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Die Erfindung betrifft ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein hydraulisches Betätigungssystems mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
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Die Erfindung dient der Erkennung der korrekten Befüllung eines hydrostatischen Betätigungssystems insbesondere eines hydrostatischen Kupplungssystems am Bandende und/oder im Fahrbetrieb.
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JP 2002- 145 042 A offenbart eine Hydraulikanlage mit einer Einrichtung zur Detektion des Vorhandenseins von Luft im System.
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Hydrostatische Kupplungssysteme sind mit einer Kupplungsaktorik ausgeführt, die einen Drucksensor aufweist, dies ist beispielsweise in
1, in der
DE 10 2010 047 800 A1 sowie der
DE 10 2010 047 801 A1 dargestellt. Bei der Kupplungsaktorik handelt es sich um einen so genannten hydrostatischen Kupplungsaktor HCA (Hydrostatic Clutch Actuator). Unter einem derartigen Hydrostataktor ist ein Aktor mit einer hydrostatischen Übertragungsstrecke, beispielsweise einer Druckleitung mit Hydraulikflüssigkeit, zu verstehen. Der Druck in der Druckleitung wird durch den Drucksensor erfasst. Soll durch den Hydrostataktor ein damit verbundenes Element bewegt werden, wird in der Übertragungsstrecke bzw. der Druckleitung Hydraulikflüssigkeit bewegt, beispielsweise verursacht durch einen Geberzylinder, der einen Nehmerzylinder, gekoppelt durch die Hydraulikflüssigkeit, bewegt. Soll das Element seine Position halten, so ruht die Hydraulikflüssigkeit in der Übertragungsstrecke, sodass ein hydrostatischer Zustand der Hydraulikflüssigkeit, der diesem Aktor seinen Namen gibt, vorliegt.
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Hydraulische Kupplungssysteme, wie beispielsweise ein hydraulischer Kupplungsaktor (HCA), der als Ausrücksystem für Kupplungen verwendet wird, müssen zur Sicherstellung der einwandfreien Funktion luftfrei sein. Es ist daher bekannt, bei einer Erstinbetriebnahme eines mit einem hydraulischen Kupplungsausrücksystem ausgestatteten Kraftfahrzeuges eine Vakuumbefüllung vorzunehmen. Im Servicefall stehen derartige aufwändige Hilfsmittel in der Regel nicht zur Verfügung, so dass mittels entsprechender Werkstattvorschriften Abläufe vorgegeben werden, die eine gegenüber der Erstinbetriebnahme gleichwertige Wiederbefüllung des hydraulischen Kupplungsausrücksystems ermöglichen. Entscheidend bei der Befüllung ist hierbei immer, unabhängig von der Art der Befüllung, dass die zu befüllende Strecke komplett befüllt und somit keine Restluft vorhanden ist. Aufgrund von Bauteiltoleranzen kann hier die Vorgabe der Befüllmenge bzw. des Befülldrucks nur bedingt herangezogen werden. Befüllvorgänge, bei denen Restluft in der hydraulischen Strecke verbleibt, können nach dem Stand der Technik - wie er beispielsweise durch die deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 10 2010 055 906.7 beschrieben wird - nicht hinreichend gut von komplett befüllten Systemen ohne Restluft unterschieden werden. Derartige Restluft sollte aber auch während des Betriebs des Fahrzeugs in der Übertragungsstrecke bzw. der Druckleitung in der sich eigentlich nur Hydraulikflüssigkeit befinden sollte detektiert werden können. Allgemein wäre es wünschenswert jegliche gasförmige Anteile die sich in der Übertragungsstrecke bzw. der Druckleitung befinden oder bilden detektieren zu können. Grundsätzlich ist zur Abfuhr derartiger gasförmiger Anteile eine so genannte Schnüffelöffnung - auch als Schnüffelbohrung bezeichnet - zu einem Ausgleichsbehälter vorgesehen die seit langem im Stand der Technik bekannt ist und ebenfalls in der
DE 10 2010 047 800 A1 sowie der
DE 10 2010 047 801 A1 aber auch in der deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 10 2011 103 774.1 beschrieben ist. Dazu muss die Kupplungssteuerung die Kupplungsaktorik in eine bestimmte Position relativ zur Schnüffelöffnung fahren, sodass ein Entlüften der Übertragungsstrecke stattfinden kann indem eine Verbindung zwischen Übertragungsstrecke und Ausgleichsbehälter über die Schnüffelöffnung freigegeben ist und die Entlüftung stattfinden kann.
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Der Unterschied zweier Wegdifferenzen, die sich für je zwei Druckwerte P1 und P2 ergeben, ist für die Fälle Kupplung „Standard“ (Übertragungsstrecke enthält keine Restluft) und Kupplung „Restluft“ (Übertragungsstrecke enthält Restluft) sehr gering, so dass diese Fälle gemäß dem Stand der Technik nicht hinreichend sicher unterschieden werden können.
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Unter dem Begriff „Restluft“ seien im Rahmen dieser Schrift auch alle anderen gasförmigen Stoffe in der hydraulischen Übertragungsstrecke eines hydraulischen Betätigungssystems insbesondere einer Kupplungs- oder Getriebeaktorik zu verstehen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zur sicheren Erkennung von Restluft in einem hydraulischen Betätigungssystem insbesondere einem hydrostatischen Kupplungssystem zu entwickeln.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 sowie ein hydraulisches Betätigungssystem mit den Merkmalen gemäß Anspruch 9 gelöst.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie dem erfindungsgemäßen hydraulischen Betätigungssystem kann die Erkennung von gasförmigen Stoffe insbesondere von Restluft in einer hydraulischen Übertragungsstrecke weiter verbessert werden.
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In verfahrenstechnischer Hinsicht wird die Aufgabe auch durch das nachstehend beschriebene Verfahren gelöst.
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Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Überprüfung einer korrekten Befüllung eines hydraulischen Betätigungssystems (1) mit einem von einem Steuergerät mittels eines Aktors betätigbaren Kolben in einem Zylinder, einem ersten Sensor zur Erfassung des Drucks in dem Zylinder und einem zweiten Sensor zur Erfassung der Position des Aktors entlang eines Aktorweges vorgesehen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zur Überprüfung einer korrekten Befüllung des hydraulischen Betätigungssystems mit einem Druckmittel der maximale Druckgradient einer Position-Druck-Kennlinie in einem vorgegebenen Bereich der Kennlinie ermittelt wird und wenn der ermittelte maximale Druckgradient größer als ein vorgegebener Druckgradientenschwellenwert ist, eine korrekte Befüllung vorliegt.
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Die Begriffe Position-Druck-Kennlinie sowie Weg-Druck-Kennlinie werden im Rahmen dieser Schrift synonym verwendet. Die Begriffe Weg oder Position beziehen sich auf den Aktorweg entlang dem sich der, die Kupplung bewegende Teil des Aktors - beispielsweise ein Kolben im Geberzylinder - bewegt.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass eine inkorrekte Befüllung vorliegt, wenn der maximale Druckgradient kleiner als der Druckgradientenschwellenwert ist. Bei Unterschreiten des Schwellenwertes ist sicher noch Luft im System. Die konkrete Festlegung des Wertes dieses Schwellenwerts muss dem Fachmann überlassen bleiben da der technische Einzelfall zu berücksichtigen ist.
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In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Entlüften durch das Steuergerät veranlasst wird, wenn eine inkorrekte Befüllung vorliegt. Dies erfolgt unmittelbar danach oder bei nächster Gelegenheit.
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In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der maximale Druckgradient durch ein Bewegen der Kupplung in Richtung Schließen mittels des Aktors entlang des Aktorweges ermittelt wird.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der maximale Druckgradient durch ein Bewegen der Kupplung in Richtung Schließen mittels des Aktors entlang des Aktorweges in einem vorgegebenen Positionsbereich um die Schnüffelbohrung ermittelt wird. Zur Ermittlung des Aktorweg kann dabei beispielsweise die flüssigkeitsseitige Stirnfläche des Kolbens im Zylinder herangezogen werden.
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In einer weiteren alternativen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der maximale Druckgradient durch ein Bewegen der Kupplung in Richtung Schließen mittels des Aktors entlang des Aktorweges bei einem vorgegebenen Druckwert ermittelt wird, wobei der vorgegebene Druckwert bevorzugt zwischen 0,5 bar und 6 bar beträgt. Die konkrete Festlegung des Wertes des vorgegebenen Druckwerts muss dem Fachmann überlassen bleiben da der technische Einzelfall zu berücksichtigen ist.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist alternativ oder zusätzlich vorgesehen, dass der maximale Druckgradient durch ein Bewegen der Kupplung in Richtung Schließen mittels des Aktors entlang des Aktorweges in einem vorgegebenen Druckbereich von bevorzugt 0 bar bis 7,5 bar besonders bevorzugt von 0 bar bis 5,5 bar ermittelt wird. Die konkrete Festlegung des vorgegebenen Druckbereichs muss auch hier dem Fachmann überlassen bleiben da der technische Einzelfall zu berücksichtigen ist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Überprüfung der korrekten Befüllung nach einer Neubefüllung oder einer Wiederbefüllung des hydraulischen Betätigungssystems mit dem Druckmittel durchgeführt wird.
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In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Überprüfung der korrekten Befüllung zur Überprüfung der Verfügbarkeit des hydraulischen Betätigungssystems in regelmäßigen Abständen durchgeführt wird.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Überprüfung während bestimmter Fahrsituationen durch Betätigung des hydraulischen Betätigungssystems durchgeführt wird.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Ergebnis einer korrekten und/oder einer nicht korrekten Überprüfung in einem Fehlerspeicher hinterlegt und/oder durch eine Anzeige dargestellt wird.
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In vorrichtungstechnischer Hinsicht wird die Aufgabe auch durch das nachstehend beschriebene hydraulischen Betätigungssystem gelöst.
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Erfindungsgemäß wird ein hydraulisches Betätigungssystems mit einem von einem Steuergerät mittels eines Aktors betätigbaren Kolben in einem Zylinder, einem ersten Sensor zur Erfassung des Drucks in dem Zylinder und einem zweiten Sensor zur Erfassung der Position des Aktors vorgeschlagen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zur Überprüfung einer korrekten Befüllung des hydraulischen Betätigungssystems mit einem Druckmittel ein vorangehend beschriebenes Verfahren durchgeführt wird.
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In einen besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das hydraulisches Betätigungssystems ein hydraulisches Kupplungsbetätigungssystem ist.
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In einen weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das hydraulisches Betätigungssystems ein hydraulisches Getriebebetätigungssystem ist.
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Ein derartiges hydraulisches Betätigungssystem kann jedoch nicht nur in hydraulischen Kupplungsbetätigungssystemen oder hydraulischen Getriebebetätigungssystemen eingesetzt werden sondern kann auch bei Gangstellern in Getriebesystemen, als Betätigungssystem in Motorsystemen für Drosselklappen, Nebenaggregate und Nebenaggregattriebe, als Betätigungssystem in Abgasführungs- und Ladesystemen, in Bremssystemen und zur Betätigung in Nutzfahrzeugen oder Baumaschinen nutzbringend eingesetzt werden.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Figuren sowie deren Beschreibung.
- 1 schematischer Aufbau eines hydrostatischen Kupplungssystems;
- 2 Weg-Druck-Kennlinie mit markiertem Bereich, der für die Überprüfung relevant ist;
- 3 Weg-Druck-Kennlinie im unteren Druckbereich mit maximalem Druckgradienten
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In 1 ist schematisch der Aufbau eines hydraulischen Kupplungssystems 1 am Beispiel eines schematisch dargestellten hydraulischen, hydrostatischen Kupplungsaktors (HCA) dargestellt. Das hydraulische Kupplungssystem 1 umfasst auf der Geberseite 15 ein Steuergerät 2, das einen Aktor 3 ansteuert. Bei einer Lageveränderung des Aktors 3 und des Kolbens 19 im Zylinder 4 entlang des Aktorweges nach rechts wird das Volumen des Zylinders 4 verändert, wodurch ein Druck P in dem Zylinder 4 aufgebaut wird, der über ein Druckmittel 7 über eine Hydraulikleitung 9 zur Nehmerseite 16 des hydraulischen Kupplungssystems 1 übertragen wird. Die Hydraulikleitung 9 ist bezüglich ihrer Länge und Form der Bauraumsituation des Fahrzeugs angepasst. Auf der Nehmerseite 16 verursacht der Druck P des Druckmittels 7 in einem Zylinder 4' eine Wegänderung, die auf eine Kupplung 8 übertragen wird um diese zu betätigen. Der Druck P in dem Zylinder 4 auf der Geberseite 15 des hydraulischen Kupplungssystems 1 kann mittels eines ersten Sensors 5 ermittelt werden. Bei dem ersten Sensor 5 handelt es sich bevorzugt um einen Drucksensor. Die von dem Aktor 3 zurückgelegte Wegstrecke entlang des Aktorweges wird mittels eines zweiten Sensors 6 ermittelt.
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Eine Ausführungsform der Erfindung ist ein Verfahren zur Auswertung des Druckanstiegs beim Schließen der Kupplung unmittelbar im Bereich der Schnüffelbohrung.
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Beim Schließen der Kupplung wird die Weg-Druck-Kennlinie 10 ermittelt, eine derartige ist in 2 dargestellt. In 2 ist sowohl das Schließen (obere Kurve) der Kupplung wie auch das Öffnen (untere Kurve) der Kupplung mit einem dafür typischen Hystereseeffekt dargestellt. In 2 ist der Bereich, der für die erfindungsgemäße Überprüfung relevant ist, mit einer Ellipse 60 markiert. Um Störeinflüsse zu reduzieren, werden nicht direkt die Weg- und Drucksignale 10 analysiert, sondern diese leicht gefiltert 20 (z.B. PT1-Filter), wie dies in 3 dargestellt ist in welcher der relevante Bereich gegenüber 2 vergrößert dargestellt ist.
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Aus den gefilterten Signalen wird der Druckgradient (Verhältnis Druckdifferenz zu Wegdifferenz) ermittelt. Zur Bestimmung des Druckgradienten können auch alternative Methoden (z.B. Kalman-Filter) eingesetzt werden.
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Ist noch Luft in der hydraulischen Stecke, so erhält man beim Schließen der Kupplung im Bereich der Schnüffelbohrung einen kleinen Druckgradienten. Zur Auswertung stehen zwei Alternativen A und B zur Verfügung:
- A. Bei festem Druck (z.B. 2 bar) wird der Druckgradient mit einem fest vorgegebenen Schwellenwert vergleichen. Bei Unterschreiten des Schwellenwertes ist sicher noch Luft im System. Dies wird der Kupplungssteuerung mitgeteilt, damit ein weiteres Entlüften angestoßen werden kann. Gemäß diesem Verfahrensverlauf A wird also die Kupplungsaktorik 3 in Richtung Kupplung Schliessen in eine Position verfahren, sodass ein vorgegebener Druck aus dem Druckbereich von bevorzugt 0.5 bis 6 bar besonders bevorzugt ein vorgegebener Druck von 2 bar vorliegt. In dieser Position wird der Druckgradient beispielsweise aus den unmittelbar zuvor gemessenen Weg- und Druckwerten ermittelt oder alternativ kleine Bewegungen in Richtung Schliessen der Kupplung im Bereich des vorgegebenen Drucks ausgeführt um Messwerte zur Ermittlung des Druckgradienten im Bereich des vorgegebenen Drucks zu erhalten. Dieser ermittelte Druckgradient gilt für den weiteren Verfahrensverlauf als der maximale Druckgradient. Anschließend wird der ermittelte maximale Druckgradienten mit einem vorgegebenen Druckgradientenschwellenwert verglichen. Ist der Wert des ermittelten maximale Druckgradienten größer als der vorgegebene Druckgradientenschwellenwert so ist davon auszugehen, dass keine gasförmigen Anteile in der Übertragungsstrecke vorhanden sind. Die konkrete Festlegung des Wertes des vorgegebenen Drucks sowie die konkrete Festlegung des Wertes des Druckgradientschwellenwerts muss dem Fachmann überlassen bleiben da der technische Einzelfall des hydraulischen Betätigungssystems der Kupplung sowie die Eigenschaften der gasförmigen Anteile im Hinblick auf Druck zu berücksichtigen sind. Der Fachmann wird dabei einen Druckwert vorgeben bei welchem der zu erwartende Druckgradient um die Schnüffelbohrung besonders groß ist.
- B. Im unteren Positionsbereich (z.B. erweiterter Bereich um die Schnüffelbohrung, d.h. wenn sich die flüssigkeitsseitige Stirnfläche des Kolbens 19 im Zylinder 4 im erweiterten Bereich der Schnüffelöffnung 18 befindet) und/oder im unteren Druckbereich (z.B. 0 - 5 bar) wird der maximale Druckgradient 30 der gefilterten Weg-Druck-Kennlinie 20 bestimmt (siehe 3). Dieser wird mit einem fest vorgegebenen Schwellenwert vergleichen. Bei Unterschreiten des Schwellenwertes ist sicher noch Luft im System. Dies wird der Kupplungssteuerung mitgeteilt, damit ein weiteres Entlüften angestoßen werden kann. Gemäß diesem Verfahrensverlauf B wird also die Kupplungsaktorik 3 in Richtung Kupplung Schliessen in eine Position verfahren, sodass sich die flüssigkeitsseitige Stirnfläche des Kolbens 19 im Zylinder 4 am Beginn eines vorgegebenen Positionsbereichs des erweiterten Bereichs der Schnüffelöffnung 18 befindet, wobei unter dem erweiterten Bereich der Schnüffelbohrung ein Positionsbereich um die Schnüffelbohrung gemeint ist, in welchem erfahrungsgemäß der größte Druckgradient zu erwarten ist, wie dies beispielsweise in 2 oder 3 bevorzugt im Positionsbereich -2.5 mm bis +2.0 mm der Fall ist. Als Alternative oder zusätzlich zur Vorgabe des Positionsbereich wird die Kupplungsaktorik 3 in Richtung Kupplung Schliessen in eine Position verfahren in der der geringste Druck (Beginn des vorgegebenen Druckbereichs) aus einem vorgegebenen Druckbereich von bevorzugt 0 bar bis 7,5 bar besonders bevorzugt zwischen 0 bar und 5,5 bar vorliegt. Im vorgegebenen Positionsbereich des erweiterten Bereichs der Schnüffelöffnung oder alternativ im vorgegebenen Druckbereich oder alternativ bei Vorliegen sowohl einer Position aus dem vorgegebenen Positionsbereich als auch bei Vorliegen eines Drucks aus dem vorgegebenen Druckbereich wird der maximale Druckgradient, der im jeweils vorgegebenen Bereich vorliegt ermittelt indem dieser vorgegebene Bereich mittels der Aktorik - in Richtung Kupplung Schliessen - durchfahren wird und eine Weg-Druck-Kennlinie ermittelt wird aus der anschliessend der maximale Druckgradient für den vorgegebenen Bereich ermittelt wird. Anschliessend wird der ermittelte maximale Druckgradienten mit einem vorgegebenen Druckgradientenschwellenwert - der bevorzugt den selben Wert wie gemäß Verfahrensverlauf A hat - verglichen. Ist der Wert des ermittelten maximalen Druckgradienten größer als der vorgegebene Druckgradientenschwellenwert so ist - wie in Verfahrensverlauf A - davon auszugehen, dass keine gasförmigen Anteile in der Übertragungsstrecke vorhanden sind. Die konkrete Festlegung des vorgegebenen Positionsbereichs um die Schnüffelbohrung, die konkrete Festlegung des vorgegebenen Druckbereichs sowie die konkrete Festlegung des Wertes des Druckgradientschwellenwerts muss dem Fachmann überlassen bleiben da der technische Einzelfall des hydraulischen Betätigungssystems der Kupplung sowie die Eigenschaften der gasförmigen Anteile im Hinblick auf Druck zu berücksichtigen sind. Der Fachmann wird dabei Bereiche vorgeben in welchen der zu erwartende Druckgradient um die Schnüffelbohrung besonders groß ist.
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Diese Überprüfung kann am Bandende im Fahrzeug- und/oder Getriebewerk sowie im laufenden Fahrbetrieb durchgeführt werden.
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Alternativ kann auch überprüft werden, ob beim Schließen der Kupplung der angeforderte Maximaldruck erreicht wird. Diese Überprüfung ist relativ einfach und effektiv. Die erkennbare Restluftmenge im hydraulischen System ist jedoch deutlich größer als bei der Methode mit Druckgradient.
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Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Erkennung der korrekten Befüllung eines hydrostatischen Kupplungssystems anhand der Auswertung des Druckgradienten und/oder des maximal erreichbaren Drucks.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hydraulisches Kupplungssystem
- 2
- Steuergerät
- 3
- Aktor
- 4, 4'
- Zylinder
- 5
- erster Sensor
- 6
- zweiter Sensor
- 7
- Druckmittel
- 8
- Kupplung
- 9
- Hydraulikleitung
- 10
- Weg-Druck-Kennlinie
- 15
- Geberseite
- 16
- Nehmerseite
- 17
- Ausgleichsbehälter
- 18
- Schnüffelöffnung
- 19
- Kolben
- 20
- gefilterte Weg-Druck-Kennlinie
- 30
- maximaler Druckgradient der gefilterten Weg-Druck-Kennlinie
- 40
- Druck [bar]
- 50
- Aktorweg [mm]
- 60
- Markierung
