DE102013012752A1

DE102013012752A1 - Hydrauliksystem für ein Automatikgetriebe eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102013012752A1
Application number: DE102013012752.1A
Authority: DE
Inventors: Dietmar Schuller; Hans-Peter Fleischmann
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2013-07-31
Filing date: 2013-07-31
Publication date: 2015-02-05
Anticipated expiration: 2033-08-01
Also published as: DE102013012752B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hydrauliksystem für ein Automatikgetriebe, insbesondere Doppelkupplungsgetriebe, eines Kraftfahrzeugs, mit einem Hydraulikkreislauf (H), in dem zumindest eine Kupplung (K1, K2) sowie Aktuatoren (3) und ein Druckspeicher (11) zur hydraulischen Betätigung der Kupplung (K1, K2) oder der Aktuatoren (3) geschaltet sind, welcher Druckspeicher (11) ein einen Druckraum (12) in eine Speicherkammer (15) und eine Druckkammer (14) unterteilendes Trennelement (13) enthält, und bei dem der in der Druckkammer (14) herrschende Druck über das verschiebbare Trennelement (13) auf eine in der Speicherkammer (15) befindliche Hydraulikflüssigkeit (16) wirkt. Erfindungsgemäß ist im Abstand von dem Trennelement (13) in der Druckkammer (14) ein zur Beeinflussung des wirksamen Druckkammervolumens in seiner Position verstellbarer Stellkolben (20) angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Hydrauliksystem für ein Automatikgetriebe, insbesondere Doppelkupplungsgetriebe, eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Beeinflussung der Funktion eines Druckspeichers in einem solchen Hydrauliksystem gemäß dem Patentanspruch 8.
Bei einem Doppelkupplungsgetriebe ist mittels zweier Teilgetriebe ein vollautomatischer Gangwechsel ohne Zugkraftunterbrechung ermöglicht. Die Übertragung des Moments erfolgt über eine von zwei Kupplungen, die die zwei Teilgetriebe mit dem Antrieb verbindet. Die Kupplungen sowie die Aktuatoren zum Einlegen der Gänge sind hydraulisch über ein Hydrauliksystem an steuerbar.
Die Betätigung von Kupplungen und Gangstellern bei Automatikgetrieben, wie beispielsweise bei einem Doppelkupplungsgetriebe, kann mittels eines Hydrauliksystems erfolgen, welches einen Druckspeicher besitzt. Der erforderliche Hydraulikdruck zur Betätigung einer Aktuatorik wird dem Druckspeicher entnommen, der mittels einer Ladepumpe auf einem gewünschten Druckniveau gehalten wird. Ein solcher Druckspeicher besitzt herkömmlich eine Druckkammer und eine Speicherkammer, die mittels eines verschiebbaren Trennelements gegeneinander abgedichtet sind. Die Speicherkammer beinhaltet dabei das Hydrauliköl, während die Druckkammer eine Feder oder Gas enthält, womit das Trennelement mit einem geeigneten hohen Druck in Richtung Speicherkammer gedrückt wird. Somit wird beispielsweise durch eine Erhöhung des Gasdrucks in der Druckkammer eine entsprechende Erhöhung des Drucks in der Speicherkammer, in der sich das Hydrauliköl befindet, bewirkt.
Aus der DE 103 11 308 A1 ist eine Druckspeichereinrichtung mit einem Aktionsraum und Einrichtungen zum Druckausgleich bekannt, bei der zwischen zwei Druckkammern ein verschiebbares Trennelement angeordnet ist. Um eine temperaturabhängige Druckbeeinflussung zu erzielen, sind Elemente aus einem Memory-Metall vorgesehen.
Aus der WO 03/062647 A1 ist ein Druckspeicher mit einem variablen Speichervolumen bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Hydrauliksystem für ein Automatikgetriebe, insbesondere Doppelkupplungsgetriebe, eines Kraftfahrzeugs, zu schaffen, dessen Druckspeicher bezüglich wenigstens eines Speicherparameters veränderbar ist.
Die Lösung dieser Aufgabe erhält man mit den im Patentanspruch 1, 8 oder 14 angegebenen Merkmalen. Besonders vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Druckspeichers sind in den jeweiligen Unteransprüchen gekennzeichnet.
Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 ist bei dem erfindungsgemäßen Druckspeicher vorgesehen, dass im Abstand von einem Trennelement in der Druckkammer ein zur Beeinflussung des wirksamen Druckkammervolumens in seiner Position verstellbarer Stellkolben einliegt. Dabei bestimmt der Abstand zwischen Trennelement und Stellkolben das wirksame Druckkammervolumen. In der Druckkammer befindet sich ein unter Druck stehendes Gas, dessen Gasdruck auf eine mit Hydraulikflüssigkeit gefüllte Speicherkammer wirkt. Der Gasdruck wird dabei über das verschiebbare Trennelement auf die Hydraulikflüssigkeit in der Speicherkammer übertragen. Da der Stellkolben in seiner Abstandsposition zum Trennelement verstellbar ist, kann durch eine Verstellung des Stellkolbens der Gasdruck in der Druckkammer erhöht oder abgesenkt werden. Bei maximal zurückgefahrenem Stellkolben kann ein maximales Druckkammervolumen bereitgestellt werden. Dabei besteht aber auch die Möglichkeit, für das Trennelement eine veränderte Normalposition vorzusehen, bei der ein vergrößertes Volumen für die Hydraulikflüssigkeit in der Speicherkammer zur Verfügung steht. Damit lässt sich der Druckspeicher bezüglich mehrerer Parameter, wie beispielsweise Druckkammervolumen, Speicherkammervolumen und Druck im Druckspeicher durch eine Veränderung der Position des Stellkolbens beeinflussen. So kann beispielsweise bei einer Temperaturerhöhung des Gases in der Druckkammer einem dadurch sich ergebenden höheren Gasdruck entgegengewirkt werden, indem der Stellkolben in seiner Position so verändert wird, dass sich eine geringfügige Vergrößerung des Druckkammervolumens ergibt, um dadurch den Gasdruck bei einer Temperaturerhöhung beispielsweise konstant zu halten.
Der Stellkolben ist vorzugsweise mittels eines elektromechanischen Antriebs verstellbar, wobei vorzugsweise ein außerhalb des Druckspeichers angeordneter Elektromotor über eine Antriebsspindel den Stellkolben linear verstellen kann. Ein solcher elektromechanischer Antrieb ist verhältnismäßig einfach realisierbar.
Der Druckspeicher hat vorzugsweise im Verstellbereich des Stellkolbens und des Trennelements eine zylindrische Bauform, sodass das Trennelement und der Stellkolben als zylindrische Körper ausgebildet sein können. Dadurch ergibt sich insgesamt ein einfacher Aufbau für den Druckspeicher, dessen verstellbare Elemente, wie der Stellkolben und das Trennelement, verhältnismäßig einfach gegenüber der zylindrischen Innenwand des Druckspeichers abgedichtet werden können.
In der bevorzugten Ausführungsform befindet sich in der Speicherkammer ein Fluid und in der Druckkammer ein Gas. Grundsätzlich besteht aber auch die Möglichkeit, dass die Druckkammer eines oder mehrere Federelemente umfasst, mit denen ein Gegendruck auf die Hydraulikflüssigkeit in der Speichkammer ausgeübt wird.
Wie bereits oben erwähnt, ist der Druckspeicher insbesondere zur Betätigung der Aktuatorik, wie beispielsweise Kupplungen und Gangsteller eines Doppelkupplungsgetriebes eines Kraftfahrzeugs, geeignet. Je nach Fahrsituation oder sonstigen Betriebsbedingungen kann der Druck, der auf die Hydraulikflüssigkeit ausgeübt wird, eingestellt werden. Der Druck kann durch eine Verstellung des Stellkolbens in der Weise variiert werden, dass die Druckkennlinie und/oder die Ladegeschwindigkeit des Druckspeichers optimal an die jeweiligen Betriebsbedingungen angepasst werden können. Wird beispielsweise das Kraftfahrzeug im Sparmodus betrieben, so kann die Druckkennlinie entsprechend reduziert werden, wodurch weniger Pumpenenergie für die Druckerzeugung benötigt wird.
Es besteht auch die Möglichkeit, dass das Speichervolumen erhöht wird, um bei erhöhtem Rekuperationsaufkommen mehr Drucköl bei gleichem Zieldruck speichern zu können.
Durch eine entsprechende Nachführung des Stellkolbens kann ein Betrieb des Druckspeichers bei konstant gehaltenem Druck erfolgen. Eine derartige Steuerung der Position des Stellkolbens kann mittels einer Steuerung in Abhängigkeit von Betriebsparametern des Druckspeichersystems und/oder des Kraftfahrzeugs durchgeführt werden.
Der Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Beeinflussung der Druckkennlinie eines Druckspeichers zur Betätigung von Einrichtungen in einem Kraftfahrzeug anzugeben.
Die Lösung dieser Aufgabe wird durch ein Verfahren erreicht, welches die Merkmale des Patentanspruchs 8 umfasst. Besonders vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen 9 bis 12 offenbart.
Gemäß Patentanspruch 8 sieht das Verfahren zur Beeinflussung der Funktion eines Druckspeichers vor, dass ein auf die Druckkammer wirkender Stellkolben zur Beeinflussung des Drucks in der Druckkammer verstellt wird. Durch das Verstellen des Stellkolbens ergibt sich eine entsprechende Veränderung des Druckkammervolumens und dadurch auch eine Änderung des Drucks in der Druckkammer. Die Verstellung des Stellkolbens stellt damit eine verhältnismäßig einfach realisierbare Maßnahme dar, um die Druckkennlinie des Druckspeichers in Abhängigkeit von Betriebsparametern oder Umgebungsparametern in einer gewünschten Weise zu beeinflussen. Die Druckkennlinie kann steiler oder flacher gehalten werden, um eine gewünschte Anpassung an vorhandene Betriebsbedingungen zu erhalten. Durch ein gezieltes Nachführen des Stellkolbens kann der Druck in der Druckkammer auch auf einem vorgegebenen konstanten Wert gehalten werden. Außerdem ist es möglich, den Stellkolben bei Erreichen eines Druck-Grenzwerts so zu verstellen, dass eine Grenzwertüberschreitung nicht eintritt.
Durch eine Verstellung des Stellkolbens kann ein Temperaturausgleich erfolgen. Der Stellkolben kann in seiner Position auch so verändert werden, dass eine Verkürzung des Druckaufbaus in der Druckkammer erzielt wird. Der Stellkolben kann auch zur Verringerung des Speichervolumens in Richtung Trennelement verstellt werden oder kann zur Realisierung einer vorgegebenen Landekennlinie entsprechend gesteuert werden.
Die Betätigung des Stellkolbens kann unter unterschiedlichen Gesichtspunkten erfolgen, um eine gewünschte Anpassung an vorherrschende Betriebsbedingungen oder an vorgegebene Druckverhältnisse zu erhalten.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
1 ein Hydrauliksystem eines Doppelkupplungsgetriebes in einem Fahrzeug;
2 einen herkömmlichen Druckspeicher des Hydrauliksystems; und
3 ein vereinfacht dargestelltes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Druckspeichers.
In der 1 ist ein Hydrauliksystem eines Doppelkupplungsgetriebes in einem stark vereinfachten Blockschaltbild dargestellt. Mit Hilfe des Hydrauliksystems werden Hydraulikzylinder 2 von Kupplungen K1, K2 sowie von Aktuatoren 3 des Doppelkupplungsgetriebes betätigt. Die Kupplungen K1, K2 sind beispielhaft hydraulisch betätigbare Lamellenkupplungen, die alternierend mit der Antriebsquelle, zum Beispiel einer Brennkraftmaschine, verbindbar sind und zwei Eingangswellen des Doppelkupplungsgetriebes antreiben können.
Mit Hilfe der Aktuatoren 3 können beispielhaft die Loszahnränder der Zahnradsätze von Vorwärtsgängen geschaltet werden. Die Aktuatoren 3 können beispielhaft Doppelsynchronkupplungen sein, die jeweils aus einer Neutralstellung heraus zwei benachbarte Loszahnräder schalten können.
Das Hydrauliksystem weist gemäß der 1 einen Hydraulikkreislauf H auf, in dem die darin geschalteten Hydraulikzylinder 2 der Kupplungen K1, K2 sowie der Aktuatoren 3 über einen Druckspeicher 11 mit einem Speicherdruck p_s beaufschlagt werden, der in einer Größenordnung von zum Beispiel 30 bar liegen kann. Hierzu ist eine am Druckspeicher 11 angeschlossene Hauptleitung 18 über nicht näher beschriebene Teilleitungen 4 zu den Hydraulikzylindern 2 geführt. In den Teilleitungen 4 sind jeweils Steuerventile 5 angeordnet. Die Steuerventile 5 sind in nicht dargestellter Weise über eine zentrale Steuereinrichtung ansteuerbar.
Das Hydrauliksystem weist zudem eine Lade-Hydraulikpumpe 6 auf, die eingangsseitig mit einem Ölsumpf 7 verbunden ist. Die Lade-Hydraulikpumpe 6 ist zum Aufladen des Druckspeichers 11 über einen Elektromotor von der Steuereinrichtung ansteuerbar.
In der 2 ist zum einfacheren Verständnis der Erfindung zunächst ein aus dem Stand der Technik bekannter herkömmlicher Druckspeicher 11 gezeigt. Dieser besitzt einen Druckraum 12, in welchem ein in seiner Position veränderliches Trennelement 13 einliegt. Das Trennelement 13 unterteilt den Druckraum 12 in eine Druckkammer 14 und in eine Speicherkammer 15. In der Speicherkammer 15 befindet sich beispielsweise Hydraulikflüssigkeit 16, während in der Druckkammer 14 sich ein Gas oder ein Federelement befinden kann. Im dargestellten Beispiel befindet sich in der Druckkammer 14 ein Federelement 9, welches eine Federkraft auf das verschiebbar gelagerte Trennelement 13 und damit auf die Hydraulikflüssigkeit 16 in der Speicherkammer 15 ausübt. Über eine Anschlussleitung 18 ist die Speicherkammer 15 an den in der 1 gezeigten Hydraulikkreislauf H angeschlossen, um die Hydraulikzylinder 2 der Aktuatoren 3 und der Kupplungen K1, K2 mit hydraulischem Druck zu versorgen.
Der Druck in der Speicherkammer 15 ist abhängig von der Längsposition des Trennelements 13. Wird beispielsweise im Rekuperationsbetrieb Hydraulikflüssigkeit in die Speicherkammer 15 gepumpt, so wird dadurch das Trennelement 13 gegen die Federkraft der Feder 9 in Pfeilrichtung 10 verschoben. Dadurch steigt der Druck, der von der Feder 9 auf das Trennelement 13 ausgeübt wird an, sodass auch eine entsprechende Druckerhöhung in der Speicherkammer 15 auftritt.
2 zeigt nun ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckspeichers 11, der einen Druckraum 12 besitzt, welcher mittels eines verschiebbaren Trennelements 13 in eine Druckkammer 14 und eine Speicherkammer 15 unterteilt ist. In der Speicherkammer 15 befindet sich Hydraulikflüssigkeit 16, während die Druckkammer 14 mit Gas 17 gefüllt ist. Die Anschlussleitung 18 stellt die Verbindung zum Hydrauliksystem des Kraftfahrzeugs dar, welches beispielsweise zur Betätigung von einer Aktuatorik eines Doppelkupplungsgetriebes vorgesehen ist.
Auch hier kann das Trennelement 13 entsprechend der Pfeilrichtung 19 dadurch verschoben werden, wenn über die Anschlussleitung 18 im Rekuperationsbetrieb Hydraulikflüssigkeit 16 in die Speicherkammer 15 gepumpt wird.
Der erfindungsgemäße Druckspeicher 11 besitzt einen zusätzlichen, in seiner Position verstellbaren Stellkolben 20, der in Abhängigkeit von Kenngrößen K1 bis Kn des Druckspeichers 11 oder des Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs, in welchem der Druckspeicher 11 angeordnet ist, mittels eines Elektromotors 21 linear entsprechend des Doppelpfeils 22 verstellbar ist. Hierzu ist der Elektromotor 21 über eine Antriebsspindel 23 mit dem Stellkolben 20 gekoppelt.
Zur Veränderung des Gasdrucks in der Druckkammer 14 kann der Elektromotor 21 den Stellkolben 20 in Längsrichtung verschieben, um beispielsweise den Druck in der Druckkammer 14 konstant zu halten oder diesen zu erhöhen oder abzusenken. Wird der Stellkolben 20 in Richtung Trennelement 13 verschoben, erhöht sich der Druck in der Druckkammer 14, wenn in der Speicherkammer 15 sich das Flüssigkeitsvolumen nicht oder nur unwesentlich ändert. Wird dagegen über die Anschlussleitung 18 Hydraulikflüssigkeit 16 aus der Speicherkammer 15 entnommen, so verschiebt sich das Trennelement 13 entsprechend der Pfeilrichtung 24 nach rechts. Dadurch ergibt sich bei unveränderter Position des Stellkolbens 20 eine entsprechende Vergrößerung des Druckkammervolumens der Druckkammer 14, wodurch dort der Gasdruck sinkt. Wird aber in gleichem Maße vom Elektromotor 21 der Stellkolben 20 ebenfalls nach rechts so nachgeführt, dass das Druckkammervolumen in der Druckkammer 14 sich nicht ändert, so kann dort auch der Gasdruck konstant gehalten werden.
Anstelle des Elektromotors 21 mit Antriebsspindel 23 können auch andere Linearantriebe oder sonstige Stellantriebe eingesetzt werden, um eine lineare Verstellung des Stellkolbens 20 zu ermöglichen. Mit einem derartigen, vorzugsweise elektromechanischen Antrieb kann die Position des Stellkolbens 20 mittels einer Steuerung 25 in Abhängigkeit von unterschiedlichen Kenngrößen K1 bis Kn gesteuert werden. Dabei können die Kenngrößen K1 bis Kn Kenngrößen sein, die die Temperatur in der Druckkammer 14, den jeweiligen Fahrmodus des Kraftfahrzeugs oder sonstige Betriebsparameter des hydraulischen Systems oder des Fahrzeugbetriebs betreffen.
Der erfindungsgemäße Druckspeicher wird vorzugsweise in Verbindung mit der Ansteuerung der Aktuatorik eines Doppelkupplungsgetriebes eines Kraftfahrzeugs eingesetzt, da der Druckspeicher optimal an unterschiedliche Fahrbetriebsbedingungen und an unterschiedliche Betriebsbedingungen des Hydrauliksystems bezüglich seiner Druckkennlinie und seines Druckvolumens anpassbar ist. Auch die Ladegeschwindigkeit des Druckspeichers lässt sich an Betriebsparameter durch die Verstellmöglichkeit des Stellkolbens 20 dadurch anpassen, dass dieser in der Zeichnung von 2 nach rechts oder links verschoben wird, wodurch das Speichervolumen entsprechend beeinflusst wird. Soll ein maximales Speichervolumen bereitgestellt werden, wird der Stellkolben 20 vom Elektromotor 21 nach links verschoben.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10311308 A1 [0004]
WO 03/062647 A1 [0005]

Claims

Hydrauliksystem für ein Automatikgetriebe, insbesondere Doppelkupplungsgetriebe, eines Kraftfahrzeugs, mit einem Hydraulikkreislauf (H), in dem zumindest eine Kupplung (K1, K2) sowie Aktuatoren (3) und ein Druckspeicher (11) zur hydraulischen Betätigung der Kupplung (K1, K2) oder der Aktuatoren (3) geschaltet sind, welcher Druckspeicher (11) ein einen Druckraum (12) in eine Speicherkammer (15) und eine Druckkammer (14) unterteilendes Trennelement (13) enthält, und bei dem der in der Druckkammer (14) herrschende Druck über das verschiebbare Trennelement (13) auf eine in der Speicherkammer (15) befindliche Hydraulikflüssigkeit (16) wirkt, dadurch gekennzeichnet, dass im Abstand von dem Trennelement (13) in der Druckkammer (14) ein zur Beeinflussung des wirksamen Druckkammervolumens in seiner Position verstellbarer Stellkolben (20) einliegt.
Hydrauliksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellkolben (20) mittels eines elektromechanischen Antriebs verstellbar ist.
Hydrauliksystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckspeicher (11) eine zylindrische Bauform hat und/oder im Druckraum (12) der Stellkolben (20) und das Trennelement (13) entlang der Längsachse des Druckspeichers (11) verschiebbar sind.
Hydrauliksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellkolben (20) mittels einer von einem Elektromotor (21) angetriebenen Gewindespindel (23) verstellbar ist.
Hydrauliksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennelement (13) ein mit seinem Umfangsrand abdichtend im Druckraum (12) gelagerter Kolben ist.
Hydrauliksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich in der Speicherkammer (15) ein Fluid (16) und in der Druckkammer (14) ein Gas (17) befindet.
Hydrauliksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung (25) die Position des Stellkolbens (20) in Abhängigkeit von Betriebsparametern des Druckspeichers (11) und/oder eines Kraftfahrzeugs steuert.
Verfahren zum Betreiben eines Hydrauliksystems nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in dem Verfahren in Abhängigkeit von Kenngrößen eines zugehörigen Druckspeichers oder anderer Kenngrößen (K1 bis Kn) die Funktionalität des Druckspeichers (11) beeinflusst wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein auf eine Druckkammer (14) des Druckspeichers (11) wirkender Stellkolben (20) zur Beeinflussung des Drucks in der Druckkammer (14) verstellt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellkolben (20) zum Ausgleich von temperaturabhängigen Druckveränderungen in der Druckkammer (14) verstellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellkolben (20) zur Verkürzung des Druckaufbaus in der Druckkammer (14) in Richtung eines Trennelements (13) verstellt wird, welches im Druckspeicher (11) verschiebbar ist und die Druckkammer (14) von einer Speicherkammer (15) trennt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellkolben (20) zur Verringerung des Speichervolumens verstellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellkolben (20) zur Realisierung einer vorgegebenen Ladekennlinie oder Druckkennlinie in seiner Position verstellt wird.
Druckspeicher in einem Hydrauliksystem für ein Automatikgetriebe, insbesondere Doppelkupplungsgetriebe, eines Kraftfahrzeugs nach einem der Ansprüche 1 bis 7.