DE102008055902A1

DE102008055902A1 - Verfahren zur Erkennung eines Ölverlustes in einem Getriebe mit einer Vorgelegewelle

Info

Publication number: DE102008055902A1
Application number: DE200810055902
Authority: DE
Inventors: Guido Dipl.-Ing. Flohr; Michael Dr.-Ing. Kokes; Hartmut Dipl.-Ing. Raiser; Arno von Dipl.-Ing. Querfurth (FH)
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2008-11-05
Filing date: 2008-11-05
Publication date: 2009-09-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung eines Ölverlustes in einem Getriebe mit einer Vorgelegewelle. Dabei wird ein Verlauf (n1(t), n2(t), n3(t), n4(t)) einer Vorgelegewellendrehzahl (n) durch mehrere aufeinander folgende Messungen der Vorgelegewellendrehzahl (n) erfasst und ein Ölverlust durch Auswertung des Verlaufes (n1(t), n2(t), n3(t), n4(t)) der Vorgelegewellendrehzahl (n) erkannt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung eines Ölverlustes in einem Getriebe mit einer Vorgelegewelle.
Getriebe, insbesondere Schaltgetriebe für Fahrzeuge, weisen häufig eine Vorgelegewelle auf, die von einer Antriebswelle antreibbar ist und auf der Zahnräder für verschiedene Übersetzungsstufen des Getriebes angeordnet sind.
Derartige Getriebe werden in der Regel mit Öl geschmiert. Schleichende oder akute Ölverluste können bei fortgeführtem Betrieb des Getriebes zur Schädigung des Getriebes bis hin zum Ausfall des Getriebes führen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Erkennung eines Ölverlustes in einem Getriebe für ein Kraftfahrzeug anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erkennung eines Ölverlustes in einem Getriebe für ein Kraftfahrzeug mit einer Vorgelegewelle wird ein Verlauf einer Vorgelegewellendrehzahl durch mehrere aufeinander folgende Messungen der Vorgelegewellendrehzahl erfasst und ein Ölverlust durch Auswertung des Verlaufes der Vorgelegewellendrehzahl erkannt.
Dadurch wird ein Ölverlust vorteilhaft allein aus dem Verlauf der Vorgelegewellendrehzahl ermittelt. Insbesondere wird dazu kein weiterer Sensor, wie beispielsweise ein Ölstandssensor, zur Ermittelung eines Ölstandes in dem Getriebe benötigt.
In einer ersten bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird der Verlauf der Vorgelegewellendrehzahl während eines freien Auslaufens der Vorgelegewelle erfasst.
Dabei wird ausgenutzt, dass die frei auslaufende Vorgelegewelle durch Reibungsverluste der sich drehenden Wellen und Zahnräder kontinuierlich abgebremst wird. Das dadurch entstehende Verzögerungsmoment auf die rotierenden Drehmassen bildet sich direkt proportional auf die zeitliche Änderung der Vorgelegewellendrehzahl ab. Somit wirken sich die Reibungseffekte auf den Verlauf der Vorgelegewellendrehzahl bei dem freien Auslaufen der Vorgelegewelle aus. Da diese Reibungseffekte wesentlich von dem Ölstand in dem Getriebe abhängen, erlaubt eine Auswertung des Verlaufes der Vorgelegewellendrehzahl insbesondere das Erkennen eines Ölverlustes in dem Getriebe.
Der Verlauf der Vorgelegewellendrehzahl während des freien Auslaufens der Vorgelegewelle wird bevorzugt anhand einer ersten Drehzahländerungsgröße ausgewertet, deren jeweils momentaner Wert durch Division des momentanen Wertes der Vorgelegewellendrehzahl durch den Betrag des momentanen Wertes der ersten Zeitableitung der Vorgelegewellendrehzahl gebildet wird.
Dies ist vorteilhaft, da der Verlauf der ersten Drehzahländerungsgröße charakteristisch und empfindlich von verschiedenen Reibungsanteilen abhängt, die von dem Ölstand beeinflusst werden. Daraus resultiert, dass sich aus diesem Verlauf besonders gut auf einen Ölverlust in dem Getriebe schließen lässt.
Die dabei wesentlichen Reibungsanteile sind eine trockene Gleitreibung, eine viskose Reibung und eine hydrodynamische Reibung.
Die trockene Gleitreibung bezeichnet eine Gleitreibung zwischen verschiedenen aneinander reibenden Getriebekomponenten, wenn sich zwischen ihnen kein Schmiermittel befindet. Die zugehörigen Gleitreibungskräfte wirken parallel zu den Oberflächen der jeweiligen Getriebekomponenten und sind im Wesentlichen unabhängig von der Gleitgeschwindigkeit.
Die viskose Reibung entsteht zwischen Getriebekomponenten, zwischen denen sich Öl befindet. Sie wird durch von der Viskosität des Öls hervorgerufene Scherkräfte in dem Öl verursacht, die durch Bewegungen der Getriebekomponenten relativ zueinander entstehen und durch Adhäsion auf die Getriebekomponenten übertragen werden. Die viskosen Reibungskräfte wirken parallel zu den Oberflächen der betroffenen Getriebekomponenten und steigen näherungsweise proportional zur Relativgeschwindigkeit der Getriebekomponenten an.
Die hydrodynamischen Reibungskräfte wirken senkrecht zu den Oberflächen einer von dem Öl umströmten Getriebekomponente und entstehen durch eine Änderung der Strömungsgeschwindigkeit des Öls relativ zu den Oberflächen. Diese Kräfte steigen näherungsweise quadratisch mit der Strömungsgeschwindigkeit an.
Anhand des Verlaufes der ersten Drehzahländerungsgröße wird auf einen Ölverlust geschlossen, wenn die erste Drehzahländerungsgröße zumindest zeitweise außerhalb eines vorgebbaren ersten Toleranzbereiches verläuft und/oder wenn die erste Zeitableitung der ersten Drehzahländerungsgröße zumindest zeitweise außerhalb eines vorgebbaren zweiten Toleranzbereiches verläuft.
Durch die beiden Toleranzbereiche werden Verlaufsbereiche für die erste Drehzahländerungsgröße und ihre ersten Zeitableitung vorgegeben, die einen normalen Ölstand im Getriebe kennzeichnen. Dadurch kann vorteilhaft auf einen Ölverlust geschlossen werden, wenn die erste Drehzahländerungsgröße und/oder ihre erste Zeitableitung nicht innerhalb des jeweiligen Toleranzbereiches verläuft.
Dabei werden der erste Toleranzbereich und/oder der zweite Toleranzbereich bevorzugt in Abhängigkeit von einer Temperatur des Öls in dem Getriebe vorgegeben.
Dadurch wird vorteilhaft berücksichtigt, dass sich die Temperatur des Öls stark auf die Reibung und die Werte der ersten Drehzahländerungsgröße auswirkt. Diese Temperaturabhängigkeit wird durch eine entsprechende temperaturabhängige Vorgabe der Toleranzbereiche kompensiert. Dabei wirkt sich die Temperatur auf den Verlauf der ersten Drehzahländerungsgröße wesentlich stärker als auf den Verlauf der ersten Zeitableitung der ersten Drehzahländerungsgröße aus. Deshalb ist es besonders vorteilhaft, zusätzlich oder alternativ zu dem Verlauf der ersten Drehzahländerungsgröße den Verlauf deren erster Zeitableitung auszuwerten.
Im Detail wird vorzugsweise auf einen beginnenden Ölverlust geschlossen, wenn die erste Drehzahländerungsgröße zumindest zeitweise oberhalb des ersten Toleranzbereiches verläuft und die erste Zeitableitung der ersten Drehzahländerungsgröße zumindest zeitweise negative Werte unterhalb des zweiten Toleranzbereiches annimmt.
Dadurch wird vorteilhaft ausgenutzt, dass bei einem beginnenden Ölverlust die Werte der ersten Drehzahländerungsgröße während des freien Auslaufens der Vorgelegewelle gegenüber den Werten bei einem normalen Ölstand, zumindest im Bereich hoher und mittlerer Vorgelegewellendrehzahlen, anwachsen. Der Grund für dieses Anwachsen ist eine aus dem Ölverlust resultierende Abnahme der hydrodynamischen und viskosen Reibungsanteile, die den Verlauf der ersten Drehzahländerungsgröße besonders stark im Bereich hoher und mittlerer Vorgelegewellendrehzahlen beeinflussen. Dadurch verläuft die erste Drehzahländerungsgröße zumindest zu Beginn des freien Auslaufens der Vorgelegewelle oberhalb eines Verlaufes, der sich bei normalem Ölstand ergibt und durch den ersten Toleranzbereich vorgegeben wird.
Ferner wird vorteilhaft ausgenutzt, dass im Bereich kleiner Vorgelegewellendrehzahlen, und somit in einer Endphase des freien Auslaufens der Vorgelegewelle, der Verlauf der ersten Drehzahländerungsgröße im Wesentlichen durch die trockene Gleitreibung beeinflusst wird, die eine zeitliche Abnahme der ersten Drehzahländerungsgröße bewirkt. Bei Ölverlusten nimmt der Einfluss der trockenen Gleitreibung zu, so dass sich die zeitliche Abnahme der ersten Drehzahländerungsgröße in dem Bereich kleiner Vorgelegewellendrehzahlen erhöht. Dadurch nimmt die erste Zeitableitung der ersten Drehzahländerungsgröße in diesem Bereich negative Werte an und verläuft dabei unterhalb eines Verlaufes, der sich bei normalem Ölstand ergibt und durch den zweiten Toleranzbereich vorgegeben wird.
Durch die Kombination beider Kriterien, nämlich eines zumindest zeitweisen Überschreitens des ersten Toleranzbereiches der ersten Drehzahländerungsgröße und eines zumindest zeitweisen Unterschreitens des zweiten Toleranzbereiches der Zeitableitung der ersten Drehzahländerungsgröße, kann ein beginnender Ölverlust zuverlässig erkannt werden, so dass dem Ölverlust rechtzeitig entgegen gewirkt und eine Beschädigung des Getriebes verhindert werden kann.
Auf einen fortgeschrittenen Ölverlust wird vorzugsweise geschlossen, wenn die erste Drehzahländerungsgröße zumindest zeitweise unterhalb des ersten Toleranzbereiches verläuft.
Dadurch wird vorteilhaft ausgenutzt, dass mit fortschreitendem Ölverlust in dem Getriebe die trockene Gleitreibung im Verhältnis zu der hydrodynamischen und der viskosen Reibung zunehmend an Einfluss gewinnt, was schließlich dazu führt, dass die Drehzahländerungsgröße während des freien Auslaufens der Vorgelegewelle zumindest zeitweise unterhalb eines Niveaus verläuft, das sich bei normalem Ölstand ergibt und durch den ersten Toleranzbereich vorgegeben wird.
In einer bevorzugten zweiten Ausgestaltung des Verfahrens wird der Verlauf der Vorgelegewellendrehzahl während eines Abbremsens der Vorgelegewelle erfasst. Dabei ist die zweite Ausgestaltung zusätzlich oder alternativ zur ersten Ausgestaltung des Verfahrens vorgesehen.
Bei der zweiten Ausgestaltung wird vorteilhaft ausgenutzt, dass sich die Ölschmierung der Vorgelegewelle auf deren Abbremsverhalten auswirkt. Durch einen Ölverlust verringert sich die Schmierwirkung, was zu Änderungen beim bremsenden Drehmomentenaufbau, sowohl hinsichtlich dessen zeitlichen Verlaufes als auch hinsichtlich des erreichten quasi-stationären Drehmomentenendwertes, führt. Diese Änderungen wirken sich auf den Verlauf der Vorgelegewellendrehzahl während des Abbremsens der Vorgelegewelle aus, so dass sich durch Auswertung dieses Verlaufes ein Ölverlust erkennen lässt.
Besonders bevorzugt wird der Verlauf der Vorgelegewellendrehzahl dabei bei einem Hochschalten in einen höheren Gang erfasst.
Dabei wird vorteilhaft ausgenutzt, dass die Vorgelegewelle beim Hochschalten in einen höheren Gang abgebremst wird, um die Vorgelegewellendrehzahl der Drehzahl einer Antriebswelle anzugleichen. Dadurch ist das Hochschalten ein besonders bevorzugter Betriebszustand des Getriebes, um den Verlauf der Vorgelegewellendrehzahl beim Abbremsen der Vorgelegewelle zum Zwecke eines Erkennens eines Ölverlustes in dem Getriebe auszuwerten.
Mit der zweiten Ausgestaltung des Verfahrens kann der Ölverlust nicht nur während eines freien Auslaufens der Vorgelegewelle erkannt werden, sondern auch beim Abbremsen der Vorgelegewelle, insbesondere bei einem Hochschalten in einen höheren Gang.
Dies hat den Vorteil, dass dadurch viel häufiger und damit zuverlässiger überprüft werden kann, ob ein Ölverlust vorliegt, als durch die Auswertung des Verlaufes der Vorgelegewellendrehzahl während eines freien Auslaufens der Vorgelegewelle. Ein freies Auslaufen der Vorgelegewelle tritt nämlich im Betrieb des Getriebes, im Falle eines Fahrzeuggetriebes beispielsweise im Stand im Leerlauf, in der Regel viel seltener auf als ein Abbremsen der Vorgelegewelle, das insbesondere bei einem Hochschalten in einen höheren Gang und damit relativ häufig vorkommt.
Der Verlauf der Vorgelegewellendrehzahl wird dabei bevorzugt anhand einer zweiten Drehzahländerungsgröße ausgewertet, die ein Maß für einen mittleren Wert der zweiten Zeitableitung der Vorgelegewellendrehzahl während einer Bremsdauer ist. Dabei wird als Bremsdauer eine Zeitspanne von dem Beginn des Abbremsens der Vorgelegewelle bis zum Erreichen eines Minimums der ersten Zeitableitung der Vorgelegewellendrehzahl bestimmt.
Dabei wird vorteilhaft ausgenutzt, dass der Ölstand in dem Getriebe das Abbremsverhalten der Vorgelegewelle in zweifacher Hinsicht beeinflusst. Einerseits beeinflusst er die Dauer des Abbremsvorgangs, andererseits die zeitliche Änderungsrate der Vorgelegewellendrehzahl während des Abbremsvorgangs. Diese beiden Größen gehen in die zweite Drehzahländerungsgröße ein, da ein mittlerer Wert der zweiten Zeitableitung der Vorgelegewellendrehzahl während der Bremsdauer ein Maß für den Quotienten einer zeitliche Änderungsrate am Ende der Bremsdauer durch die Bremsdauer ist, wobei die Bremsdauer ein Maß für die Dauer des Abbremsvorgangs ist. Die zweite Drehzahländerungsgröße eignet sich deshalb besonders gut zur Auswertung des Verlaufes der Vorgelegewellendrehzahl zum Zwecke einer Erkennung eines Ölverlustes in dem Getriebe während eines Abbremsens der Vorgelegewelle.
Im Detail wird die zweite Drehzahländerungsgröße bevorzugt durch Division des Betrages des Minimums der ersten Zeitableitung der Vorgelegewellendrehzahl durch die Bremsdauer gebildet.
Diese erste Bildung der zweiten Drehzahländerungsgröße hat den Vorteil, dass sie relativ einfach ausgeführt werden kann, da im Wesentlichen nur der Wert und der Zeitpunkt des Minimums der ersten Zeitableitung der Vorgelegewellendrehzahl während des Abbremsens der Vorgelegewelle ermittelt werden müssen.
Alternativ wird die zweite Drehzahländerungsgröße durch Division des Quadrates des Minimums der ersten Zeitableitung der Vorgelegewellendrehzahl durch eine Drehzahlminderungsgröße gebildet, wobei die Drehzahlminderungsgröße durch ein Zeitintegral der Differenz von der ersten Zeitableitung der Vorgelegewellendrehzahl und deren Minimum über ein durch die Bremsdauer gegebenes Integrationsintervall gebildet wird.
Diese zweite Bildung der zweiten Drehzahländerungsgröße ist zwar aufwändiger als die vorher beschriebene erste Bildung, hat gegenüber dieser jedoch den Vorteil, dass sie nicht nur den Wert und den Zeitpunkt des Minimums der ersten Zeitableitung der Vorgelegewellendrehzahl während des Abbremsens der Vorgelegewelle, sondern auch den Verlauf der ersten Zeitableitung der Vorgelegewellendrehzahl bis zum Erreichen des Minimums berücksichtigt. Sie ist deshalb in Anwendungen des Verfahrens zu bevorzugen, bei denen die Berücksichtigung dieses Verlaufes der ersten Zeitableitung der Vorgelegewellendrehzahl während eines Abbremsens der Vorgelegewelle vorteilhaft und der dazu notwendige zusätzliche Aufwand vertretbar ist.
Vorzugsweise wird in der zweiten Ausgestaltung des Verfahrens auf einen Ölverlust geschlossen, wenn der Wert der für eine Bremsdauer ermittelten zweiten Drehzahländerungsgröße im Vergleich zu vorher für gleiche oder annähernd gleiche Bremsdauern ermittelten Werten der zweiten Drehzahländerungsgröße signifikant zunimmt.
Dadurch wird vorteilhaft ausgenutzt, dass der Wert der zweiten Drehzahländerungsgröße bei einem Ölverlust zunimmt. Diese Zunahme resultiert daraus, dass bei einem Ölverlust die Bremsdauer eines Abbremsvorgangs der Vorgelegewelle aufgrund der verringerten Schmierwirkung des Öls abnimmt und die zeitliche Änderungsrate der Vorgelegewellendrehzahl während des Abbremsvorgangs zunimmt. Da die zweite Drehzahländerungsgröße ein Maß für den Quotienten der Änderungsrate der Vorgelegewellendrehzahl während des Abbremsvorgangs durch die Bremsdauer ist, nimmt sie bei einem Ölverlust zu. Durch eine wiederholte Bestimmung der zweiten Drehzahländerungsgröße bei verschiedenen Abbremsungen der Vorgelegewelle und einen Vergleich der dabei für gleiche oder annähernd gleiche Bremsdauern ermittelten Werte kann daher auf einen Ölverlust geschlossen werden, wenn im Laufe der Zeit die ermittelten Werte der zweiten Drehzahländerungsgröße signifikant ansteigen.
Mit einem Parameterschätzverfahren können die drei Reibanteile modelliert werden und mittels Plausibilisierung an die Ableitungen der Drehzahl angeglichen werden. Aus der Veränderung der auf diese Weise bestimmten drei Reibanteile lässt sich auf einen Ölverlust schließen, wenn bei den Reibwerten der hydrodynamische und der viskose Anteil abgenommen hat, während der trockene Anteil zugenommen hat.
Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Zeichnungen beschrieben. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen in:
1 Verläufe einer Vorgelegewellendrehzahl während eines freien Auslaufens der Vorgelegewelle bei verschiedenen Ölständen in einem Getriebe,
2 Verläufe einer ersten Drehzahländerungsgröße während eines freien Auslaufens der Vorgelegewelle bei verschiedenen Ölständen in einem Getriebe,
3 Verläufe der ersten Zeitableitung einer ersten Drehzahländerungsgröße während eines freien Auslaufens der Vorgelegewelle bei verschiedenen Ölständen in einem Getriebe,
4 einen Verlauf einer Vorgelegewellendrehzahl während eines Abbremsens einer Vorgelegewelle, und
5 einen Verlauf der ersten Zeitableitung einer Vorgelegewellendrehzahl während eines Abbremsens einer Vorgelegewelle.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt drei Verläufe n₁(t), n₂(t), n₃(t) einer Vorgelegewellendrehzahl n in Abhängigkeit von einer Zeit t während eines freien Auslaufens der Vorgelegewelle eines Getriebes bei verschiedenen Ölständen in dem Getriebe.
Ein erster Verlauf n₁(t) zeigt einen Verlauf der Vorgelegewellendrehzahl n bei einem normalen Ölstand in dem Getriebe. Aufgrund von Reibungsverlusten der sich drehenden Wellen und Zahnräder wird die frei auslaufende Vorgelegewelle kontinuierlich abgebremst und die Vorgelegewellendrehzahl n nimmt ab.
Ein zweiter Verlauf n₂(t) zeigt einen Verlauf der Vorgelegewellendrehzahl n bei einem beginnenden Ölverlust in dem Getriebe, durch den der Ölstand in dem Getriebe gegenüber dem normalen Ölstand in dem Getriebe leicht abgesunken ist.
Bei einem beginnendem Ölverlust verringert sich die Reibung etwas gegenüber der Reibung bei normalem Ölstand, da die hydrodynamische und die viskose Reibung infolge des Ölverlustes abnehmen, während der relative Beitrag der trockenen Reibung zur Gesamtreibung nicht wesentlich zunimmt. Deshalb liegt der zweite Verlauf n₂(t) der Vorgelegewellendrehzahl n oberhalb des ersten Verlaufes n₁(t).
Mit fortschreitendem Ölverlust nimmt der relative Beitrag der trockenen Reibung zur Gesamtreibung zu und erhöht dadurch schließlich die Gesamtreibung gegenüber der Gesamtreibung bei einem normalen Ölstand.
Ein dritter Verlauf n₃(t) zeigt einen Verlauf der Vorgelegewellendrehzahl n bei einem fortgeschrittenen Ölverlust in dem Getriebe. Durch den abgesunkenen Ölstand in dem Getriebe hat sich die Reibung derart erhöht, dass dieser dritte Verlauf n₃(t) der Vorgelegewellendrehzahl n unterhalb des ersten Verlaufes n₁(t) liegt.
1 veranschaulicht auch die Ermittelung einer ersten Drehzahländerungsgröße τ, die bevorzugt zur Auswertung eines Verlaufes n₁(t), n₂(t), n₃(t) der Vorgelegewellendrehzahl n hinsichtlich eines Ölverlustes in dem Getriebe bei einem freien Auslaufen der Vorgelegewelle herangezogen wird. Beispielhaft wird die Ermittelung des Wertes τ₁(t₁) der ersten Drehzahländerungsgröße τ zu einem Zeitpunkt t₁ aus dem ersten Verlauf n₁(t) der Vorgelegewellendrehzahl n gezeigt. Bei dem Zeitpunkt t₁ wird eine Tangente g(t₁) an den Verlauf n₁(t) gelegt. Der zugehörige Wert τ₁(t₁) der ersten Drehzahländerungsgröße τ ist der Zeitabstand des Schnittpunktes dieser Tangente g(t₁) mit der Zeitachse von dem Zeitpunkt t₁.
Die Steigung der Tangente g(t₁) ist einerseits durch die erste Zeitableitung n'₁(t₁) des ersten Verlaufes n₁(t) bei dem Zeitpunkt t₁ gegeben und lässt sich andererseits aus einem Steigungsdreieck ermitteln, dessen Grundseite der Wert τ₁(t₁) der ersten Drehzahländerungsgröße τ ist. Daraus ergibt sich der Wert τ₁(t₁) der zum ersten Verlauf n₁(t) gehörigen ersten Drehzahländerungsgröße τ zum Zeitpunkt t₁ als Quotient des Wertes n₁(t₁) des ersten Verlaufes n₁(t) durch den Betrag der ersten Zeitableitung n'₁(t₁) des ersten Verlaufes n₁(t) zu dem Zeitpunkt t₁ gemäß τ1(t1) = n1(t1)/|n'1(t1)|. [1]
Entsprechend wird der Wert der ersten Drehzahländerungsgröße τ zu anderen Zeitpunkten und für den zweiten und dritten Verlauf n₂(t), n₃(t) der Vorgelegewellendrehzahl n gebildet.
2 zeigt drei Verläufe τ₁(t), τ₂(t), τ₃(t) der ersten Drehzahländerungsgröße τ, die jeweils zu einem der in 1 gezeigten Verläufe n₁(t), n₂(t), n₃(t) der Vorgelegewellendrehzahl n gehören und in der oben beschriebenen Weise aus diesem ermittelt werden.
3 zeigt die Verläufe der ersten Zeitableitungen τ'₁(t), τ'₂(t), τ'₃(t) der in 2 gezeigten Verläufe τ₁(t), τ₂(t), τ₃(t) der ersten Drehzahländerungsgröße τ.
Die verschiedenen Reibungsanteile beeinflussen die erste Drehzahländerungsgröße τ in unterschiedlicher Weise. Die trockene Gleitreibung wirkt auf eine zeitlich annähernd konstante Abnahme der ersten Drehzahländerungsgröße τ hin, die viskose Reibung wirkt einer Änderung der ersten Drehzahländerungsgröße τ entgegen und die hydrodynamische Reibung wirkt auf eine zeitlich annähernd konstante Zunahme der ersten Drehzahländerungsgröße τ hin.
Durch die unterschiedliche Abhängigkeit der drei Reibungsanteile von der Relativgeschwindigkeit sich bewegender Getriebekomponenten ändert sich der relative Einfluss der drei Reibungstypen auf den Verlauf der ersten Drehzahländerungsgröße τ während des freien Auslaufens der Vorgelegewelle.
Bei hohen Vorgelegewellendrehzahlen n wird die Reibung von dem hydrodynamischen Reibungsanteil dominiert. Daher nimmt die erste Drehzahländerungsgröße τ während des freien Auslaufens der Vorgelegewelle zunächst zu. Bei abnehmender Vorgelegewellendrehzahl n verringert sich der Einfluss der hydrodynamischen Reibung, während der Einfluss der trockenen Gleitreibung zunimmt. Dadurch erreicht die erste Drehzahländerungsgröße τ in einem mittleren Vorgelegewellendrehzahlbereich ein Maximum und nimmt im Bereich kleiner Vorgelegewellendrehzahlen n annähernd linear ab, da die Reibung in diesem Bereich durch die trockene Gleitreibung dominiert wird.
Zur Erkennung eines Ölverlustes in dem Getriebe werden ein erster Toleranzbereich I für den Verlauf der ersten Drehzahländerungsgröße τ und ein zweiter Toleranzbereich II für den Verlauf der ersten Zeitableitung τ' der ersten Drehzahländerungsgröße τ vorgegeben. Auf einen Ölverlust wird geschlossen wenn die erste Drehzahländerungsgröße τ zumindest zeitweise außerhalb des ersten Toleranzbereiches I und/oder ihre erste Zeitableitung τ' zumindest zeitweise außerhalb des zweiten Toleranzbereiches II verläuft.
Dabei werden der erste Toleranzbereich I und der zweite Toleranzbereich II bevorzugt in Abhängigkeit einer Temperatur des Getriebeöls vorgegeben, da diese Temperatur die Lage und die Form der Verläufe der ersten Drehzahländerungsgröße τ und ihrer ersten Zeitableitung τ' wesentlich beeinflusst.
Ferner werden der erste Toleranzbereich I und der zweite Toleranzbereich II bevorzugt jeweils mit einer ausreichenden Breite vorgegeben, so dass Fehlerkennungen von Ölverlusten, beispielsweise infolge von Messfehlern und/oder Temperaturschwankungen, möglichst weitgehend ausgeschlossen werden.
Ein erster Verlauf τ₁(t) der ersten Drehzahländerungsgröße τ wird aus dem ersten Verlauf n₁(t) der Vorgelegewellendrehzahl n ermittelt. Die erste Drehzahländerungsgröße τ verläuft in diesem Fall innerhalb des ersten Toleranzbereiches I und ihre erste Zeitableitung τ' verläuft innerhalb des zweiten Toleranzbereich II. Somit wird aus dem ersten Verlauf τ₁(t) der ersten Drehzahländerungsgröße τ und dem Verlauf ihrer ersten Zeitableitung τ'(t) auf einen normalen Ölstand geschlossen.
Ein zweiter Verlauf τ₂(t) der ersten Drehzahländerungsgröße τ wird aus dem zweiten Verlauf n₂(t) der Vorgelegewellendrehzahl n ermittelt. In diesem Fall verläuft die erste Drehzahländerungsgröße τ im Bereich hoher und mittlerer Vorgelegewellendrehzahlen n oberhalb des ersten Toleranzbereiches I, wobei sie in der Endphase des freien Auslaufens der Vorgelegewelle stärker abfällt als im Falle des ersten Verlaufes τ₁(t). Dadurch verläuft die erste Zeitableitung τ' der ersten Drehzahländerungsgröße τ in der Endphase des freien Auslaufens der Vorgelegewelle, in der sie negative Werte annimmt, unterhalb des zweiten Toleranzbereiches II.
Derartige Verläufe der ersten Drehzahländerungsgröße τ und ihrer ersten Zeitableitung τ' kennzeichnen einen beginnenden Ölverlust in dem Getriebe. Dabei sinkt die Reibung im Bereich hoher Vorgelegewellendrehzahlen n gegenüber der Reibung bei einem normalen Ölstand aufgrund einer Abnahme der viskosen und der hydrodynamsichen Reibung, wodurch die erste Drehzahländerungsgröße τ im Bereich hoher Vorgelegewellendrehzahlen n und somit zu Beginn des freien Auslaufens der Vorgelegewelle oberhalb des ersten Toleranzbereiches I verläuft. Im Bereich kleiner Vorgelegewellendrehzahlen n erhöht sich die Reibung gegenüber der Reibung bei einem normalen Ölstand aufgrund einer Zunahme des trockenen Reibungsanteils, was zu einem schnelleren Abfall der ersten Drehzahländerungsgröße τ im Bereich kleiner Vorgelegewellendrehzahlen n, d. h. in der Endphase des freien Auslaufens der Vorgelegewelle führt.
Daher wird auf einen beginnenden Ölverlust bevorzugt dann geschlossen, wenn die erste Drehzahländerungsgröße τ zu Beginn des freien Auslaufens der Vorgelegewelle oberhalb des ersten Toleranzbereiches I verläuft und ihre erste Zeitableitung τ' in der Endphase des freien Auslaufens der Vorgelegewelle mit negativen Werten unterhalb des zweiten Toleranzbereiches II verläuft.
Ein dritter Verlauf τ₃(t) der ersten Drehzahländerungsgröße τ wird aus dem dritten Verlauf n₃(t) der Vorgelegewellendrehzahl n ermittelt. In diesem Fall verläuft die erste Drehzahländerungsgröße τ unterhalb des ersten Toleranzbereiches I.
Derartige Verläufe der ersten Drehzahländerungsgröße τ kennzeichnen einen fortgeschrittenen Ölverlust in dem Getriebe. Das Absinken der ersten Drehzahländerungsgröße τ unter den ersten Toleranzbereich I resultiert dabei aus der im Vergleich zu einem normalen Ölstand erhöhten Reibung, die sich aus dem infolge des fortgeschrittenen Ölverlustes gestiegenen Einfluss der trockenen Gleitreibung ergibt.
4 zeigt einen vierten Verlauf n₄(t) der Vorgelegewellendrehzahl n während eines Abbremsens der Vorgelegewelle und 5 zeigt einen Verlauf n'₄(t) der daraus ermittelten ersten Zeitableitung n' der Vorgelegewellendrehzahl n während dieses Abbremsens der Vorgelegewelle.
Das Abbremsen erfolgt beispielsweise bei einem unsynchronisierten Getriebe durch eine Vorgelegewellenbremse oder im Falle eines Synchrongetriebes durch Synchronisiereinrichtungen zum Angleichen der Vorgelegewellendrehzahl und einer Drehzahl einer Antriebswelle bei einem Hochschalten in einen höheren Gang.
Das Abbremsen der Vorgelegewelle beginnt dabei zu einem Bremszeitpunkt t₀. Die erste Zeitableitung n' nimmt danach negative Werte an und erreicht nach einer Bremsdauer T ein Minimum n'_min. Die Bremsdauer T ist ein Maß für die Dauer des Abbremsens der Vorgelegewelle und wird durch als die Differenz eines Minimumzeitpunktes t_min, zu dem das Minimum n'_min angenommen wird, und des Bremszeitpunktes t₀ ermittelt.
Der Verlauf der Vorgelegewellendrehzahl wird anhand einer zweiten Drehzahländerungsgröße z ausgewertet, die ein Maß für einen mittleren Wert der zweiten Zeitableitung n'' der Vorgelegewellendrehzahl während der Bremsdauer T ist.
Eine derartige zweite Drehzahländerungsgröße z kann auf verschiedene Weisen gebildet werden. Beispielsweise wird die zweite Drehzahländerungsgröße z in einer einfachen Ausgestaltung durch Division des Betrages des Minimums n'_min der ersten Zeitableitung n' der Vorgelegewellendrehzahl n durch die Bremsdauer T gebildet.
Alternativ wird die zweite Drehzahländerungsgröße z in einer anspruchsvolleren Ausgestaltung durch Division des Quadrates des Minimums n'_min durch eine Drehzahlminderungsgröße F gebildet. Dabei wird die Drehzahlminderungsgröße F anschaulich gemäß 5 durch den Flächeninhalt einer Fläche bestimmt, die durch eine Parallele zur Zeitachse durch das Minimum n'_min, den Verlauf n'(t) der ersten Zeitableitung n' der Vorgelegewellendrehzahl n und eine vertikal verlaufende Gerade durch den Punkt t = t₀ der Zeitachse begrenzt wird. Mathematisch wird die Drehzahlminderungsgröße F durch ein Zeitintegral der Differenz von der ersten Zeitableitung n' der Vorgelegewellendrehzahl n und deren Minimum n'_min über ein durch die Bremsdauer T gegebenes Integrationsintervall gebildet.
Um mittels der zweiten Drehzahländerungsgröße z einen Ölverlust zu erkennen, werden die zweite Drehzahländerungsgröße z und die Bremsdauer T wiederholt bei verschiedenen Abbremsungen der Vorgelegewelle ermittelt und zusammen als Wertepaar gespeichert. Auf einen Ölverlust wird geschlossen, wenn die bei gleichen oder annähernd gleichen Bremsdauern T ermittelten Werte der zweiten Drehzahländerungsgröße z im Laufe der Zeit signifikant ansteigen.
Das beschriebene Verfahren kann neben einer Erkennung eines Ölverlustes auch vorteilhaft verwendet werden, um einen Einlauf- oder Verschleißzustand des Getriebes zu ermitteln, da die Reibung im Getriebe während eines Einlaufens des Getriebes abnimmt und bei fortschreitendem Verschleiß des Getriebes zunimmt und mittels des Verfahrens Änderungen des Reibniveaus im Getriebe erkannt werden können.

n: Vorgelegewellendrehzahl
n': erste Zeitableitung einer Vorgelegewellendrehzahl
n'': zweite Zeitableitung einer Vorgelegewellendrehzahl
t: Zeit
t₁: Zeitpunkt
t₀: Bremszeitpunkt
t_min: Minimumzeitpunkt
n₁(t): erster Verlauf einer Vorgelegewellendrehzahl
n₂(t): zweiter Verlauf einer Vorgelegewellendrehzahl
n₃(t): dritter Verlauf einer Vorgelegewellendrehzahl
n₄(t): vierter Verlauf einer Vorgelegewellendrehzahl
n'₄(t): Verlauf der ersten Zeitableitung einer Vorgelegewellendrehzahl
n'₁(t₁): erste Zeitableitung einer Vorgelegewellendrehzahl zum Zeitpunkt t₁
g(t₁): Tangente
τ: erste Drehzahländerungsgröße
τ': erste Zeitableitung einer ersten Drehzahländerungsgröße
τ₁(t): erster Verlauf einer ersten Drehzahländerungsgröße
τ₂(t): zweiter Verlauf einer ersten Drehzahländerungsgröße
τ₃(t): dritter Verlauf einer ersten Drehzahländerungsgröße
τ'₁(t): erster Verlauf der ersten Zeitableitung einer ersten Drehzahländerungsgröße
τ'₂(t): zweiter Verlauf der ersten Zeitableitung einer ersten Drehzahländerungsgröße
τ'₃(t): dritter Verlauf der ersten Zeitableitung einer ersten Drehzahländerungsgröße
I: erster Toleranzbereich
II: zweiter Toleranzbereich
T: Bremsdauer
n'_min: Minimum der ersten Zeitableitung einer Vorgelegewellendrehzahl
z: zweite Drehzahländerungsgröße
F: Drehzahlminderungsgröße

Claims

Verfahren zur Erkennung eines Ölverlustes in einem Getriebe mit einer Vorgelegewelle, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verlauf (n₁(t), n₂(t), n₃(t), n₄(t)) einer Vorgelegewellendrehzahl (n) durch mehrere aufeinander folgende Messungen der Vorgelegewellendrehzahl (n) erfasst wird und ein Ölverlust durch Auswertung des Verlaufes (n₁(t), n₂(t), n₃(t), n₄(t)) der Vorgelegewellendrehzahl (n) erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verlauf (n₁(t), n₂(t), n₃(t)) der Vorgelegewellendrehzahl (n) während eines freien Auslaufens der Vorgelegewelle erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf (n₁(t), n₂(t), n₃(t)) der Vorgelegewellendrehzahl (n) anhand einer ersten Drehzahländerungsgröße (τ) ausgewertet wird, deren jeweils momentaner Wert (τ₁(t), τ₂(1), τ₃(t)) durch Division des momentanen Wertes (n₁(t), n₂(t), n₃(t)) der Vorgelegewellendrehzahl (n) durch den Betrag des momentanen Wertes (n'₁(t), n'₂(t), n'₃(t)) der ersten Zeitableitung (n') der Vorgelegewellendrehzahl (n) gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf einen Ölverlust geschlossen wird, wenn die erste Drehzahländerungsgröße (τ) zumindest zeitweise außerhalb eines vorgebbaren ersten Toleranzbereiches (I) verläuft und/oder wenn die erste Zeitableitung (τ') der ersten Drehzahländerungsgröße (τ) zumindest zeitweise außerhalb eines vorgebbaren zweiten Toleranzbereiches (II) verläuft.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Toleranzbereich (I) und/oder der zweite Toleranzbereich (II) in Abhängigkeit von einer Temperatur des Öls in dem Getriebe vorgegeben werden.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf einen beginnenden Ölverlust geschlossen wird, wenn die erste Drehzahländerungsgröße (τ) zumindest zeitweise oberhalb des ersten Toleranzbereiches (I) verläuft und die erste Zeitableitung (τ') der ersten Drehzahländerungsgröße (τ) zumindest zeitweise negative Werte unterhalb des zweiten Toleranzbereiches (II) annimmt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf einen fortgeschrittenen Ölverlust geschlossen wird, wenn die erste Drehzahländerungsgröße (τ) zumindest zeitweise unterhalb des ersten Toleranzbereiches (I) verläuft.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verlauf (n₄(t)) der Vorgelegewellendrehzahl (n) während eines Abbremsens der Vorgelegewelle erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf (n₄(t)) der Vorgelegewellendrehzahl (n) bei einem Hochschalten in einen höheren Gang erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf (n₄(t)) der Vorgelegewellendrehzahl (n) anhand einer zweiten Drehzahländerungsgröße (z) ausgewertet wird, die ein Maß für einen mittleren Wert der zweiten Zeitableitung (n'') der Vorgelegewellendrehzahl (n) während einer Bremsdauer (T) ist, wobei als Bremsdauer (T) eine Zeitspanne von dem Beginn des Abbremsens der Vorgelegewelle bis zum Erreichen eines Minimums (n'_min) der ersten Zeitableitung (n') der Vorgelegewellendrehzahl (n) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Drehzahländerungsgröße (z) durch Division des Betrages des Minimums (n'_min) der ersten Zeitableitung (n') der Vorgelegewellendrehzahl (n) durch die Bremsdauer (T) gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Drehzahländerungsgröße (z) durch Division des Quadrates des Minimums (n'_min) der ersten Zeitableitung (n') der Vorgelegewellendrehzahl (n) durch eine Drehzahlminderungsgröße (F) gebildet wird, wobei die Drehzahlminderungsgröße (F) durch ein Zeitintegral der Differenz von der ersten Zeitableitung (n') der Vorgelegewellendrehzahl (n) und deren Minimum (n'_min) über ein durch die Bremsdauer (T) gegebenes Integrationsintervall gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass auf einen Ölverlust geschlossen wird, wenn der Wert der für eine Bremsdauer (T) ermittelten zweiten Drehzahländerungsgröße (z) im Vergleich zu vorher für gleiche oder annähernd gleiche Bremsdauern (T) ermittelten Werten der zweiten Drehzahländerungsgröße (z) signifikant zunimmt.