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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Drucksteuerventils
eines Drucksystems zur Betätigung
einer Kupplung in einem Kraftfahrzeug.
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In
automatisierten Schaltgetrieben wird die Steuerung der Kupplung
nicht mehr manuell durch den Fahrer, sondern elektronisch bewirkt.
Bei einer hydraulisch betriebenen Kupplung wird dazu ein Drucksteuerventil
mit einem elektronischen Ansteuersignal beaufschlagt. In Abhängigkeit
von diesem Ansteuersignal steuert das Drucksteuerventil den Druck
in dem Drucksystem derart, dass sich ein in einem Kupplungszylinder
laufender Kupplungskolben, durch welchen die Zusammenführung und
die Trennung der Kupplungsscheiben bewirkt wird, in die vorgesehene
Position bewegt. Die Steuerung durch das Drucksteuerventil erfolgt
dabei derart, dass ein in einem Zylinder des Drucksteuerventils
in Richtung der Zylinderachse beweglicher Drucksteuerventilkolben je
nach Stellung unterschiedlich große Mengen des verwendeten Fluids,
in der Regel Öl,
in das Drucksystem gelangen bzw. aus diesem austreten lässt.
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Insbesondere
nach einer längeren
Phase, in der die Kupplung nicht angesteuert wurde, kann hierbei
das Problem auftreten, dass das Drucksteuerventil klemmt oder sich
sogar in einer Position eingegraben hat. Dies führt dazu, dass nicht ausgekuppelt werden
und somit kein Gangwechsel erfolgen kann. Bei gleichzeitigem Abbremsen
durch den Fahrer wird der Motor unter Umständen abgewürgt.
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Aus
dem Stand der Technik ist bekannt, Drucksteuerventile für Kupplungen
elektromagnetisch anzusteuern. Das elektrische Signal zur Bestätigung des
Drucksteuerventils weist dabei häufig
eine Rechteckform auf, wobei über
ein sogenanntes Tastverhältnis
eine Position eines Steuerkolbens innerhalb des Drucksteuerventils
und somit der Druck für die
Kupplung genau eingestellt werden kann. Das Tastverhältnis berechnet
sich dabei aus der Impulsdauer des Rechtecksignals und aus der Pausendauer
zwischen zwei Rechteckimpulsen.
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Über eine
Modulation der Impulsdauer bei konstanter Periodendauer oder über eine
Modulation der Periodendauer bzw. Frequenz bei konstanter Impulsdauer
kann das Tastverhältnis
verändert
werden, was zu einer anderen Stellung des Steuerkolbens im Drucksteuerventil
und somit zu einem anderen Druck für die Kupplung führt. Aber
auch hier besteht das Problem, dass bei längeren Zeiträumen mit
konstantem Druck der Steuerkolben in seiner Position festklemmt
oder sich gar eingräbt.
Beispiele aus dem Stand der Technik, aus dem die Festlegung des Drucks
für eine
Kupplung über
das Tastverhältnis
bei Ansteuerung durch Rechtecksignale hervorgeht, sind die
EP 0 053 444 A2 ,
DE 694 00 844 T2 ,
WO 87/07347 A1 ,
US 4,116,321 A ,
EP 0 459 273 A1 ,
DE 24 45 044 A1 und
DE 102 39 915 B4 .
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Besondere
Schwierigkeiten können
auftreten, wenn es sich bei dem Getriebe um ein Doppelkupplungsgetriebe
handelt. Ein Doppelkupplungsgetriebe besteht aus zwei automatisierten
Teilgetrieben mit jeweils einer Kupplung, wobei ein Teilgetriebe
die geraden und ein Teilgetriebe die ungeraden Gänge trägt. Vor dem Schalten wird zu nächst im
lastfreien Zweig der zu schaltende Gang eingelegt. Dann wird die
dem neuen Gang zugeordnete Kupplung geschlossen und die dem alten
Gang zugeordnete Kupplung gleichzeitig geöffnet. Mit anderen Worten überschneidet
sich das Öffnen
und Schließen
der beiden Kupplungssysteme zeitlich zur Aufrechterhaltung des Kraftflusses.
Dadurch kann ohne Zugkraftunterbrechung geschaltet werden. Die Zeit
für den Gangwechsel
ist nur von der Schaltgeschwindigkeit der Kupplungen abhängig.
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Klemmt
bei einem solchen Doppelkupplungsgetriebe das Drucksteuerventil
in demjenigen Kupplungssystem, welches den momentan einliegenden
Gang trägt,
so kann bei einem beabsichtigten Gangwechsel die Kupplung in diesem
System nicht geöffnet
werden, was dazu führt,
dass in diesem System weiter Drehmoment übertragen wird. Gleichzeitig
wird in dem zweiten Kupplungssystem die Kupplung ordnungsgemäß geschlossen,
wodurch nun auch die Drehmomentübertragung
in diesem Zweig einsetzt. Dies führt
zu einer Verspannung des Getriebes.
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Um
ein Doppelkupplungsgetriebe zu schützen, muss ein Verspannungszustand
des Getriebes möglichst
frühzeitig
erkannt werden.
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In
der
DE 101 48 087
A1 ist ein Steuergerät für ein Doppelkupplungsgetriebe
offenbart, mit Hilfe dessen eine auf einen Stromausfall im Steuergerät zurückzuführende Verspannung
des Getriebes erkannt werden kann und welches die Einleitung entsprechender
Gegenmaßnahmen
ermöglicht.
Zu diesem Zwecke ist das beschriebene Steuergerät, welches über eine Stromversorgungsleitung
mit einer Batterie oder einem Stromversorgungsaggregat in Verbindung
steht, über
zumindest eine weitere mittels Sicherung abgesicherte Stromversorgungsleitung
versorgbar.
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Aus
der
EP 1 442 239 B1 ist
es bekannt, eine beginnende Verspannung des Getriebes über die
Erfassung der Fahrzeugbeschleunigung bei Zughochschaltung bzw. die
Fahrzeugverzögerung
bei Schubrückschaltung
zu ermitteln. Darüber
hinaus ist es aus der
EP
1 442 239 B1 bekannt, eine beginnende Verspannung des Getriebes
dadurch zu erkennen, dass eine getriebeseitige und eine radseitige
Drehzahl des abtriebsseitigen Antriebsstranges erfasst werden. Das
Erreichen und Überschreiten einer
vorab definierten positiven Differenz zwischen der radseitigen und
der getriebeseitigen Drehzahl, die ggf. um das Übersetzungsverhältnis eines
Differentialgetriebes korrigiert ist, kann dann als beginnende Verspannung des
Getriebes interpretiert werden.
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Aus
dem Stand der Technik ist es auch bekannt, bei einem Doppelkupplungsgetriebe
die Summe der beiden übertragenen
Drehmomente zu bilden. Übersteigt
die Summe der beiden Drehmomente das am Getriebeeingang vorliegende
Drehmoment, beginnt der Verspannungszustand des Getriebes.
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Ein
Nachteil der aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren besteht
darin, dass ein Klemmen der Drucksteuerventile und eine drohende
Getriebeverspannung erst während
der Drehmomentüberschneidungsphase
und damit sehr spät
bemerkt werden. Da die Überschneidungsphase üblicherweise
nur etwa 100 bis 500 ms andauert, ist die Fehlfunktion schwer diagnostizierbar.
Auch kann sie sich schon erheblich ausgewirkt haben, was sich beispielsweise
in einer Verschlechterung des Fahrkomforts, in Stößen oder
in einem Radabriss äußern kann,
was wiederum mit einem erhöhten
Sicherheitsrisiko einhergeht.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren bereitzustellen,
durch welches die Funktionsfähigkeit
eines Drucksteuerventils in einem Drucksystem zur Betätigung einer
Kupplung, insbesondere einer Doppelkupplung, auf einfache Weise
aufrecht erhalten werden kann, um so einem Getriebeschaden oder
einer Getriebeverspannung vorzubeugen.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der
Unteransprüche.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zeichnet sich dadurch aus, dass bei einem Betrieb der Kupplung,
in der die Kupplung eine konstante Drehmomentkapazität bereitstellt,
der Druck P, mit welchem ein Kupplungskolben der Kupplung hydraulisch
beaufschlagbar ist, durch Betätigung
des Drucksteuerventils zeitlich veränderlich moduliert wird, wobei
diese zeitlich veränderliche
Modulation keinen Einfluss auf den Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs
hat.
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Vorzugsweise
liegt bei einem nicht schlupfenden Betrieb der Kupplung der Druck
P stets oberhalb eines für
den nicht schlupfenden Betrieb notwendigen Druckes P0.
Bei geöffneter
Kupplung kann der Druck P stets unterhalb eines Anlagedruckesliegen,
bei dem sich die Kupplung in ihrem Greifpunkt befindet. Der Greifpunkt
der Kupplung ist dabei die Stellung der Kupplung, bei der Reibbeläge der Kupplung
in Anlage sind, jedoch die die Reibbeläge zusammen pressende Kraft
gleich Null ist oder sehr klein ist mit der Folge, dass die Kupplung
im Greifpunkt praktisch keine Drehmomentkapazität aufweist.
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Durch
die zeitlich veränderliche
Modulation des Druckes P unterhalb des Anlagedrucks bei geöffneter
Stellung wird zum einen gewährleistet,
dass die zeitlich veränderliche
Modulation keinen Einfluss auf die Drehmomentkapazität hat.
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Zum
anderen werden die Drucksteuerventile durch einen derartig gepulsten
Betrieb gespült
und es werden Verschmutzungen ausgeschwemmt, wodurch die Klemmwahrscheinlichkeit
deutlich verringert wird. Da wenigstens ein bewegliches Teil des Drucksteuerventils
ständig
zu anderen Positionen hin bewegt wird, kann zudem ein Eingraben
des beweglichen Teils des Drucksteuerventils verhindert werden.
Im Folgenden wird verkürzt
der Einfachheit halber die Beweglichkeit, das Klemmen, das Eingraben etc.
des Drucksteuerventils beschrieben. Gemeint ist dabei die Beweglichkeit
etc. des beweglichen Teils des Drucksteuerventils.
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Die
zeitlich veränderliche
Modulation des Druckes P erfolgt vorzugsweise rechteckförmig pulsierend,
sinusförmig
oder dreieckförmig
pulsierend. Insbesondere durch die beiden letztgenannten Modulationsvarianten
wird eine kontinuierliche Bewegung des Drucksteuerventils längs einer
durch die Amplituden der jeweiligen Modulation bestimmten Wegstrecke
hervorgerufen, wodurch ein Klemmen oder Steckenbleiben des Drucksteuerventils
besonders effizient verhindert werden kann.
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Um
das Drucksteuerventil längs
der gesamten ihm zur Verfügung
stehenden Wegstrecke beweglich zu halten, wird die Amplitude der
Modulation vorzugsweise variiert. Insbesondere bei Verwendung einer
rechteckförmigen
Modulation kann das Ventil dadurch nicht nur zwischen zwei, sondern
zwischen beliebig vielen, durch die Amplitude der Modulation bestimmten
Positionen hin und her bewegt werden.
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Bei
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann
mit zumindest einem Sensor die Reaktion des Drucksystems auf die
zeitlich veränderliche
Modulation des Druckes P gemessen werden. Aus dem gemessenen Druckverlauf
können Rückschlüsse auf
die Funktionsfähigkeit
der Drucksteuerventile gezogen werden. Insbesondere kann ein Klemmen
der Drucksteuerventile bereits frühzeitig vor einem Gangwechsel
erkannt werden und es können
entsprechende Gegenmaßnahmen
eingeleitet werden. Dadurch lassen sich unerwünschte Effekte oder Schäden vermeiden.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens können aus
dem gemessenen Druckverlauf Rückschlüsse auf
den Zustand des Öls im
Drucksystem gezogen werden. So können
beispielsweise Verschäumungstendenzen
bereits vor der nächsten
Schaltung erkannt und entsprechend kompensiert werden.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann aus
dem gemessenen Druckverlauf bei bekannten Temperaturen auch die Viskosität des Öls bestimmt
werden, was die Festlegung eines bedarfsgerechten Ölwechsels
ermöglicht. Umgekehrt
ermöglicht
diese Ausgestaltung des Verfahrens eine Temperaturbestimmung aus
Viskositätswerten,
wodurch der Ausfall eines Temperatursensors im Zuge einer Notfahrstrategie
kompensiert werden kann.
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Vorzugsweise
wird das erfindungsgemäße Verfahren
in einem Doppelkupplungsgetriebe angewandt, welches eine erste Kupplung
und eine zweite Kupplung aufweist. Die Kupplung stellt somit wenigstens
eine der Kupplungen des Doppelkupplungsgetriebes dar. Üblicherweise
kann dabei der ersten Kupplung ein erstes Drucksteuerventil und
der zweiten Kupplung ein zweites Drucksteuerventil zugeordnet sein,
sodass sich die beiden Kupplungen unabhängig voneinander öffnen und
schließen
las sen. Das erfindungsgemäße Verfahren
lässt sich
somit für beide
Kupplungen durchführen.
Dies kann gleichzeitig geschehen, wenn beispielsweise die erste
Kupplung schlupffrei betrieben wird und die zweite Kupplung geöffnet ist.
Durch die zeitlich veränderliche
Modulation, die keinen Einfluss auf den Betrieb der Kupplungen hat,
kann beim Gangwechsel die Gefahr vermindert oder dieser Gefahr vorgebeugt
werden, dass aufgrund Klemmens oder Steckenbleibens eines Drucksteuerventils
das Getriebe verspannt wird.
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Bei
Verwendung des Doppelkupplungsgetriebe in einem Kraftfahrzeug kann
beispielsweise bei normaler Fahrt in einem Gang diejenige Kupplung, die
dabei kein Drehmoment übertragen
muss, mit einem Befülldruck
beaufschlagt werden. Der Befülldruck
dient normalerweise dazu, eine geöffnete Kupplung möglichst
schnell in ihren Greifpunkt zu bringen. Der Befülldruck wird dabei nur kurz
oder stoßartig
angelegt, was bei geöffneter
Kupplung zu hohen Volumenströmen
und somit zu einer sehr guten Spülung
führt.
Das Befüllen
und einem sich anschließenden
Entleeren kann durch wiederkehrende Spülungspulse, vorzugsweise im
Bereich der Eigenfrequenz der geöffneten
Kupplung, geschehen.
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Zudem
ist es möglich,
die Kupplung, die bei normaler Fahrt in einem Gang nicht aktiv ist,
auch im geschlossenen Zustand mit dem Befülldruck zu beaufschlagen. Dies
ist mit kleinen Volumenströmen verbunden,
da der Kupplungskolben bei geschlossener Kupplung bzw. im Greifpunkt
praktisch keinen Weg mehr zurücklegen
kann. Dies ermöglicht
eine besonders gute Überwachung
der Qualität
des Öls, da
der gemessene Druckverlauf durch dynamische Effekte nicht beeinflusst
wird. Es versteht sich, dass bei geschlossener, nicht aktiver Kupplung
kein Gang in einem dieser Kupplung zugeordneten Teilgetriebe des
Doppelkupplungsgetriebes eingelegt ist.
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Im
Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren
anhand eines Ausführungsbeispiels
und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen:
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1:
Druckverläufe
in Drucksystemen eines Doppelkupplungsgetriebes nach dem Stand der Technik,
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2:
Druckverläufe
in den Drucksystemen eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
betriebenen Doppelkupplungsgetriebes,
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3a:
Vergrößerung eines
Ausschnitts aus einem in 2 gezeigten Druckverlauf, wobei
das Drucksystem wenig Luft im Öl
aufweist,
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3b:
eine ähnliche
Darstellung wie 3a, wobei das Drucksystem viel
Luft im Öl
aufweist,
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4a:
eine weitere ähnliche
Darstellung wie 3a, wobei das Öl im Drucksystem
eine niedrige Viskosität
aufweist,
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4b:
eine ähnliche
Darstellung wie 4a, wobei das Öl im System
eine hohe Viskosität aufweist.
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1 zeigt
diverse Verläufe
des Druckes P in verschiedenen Drucksystemen eines Doppelkupplungsgetriebes
in Abhängigkeit
von der Zeit t nach dem Stand der Technik. Der mit der Bezugsziffer 1 gekennzeichnete
Druck P0 ist derjenige Druck, welcher für einen
nicht schlupfenden Betrieb einer ersten Kupplung des Doppelkupplungsgetriebes
mindestens erforderlich ist (siehe für eine Zeit vor einem Zeitpunkt
t1). Der nach dem Stand der Technik angesteuerte
Druck 2 der ersten Kupplung liegt um ein Intervall ΔP über dem
Druck P0, wodurch sichergestellt wird, dass
die erste Kupplung auch bei kleineren Druckschwankungen schlupffrei
betrieben wird. Mit dem Bezugszeichen 3 ist der Druck bezeichnet,
mit welchem eine zweite Kupplung des Doppelkupplungsgetriebes angesteuert
wird. Der Druck 3 ist gleich Null bzw. so klein, dass die
zweite Kupplung vor dem Zeitpunkt t1 keine
Drehmomentkapazität
aufweist.
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Im
Zuge eines Gangwechsels wird in dem Doppelkupplungsgetriebe zum
Zeitpunkt t1 zunächst der Druck 2 der
ersten Kupplung (dies entspricht der bislang aktiven Kupplung) allmählich reduziert.
Zum Zeitpunkt t2 setzt im Drucksystem der
zweiten Kupplung (dies entspricht der bislang passiven Kupplung) eine
entsprechende Zunahme des Druckes 3 ein, so dass in dem Überschneidungsintervall Δt = t3 – t2 von den beiden Kupplungen in Summe eine
konstante Drehmomentkapazität
bereitgestellt wird. Zum Zeitpunkt t3 ist
der Druck 2 der ersten Kupplung soweit abgefallen, dass
die erste Kupplung kein Drehmoment mehr übertragen kann. Der Druck 3 der
zweiten Kupplung ist auf den zum schlupffreien Betrieb erforderlichen
Druck angestiegen.
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Klemmt
nun bei einer derartigen Überschneidungsphase
zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 das Drucksteuerventil der bislang aktiven
Kupplung, so bleibt der Druck 2 auch über den Zeitpunkt t1 hinaus aufrechterhalten (siehe 2'). Gleichzeitig
setzt in dem Drucksystem der zweiten Teilkupplung zum Zeitpunkt t2 die Zunahme des Druckes 3 ein,
so dass spätestens,
wenn sich beide Kupplungen im schlupffreien Bereich befinden, das
Getriebe verspannt wird.
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In 2 sind
mit den Bezugsziffern 1 bis 3 die gleichen Drücke gekennzeichnet
wie in 1. Erfindungsgemäß wird der Druck 4 zum
Betrieb der aktiven Kupplung sowie der Druck 5 zum Betrieb
der passiven Kupplung zeitlich variabel moduliert. In der in 2 dargestellten
Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
handelt es sich um eine rechteckförmig pulsierende Modulation
des Druckes 4, 5. Sowohl der Druck 4 als
auch der Druck 5 liegen mit ihren niedrigsten Werten um
ein kleines Intervall ΔP' über den nach dem Stand der
Technik verwendeten Drücken 2 und 3.
Durch die zeitliche Veränderung
der Drücke 4 und 5 wird
eine Hin- und Herbewegung der jeweiligen Drucksteuerventile hervorgerufen,
was die Wahrscheinlichkeit für
ein Einklemmen oder gar Steckenbleiben der Drucksteuerventile in
bestimmten Positionen deutlich vermindert. Bei der pulsierenden Modulation
des Druckes 5 der passiven Kupplung (der geöffneten
Kupplung) wird aufgrund größerer Volumenströme das entsprechende
Drucksteuerventil durch den gepulsten Betrieb mit Öl gespült und es werden
Verschmutzungen ausgeschwemmt. Die pulsierende Modulation des Druckes 4 der
aktiven Kupplung (der geschlossenen) führt nicht zu hohen Volumenströmen, ermöglicht aber
eine exakte Überwachung
der Qualität
des Drucksystems (Ölqualität etc.)
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Mit
Sensoren wird die Reaktion des Druckssystems auf die Modulation
in Form des realen Druckes 6, 7 gemessen. Anhand
der Ergebnisse einer solchen Messung wäh rend des normalen Fahrbetriebs
kann bereits vor einem beabsichtigten Gangwechsel und damit vor
der oben beschriebenen Überschneidungsphase
der Drehmomente eine Fehlfunktion der Drucksteuerventile, insbesondere ein
Klemmen, erkannt werden und es können
frühzeitig
entsprechende Gegenmaßnahmen
eingeleitet werden. Mittels dieser frühzeitigen Erkennung wird die
Schaltqualität
verbessert und es kann der Entstehung eines Verspannungszustandes
des Getriebes auf einfache Weise vorgebeugt werden.
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Die 3a zeigt
einen Ausschnitt aus einem in 2 dargestellten
Druckverlauf in vergrößerter Darstellung,
wobei es sich hierbei um den Druckverlauf in einem Drucksystem handelt,
bei dem das Öl wenig
Luft enthält. 3b ist
eine ähnliche
Darstellung, allerdings für
ein Drucksystem mit viel Luft im Öl. Die in Form des realen Druckes 6 gemessene
Reaktion des Drucksystems unterscheidet sich in den beiden Fällen. Bei
dem wenig Luft im Öl
enthaltenden System (3a) erfolgt der Anstieg des
realen Druckes 6 deutlich steiler und damit schneller als
bei dem viel Luft im Öl
enthaltenden System (3b). Dies wird besonders deutlich
anhand der zusätzlich eingezeichneten
Steigungsgeraden s1 bzw. s2.
Mit Hilfe der über
die Sensoren ermittelten Druckreaktion des Systems kann somit auf
den Zustand des Öls
geschlossen werden und etwaige Verschäumungstendenzen können rechtzeitig
erkannt und kompensiert werden.
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Die 4a, 4b ähneln den 3a, 3b,
wobei es sich hier um die Druckverläufe 4 und die realen
Drücke 6 in
zwei Drucksystemen mit Ölen
unterschiedlicher Viskosität
handelt. In 4a sind der Druckverlauf 4 und
der reale Druck 6 für
ein Drucksystem mit Öl
niedriger Viskosität,
in 4b entsprechend für ein Drucksystem mit Öl hoher
Viskosität,
jeweils bei bekannten Temperaturen, dargestellt.
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Auch
hier liefert die Messung des realen Druckes 6 mit den Sensoren
unterschiedliche Ergebnisse in Abhängigkeit von der Viskosität des Öls. Zwar erfolgt
der durch die Steigungsgerade s3 angedeutete
Anstieg des realen Druckes 6 in beiden Fällen gleich,
im Falle des hochviskosen Öls
geht der reale Druck 6 jedoch deutlich früher in einen
Sättigungsbereich über, so
dass insgesamt nur deutlich geringere Druckwerte erreicht werden
können
als im Falle des weniger viskosen Öls. Bei bekannten Tem peraturen kann
somit aus der Druckreaktion des Drucksystems auf die Viskosität des Öls im Drucksystem
geschlossen werden. Dies ermöglicht
beispielsweise die Festlegung eines bedarfsgerechten Ölwechsels
unabhängig
von vorgegebenen Serviceintervallen.
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Ist
das Verhalten der Viskosität
in Abhängigkeit
von der Temperatur bekannt, so kann umgekehrt, beispielsweise bei
Ausfall eines Temperatursensors, aus der über den realen Druck 6 des
Systems bestimmten Viskosität
auf die Temperatur geschlossen werden.