem (1) druckempfindliche Mittel (14) angeordnet sind, über die bei einem Abschalten des Verbrennungsmotors ein Druckabfall in ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines Automatgetriebes eines Fahrzeuges gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beziehungsweise dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8 sowie ein Hydrauliksystem eines Automatgetriebes gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9.
Automatische, unter Last schaltende Getriebe für Fahrzeuge, kurz Automatgetriebe genannt, weisen als Anfahrelement meistens einen hydrodynamischen Drehmomentwandler auf. Überwiegend sind diese Getriebe als Stufengetriebe ausgebildet, die mehrere Planetenradsätze zur Realisierung einer Anzahl von Gängen bzw. Gangstufen aufweisen, die üblicherweise über hydraulische Schaltelemente, beispielsweise Lamellenkupplungen, geschaltet werden.
Der hydrodynamische Drehmomentwandler besteht aus einem ölgefüllten Gehäuse, in dem als Antrieb ein Pumpenrad mit einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors und als Abtrieb ein Turbinenrad mit einer Getriebeeingangswelle verbunden ist. Zudem ist zwischen dem Pumpenrad und dem Turbinenrad ein in einer Richtung auf einem Freilauf bewegliches Leitrad als Stützelement zur Drehmomentwandlung vorhanden. Im Betrieb setzt das Pumpenrad, angetrieben vom Verbrennungsmotor des Fahrzeugs, das Wandleröl in Bewegung. Die kinetische Strömungsenergie des Öls wird vom Turbinenrad aufgenommen und in eine Drehbewegung umgesetzt, die auf das Getriebe übertragen wird. Das Leitrad lenkt das von dem Turbinenrad zurückströmende Öl um, so dass das an das Getriebe abgegebene Drehmoment des Turbinenrades höher ist als das von dem Verbrennungsmotor aufgenommene Drehmoment des Pumpenrades. Der Wandler arbeitet somit als ein stufenloses Getrie be. Da das Pumpenrad dem Turbinenrad stets vorauseilt, ergibt sich jedoch ein differenzdrehzahl-abhängig zunehmender Schlupf, der den Wirkungsgrad des Wandlers herabsetzt. Daher wird der hydrodynamische Wandler meist nur als Anfahrelement in Verbindung mit einem Stufengetriebe oder einem stufenlosem Getriebe verwendet und weist zudem eine Überbrückungskupplung auf, die das Pumpenrad und das Turbinenrad nach dem Anfahrvorgang kraftschlüssig überbrückt.
Zusätzlich kann ein derartiges Automatgetriebe, insbesondere in Nutzfahrzeugen, einen hydrodynamischen Retarder als verschleißfreie Zusatzbremseinrichtung zur Entlastung der üblicherweise als Reibungsbremsen ausgebildeten Radbremsen aufweisen. Dabei wird die mechanische Energie der Antriebswelle in kinetische Energie eines Öles im Retarder umgewandelt, wobei das physikalische Wirkprinzip dem einer hydrodynamischen Kupplung, also einem Wandler ohne Leitrad, entspricht. Bei einem Retarder ist jedoch das Turbinenrad feststehend angeordnet und wirkt daher als ein Stator mit einer Beschaufelung, während das Pumpenrad als ein Rotor von einer Antriebswelle angetrieben wird.
Beim Betätigen des Retarders bzw. Intarders wird eine der gewünschten Bremsleistung entsprechende Ölmenge in einen Retarderraum eingebracht. Der Ölfluss wird dabei meistens über ein elektrisches Proportional-Ventil, dessen Proportional-Magnet entsprechend bestromt wird, geregelt. In dem Retarderraum nimmt der sich drehende Rotor das Öl mit, das sich im weiteren Strömungsverlauf an der Stator-Beschaufelung, unter Umwandlung kinetischer Strömungsenergie in Wärme, abstützt, wodurch eine Bremswirkung auf den Rotor sowie dessen antreibende Welle ausgeübt und damit eine Abbremsung des gesamten Fahrzeuges bewirkt wird.
Das Getriebe benötigt für eine einwandfreie Funktionsweise eine effektive Ölversorgung zur Schmierung und Kühlung sowie bestimmte Füllmengen und Öldrücke zur Schaltung der hydraulischen Komponenten. Insbesondere benötigen die hydraulischen Schaltelemente des Getriebes bei den Schaltvorgängen einen bestimmten Öldruck zu ihrer Betätigung sowie Schmierung und gegebenenfalls der Intarder im Bremsbetrieb eine bestimmte Ölbefüllung zur Erzielung einer gewünschten Bremswirkung. Dazu ist in der Regel eine mit einer Getriebeeingangswelle gekoppelte, verbrennungsmotorseitig angetriebene Hydraulikpumpe vorgesehen, die den nötigen Öldruck über ein regelbares, ventilgesteuertes Hydrauliksystem zur Verfügung stellt.
Solche Wandlerautomatgetriebe mit Drehmomentwandler, integriertem Primärretarder (Intarder) und primärseitig durch den Verbrennungsmotor angetriebener Hydraulikpumpe sind beispielsweise von der Anmelderin als 5-Gang- oder 6-Gang-Lastschaltgetriebe in den Baureihen mit den Bezeichnungen „ZF-Ecomat" und in einer verbesserten Neuentwicklung als „ZF-EcoLife" bekannt. Sie sind insbesondere für Stadtbusse entwickelt worden, aber auch in Überlandbussen, Schienenbussen und Spezialfahrzeugen vorteilhaft einsetzbar und zeichnen sich durch ihre Langlebigkeit sowie einen hohen Fahrkomfort für Fahrer und Fahrgäste aus.
Da eine Kupplungsbetätigung wegfällt und die Schaltvorgänge vollautomatisch, beispielsweise mit an die jeweiligen Anforderungen anpassungsfähigen Getriebeprogrammen und ohne Zugkraftunterbrechung durchgeführt werden können, bieten Wandlerautomatgetriebe besonders im dichten Straßenverkehr mit häufig wechselnden Verkehrssituationen einen hohen Fahrkomfort. Dadurch, dass sich der Fahrer stets voll auf das Verkehrsgeschehen konzentrieren kann und nicht durch häufige manuelle Schaltbetätigungen in Anspruch genommen wird, und die automatischen Schaltvorgänge lastwechselarm erfolgen, sind derartige Getriebe auch, besonders in Bussen mit Fahrgästen, unter Sicherheitsaspekten vorteilhaft.
Zur Reduzierung von Schadstoffemissionen, Kraftstoffverbrauch und Lärmpegel ist darüber hinaus, insbesondere im Stadtverkehr, ein so genannter Start-Stopp-Betrieb wünschenswert, bei dem der Verbrennungsmotor im Stillstand, beispielsweise an Kreuzungen mit Ampelanlagen, je nach Situation und Möglichkeit abgeschaltet werden sollte. Dies ist jedoch bei Fahrzeugen mit Wandlerautomatgetrieben nicht ohne weiteres möglich.
Da die Hydraulikpumpe über den Verbrennungsmotor angetrieben wird, steht folglich das Drucköl nur bei laufendem Verbrennungsmotor zur Verfügung. Bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor verliert das Hydrauliksystem hingegen schnell an Druck, worauf üblicherweise die Getriebesteuerung den aktuellen Gang auslegt und das Getriebe in eine Neutral-Stellung schaltet. Ehe wieder ein Drehmoment übertragen werden kann, muss sich im Hydrauliksystem zunächst wieder ein bestimmter Druck aufbauen bevor das Fahrzeug anfahren kann. Je nach Hydrauliksystem können auch zusätzliche Verzögerungen hinzukommen, wenn beispielsweise Halteventile im Hydrauliksystem erst bei einem bestimmten Druckniveau schalten. Daraus resultiert eine relativ lange Aktivierungszeit bis zum Einlegen des Ganges nach einem Motorstart.
Andererseits würden, wenn die Drehmomentübertragung zu früh begänne, also ehe sich ein ausreichender Druck in den Kolbenräumen der Schaltelemente aufgebaut hat, die entsprechenden Reibkörper durchrutschen. Da bei unzureichendem Öldruck die Kühlung und Schmierung nasslaufender Schaltelemente (Lamellenkupplungen) nicht sichergestellt ist, wodurch unter Umständen hohe Kupplungsbelastungen und Verschleiß entstehen, könnte es innerhalb kürzester Zeit zu Schäden an den entsprechenden Schaltelementen kommen.
Um dies zu verhindern, muss eine Sicherheitszeit eingehalten werden, innerhalb der sich auf jeden Fall ein ausreichender Druck aufgebaut hat, ehe ein angewählter Gang eingelegt werden darf. Diese Sicherheitszeit führt jedoch zu einer weiteren Verlängerung der Aktivierungszeit, die zwar bei den relativ wenigen Anfahrvorgängen nach einem Motorstart im Normalbetrieb kaum nachteilig empfunden wird, aber einen Start-Stopp-Betrieb mit einer hohen Frequenz an Anfahrvorgängen und der Notwendigkeit nach dem Motorstart, beispielsweise nach einer Ampelschaltung, möglichst sofort anzufahren, praktisch unmöglich macht, da in der Praxis zu häufige und lange Verzögerungen entstünden.
Zur Umgehung bzw. Verkürzung der Sicherheitszeit könnte mittels Drucksensoren eine spezielle Drucksensierung im Getriebe vorgesehen werden, die den aktuellen Druck im Hauptdruckkreis des Hydrauliksystems bzw. in den Kolbenräumen der Lamellenkupplungen explizit anzeigt und an die Getriebesteuerung weitergibt. Dies ist jedoch relativ aufwendig, würde erhöhte Herstellungskosten verursachen und zusätzliche Bauteile erfordern.
Um einen Start-Stopp-Betrieb zu ermöglichen, könnte auch eine elektromotorisch angetriebene Zusatzpumpe verwendet werden, die beim Abschalten des Verbrennungsmotors den Öldruck aufrechterhält. Dies würde jedoch neben zusätzlichen Kosten, zusätzlichem Bauraumbedarf sowie zusätzlichem Gewicht auch einen zusätzlichen Energieverbrauch bedeuten und daher in der Energiebilanz des Start-Stopp-Betriebes eher kontraproduktiv wirken, so dass darauf nach Möglichkeit verzichtet werden sollte.
In der DE 41 39 726 C2 sind zur Sicherstellung der Kühlölversorgung einer hydraulisch betätigbaren Lamellenkupplung beim Einlegen von Gängen konstruktive Maßnahmen an einem in einem Steuerzylinder beweglichen Steuerkolben vorgeschlagen. Dabei sind an dem Steuerkolben verschiedene Steuerkanten angeordnet, die zunächst eine Kühlölzufuhr zu den Reibelementen freigeben, bevor eine Steuerölzufuhr zu einem Druckraum geöffnet wird, die dann zum Einrücken der Kupplung führt. Durch diese Steuerung wird eine ausreichende Kühlölversorgung der Lamellenkupplung sichergestellt, bevor ein Gang eingelegt werden kann. Zudem wird der Wirkungsgrad des Getriebes durch eine insgesamt geringere erforderliche Pumpenleistung erhöht, da das Kühlöl nur während der tatsächlichen Beanspruchung der Reibelemente der Kupplung in der Reibphase, also beim Einrücken der Kupplung, zugeführt werden muss.
Nachteilig daran ist, dass diese bekannte Vorrichtung auf einer rein mechanischen Steuerung der Druck- und Kühlölzufuhr beruht. Diese stellt zwar eine Kühlölversorgung der Kupplung beim Schließvorgang sicher. Sie verursacht aber eine feststehende Zeitverzögerung, die den tatsächlichen Verlauf des Druckaufbaus im Hauptdruckkreis des Hydrauliksystems nicht berücksichtigt. Es können auch keine druckrelevanten Steuersignale für eine Getriebesteuerung zur Ansteuerung der Steuerkolben von hydraulischen Schaltelementen zur Schaltung von Gängen nach einem Motorstart zur Verfügung gestellt werden. Zudem ist die Anordnung der Steuerkanten relativ aufwendig sowie für jede Kupplungsmodifikation individuell zu berechnen und zu konstruieren.
Eine Anfahr-Lamellenkupplung, bei der ebenfalls der Schmier- und Kühlöldruck nur zeitweise, also insbesondere in der Schließphase aufgebaut wird, zeigt die DE 36 05 004 A1 . Darin wird ein Kupplungsraum über eine Druckleitung geflutet. Der Druck wird dabei über einen von einem zeitgetakteten Magnetventil gesteuerten, druckluftbeaufschlagten Speicher aufgebaut und in die Druckleitung ausgeschoben, wobei die Druckleitung über ein Rückschlagventil gegen eine Rückströmung bei nachlassendem Druck gesichert ist. Ein erstes in den Kupplungsraum ragendes Schöpfrohr begrenzt die Befüllung und leitet überschüssiges erwärmtes Öl in einen Ölsumpf ab. Ein zweites Schöpfrohr ermöglicht in Verbindung mit einem zweiten zeitgetakteten Magnetventil eine Schnellentleerung des Kupplungsraumes in den Ölsumpf nach dem Einrücken der Kupplung. Dadurch kann die erforderliche Pumpenleistung zur Versorgung der Kupplung reduziert und somit der Wirkungsgrad des Getriebes verbessert werden.
Schwerpunkt dieser Druckschrift ist die Erzeugung einer effektiven Schmierölversorgung einer Anfahrkupplung. Dementsprechend ist sie in der Lage, die ihr zugrunde liegende Aufgabe zu lösen. Der Fachmann findet darin jedoch keine Hinweise, wie nach einem Motorstart ein besonders schnelles sicheres Einlegen des Anfahrganges ermöglicht werden kann.
Aufgrund der eingangs erläuterten Problematik sind somit die bisher bekannten Wandlerautomatgetriebe mit einer verbrennungsmotorseitig angetriebenen Hydraulikpumpe für einen Start-Stopp-Betrieb in einem Fahrzeug kaum geeignet.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines Wandlerautomatgetriebe anzugeben, die einen Start-Stopp-Betrieb eines derart ausgerüsteten Fahrzeuges ermöglichen und dennoch einen verschleißarmen sicheren Betrieb sowie eine hohe Getriebe-Lebensdauer gewährleisten.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Patenansprüche, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den zugeordneten Unteransprüchen entnehmbar sind.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei einem Automatgetriebe mit einem hydrodynamischen Drehmomentwandler der abtriebsseitige Drehzahlverlauf des Drehmomentwandlers vom Druckaufbau in einem Hydrauliksystem des Getriebes beeinflusst wird. Dieser Umstand kann zur Erkennung einer Drehmomentübertragungsfähigkeit des Getriebes und in der Folge zur Erzielung einer reduzierten Aktivierungszeit des Getriebes nach einem Motorstart genutzt werden.
Demnach geht die Erfindung aus von einem Verfahren zur Ansteuerung eines Automatgetriebes eines Fahrzeuges, bei dem eine Hydraulikpumpe zur Druck- und Kühlklversorgung von einem Verbrennungsmotor angetrieben wird, bei dem ein hydrodynamisches Anfahrelement, wenigstens umfassend ein antriebsseitiges Pumpenrad und ein abtriebsseitiges Turbinenrad, zur Momentenübertragung in einem Fahrzeug-Antriebsstrang beim Anfahren des Fahrzeuges den Verbrennungsmotor mit dem Automatgetriebe antriebswirksam verbindet, und bei dem zur Schaltung von Gängen hydraulische Schaltelemente betätigt werden.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe sieht die Erfindung vor, dass bei einem Start des Verbrennungsmotors wenigstens ein zeitlicher Verlauf der Drehzahl des Turbinenrades des Anfahrelementes erfasst wird, und dass mit Hilfe einer erkannten Drehzahlcharakteristik des Turbinenrades oder damit verbundener Größen ein Aktivierungszeitpunkt ermittelt wird, bei dem eine durch einen ausreichenden Kühl- und Druckölaufbau hergestellte Drehmomentübertragungsfähigkeit des Automatgetriebes gegeben ist.
Unter einer Aktivierungszeit wird im Folgenden eine Zeitspanne von einem Start des Verbrennungsmotors bis zur (möglichen) Drehmomentübertragung des Getriebes verstanden. Eine Drehmomentübertragungsfähigkeit des Getriebes wird dabei dann als gegeben angesehen, wenn die Lamellenkupplung des entsprechenden Ganges ausreichend druckbeaufschlagt und gekühlt ist, um schadlos und ohne einem erhöhten Verschleiß ausgesetzt zu sein ein Drehmoment übertragen zu können.
Anhand des Verlaufs der Drehzahl des Turbinenrades des Drehmomentwandlers, der mittels eines Turbinendrehzahlsensors gemessen wird, kann ermittelt werden, wann das Getriebe nach einem Motorstart ein Antriebsmoment des Verbrennungsmotors übertragen kann. Da bei stehendem Fahrzeug durch die Trägheit der Fahrzeugmasse und/oder durch einen Bremseingriff der Abtrieb blockiert ist, wird beim Schließen der Schaltelemente das Turbinenrad gebremst und die Drehzahl des mit der Getriebeeingangswelle ver bundenen Turbinenrades auf den Wert Null heruntergezogen. Dies wird durch ein entsprechendes Drehzahlsignal des Turbinendrehzahlsensors angezeigt.
Bei umfangreichen Prüfstandmessungen hat sich herausgestellt, dass auch schon bei freiem Abtrieb, also bei noch offenen Schaltelementen, systematische, reproduzierbare Drehzahlauffälligkeiten im Verlauf der Turbinendrehzahl auftreten, wenn sich im Hydrauliksystem unmittelbar nach dem Motorstart der Hydraulikdruck in den mit der verbrennungsmotorseitig angetriebenen Hydraulikpumpe verbundenen Ansaug- und Druckleitungen aufzubauen beginnt.
Insbesondere kann an einer charakteristischen Unstetigkeit im ansteigenden Drehzahlverlauf der Turbinendrehzahl bei freiem Abtrieb beziehungsweise an einer kurzzeitigen Drehzahlveränderung, bei der die Drehzahl kurzeitig etwas absinkt und dann wieder ansteigt, der Druckanstieg im Hydrauliksystem erkannt werden. Erfindungsgemäß wird diese Stelle im Drehzahlverlauf der Turbinendrehzahl als ein Charakteristikum interpretiert, das einen zur Schaltung, Schmierung und Kühlung der üblicherweise als Lamellenkupplungen ausgebildeten Schaltelemente ausreichenden Öldruck anzeigt. Dieser Zeitpunkt wird als der Aktivierungszeitpunkt ermittelt, an dem die Lamellenkupplungen einrücken können ohne Schaden zu nehmen.
Eine Freigabe eines Lastschaltvorgangs nach einem Motorstart wird in der Folge vorteilhaft zu dem anhand der Reaktion an der Turbinenwellendrehzahl ermittelten Aktivierungszeitpunkt oder zumindest zeitnah nach diesem Aktivierungszeitpunkt zugelassen und der Lastschaltvorgang über eine Getriebesteuerung dementsprechend eingeleitet.
Damit wird vorteilhaft eine Sicherheitsfunktion realisiert, die einerseits ein schadloses Einrücken der Lamellenkupplung des Ganges beim Anfahren sicherstellt und andererseits keine unnötig lange Sicherheitszeit vorhalten muss. Dadurch kann die resultierende Aktivierungszeitspanne nach dem Motorstart in der Praxis verkürzt werden. Somit kann schon allein durch das Erkennen der tatsächlichen Drehmomentübertragungsfähigkeit die Start-Stopp-Fähigkeit des Getriebes verbessert werden.
Vorzugsweise kombiniert mit weiteren Maßnahmen, die die nötige Aktivierungszeit zum Aufbau einer ausreichenden Ölversorgung der hydraulischen Schaltelemente bis zu einem verschleißarmen Einlegen eines Ganges nach einem Motorstart verkürzen, kann ein Fahrzeug mit einem Wandlerautomatgetriebe effektiv und kostengünstig ohne eine zusätzliche elektrische Pumpe oder zusätzliche Getriebe-Öldrucksensoren komfortabel und sicher in einem Start-Stopp-Modus betrieben werden.
Außerdem kann zur weiteren Erhöhung der Betriebssicherheit des Fahrzeuges eine Fehlererkennung vorgesehen sein, die bei einem Turbinendrehzahlverlauf in dem, beispielsweise bei defekter Pumpe, einem Ölleck im Drehmomentwandler, unzureichender Fördermenge oder defektem Drehzahlsensor keine druckanstiegsrelevante Drehzahlcharakteristik erkannt wird, eine Fehlerreaktion einleitet. Dies kann beispielsweise ein Fehlersignal sein, das seinerseits eine Warnmeldung auslöst oder von der Getriebesteuerung einer Plausibilitätsprüfung zugeführt wird, wobei die tatsächliche Funktionsbereitschaft des Getriebes überprüft wird und gegebenenfalls entsprechende Maßnahmen eingeleitet werden.
Eine Vorrichtung, die zur Durchführung des vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens besonders gut geeignet ist, ist durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 8 definiert.
Demnach geht die Erfindung weiterhin aus von einer Vorrichtung zur Ansteuerung eines Automatgetriebes eines Fahrzeuges, mit einer von einem Verbrennungsmotor antreibbaren, einem Hydrauliksystem zugeordneten Hydraulikpumpe zur Druck- und Kühlölversorgung, mit einem hydrodynamischen Anfahrelement zur Momentenübertragung in einem Fahrzeug-Antriebsstrang beim Anfahren des Fahrzeuges, welches wenigstens ein antriebsseitiges Pumpenrad und ein abtriebsseitiges Turbinenrad umfasst, und mit hydraulischen Schaltelementen zur Schaltung von Gängen.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe sieht die Erfindung vorrichtungsbezogen zudem vor, dass dem hydrodynamischen Anfahrelement ein Drehzahlsensor zur zeitaufgelösten Erfassung einer Turbinenrad-Drehzahl zugeordnet ist, und dass elektronische Mittel zur Auswertung des Drehzahlverlaufs des Turbinenrades und zur Erzeugung eines Aktivierungssignals vorgesehen sind, das eine öldruckrelevante Drehmomentübertragungsfähigkeit des Automatgetriebes anzeigt.
Die elektronischen Mittel zur Verfolgung der Turbinendrehzahl können beispielsweise als eine Auswerteschaltung und/oder ein Auswertealgorithmus ausgebildet sein, die kostengünstig in eine vorhandene Getriebesteuerung integriert sein können. Sie stellen ein einfaches und kostengünstiges Werkzeug zur Feststellung der sicheren Drehmomentübertragungsfähigkeit des Wandlerautomatgetriebes dar. Häufig ist ein Turbinendrehzahlsensor bereits vorhanden, so dass das Verfahren ohne oder mit lediglich geringem zusätzlichem Aufwand an Bauteilen auskommen kann und lediglich eine angepasste bzw. erweiterte Elektronik notwendig ist.
Weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Hydrauliksystem eines Wandlerautomatgetriebes so zu verbessern, dass eine Verkürzung einer Aktivierungszeit des Getriebes beim Anfahren eines Fahrzeuges mit einem derartigen Getriebe nach einem Motorstart ermöglicht wird.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 9, während eine vorteilhafte Ausgestaltung dem Unteranspruch des Vorrichtungsanspruchs entnehmbar ist.
Weiterhin geht die Erfindung demnach aus von einem Hydrauliksystem eines Automatgetriebes, mit einer von einem Verbrennungsmotor antreibbaren Hydraulikpumpe, vor allem zur Druck- und Kühlölversorgung von hydraulischen Schaltelementen des Automatgetriebes über einen Hauptdruckkreis.
Die Erfindung sieht zur Lösung der gestellten Aufgabe vor, dass in dem Hydrauliksystem druckempfindliche Mittel angeordnet sind, die bei einem Abschalten des Verbrennungsmotors einen Druckabfall in dem Hauptdruckkreis zeitlich zumindest verzögern.
Die Aktivierungszeit zur Herstellung der Drehmomentübertragungsfähigkeit des Getriebes hängt davon ab, wie schnell sich ein Hauptdruck im Hydrauliksystem nach einem Motorstart aufbaut. Insbesondere im Start-Stopp-Betrieb kann diese Aktivierungszeitspanne auch dadurch verkürzt werden, dass der Abbau des Hauptdrucks nach dem Abschalten des Verbrennungsmotors verzögert wird, so dass bis zu einer erneuten Aktivierung ein möglichst hohes Druckniveau aufrechterhalten wird, um die Hydraulikkolben der Schaltelemente schnell mit dem nötigen Druck zu beaufschlagen zu können beziehungsweise um ein Rückschieben aus ihrer Schaltposition zu verringern.
Bei Fahrzeugen mit einem hydrodynamischen Retarder kann dies besonders einfach und kostengünstig mittels eines Rückschlagventils erreicht werden, über dass der Hauptdruckkreis mit einem Retarderspeicher des dem Automatgetriebe zugehörigen hydrodynamischen Retarders verbindbar ist.
Bei einem derartigen Hydrauliksystem ist neben dem Hauptdruck- oder Primärdruckkreis, der im Wesentlichen die Schaltelemente versorgt, ein Sekundärdruckkreis vorhanden, dem der hydrodynamische Wandler und ein hydrodynamischer Retarder zugeordnet sind. Durch das Einbringen eines, vorzugsweise als Kugelventil ausgebildeten Rückschlagventils im Hydrauliksystem des Automatgetriebes in eine Verbindungsleitung zwischen dem Retarderspei cher und dem Hauptdruckkreis kann der Retarderspeicher über eine Druckleitung mit dem Hauptdruckkreis direkt verbunden werden. Sinkt der Hauptdruck unter den Druck des Retarderdruckkreises ab, wird über das Rückschlagventil Öl nachgeführt, bis der Retarderspeicher entleert ist. Steigt der Hauptdruck beim Druckaufbau an, wird über das Rückschlagventil die Verbindung zum Retarderspeicher sofort getrennt, so dass sich der Hauptdruck unabhängig vom aktuellen Füllstand des Speichers aufbaut.
Die Funktion des Retarders wird dabei nicht beeinträchtigt, da dessen Ölbefüllung nur im Bremsbetrieb angefordert wird. Dadurch kann nach dem Abschalten des Motors ein längeres Aufrechterhalten des Hauptdrucks, vorteilhaft verbunden mit einem Halten einer Schaltposition der Hydraulikkolben der Lamellenkupplungen bei eingelegtem Gang, erreicht werden, wodurch sich die anschließende Aktivierungszeit im Start-Stopp-Betrieb entsprechend verkürzen lässt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erkennung der Drehmomentübertragungsfähigkeit kann besonders vorteilhaft mit der temporären Zuschaltung des Retarderspeichers entsprechend des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems kombiniert werden, so dass ein besonders effektiver und komfortabler Start-Stopp-Betrieb eines derartig ausgerüsteten Kraftfahrzeuges ermöglicht wird.
Selbstverständlich können auch andere oder weitere Steuerungsmaßnahmen und/oder Mittel, die geeignet sind, die Aktivierungszeit des Wandlerautomatgetriebes zu verkürzen, einzeln oder in Kombination berücksichtigt werden.
Zur Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung eines Ausführungsbeispiels beigefügt.
In dieser zeigt
1a einen Ausschnitt aus einem vereinfachten Schema eines Hydrauliksystems eines Automatgetriebes in einer Schaltstellung mit einem zugeschalteten Retarderspeicher;
1b das Hydrauliksystem gemäß 1 in einer Schaltstellung bei hydraulisch abgetrenntem Retarderspeicher und
2 ein Diagramm einer Prüfstandsmessung zur Erkennung einer Drehmomentübertragungsfähigkeit des Getriebes.
Demnach zeigt 1a und 1b ein jeweils Hydrauliksystem 1 eines Wandlerautomatgetriebes für ein Kraftfahrzeug, beispielsweise eines 6-Gang-Getriebes in Planetenbauweise, mit als Lamellenkupplungen ausgebildeten hydraulischen Schaltelementen zur Schaltung der Gänge, mit einem überbrückbaren hydrodynamischen Drehmomentwandler als Anfahrelement, einem vorteilhaft als Intarder ausgebildeten hydrodynamischen Primär-Retarder zur Bremsunterstützung des Kraftfahrzeuges und einer getriebenah angeordneten elektronischen Getriebesteuerung zur Schaltsteuerung des Getriebes über das Hydrauliksystem 1. Der Drehmomentwandler weist in an sich bekannter Weise ein verbrennungsmotorseitig angetriebenes Pumpenrad und ein getriebeseitig antreibendes Turbinenrad sowie ein Leitrad auf einem Freilauf zur Drehmomentwandlung auf. Zudem ist ein Drehzahlsensor zur Erfassung der Turbinendrehzahl vorhanden. Das Hydrauliksystem 1 ist vorteilhaft mit direktgesteuerten Ventilen regelbar.
Ein derartiges Getriebe und dessen Funktionsweise ist an sich, beispielsweise aus der insbesondere für Busse, Nutz- und Sonderfahrzeuge neu entwickelten EcoLife-Getriebebaureihe der Anmelderin bekannt und daher hier nicht weiter dargestellt und explizit erläutert. Die folgende Beschreibung beschränkt sich auf einen erfindungsgemäßen Bereich des Hydrauliksystems sowie im Weiteren auf ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Ansteuerung eines derartigen Getriebes, insbesondere zur Erkennung einer Drehmomentübertragungsfähigkeit desselben.
Zur Versorgung des Getriebes mit Kühl- und Drucköl ist eine vorteilhaft getriebeintern angeordnete Hydraulikpumpe bzw. Ölpumpe 2 vorgesehen, die über einen nicht dargestellten Verbrennungsmotor antreibbar ist. Die Ölpumpe 2 wird über eine Ansaugleitung 6 aus einem Ölsumpf 3 gespeist, wobei zur Sicherstellung dass keine Verunreinigungen in das Hydrauliksystem 1 gelangen können, der Ölpumpe 2 ein Saugsieb 4 vorgeschaltet und ein Ölfilter 5 nachgeschaltet sind. Aus der Ansaugleitung 6 ist vor allem ein Hauptdruckkreis 7 und ein Retarderdruckkreis 8 mit Drucköl versorgbar. An diese Ölkreise 7 und 8 ist ein Hauptdruckventil 9 angeschlossen. Weitere in 1a und 1b angedeutete Ölleitungen bzw. Verzweigungen führen zu nicht weiter erläuterten und dargestellten Bypass-, Schalt- und Druckregelventilen, die im Wesentlichen in Funktionsverbindung mit dem Hauptdruckventil 9 ansteuerbar und/oder regelbar sind.
Der Retarderdruckkreis 8 weist einen als Druckspeicher ausgebildeten Ölspeicher 10 auf, der über eine Druckleitung 11 an das Hydrauliksystem 1 angeschlossen ist. Der Retarderspeicher 10 kann, wie dargestellt, als ein passiver Federspeicher ausgebildet sein oder über eine externe pneumatische oder hydraulische Beaufschlagung betätigbar sein. Er ist über ein Rückschlagventil 12 entleerbar. Zur Wiederbefüllung ist eine Zuführblende 17 vorgesehen.
Erfindungsgemäß ist zwischen dem Retarderdruckkreis 8 und dem Hauptdruckkreis 7 eine Verbindungsleitung 13 angeordnet. Die Verbindungsleitung 13 ermöglicht eine direkte Verbindung des Retarderspeichers 10 mit dem Hauptdruckkreis 7, die über ein vorteilhaft als Kugelventil ausgebildetes Rückschlagventil 14 in der Verbindungsleitung 13 regelbar ist.
Zur Verdeutlichung der Funktionsweise der Verbindung zwischen Hauptdruckkreis 7 und Retarderspeicher 10 sind in 1a und 1b zwei Schaltstellungen des Hydrauliksystems gezeigt, wobei der jeweilige Strömungsweg des Hydrauliköls durch dicker gezeichnete Linien hervorgehoben ist.
Die Schaltstellung in der 1a zeigt eine Situation in einem Start-Stopp-Betrieb des Fahrzeuges nach dem Abschalten des Verbrennungsmotors. Da die Hydraulikpumpe 2 in dieser Situation nicht mehr angetrieben wird, sinkt der Öldruck p_HD im Hauptdruckkreis 7 unter den Öldruck p_R im Retarderdruckkreis 8 ab, so dass p_HD < p_R gilt. In der Folge schiebt der Retarderspeicher 10 mit seinem Ölvolumen, welches beispielsweise 0,5 Liter groß ist, über das Rückschlagventil 12, die Druckleitung 11, die Verbindungsleitung 13 und das Rückschlagventil 14 den Hauptdruckkreis 7 aus, so dass beim Abschalten des Verbrennungsmotors bei eingelegtem Gang weiterhin Drucköl zur Beaufschlagung der (nicht dargestellten) Stellkolben der Lamellenkupplungen des Getriebes zur Verfügung steht, wodurch diese wiederum annähernd in ihrer Position zumindest solange gehalten werden können, bis sich der Speicher 10 entleert hat.
Beim einem erneuten Starten des Motors beginnt die Hydraulikpumpe 2 mit der Förderung und der Hauptdruck p_HD baut sich auf. Diese Situation zeigt die Schaltstellung in 1b. Durch das Rückschlagventil 14 wird beim Aufbau des Hauptdruckes p_HD sofort, also wenn p_HD > p_R ist, die Verbindungsleitung 13 zum Retarderspeicher 10 geschlossen, so dass sich der Hauptdruck p_HD unabhängig vom Füllgrad des Speichers 10 entwickelt. Eine erneute Befüllung des Retarderspeichers 10 erfolgt später über eine Verschiebung des Hauptdruckventils 9 in seine mittlere oder linke Schaltstellung, in der die Hydraulikpumpe 2 in Befüllrichtung mit dem Retarderdruckkreis 8 verbunden ist.
Im Start-Stopp-Betrieb resultiert die so erreichte vorübergehende Aufrechterhaltung des Hauptdrucks p_HD in einer Verkürzung einer Aktivierungs zeit Δt, die, zum Aufbau des notwendigen hydraulischen Drucks zur Beaufschlagung des Schaltelementkolbens und zur notwendigen Kühlung der Reibelemente der Lamellenschaltkupplung, vor der Drehmomentübertragung des angewählten Anfahrganges erforderlich ist.
Ein Verfahren zur Ansteuerung eines Hydrauliksystems eines Automatgetriebes, mit einer verbrennungsmotorseitig angetriebenen Hydraulikpumpe 2 und einem hydrodynamischen Drehmomentwandler beruht im Wesentlichen auf einem Erkennen einer Drehmomentübertragungsfähigkeit des Getriebes anhand eines Drehzahlverlaufs 16 der Drehzahl n_Tu des Turbinenrades des Drehmomentwandlers.
Die 2 zeigt ein Diagramm einer Prüfstandsmessung mit dem zeitlichen Verlauf vier verschiedener Druckkurven von Messdrücken p_F1, p_F2, p_HD, p_A sowie drei verschiedener Drehzahlkurven von relevanten Drehzahlen n_Ab, n_Tu, n_An, wobei auf der Ordinatenachse der Hydraulikdruck p beziehungsweise die Drehzahl n gegen die Zeit t auf der Abszissenachse aufgetragen ist. Die Drücke p_F2 (zweiter Filtermessdruck), p_F1 (erster Filtermessdruck/Saugsieb), p_HD (Hauptdruck) und p_A (Ansaugdruck) sind an verschiedenen, in 1a sowie 1b gezeigten Messstellen aufgenommen. In der Darstellung sind Signalschwankungen (Schwingungen, Rauschen) der Messkurven zur Vereinfachung gemittelt bzw. geglättet und daher nicht erkennbar.
Der Start des Verbrennungsmotors erfolgt zu einem Zeitpunkt t₀. Die Hydraulikpumpe 2 beginnt dabei zu arbeiten, worauf der Druckaufbau anfängt und sich der Druck an den Messstellen nacheinander einstellt.
Der Drehmomentwandler wird vom Verbrennungsmotor angetrieben. Entsprechend stellt sich eine Antriebsdrehzahl n_An des Pumpenrades des Drehmomentwandlers ein, die bis zum Ereichen einer Leerlaufdrehzahl des Motors ansteigt. Durch den Schlupf zwischen Pumpenrad und Turbinenrad läuft die Turbinendrehzahl n_Tu der Antriebsdrehzahl n_An nach. Weiterhin ist durch eine gestrichelte Linie die Turbinendrehzahl n_Tu' bei sich schließenden Schaltelementen dargestellt, die durch die Blockade des Abtriebs bei stehendem bzw. gebremstem Fahrzeug auf Null herabgezogen würde.
Da die Messung am Prüfstand bei freiem Abtrieb erfolgt ist, stellt sich eine Abtriebsdrehzahl n_AB des Getriebes größer Null ein, die im Realfall wie die Turbinendrehzahl n_Tu' ebenfalls gegen Null gehen würde. Die verschiedenen Druckkurven p_F2, p_F1, p_HD, p_A konvergieren nach dem erfolgten Druckaufbau zu einem Zeitpunkt t₁. Die dazwischen liegende Zeitspanne Δt entspricht der Aktivierungszeitspanne des Getriebes, nach deren Ablauf das Getriebe zur Drehmomentübertragung bereit ist. Diese Zeitspanne kann mit Hilfe von Steuerungsmitteln beziehungsweise Steuerungsmaßnahmen, beispielsweise in Kombination mit der oben erläuterten Aufrechterhaltung des Hauptdruckes p_HD, auf Δt < 1 Sekunde reduziert werden.
Im Drehzahlverlauf 16 des Turbinenrades ist eine Unstetigkeit 15 erkennbar, die sich bereits beim Aufbau der Messdrücke p_F2, p_F1, p_A vor dem erreichen des Hauptdrucks p_HD signifikant abzeichnet. Dabei sinkt die Drehzahl n_Tu kurzfristig etwas ab, beispielsweise um 15 U/min innerhalb von 0,1 Sekunden, um anschließend weiter stetig anzusteigen. An diesem Punkt konvergieren die Druckmesskurven p_F2, p_F1, p_A mit dem nun aufgebauten Hauptdruck p_HD zu einer vorgegebenen Systemdruckhöhe.
Die Drehzahl-Unstetigkeit 15 wird am Drehzahlsignal des Turbinendrehzahlsensors erkannt, so dass der Aktivierungszeitpunkt t₁ als der Zeitpunkt ermittelt wird, an dem die Drehmomentübertragungsfähigkeit des Getriebes hergestellt ist und dieses unmittelbar Drehmoment übertragen kann, wobei gewährleistet ist, dass die Lamellenkupplungen keinen Schaden nehmen bzw. keinem erhöhten Verschleiß ausgesetzt werden.

1: Hydrauliksystem
2: Hydraulikpumpe
3: Ölsumpf
4: Sausieb
5: Filter
6: Ansaugleitung
7: Hauptdruckkreis
8: Retarderdruckkreis
9: Hauptdruckventil
10: Retarderspeicher
11: Druckleitung
12: Rückschlagventil
13: Verbindungsleitung
14: Rückschlagventil
15: Turbinenraddrehzahl-Unstetigkeit
16: Turbinenraddrehzahlverlauf
17: Zuführblende
n: Drehzahl
n_Ab: Abtriebsdrehzahl
n_An: Antriebsdrehzahl
n_Tu: Turbinenrad-Drehzahl
n_Tu': Turbinenrad-Drehzahl
p: Hydraulikdruck
p_A: Ansaugdruck
p_F1: Filter-Messdruck
p_F2: Filter-Messdruck
p_HD: Hauptdruck
p_R: Retarderdruckkreis
t: Zeit
t₀: Motorstart-Zeitpunkt
t₁: Aktivierungszeitpunkt
Δt: Aktivierungszeit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 4139726 C2 [0015]
- DE 3605004 A1 [0017]

Claims

Verfahren zur Ansteuerung eines Automatgetriebes eines Fahrzeuges, bei dem eine einem Hydrauliksystem (1) zugeordnete Hydraulikpumpe (2) zur Druck- und Kühlölversorgung von einem Verbrennungsmotor angetrieben wird, bei dem ein hydrodynamisches Anfahrelement, wenigstens umfassend ein antriebsseitiges Pumpenrad und ein abtriebsseitiges Turbinenrad, zur Momentenübertragung in einem Fahrzeug-Antriebsstrang beim Anfahren des Fahrzeuges den Verbrennungsmotor mit dem Automatgetriebe antriebswirksam verbindet, und bei dem zur Schaltung von Gängen hydraulische Schaltelemente betätigt werden, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Start des Verbrennungsmotors wenigstens ein zeitlicher Verlauf (16) der Drehzahl (n_Tu) des Turbinenrades des Anfahrelementes erfasst wird, und dass mit Hilfe einer erkannten Drehzahlcharakteristik (15) des Turbinenrades oder damit verbundener Größen ein Aktivierungszeitpunkt (t₁) ermittelt wird, bei dem eine durch einen ausreichenden Kühl- und Druckölaufbau hergestellte Drehmomentübertragungsfähigkeit des Automatgetriebes gegeben ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine relevante Drehzahlcharakteristik (15) an einer Unstetigkeit oder an einer kurzzeitigen Drehzahlreduzierung bei einem Drehzahlanstieg des Turbinenrades in Wirkverbindung mit einem Systemdruckanstieg im Hydrauliksystem (1) des Automatgetriebes nach einem Motorstart erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lastschaltvorgang zu einem nach einem Motorstart ermittelten Aktivierungszeitpunkt (t₁) oder zumindest dicht nach dem Aktivierungszeitpunkt (t₁) freigegeben und über eine Getriebesteuerung eingeleitet wird.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Turbinenrad-Drehzahlverlauf (16), in dem nach einem Motorstart keine druckanstiegsrelevante Drehzahlcharakteristik (15) erkannt wird, eine Fehlerreaktion erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als eine Fehlerreaktion ein Fehlersignal erzeugt wird, das eine Warnmeldung erzeugt und/oder eine Plausibilitätsprüfung ausgelöst.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung des Aktivierungszeitpunkts (t₁) Steuerungsmaßnahmen und/oder Mittel im Hydrauliksystem (1), über die eine Aktivierungszeit (Δt) des Automatgetriebes in einem Start-Stopp-Betrieb beeinflusst und/oder geregelt wird, berücksichtigt werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als eine Steuerungsmaßnahme nach einem Abschalten des Verbrennungsmotors zumindest zeitweise ein Öldruckreservoir eines hydrodynamischen Retarders einem Hauptdruckkreis (7) des Hydrauliksystems (1) zugeschaltet wird.
Vorrichtung zur Ansteuerung eines Automatgetriebes eines Fahrzeuges, mit einer von einem Verbrennungsmotor antreibbaren, einem Hydrauliksystem (1) zugeordneten Hydraulikpumpe (2) zur Druck- und Kühlölversorgung, mit einem hydrodynamischen Anfahrelement zur Momentenübertragung in einem Fahrzeug-Antriebsstrang beim Anfahren des Fahrzeugs, welches wenigstens ein antriebsseitiges Pumpenrad und ein abtriebsseitiges Turbinenrad umfasst, und mit hydraulischen Schaltelementen zur Schaltung von Gängen, zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass dem hydrodynamischen Anfahrelement ein Drehzahlsensor zur zeitaufgelösten Erfassung einer Turbinenrad-Drehzahl (n_Tu) zugeordnet ist, und dass elektronische Mittel zur Auswertung des Drehzahlverlaufs (16) des Turbinenrades und zur Erzeugung eines Aktivierungssignals vorgesehen sind, das eine öldruckrelevante Drehmomentübertragungsfähigkeit des Automatgetriebes anzeigt.
Hydrauliksystem (1) eines Automatgetriebes, mit einer von einem Verbrennungsmotor antreibbaren Hydraulikpumpe (2) zur Druck- und Kühlölversorgung von hydraulischen Schaltelementen des Automatgetriebes über einen Hauptdruckkreis (7), dadurch gekennzeichnet, dass in dem Hydrauliksystem (1) druckempfindliche Mittel (14) angeordnet sind, über die bei einem Abschalten des Verbrennungsmotors ein Druckabfall in dem Hauptdruckkreis (7) zumindest verzögerbar ist.
Hydrauliksystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein druckempfindliches Mittel (14) als ein in einer Verbindungsleitung (13) angeordnetes Rückschlagventil ausgebildet ist, über dass der Hauptdruckkreis (7) mit einem Retarderspeicher (10) eines dem Automatgetriebe zugehörigen hydrodynamischen Retarders verbindbar ist.