DE102007056175B4

DE102007056175B4 - Verfahren zum Befüllen eines Kupplungszylinders eines hydraulisch betätigbaren Kupplungssystems

Info

Publication number: DE102007056175B4
Application number: DE102007056175A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Möhlmann; Marco Siebigteroth; Georg Hillebrand; Stefan Kirschstein; Christian Krauss
Original assignee: Getrag Ford Transmissions GmbH
Current assignee: Getrag Ford Transmissions GmbH
Priority date: 2007-11-21
Filing date: 2007-11-21
Publication date: 2010-02-04
Anticipated expiration: 2027-11-22
Also published as: US8746430B2; CN101440848B; US20090127061A1; DE102007056175A1; CN101440848A

Abstract

Verfahren zum Befüllen eines Kupplungszylinders (7) eines hydraulisch betätigbaren Kupplungssystems (1) in einem Kraftfahrzeug, wobei das Kupplungssystem (1) wenigstens eine Kupplung (2), die sich durch Befüllen des Kupplungszylinders (7) schließen lässt, und ein Hydrauliksystem (3) umfasst, das einen Systemdruck bereitstellt und ein Kupplungsregelventil (6) umfasst, an dem an einem Eingang (22) der Systemdruck anliegt und das an einem Ausgang (21) einen Kupplungsdruck zur Betätigung der Kupplung (2) bereitstellt, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Befüllen des Kupplungszylinders (7) der Systemdruck abgesenkt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Befüllen eines Kupplungszylinders eines hydraulisch betätigbaren Kupplungssystems in einem Kraftfahrzeug.
Aus der EP 1 767 824 A1 ist ein hydraulisch betätigbares Kupplungssystems als Teil eines Doppelkupplungsgetriebe in einem Kraftfahrzeug bekannt, das eine erste Kupplung und eine zweite Kupplung aufweist. Den beiden Kupplungen ist jeweils ein Kupplungszylinder zugeordnet, durch den sich beim Befüllen des Kupplungszylinders die Kupplungen gegen die Kraft einer Kupplungsöffnungsfeder schließen lassen. Den erforderlichen Druck zum Schließen der Kupplungen liefert ein Hydrauliksystem, das über eine Pumpe und einen Hauptdruckregler einen Systemdruck bereitstellt. Jeder Kupplung des Doppelkupplungsgetriebes ist zudem ein Kupplungsregelventil zugeordnet, an dem an einem Ventileingang der Systemdruck anliegt und das an einem Ventilausgang einen Kupplungsdruck zur Betätigung der Kupplung bereitstellt. Der Ventilausgang ist dabei mit dem Kupplungszylinder verbunden.
Die US 5,853,076 A offenbart ein Hydrauliksystem zur Betätigung einer hydraulischen Kupplung, welches ein Druckregelventil und eine dem Druckregelventil vorgeschaltete Blende umfasst. Der Volumenstrom beim Befüllen der Kupplung führt zwischen Blende und Druckregelventil zu einem Druckabfall. Ein Sensor zwischen Blende und Druckregelventil erfasst am Ende der Befüllung einen Druckanstieg, wenn aufgrund sich schließender Kupplung der Volumenstrom gegen Null geht. Die Zeit zwischen dem Druckanstieg und dem Zeitpunkt, von dem das Druckregeventil zwecks Befüllung mit Strom beaufschlagt wird, wird erfasst, um die Befüllzeit der Kupplung sicher zu bestimmen.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, zur Realisierung kurzer Befüllzeiten und somit kurzer Schaltzeiten in einem Doppelkupplungsgetriebe den Kupplungszylinder einer Kupplung, die von einer geöffneten Stellung bis zu einem Greifpunkt geschlossen werden soll, für eine gewisse Zeit mit einem Befülldruck zu beaufschlagen, der deutlich größer als ein Anlagedruck ist, welcher notwendig ist, die Kupplung in ihrem Greifpunkt zu halten. Der Greifpunkt der Kupplung ist dabei die Stellung der Kupplung, bei der Kupplungsbeläge der Kupplung in Anlage sind, jedoch die Presskraft zwischen den Kupplungsbelägen gleich Null bzw. so klein ist, dass praktisch noch keine Drehmomentkapazität aufgebaut wird. Nach Beendigung der Beaufschlagung durch den Befülldruck wird dann als Solldruck der Anlagedruck vorgegeben.
Um kurze Befüllzeiten zu realisieren, kann ein hoher Wert für den Befülldruck oder ein langer Zeitraum gewählt werden, in dem der Befülldruck vorgegeben wird. Jedoch besteht dabei die Gefahr, dass nach Ende der Beaufschlagung mit dem Befülldruckes der Druck im Kupplungszylinder aufgrund dynamischer Effekte deutlich über den Anlagedruck ansteigt, wodurch die Kupplung über ihren Greifpunkt hinaus geschlossen wird und eine unerwünschte Drehmomentkapazität aufbaut. Dies kann zu einem merkbaren Stoß führen, der hinsichtlich Fahrkomfort als nachteilig empfunden werden kann. Das Bereitstellen eines Verfahrens zur schnellen Befüllung ohne Beeinträchtigung des Fahrkomforts ist daher schwierig.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Befüllen eines Kupplungszylinders eines hydraulisch betätigbaren Kupplungssystems bereitzustellen, mit dem sich der Kupplungszylinder schnell füllen lässt.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird mit der Merkmalskombination gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsbeispiele können den Unteransprüchen entnommen werden.
Gemäß Anspruch 1 wird vor dem Befüllen des Kupplungszylinders der Systemdruck, also der Druck an dem Ventileingang des Kupplungsregelventils, abgesenkt. Durch die Absenkung des Systemdrucks wird die Differenz zum Befülldruck und zum Anlagedruck reduziert. Es hat sich herausgestellt, dass sich bei abgesenktem Systemdruck bei ansonsten gleichen Solldrücken (Befülldruck, Anlagedruck) höhere Volumenströme durch das Kupplungsregelventil einstellen. Dies führt zu einer schnelleren Befüllung des Kupplungszylinders.
Das Kupplungssystem kann Teil eines Doppelkupplungsgetriebes sein. Das Kupplungssystem umfasst dabei eine erste und zweite Kupplung. Das erfindungsgemäße Verfahren kann dabei für jeweils eine Kupplung angewendet werden. Das Doppelkupplungsgetriebe weist dabei ein erstes Teilgetriebe und ein zweites Teilgetriebe auf, denen jeweils mehrere Gänge zugeordnet werden können. Vorzugsweise lassen sich die einzelnen Gänge ebenfalls hydraulisch durch das Hydrauliksystem ein- bzw. auslegen.
Der Systemdruck kann auf ein Druckniveau abgesenkt werden, das von der Fahrsituation des Kraftfahrzeugs abhängt. So kann die Absenkung in einem unterschiedlich großen Umfang stattfinden oder auch ganz ausbleiben, wenn die jeweilige Fahrsituation aus unterschiedlichsten Gründen eine Absenkung des Systemdrucks nicht zulässt.
Beispielsweise kann das Druckniveau, auf das der Systemdruck abgesenkt wird, einem Druck entsprechen, der mindestens für eine andere Komponente des Hydrauliksystems benötigt wird. Beispielsweise könnte diese andere Komponente der Kupplungszylinder der anderen Kupplung in dem Doppelkupplungsgetriebe sein, wobei der mindestens benötigte Druck in diesem Kupplungszylinder dann von dem Motordrehmoment abhängen kann, welches von dieser Kupplung sicher und ohne Schlupf übertragen werden muss.
Das Druckniveau kann von der Drehzahl eines Motors des Kraftfahrzeugs abhängen. Alternativ oder zusätzlich kann das Druckniveau von der Temperatur eines Druckmediums im Hydrauliksystem abhängen. Ist beispielsweise die Temperatur des Druckmediums (zum Beispiel ein Hydrauliköl) kleiner als ein unterer Grenzwert oder größer als ein oberer Grenzwert, erfolgt keine oder nur eine kleine Absenkung des Systemdrucks.
Das Kupplungsregelventil kann einen Ventilzylinder und einen Steuerkolben umfassen, der axial verschiebbar im Ventilzylinder angeordnet ist. Der Steuerkolben stellt dabei durch seine axiale Lage im Ventilzylinder den Druck am Ventilausgang ein. Die axiale Lage des Steuerkolbens kann dabei einen Strömungsquerschnitt zwischen einem Eingang und einem Druckraum des Kupplungsregelventils festlegen.
Anhand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:
1 eine stark schematisierte Darstellung eines Kupplungssystems mit einer Kupplung und einem Hydrauliksystem;
2 Druckvorläufe bei einer Befüllung der Kupplung;
3 ein Kupplungsregelventil bei einem hohen Systemdruck; und
4 das Kupplungsregelventil bei einem niedrigeren Systemdruck.
In 1 ist in stark schematisierter Form ein Kupplungssystem 1 dargestellt, das eine Kupplung 2 und ein Hydrauliksystem 3 umfasst. Das Hydrauliksystem 3 umfasst eine Druckversorgung 4, die eine hier nicht weiter dargestellte Pumpe und einen Hauptdruckregler umfasst. Die Druckversorgung 4 stellt einen Systemdruck p_Sys im Hydrauliksystem 3 bereit, der in einer Leitung 5 anliegt.
Das Hydrauliksystem 3 umfasst des Weiteren ein Kupplungsregelventil 6, das eingangsseitig über die Leitung 5 mit der Druckversorgung 4 und ausgangsseitig über eine Leitung 8 mit einem Kupplungszylinder 7 verbunden ist. Durch das Kupplungsregelventil 6 lässt sich ein Kupplungsdruck p einstellen, durch den sich gegen die Kraft einer Kupplungsöffnungsfeder 9 ein Kupplungskolben 10 im Kupplungszylinder 7 axial verschieben lässt. Mit dem Kupplungskolben 10 ist starr ein verschiebbarer Kupplungsbelag 11 verbunden, der gegen einen axial festgelegten Kupplungsbelag 12 gedrückt wird, wenn die durch den Druck p erzeugte Kraft auf den Kupplungskolben 10 größer ist als die Kraft der Kupplungsöffnungsfeder 9. Liegt am Kupplungskolben 10 kein hydraulischer Druck an, werden aufgrund der Kupplungsöffnungsfeder 9 die beiden Kupplungsbeläge 11, 12 auseinandergedrückt, so dass die Kupplung 2 geöffnet ist und kein Drehmoment übertragen kann.
In dem Kupplungszylinder 7 kann nun ein Druck p_Stroke eingestellt werden, bei dem die Kupplungsbeläge 11, 12 zur Anlage kommen, jedoch die Anpresskraft zwischen den Kupplungsbelägen 11, 12 gleich Null bzw. im Wesentlichen gleich Null ist. In diesem Fall entspricht die auf den Kupplungskolben 10 wirkende Kraft aufgrund der Druckbeaufschlagung im Kupplungszylinder 7 der Kraft der zusammengedrückten Kupplungsöffnungsfeder 9. Eine weitere Druckerhöhung im Kupplungszylinder 7 würde unmittelbar zu einer Anpressung der Kupplungsbeläge 11, 12 führen, wodurch die Kupplung Drehmomente übertragen könnte.
Wird der Kupplungskolben 7 mit dem Anlagedruck p_Stroke beaufschlagt, befindet sich Kupplung 2 in ihrem Greifpunkt, in dem gerade noch kein Drehmoment durch die Kupplung 2 übertragen werden kann. Beispielsweise kann Kupplung 2 Teil eines Doppelkupplungsgetriebes mit zwei Nasskupplungen sein, das in einem Kraftfahrzeug eingebaut ist. Für kurze Gangwechselzeiten sollte die Befüllzeit der Kupplung 2 bzw. der anderen Kupplung des Doppelkupplungsgetriebes möglichst gering gehalten werden. Unter Befüllzeit soll dabei die Zeit verstanden werden, die benötigt wird, eine Kupplung aus einer geöffneten Stellung bis zu dem Greifpunkt zu schließen.
2 zeigt diverse Druckverläufe beim Befüllen des Kupplungszylinders 7. Ausgehend von einem Druck p₀ und einem Startzeitpunkt t₀ wird die Befüllung gestartet, indem als Sollwert ein Befülldruck p_Puls angelegt wird. Die Beaufschlagung mit dem Befülldruck p_Puls dauert so lange, bis ein gemessener Istdruck p_Ist einen Abschaltdruck p_End erreicht. Der Abschaltdruck p_End ist ebenfalls wie der Befülldruck p_Puls vorgegeben. Bei Erreichen des Abschaltdrucks p_End wird der Kupplungszylinder 7 mit dem Anlagedruck p_Stroke als Sollwert beaufschlagt (siehe Endzeitpunkt t_E). Nach wenigen Millisekunden nach dem Endzeitpunkt t_E wird ein PID-Regler eingeschaltet, der dem Kupplungsregelventil 6 überlagert ist und zur Verbesserung der Druckregelgüte einen elektrischen Steuerstrom für das Kupplungsregelventil 6 korrigiert.
Nach Erreichen des Abschaltdruckes p_End steigt der Istdruck p_Ist aufgrund dynamischer Effekte noch leicht an. Es setzt nun die Regelung ein, die den Istdruck P_Ist auf den Anlagedruck p_Stroke führt. Entspricht nun letztlich der Istdruck p_Ist dem Anlagedruck p_Stroke, kann eine neu einsetzende Steuerung bzw. Regelung erfolgen, durch die beispielsweise durch Druckerhöhung im Kupplungszylinder 7 eine Drehmomentkapazität in gewünschter Geschwindigkeit und Höhe aufgebaut wird.
Die 3 und 4 zeigen das Kupplungsregelventil 6, das in 1 lediglich schematisiert dargestellt ist. Das Kupplungsregelventil 6 weist einen Ventilzylinder 14 und eine Kolbeneinheit 15 auf, die in dem Ventilzylinder 14 axial verschieblich angeordnet ist. Die Kolbeneinheit 15 umfasst einen Steuerkolben 16 und einen Gegenkolben 17, die mit einer Kolbenstange 18 miteinander verbunden sind.
Die Kolbeneinheit 15 wird in der Darstellung der 3 und 4 durch einen Druckanker 13 nach links gedrückt, wenn an einem Elektromagneten 19 ein Steuerstrom für das Kupplungsregelventil 6 angelegt wird.
Der Steuerkolben 16, der Gegenkolben 17 sowie der Ventilzylinder 14 begrenzen einen Druckraum 20, der über einen ersten Ausgang 21 und über die Leitung 8 (siehe 1) mit dem Kupplungszylinder 7 verbunden ist. In dem Druckraum 20 soll der Druck p herrschen, der auch am Kupplungskolben 10 anliegt. In den 3 und 4 ist der Druck p durch eine gepunktete Hinterlegung für den Druckraum 21 sowie für einen Pfeil aus dem Ausgang 21 angedeutet.
Das Kupplungsregelventil 6 weist einen Eingang 22 auf, an dem der Systemdruck p_Sys anliegt. Der Druck p_Sys ist durch stark gepunktete Hinterlegung dargestellt, was verdeutlichen soll, dass der Druck p_Sys immer größer als der Druck p ist. Dies gilt auch im Falle der erfindungsgemäßen Absenkung.
Durch die axiale Lage des Steuerkolbens 16 wird ein Strömungsquerschnitt 23 einer Verbindung zwischen dem Eingang 22 und dem Druckraum 20 definiert. Soll nun der Druck im Kupplungszylinder 7 auf den Befülldruck p_Puls erhöht werden, so gibt der Steuerkolben 16 einen Strömungsquerschnitt frei, durch den Öl in den Druckraum 20 strömt und von da aus in den Kupplungszylinder 7 gelangt, um den Druck p_Puls aufzubauen.
Ist der Systemdruck p_Sys vor der Befüllung abgesenkt worden, so gibt, wie dies der 4 zu entnehmen ist, der Steuerkolben 16 einen zum Vergleich zu 3 größeren Strömungsquerschnitt 23' frei. Dies führt zu einem größeren Volumenstrom vom Eingang 21 in den Druckraum 20, wodurch eine schnellere Befüllung möglich ist.
Liegt kein Steuerstrom an, so drückt eine Ventilfeder 24 die Kolbeneinheit 15 in eine Ruhestellung, in der der Steuerkolben 16 den Strömungsquerschnitt 23, 23' zu Null werden lässt und somit den Druckraum 20 vollständig vom Eingang 22 trennt.
Gleichzeitig gibt, wenn sich die Kolbeneinheit 15 in Ruhestellung befindet, der Gegenkolben 17 einen zweiten Ausgang 25 frei, durch den der Druckraum 20 drucklos geschaltet wird. In dieser Stellung lässt sich der Kupplungszylinder 7 aufgrund der Kupplungsöffnungsfeder 9 entleeren, wodurch die Kupplung 2 geöffnet wird.
Bei Anlage eines Steuerstromes wird dann durch den Steuerkolben 16 die Verbindung zwischen Eingang 22 und Druckraum 20 wieder freigegeben, wodurch sich durch den dann ergebenden Strömungsquerschnitt ein Volumenstrom und somit ein Druckaufbau einstellt. Der Kraft F_Anker des Druckankers 13 steht dabei eine Kraft F_Feder der Feder 24 sowie eine hydraulische Kraft entgegen, die sich aus den unterschiedlich großen Querschnitten von Steuerkolben 16 und Gegenkolben 17 ergibt.
Nach dem Endzeitpunkt t_E (vgl. 2) findet eine Regelung des Anlagedrucks A_Stroke statt. Liegt ein niedriger Systemdruck vor (siehe 4), ist der durch den Steuerkolben 16 vorgegebene Strömungsquerschnitt 23 größer als bei einem größeren Systemdruck. Dies führt zu einer reproduzierbaren Regelung, da eine Verschiebung des Steuerkolbens 16 um eine bestimmte Wegstrecke zu einer prozentual kleineren Veränderung des Strömungsquerschnitts 23 führt.

1: Kupplungssystem
2: Kupplung
3: Hydrauliksystem
4: Druckversorgung
5: Systemdruckleitung
6: Kupplungsregelventil
7: Kupplungszylinder
8: Kupplungsdruckleitung
9: Kupplungsöffnungsfeder
10: Kupplungskolben
11: Kupplungsbelag
12: Kupplungsbelag
13: Druckanker
14: Ventilzylinder
15: Kolbeneinheit
16: Steuerkolben
17: Gegenkolben
18: Kolbenstange
19: Elektromagnet
20: Druckraum
21: erster Ausgang
22: Eingang
23: Strömungsquerschnitt (auch 23')
24: Feder
25: Zweiter Ausgang

Claims

Verfahren zum Befüllen eines Kupplungszylinders (7) eines hydraulisch betätigbaren Kupplungssystems (1) in einem Kraftfahrzeug, wobei das Kupplungssystem (1) wenigstens eine Kupplung (2), die sich durch Befüllen des Kupplungszylinders (7) schließen lässt, und ein Hydrauliksystem (3) umfasst, das einen Systemdruck bereitstellt und ein Kupplungsregelventil (6) umfasst, an dem an einem Eingang (22) der Systemdruck anliegt und das an einem Ausgang (21) einen Kupplungsdruck zur Betätigung der Kupplung (2) bereitstellt, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Befüllen des Kupplungszylinders (7) der Systemdruck abgesenkt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungssystem (1) Teil eines Doppelkupplungsgetriebes ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Systemdruck auf ein Druckniveau abgesenkt wird, das von der Fahrsituation des Kraftfahrzeugs abhängt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckniveau einem Druck entspricht, der mindestens für eine andere Komponente des Hydrauliksystems (3) benötigt wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Systemdruck auf ein Druckniveau abgesenkt wird, das von der Drehzahl eines Motors des Kraftfahrzeugs abhängt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Systemdruck auf ein Druckniveau abgesenkt wird, das von der Temperatur eines Druckmediums im Hydrauliksystem (3) abhängt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungsregelventil (6) einen Ventilzylinder (14) und einen Steuerkolben (16) umfasst, durch dessen axiale Lage im Ventilzylinder (14) der Druck am Ausgang (21) einstellbar ist.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Lage des Steuerkolbens (16) einen Strömungsquerschnitt (23, 23') zwischen dem Eingang 22 und einem Druckraum (20) des Kupplungsregelventils (6) festlegt.