DE102011075168B4 - Verfahren zum Erkennen und Berücksichtigen einer Leckage in der Stellvorrichtung einer druckmittelbetätigten Kupplung - Google Patents

Verfahren zum Erkennen und Berücksichtigen einer Leckage in der Stellvorrichtung einer druckmittelbetätigten Kupplung Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Erkennen und Berücksichtigen einer Leckage in der Stellvorrichtung einer druckmittelbetätigten Kupplung eines Kraftfahrzeuges, wobei die Kupplung von einem über ein Steuergerät (30) mittels Schaltventilen (22, 24) angesteuerten Stellzylinder (20) gegen die Kraft einer Rückstellfeder (23) in eine geöffnete Stellung verstellt wird, wobei der Stellweg des Kolbens (25) des Stellzylinders (20) über die Zeit bei geöffneter Kupplung und geschlossenen Be- und Entlüftungsventilen (22, 24) ermittelt und daraus der Grad der Leckage des Stellzylinders (20) über die Zeit bestimmt wird, und dass der Grad der Leckage beim weiteren Betrieb des Stellzylinders (20) berücksichtigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Leckagewert zyklisch ermittelt und über die fortlaufende Einsatzzeit der Kupplung im Steuergerät (30) abgespeichert wird, dass daraus ein Leckageverlauf über die Zeit erstellt wird, und dass aus dem Leckageverlauf über die Zeit durch Extrapolation eine Leckageprognose für die Zukunft erstellt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen und Berücksichtigen einer Leckage in der Stellvorrichtung einer druckmittelbetätigten Kupplung eines Kraftfahrzeuges gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Unter dem Begriff „Kupplung“ wird nachfolgend die zwischen einem Antriebsmotor und einem Schaltgetriebe angeordnete Trenn- und Anfahrkupplung verstanden.
  • Automatisierte Schaltgetriebe werden seit geraumer Zeit in unterschiedlichen Kraftfahrzeugtypen genutzt. Die Schaltbewegungen zum Schalten von Gangstufen, zum Betätigen von Kupplungen und von Getriebebremsen werden im Allgemeinen von druckmittelbetätigten Stellzylindern ausgeführt, die ihrerseits über Schaltventile bzw. Be- und Entlüftungsventile angesteuert werden. Kupplungen in automatisierten Schaltgetrieben haben nicht nur die Funktion, den Antriebsmotor wahlweise mit dem nachgeordneten Antriebsstrang zu verbinden oder von diesem zu trennen. Sie dienen bekanntermaßen auch als Anfahrhilfe, wobei der Kupplungsandruck genau dosiert von einem zunächst schleifenden Eingriff bis zu einem vollständig schlupffreien reibschlüssigen Eingriff verstellt wird. Leckagen im Kupplungsregelungssystem können das Systemverhalten so beeinflussen, dass eine exakte Kupplungssteuerung und Kupplungsregelung nicht gewährleistet ist.
  • Aus der DE 10 2005 012 261 A1 ist eine gattungsgemäße Steuerungsanordnung für einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang bekannt. Gemäß dem dort beschriebenen Verfahren wird beim Feststellen eines ungewollten Schließens einer Trenn- und Anfahrkupplung der nächste Fahrzeugstillstand abgewartet und dann das Fahrzeuggetriebe in seine Neutralstellung geschaltet. Der Beginn des ungewollten Schließens der Kupplung deutet auf eine Leckage im Stellsystem der Kupplung hin und kann unter anderem durch das Messen des Stellweges des beweglichen Teils des Kupplungsaktuators festgestellt werden.
  • Ein Verfahren zur Erfassung einer Leckage in einem Kupplungszylindersystem eines Fahrzeugs ist aus der US 2009/0205408 A1 bekannt.
  • Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art vorzuschlagen, bei welchem eine leckagebedingte Änderung des Stellsystemverhaltens der Kupplung erkannt und kompensiert werden kann.
  • Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruchs, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.
  • Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass für eine Kompensierung einer leckagebedingten Veränderung des Stellsystems der Kupplung der Grad der Leckage bekannt sein muss, damit mittels eines Steuerungsalgorithmus diese Systemveränderung ausgeglichen oder in anderer Weise darauf reagiert werden kann.
  • Demnach geht die Erfindung aus von einem Verfahren zum Erkennen und Berücksichtigen einer Leckage in der Stellvorrichtung einer druckmittelbetätigten Kupplung eines Kraftfahrzeuges, wobei die Kupplung von einem über ein Steuergerät mittels Schaltventile angesteuerten Stellzylinder gegen die Kraft einer Rückstellfeder in eine geöffnete Stellung verstellt wird.
  • Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist vorgesehen, dass der Stellweg des Kolbens des Stellzylinders über die Zeit bei geöffneter Kupplung und geschlossenen Be- und Entlüftungsventilen ermittelt und daraus der Grad der Leckage des Stellzylinders über die Zeit bestimmt wird, und dass der Grad der Leckage beim weiteren Betrieb des Stellzylinders berücksichtigt wird.
  • Demnach wird der Stellweg des Kolbens des Kupplungsstellzylinders über die Zeit bei geöffneter Kupplung, d.h. bei unter einem Verstelldruck stehendem Stellzylinder sowie bei geschlossenen Be- und Entlüftungsventilen ermittelt und daraus der Grad der Leckage bestimmt wird. Beim weiteren Betrieb des Kupplungsstellzylinders wird dieser Leckagegrad durch geeignete, diese Leckage gegebenenfalls kompensierende Maßnahmen berücksichtigt. Auf diese Weise kann mit Hilfe der vorgesehenen Steuerungsmaßnahmen sichergestellt werden, dass das Stellsystem in einer Art reagiert, dass keine ungewollten Systemzustände entstehen, und dass die Verfügbarkeit der Kupplung zumindest bei geringer Leckage weitestgehend erhalten bleibt. Der Leckagegrad kann beispielsweise als Volumenänderung des Druckmittels pro Zeiteinheit bestimmt sein.
  • Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass der Leckagewert zyklisch ermittelt und über die fortlaufende Einsatzzeit der Kupplung im Steuergerät abgespeichert wird, dass daraus ein Leckageverlauf über die Zeit erstellt wird, und dass aus dem Leckageverlauf über die Zeit durch Extrapolation eine Leckageprognose für die Zukunft erstellt wird. Die Leckageprognose ermöglicht es beispielsweise, wenigstens annähernd denjenigen Zeitpunkt zu bestimmen, bei welchem der Grad der Leckage ihre Kompensierung nicht mehr erlaubt.
  • Beim weiteren Betrieb des Kupplungsstellzylinders wird der ermittelte Leckagegrad beispielsweise dadurch kompensiert, dass diesem Stellzylinder ein die Leckage ausgleichender Druckmittel-Volumenstrom unter dem jeweils gewünschten Druck zur Verfügung gestellt wird.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei Erreichen eines vorgegebenen, nicht mehr zulässigen Grades der Leckage durch das Steuergerät eine von der Ansteuerung der Kupplung unabhängige Trennung eines Antriebsstranges vom Antriebsmotor eines Kraftfahrzeuges veranlasst wird. Eine solche von der Ansteuerung der Kupplung unabhängige Trennung des Antriebsstranges vom Antriebsmotor ist beispielsweise die Neutralschaltung des Getriebes. Eine weitere Maßnahme sieht vor, dass bei Erreichen eines vorgegebenen, nicht mehr zulässigen Grades der Leckage durch das Steuergerät ein Stopp des Antriebsmotors des Kraftfahrzeuges veranlasst wird. Beide Maßnahmen dienen dazu, einen kritischen Fahrzustand infolge einer Fehlfunktion der Kupplung bzw. des Kupplungsstellzylinders sicher zu vermeiden.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass für den Fall, dass die Leckageprognose auf einen kritischen Fahrzustand hindeutet, eine Warnung an den Fahrer ausgegeben wird. Dadurch erfährt der Fahrer von dem vorhandenen Defekt am Stellsystem für die Kupplung und von dem gegebenenfalls bald bevorstehenden Motorstop, so dass er sich sicherheitstechnisch und mental darauf einstellen kann. Eine Motorabschaltung aufgrund der Leckageprognose sollte jedoch nur beim nächsten Fahrzeugstillstand erfolgen.
  • Zur weiteren Erläuterung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung beigefügt. Diese zeigt schematisch ein Schaltschema zur Durchführung des erfindungsgemäßen Steuerungsverfahrens. Das in der einzigen Figur dargestellte Schaltsystem, beispielsweise ein pneumatisches Schaltsystem zum Schalten eines automatisierten Schaltgetriebes für Nutzfahrzeuge, wird von einem fahrzeugseitigen Druckmittelversorgungssystem, welches einen Druckmittelvorratsbehälter 2 aufweist, mit einem Druckmittel versorgt.
  • Das Schaltsystem weist im vorliegenden Fall beispielhaft ein dem Druckmittelvorratsbehälter 2 nachgeordnetes Hauptabschaltventil 4 auf, welches die diesem nachgeordnete Schaltungsanordnung mit dem Druckmittelvorratsbehälter 2 verbinden oder von diesem trennen kann.
  • Die nachgeordnete Schaltungsanordnung umfasst im dargestellten Fall zwei Stellzylinder 6 und 8, wobei der erste Stellzylinder 6 ein doppelt wirkender Stellzylinder zum Wählen einer Gangstufe oder einer Schaltgasse und der zweite Stellzylinder 8 ein einseitig wirkender Stellzylinder zur Betätigung einer Getriebebremse ist.
  • Die beiden Druckkammern 9 und 11 des ersten Stellzylinders 6 werden jeweils über ein zugeordnetes 3/2-Wegeventil 10 bzw. 12 befüllt und über eine Druckmittelabführleitung 14 entlüftet, während die einzige Druckkammer 13 des zweiten Stellzylinders 8 über ein 2/2-Wegeventil 16 befüllt und über ein 2/2-Wegeventil 18 über die Druckmittelabführleitung 14 entlüftet wird. Die beiden Wegeventile 10 und 12 werden auch als Schaltventile und die beiden Wegeventile 16 und 18 als Be- und Entlüftungsventile bezeichnet.
  • Das Schaltsystem umfasst weiter einen dritten, einseitig wirkenden Stellzylinder 20, welcher zur Betätigung einer nicht dargestellten Kupplung dient. Diese Kupplung dient zur antriebstechnischen Verbindung eines Antriebsmotors mit dem automatisierten Schaltgetriebe. In dem dritten Stellzylinder 20 ist ein Kolben axial beweglich angeordnet. An dem Kolben 25 ist eine Kolbenstange 28 befestigt, die axial aus dem Stellzylinder herausragt und mit der Kupplung des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Der einzige Druckraum 21 des dritten Stellzylinders 20 wird über ein 2/2-Wegeventil 22 befüllt und über ein 2/2-Wegeventil 24 über die Druckmittelabführleitung 14 entlüftet. Dem Wegeventil 22 zum Befüllen des Kupplungs-Stellzylinders 20 ist ein Rückschlagventil 26 vorgeordnet, um ein Entlüften des dritten Stellzylinders 20 bei einem Abfall der Druckversorgung zu verhindern.
  • Weiter zeigt die einzige Figur, dass an der Kolbenstange 28 ein Geber 32 für einen Wegsensor 34 befestigt ist, bei dessen Verschiebung mit dem Wegsensor 32 der Stellweg des Kolbens 25 bzw. der Kolbenstange 28 ermittelbar ist. Der Wegsensor 32 ist über eine gestrichelt gezeichnete Sensorleitung mit einem Steuerungsgerät 30 verbunden, welches über ebenfalls gestrichelt gezeichnete Steuerungsleitungen mit den beiden Schaltventilen 22 und 24 sowie mit einer Anzeigevorrichtung 36 für Warnmeldungen an den Fahrer des Kraftfahrzeuges verbunden ist. Die von dem Steuerungsgerät 30 zu den anderen Schaltventilen 4, 10, 12, 16 und 18 führenden Steuerungsleitungen sind hier zur besseren Übersicht nicht dargestellt.
  • Um den Grad der Leckage des Stellzylinders 20 zu bestimmen, wird das Entlüftungsventil 24 geschlossen und das Belüftungsventil 22 geöffnet, so dass die Kupplung durch das Befüllen des Druckraumes 21 des Stellzylinders 20 gegen die Kraft einer auf den Kolben 25 wirkenden Rückstellfeder 23 geöffnet wird. Anschließend wird das Belüftungsventil 22 geschlossen und das Entlüftungsventil 24 weiter geschlossen gehalten. Nun wird mit Hilfe des Wegsensors 32 und des an der Kolbenstange 28 befestigten Weggebers 34 ermittelt, ob und um welchen Weg pro Zeiteinheit sich der Kolben 25 bzw. die Kolbenstange 28 in Entlastungsrichtung zurückbewegt und dabei den Druckraum 21 verkleinert. Sofern eine solche Rückstellbewegung feststellbar ist, wird daraus geschlossen, dass dies an einer Leckage an dem dritten Stellzylinder 20, an den mit dessen Druckraum 21 verbundenen Druckmittelleitungen und/oder an den Schaltventilen 22, 24 liegt. Der über einen vorgegebenen Zeitraum festgestellte ungewollte Rückstellweg ist proportional zur Leckage und kann daher für die Einleitung geeigneten Maßnahmen genutzt werden, wie weiter vorne beschrieben wurden.
  • Bezugszeichenliste
    • 2
    Druckmittelvorratsbehälter
    4
    Hauptabschaltventil
    6
    Stellzylinder
    8
    Stellzylinder
    9
    Druckraum
    10
    3/2-Wegeventil
    11
    Druckraum
    12
    3/2-Wegeventil
    13
    Druckraum
    14
    Druckmittelabführleitung
    16
    2/2-Wegeventil
    18
    2/2-Wegeventil
    20
    Stellzylinder
    21
    Druckraum
    22
    2/2-Wegeventil, Belüftungsventil für den Stellzylinder 20
    23
    Rückstellfeder
    24
    2/2-Wegeventil, Entlüftungsventil für den Stellzylinder 20
    25
    Kolben
    26
    Rückschlagventil
    28
    Kolbenstange
    30
    Steuergerät
    32
    Geber für den Wegsensor
    34
    Wegsensor
    36
    Anzeigevorrichtung

Claims (5)

  1. Verfahren zum Erkennen und Berücksichtigen einer Leckage in der Stellvorrichtung einer druckmittelbetätigten Kupplung eines Kraftfahrzeuges, wobei die Kupplung von einem über ein Steuergerät (30) mittels Schaltventilen (22, 24) angesteuerten Stellzylinder (20) gegen die Kraft einer Rückstellfeder (23) in eine geöffnete Stellung verstellt wird, wobei der Stellweg des Kolbens (25) des Stellzylinders (20) über die Zeit bei geöffneter Kupplung und geschlossenen Be- und Entlüftungsventilen (22, 24) ermittelt und daraus der Grad der Leckage des Stellzylinders (20) über die Zeit bestimmt wird, und dass der Grad der Leckage beim weiteren Betrieb des Stellzylinders (20) berücksichtigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Leckagewert zyklisch ermittelt und über die fortlaufende Einsatzzeit der Kupplung im Steuergerät (30) abgespeichert wird, dass daraus ein Leckageverlauf über die Zeit erstellt wird, und dass aus dem Leckageverlauf über die Zeit durch Extrapolation eine Leckageprognose für die Zukunft erstellt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Stellzylinder (20) für die Kupplungsbetätigung ein die Leckage kompensierender Druckmittel-Volumenstrom zur Verfügung gestellt wird.
  3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erreichen eines vorgegebenen, nicht mehr zulässigen Grades der Leckage durch das Steuergerät (30) eine von der Ansteuerung der Kupplung unabhängige Trennung des Antriebsstranges vom Antriebsmotor eines Kraftfahrzeuges veranlasst wird.
  4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass die Leckageprognose auf einen kritischen Fahrzustand hindeutet, eine Warnung an den Fahrer ausgegeben wird.
  5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erreichen eines vorgegebenen, nicht mehr zulässigen Grades der Leckage durch das Steuergerät (30) beim nächsten Fahrzeugstillstand ein Stopp des Antriebsmotors des Kraftfahrzeuges veranlasst wird.
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