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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines
Betätigungsmittels gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Durch
eine Schalt- und/oder Anfahrkupplung in Kraftfahrzeugen kann eine
Energie, die von einem Antriebsmotor erzeugt wird auf den Antriebsstrang, der
mit den Antriebsrädern endet, weitergeleitet werden. Der
Energieverlust, der in der Kupplung auftritt, wird in Wärme
umgewandelt. Diese Wärmeenergie führt insbesondere
dazu, dass sich die Bauteile der Kupplung erwärmen und
eventuell hohe Temperaturen erreichen. Solche hohen Temperaturen,
beispielsweise der Anpressplatte oder des Schwungrades, führen
zu einem erhöhten Verschleiß der Kupplung und
somit zu einer reduzierten Lebensdauer der Kupplung.
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Bei
automatisierten Schaltgetrieben erfolgt eine Betätigung
der Schalt- und/oder Anfahrkupplung zwischen Antriebsmotor und Getriebe
sowie das Wählen und Schalten von Getriebegängen über
entsprechende Betätigungsmittel (Aktuatoren) automatisiert.
Diese Betätigungsmittel sind üblicherweise als hydraulisch
oder pneumatisch betätigbare Betätigungsmittel
oder als elektrische Betätigungsmittel ausgebildet.
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Durch
die Wärmeabstrahlung von Antriebsmotor, Schalt- und/oder
Anfahrkupplung und Getriebe, werden im Antriebsstrang angeordnete
Betätigungsmittel entsprechend stark aufgeheizt. Die für eine
Automatisierung bzw. aus Komfortgründen notwendigen Betätigungsmittel
eignen sich in der Regel nicht oder nur bedingt für hohe
Temperaturen. Häufig ergibt sich eine Lebensdauerreduzierung,
wenn die Betätigungsmittel hohen Temperaturen ausgesetzt werden.
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In
der
DE 195 17 491
A1 wird offenbart, wie die Kühlung einer Getriebesteuereinrichtung
für ein Kraftfahrzeug realisierbar ist. Das Kraftfahrzeug weist
ein Getriebe und Steuermittel auf, die mit einem Steuerfluid betätigt
werden. Die Steuerelektronik der Steuereinrichtung wird hier durch
eine gezielte Zuführung des Steuerfluids zwangsgekühlt.
Zur Kühlung der Steuerelektronik wird das Steuerfluid durch eine
Kühlplatte geleitet, auf der die Steuerelektronik mit optimaler
Wärmeleitfähigkeit angeordnet ist.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zur Ansteuerung eines Betätigungsmittels darzustellen,
mit welchem eine Kühlung des Betätigungsmittels
realisiert bzw. verbessert und somit die Lebensdauer des Betätigungsmittels erhöht
wird.
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Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch ein, auch die
kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs aufweisendes, gattungsgemäßes
Verfahren zur Ansteuerung eines Betätigungsmittels gelöst.
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Demnach
geht die Erfindung aus von einem Verfahren zur Ansteuerung eines
Betätigungsmittels, insbesondere eines Betätigungsmittels
in einem Kraftfahrzeugantriebsstrang, wobei ein Betätigungsdruck
für das Betätigungsmittel über eine Druckmittelquelle,
eine in einer ersten Druckmittelleitung angeordnete Einlassventilanordnung
und eine in einer zweiten Druckmittelleitung angeordnete Auslassventilanordnung
gesteuert bzw. geregelt wird. Erfindungsgemäß werden
die Einlassventilanordnung und die Auslassventilanordnung derart
angesteuert bzw. geregelt, dass das Betätigungsmittel eine
Sollposition einnimmt bzw. beibehält, während
das Betätigungsmittel von einem Druckmittelvolumenstrom zur
Kühlung des Betätigungsmittels durchflossen wird.
Die Sollposition des Betätigungsmittels kann beispielsweise
von einem Fahrerwunsch abhängig sein.
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Somit
wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren das
Druckmittel der Druckmittelquelle nicht nur zur Betätigung
des Betätigungsmittels (Leistungsübertragung)
eingesetzt, sondern auch, um das Betätigungsmittel zu kühlen.
Beispielsweise können die Einlassventilanordnung und die
Auslassventilanordnung gleichzeitig so angesteuert werden, dass
die Sollposition des Betätigungsmittels beibehalten wird, aber
das Betätigungsmittel von einem als Kühlstrom wirkenden
Druckmittelvolumenstrom durchflossen wird. Des Weiteren können
die Einlassventilanordnung und die Auslassventilanordnung derart
angesteuert werden, dass sowohl ein Druckmittelvolumenstrom zur
Betätigung des Betätigungsmittels als gleichzeitig
auch ein Druckmittelvolumenstrom zur Kühlung des Betätigungsmittels
entsteht. Hierbei muss die Einlassventilanordnung derart angesteuert werden,
dass mehr Druckmittel in das Betätigungsmittel fließt,
als durch die Auslassventilanordnung wieder abfließen kann.
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Die
Einlass- und Auslassventilanordnung umfassen jeweils zumindest ein
Ventil. Diese Ventile können beispielsweise als Zwei-Stellungsventile
mit steuerbarer Pulsfrequenz ausgebildet sein und mit einer steuerbaren Öffnungs-
bzw. Schließfrequenz betätigt werden. Ebenso ist
es denkbar, dass die Ventile der Einlass- und Auslassventilanordnung
als Proportionalventile ausgebildet sind und der Druckmittelvolumenstrom
zur Betätigung bzw. Kühlung des Betätigungsmittels
durch entsprechende Ansteuerung der Proportionalventile gesteuert
wird.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird der Druckmittelvolumenstrom zur Kühlung
des Betätigungsmittels zumindest teilweise in Abhängigkeit von
einer Temperatur des Betätigungsmittels gesteuert. Überschreitet
die Temperatur einen vorgebbaren Grenzwert, so können die
Einlassventilanordnung und die Auslassventilanordnung derart angesteuert werden,
dass das Betätigungsmittel von einem Druckmittelvolumenstrom
als Kühlstrom durchflossen und somit gekühlt wird.
Die Temperatur des Betätigungsmittels kann beispielsweise
durch einen an bzw. in dem Betätigungsmittel angeordneten
Temperatursensor erfasst werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens umfassen die Einlass- und die Auslassventilanordnung
jeweils ein erstes Ventil mit einem größeren Blendenquerschnitt
und ein zweites Ventil mit einem kleineren Blendenquerschnitt, welche
parallel zueinander angeordnet sind. Oberhalb einer vorgebbaren
Temperaturgrenze werden vorzugsweise beide Ventile der Einlassventilanordnung
und beide Ventile der Auslassventilanordnung angesteuert, um einen
möglichst großen Druckmittelvolumenstrom als Kühlstrom
durch das Betätigungsmittel zu erzeugen, wodurch eine hohe
Wärmeabfuhr am Betätigungsmittel realisiert wird.
Da unterhalb der vorgebbaren Temperaturgrenze eine entsprechend
geringere Wärmeabfuhr notwendig ist, werden unterhalb der
vorgebbaren Temperaturgrenze vorzugsweise nur ein Ventil der Einlassventilanordnung
und das dazu entsprechende Ventil der Auslassventilanordnung angesteuert.
Der als Kühlstrom das Betätigungsmittel durchströmende
Druckmittelvolumenstrom kann somit temperaturabhängig angepasst
bzw. gesteuert werden.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird zumindest ein Teil des Druckmittels durch einen
Abzweig, der in der zweiten Druckmittelleitung vorzugsweise zwischen der
Auslassventilanordnung und einer Druckmittelsenke angeordnet ist,
derart auf das Betätigungsmittel zwangsgeführt,
dass das Betätigungsmittel zusätzlich zur Kühlung
durch den Druckmittelvolumenstrom auch durch das zwangsgeführte
Druckmittel gekühlt wird. Somit kann die auf das Betätigungsmittel
wirkende Kühlwirkung entsprechend erhöht werden.
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In
einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird das Betätigungsmittel über einen
zusätzlichen Kühlstrom gekühlt, wenn die
Kühlwirkung des durch die Einlassventilanordnung und die
Auslassventilanord nung gesteuerten Druckmittelvolumenstroms zur
Kühlung des Betätigungsmittels zu gering ist.
Hierfür kann beispielsweise ein Ventil in einer weiteren
Druckmittelleitung angeordnet sein, wobei die Druckmittelleitung
mit der Druckmittelquelle verbunden ist. Wird das Ventil betätigt,
so wird das Druckmittel von der Druckmittelquelle durch die Druckmittelleitung
und das Ventil auf das zu kühlende Betätigungsmittel
geleitet.
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Als
Druckmittel für das Betätigungsmittel kann insbesondere
ein pneumatisches oder hydraulisches Medium Anwendung finden, beispielsweise Luft
oder Öl bzw. Wasser.
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Wird
als Druckmittel ein pneumatisches Medium verwendet, vorzugsweise
Luft, so kann in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens dieses Druckmittel durch die Auslassventilanordnung und
die zweite Druckmittelleitung in einen als Druckmittelsenke dienenden
Kupplungsglockenraum geleitet werden. Somit wird auch die Luft im Kupplungsglockenraum
mittels des Druckmittelvolumenstroms zur Betätigung bzw.
Kühlung des Betätigungsmittels gekühlt,
wodurch die äußere Wärmeeinwirkung auf
das Betätigungsmittel reduziert wird.
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Das
durch das erfindungsgemäße Verfahren angesteuerte
Betätigungsmittel kann beispielsweise als Betätigungsmittel
zum Wählen und/oder Schalten von Getriebegängen
eines automatisierten Schaltgetriebes oder zum Betätigen
einer Schalt- und/oder Anfahrkupplung zwischen Antriebsmotor und
Getriebe ausgebildet sein. Die Schalt- bzw. Anfahrkupplung kann
beispielsweise durch einen Zentralausrücker oder einen
Hebelausrücker bzw. eine Ausrückschwinge betätigt
werden.
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Üblicherweise
ist ein Zentralausrücker zur Betätigung einer
Schalt- und/oder Anfahrkupplung als konzentrisch zu einer Getriebeeingangswelle
angeordnete Kolben-Zylinder-Einheit ausgebildet. Im Antriebsstrang
eines Kraft fahrzeugs ist der Zentralausrücker besonders
vielen Wärmequellen ausgesetzt. Durch die Wärmeabstrahlung
vom Antriebsmotor, der Schalt- bzw. Anfahrkupplung und dem Getriebe
wird der Zentralausrücker stark aufgeheizt. Die Einlassventilanordnung
und die Auslassventilanordnung für den Zentralausrücker
zur Kupplungsbetätigung können beispielsweise
in einer Getriebesteuereinheit angeordnet sein. Der Zentralausrücker
kann durch das erfindungsgemäße Verfahren durch
gezielte Ansteuerung der Einlassventilanordnung und der Auslassventilanordnung
mit dem Druckmittel zur Kupplungsbetätigung gekühlt
werden, beispielsweise ohne dass die Position der Kupplung geändert
wird.
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Im
Folgenden wird das Grundprinzip der Erfindung, welche mehrere Ausführungsformen
zulässt, an Hand einer Zeichnung beispielhaft näher
erläutert.
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Die
einzige Figur dieser Zeichnung zeigt schematisch eine Vorrichtung 28 zur
Ansteuerung eines Betätigungsmittels 8, umfassend
eine Druckmittelquelle 10, eine in einer ersten Druckmittelleitung 24 angeordnete
Einlassventilanordnung 14 und eine in einer zweiten Druckmittelleitung 26 angeordnete Auslassventilanordnung 20.
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Das
Betätigungsmittel 8 dient hier zum Betätigen
einer Membranfederkupplung 2 und wirkt über einen
Hebelausrücker auf eine Membranfeder 4 der Membranfederkupplung 2.
Das druckmittelbeaufschlagbare Betätigungsmittel 8 wird
durch Ansteuerung der Einlassventilanordnung 14 und der
Auslassventilanordnung 20 betätigt, um einen Stellweg
auszugeben. Das Betätigungsmittel 8 ist hier als
eine Kolben-Zylinder-Einheit ausgebildet, wobei der Kolben in dem
Zylinder der Kolben-Zylinder-Einheit axial verschiebbar angeordnet
ist und einen mit einem Medium gefüllten Druckraum 38 begrenzt.
Der Stellweg des Betätigungsmittels 8 wird hier über
ein an sich bekanntes Wegmesssystem 6 in Form eines Wegsensors
im Bereich einer Kolbenstange der Kolben-Zylinder- Einheit erfasst,
wodurch auf die Position der Kupplung 2 geschlossen werden
kann.
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In
Folge einer Beaufschlagung mit einem Betätigungsdruck durch
entsprechende Ansteuerung der Einlassventilanordnung 14 wird
der Kolben axial in der Zeichenblattebene nach links verschoben
und das Betätigungsmittel 8 gibt einen Stellweg
aus, wodurch die Kupplung 2 hier in Richtung „Öffnen” betätigt
wird. Hierbei wird die Auslassventilanordnung 20 nicht
betätigt. Hat die Kupplung 2 die gewünschte Sollposition
erreicht, dann wird die Einlassventilanordnung 14 nicht
mehr angesteuert und die Kupplung 2 in einer zumindest
teilweise geöffneten Position gehalten. Ein Schließen
der Kupplung 2 wird erreicht, indem die Auslassventilanordnung 20 entsprechend angesteuert
wird. Der Kolben der Kolben-Zylinder-Einheit wird bei betätigter
Auslassventilanordnung 20 aufgrund der Membranfederkraft
in der Zeichenblattebene nach rechts bewegt und das Druckmittel
aus dem Druckraum 38 der Kolben-Zylinder-Einheit über
die Auslassventilanordnung 20 in eine Druckmittelsenke 36 geleitet,
wenn ein hydraulisches Druckmittel verwendet wird bzw. an die Umgebung
abgegeben, wenn als pneumatisches Druckmittel Luft verwendet wird.
Hierbei ist die Einlassventilanordnung 14 nicht betätigt.
Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, dass zur
Kühlung des Betätigungsmittels 8 die
Einlassventilanordnung 14 und die Auslassventilanordnung 20 gleichzeitig
derart angesteuert werden, dass das Betätigungsmittel 8 von
einem als Kühlstrom wirkenden Druckmittelvolumenstrom durchflossen
wird.
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Die
Einlassventilanordnung 14 und die Auslassventilanordnung 20 weisen
hier jeweils zwei parallel angeordnete Ventile 12, 16 bzw. 18, 22 auf,
welche als Zwei-Stellungsventile ausgebildet und mit einer steuerbaren
Pulsfrequenz ansteuerbar sind. Der Druckmittelvolumenstrom durch
die Ventile 12, 16, 18, 22 wird
demnach nicht über eine Veränderung des Ventil-Durchlassquerschnittes
sondern über die Anzahl der Öffnungs-/Schließzyklen
pro Zeiteinheit gesteuert. Derartige Ventile weisen bei einem konstruktiv
einfachen Aufbau und steuerungstechnisch einfacher Handhabung eine
hohe Funktionssicherheit und Funktionsgenauigkeit auf. Das Ventil 12 der Einlassventilanordnung 14 hat
hier einen kleineren Blendenquerschnitt und das Ventil 16 der
Einlassventilanordnung 14 weist einen größeren
Blendenquerschnitt auf. In ähnlicher Weise weist das Ventil 22 der
Auslassventilanordnung 20 einen kleineren Blendenquerschnitt
und das Ventil 18 der Auslassventilanordnung 20 einen
größeren Blendenquerschnitt auf.
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Der
Druckmittelvolumenstrom zur Kühlung des Betätigungsmittels 8 kann
zumindest teilweise in Abhängigkeit der Temperatur des
Betätigungsmittels 8 gesteuert werden. Die Temperatur
des Betätigungsmittels 8 wird hier über
einen am Betätigungsmittel 8 angeordneten Sensor 30 gemessen.
Der Druckmittelvolumenstrom zur Kühlung des Betätigungsmittels 8 kann
dabei so gesteuert werden, dass mit der Temperatur der Druckmittelvolumenstrom
zur Kühlung des Betätigungsmittels 8 ansteigt,
beispielsweise indem die Druckmittelgeschwindigkeit geändert
wird. Die Steuerung des Druckmittelvolumenstroms zur Kühlung
des Betätigungsmittels 8 in Abhängigkeit
der Temperatur des Betätigungsmittels 8 ermöglicht
es, bei einer hohen Temperatur mehr Druckmittel pro Zeit durch das
Betätigungsmittel 8 zu führen, um eine
größere Wärmeabgabe durch das Betätigungsmittel 8 zu
erzielen. Entsprechend kann bei einer niedrigen Temperatur des Betätigungsmittels 8 weniger
Druckmittel pro Zeit durch das Betätigungsmittel 8 geführt
werden, so dass die Ventile 12, 16, 18, 22 nur
in einem geringeren Umfang betätigt werden müssen.
Dies kann sowohl Energie sparen als auch die Lebensdauer der Ventile 12, 16, 18, 22 verlängern.
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Die
von dem Temperatursensor 30 erfassten Messwerte werden
vorliegend in einem Mikroprozessor 32 weiterverarbeitet.
Der Mikroprozessor 32 kann beispielsweise Bestandteil eines
Kraftfahrzeugsteuergeräts 34 sein, beispielsweise
einer Kupplungs- oder Getriebesteuereinheit. Das Kraftfahrzeugsteuergerät 34 ist
hierbei über Sensorleitungen mit den erforderlichen Sen soren
(Wegsensor, Temperatursensor usw.) und über entsprechende
Steuerleitungen mit den Ventilen 12, 16, 18, 22 der
Einlassventilanordnung 14 und der Auslassventilanordnung 20 verbunden.
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Auf
die Temperatur des Betätigungsmittels 8 kann in
einer weiteren Ausgestaltung auch geschlossen werden, wenn die Temperaturen
des Antriebsmotors, der Schalt- und/oder Anfahrkupplung und/oder
des Getriebes über im Antriebsstrang schon vorhandene Sensoren
bekannt sind. Somit kann in Abhängigkeit der Temperatur
des Antriebsmotors, der Schalt- und/oder Anfahrkupplung und/oder
des Getriebes auf die Temperatur des Betätigungsmittels 8 geschlossen
bzw. die Temperatur des Betätigungsmittels 8 geschätzt
werden, wodurch am Betätigungsmittel 8 selbst
kein zusätzlicher Temperatursensor 30 notwendig
ist.
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Auf
die Temperatur des Betätigungsmittels 8 kann in
einer weiteren Ausgestaltung auch geschlossen werden, wenn die Temperatur
des Wegsensors zur Erfassung des Stellwegs des Betätigungsmittels 8 bekannt
ist. Umfasst der Wegsensor eine Spule, so kann die Temperatur des
Wegsensors durch Messen des Spulenwiderstandes ermittelt werden,
da der Spulenwiderstand von der Temperatur abhängig ist. Höhere
Spulentemperaturen erhöhen den Widerstandswert der Spule
des Wegsensors. Die erfassten Messwerte des Spulenwiderstandes werden
beispielsweise in dem Mikroprozessor 32 weiterverarbeitet.
Unter Berücksichtigung des Spulenwiderstandes bei einer
Bezugstemperatur, beispielsweise bei 20 Grad Celsius, kann über
den gemessenen Spulenwiderstand auf die am Wegsensor aktuell vorherrschende
Temperatur geschlossen werden. Somit kann in Abhängigkeit
der Temperatur des Wegsensors auf die Temperatur des Betätigungsmittels 8 geschlossen
bzw. die Temperatur des Betätigungsmittels 8 geschätzt
werden, wodurch am Betätigungsmittel 8 selbst
kein zusätzlicher Temperatursensor 30 notwendig
ist.
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In
einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
wird das Druckmittel auf einen Druck von beispielsweise 10 bar komprimiert,
beispielsweise durch einen hier nicht dargestellten Kompressor, wobei
sich das Druckmittel entsprechend erwärmt. Das komprimierte
Druckmittel wird über eine hier nicht dargestellte Zuleitung
der Druckmittelquelle 10 zugeführt, wobei das
komprimierte Druckmittel abgekühlt wird, beispielsweise
auf Umgebungstemperatur. Bei der Ansteuerung des Betätigungsmittels 8 findet
im Druckraum 38 des Betätigungsmittels 8 eine Dekompression
des Druckmittels statt, da zur Betätigung bzw. zur Kühlung
des Betätigungsmittels 8 im Druckraum 38 des
Betätigungsmittels 8 nur ein geringerer Druck
benötigt wird, beispielsweise nahezu 0 bis 5 bar. Das dekomprimierte
Druckmittel im Druckraum 38 des Betätigungsmittels 8 eignet
sich zur Aufnahme einer größeren Wärmemenge,
wodurch die Wärmeabfuhr von dem Betätigungsmittel 8 durch
das Druckmittel erhöht bzw. verbessert wird.
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- 2
- Membranfederkupplung
- 4
- Membranfeder
- 6
- Wegmesssystem
- 8
- Betätigungsmittel,
Kolben-Zylinder-Einheit
- 10
- Druckmittelquelle
- 12
- Zwei-Stellungsventil
- 14
- Einlassventilanordung
- 16
- Zwei-Stellungsventil
- 18
- Zwei-Stellungsventil
- 20
- Auslassventilanordung
- 22
- Zwei-Stellungsventil
- 24
- Druckmittelleitung
- 26
- Druckmittelleitung
- 28
- Vorrichtung
zur Ansteuerung des Betätigungsmittels
- 30
- Temperatursensor
- 32
- Mikroprozessor
- 34
- Steuergerät
- 36
- Druckmittelsenke
- 38
- Druckraum
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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