DE102013201266A1

DE102013201266A1 - Verfahren zur Erhöhung des Wirkungsgrades eines eine verstellbare hydraulische Pumpe aufweisenden Getriebes

Info

Publication number: DE102013201266A1
Application number: DE201310201266
Authority: DE
Inventors: Christian Popp; Klaus Steinhauser
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2013-01-28
Filing date: 2013-01-28
Publication date: 2014-07-31

Abstract

Im Rahmen des Verfahrens zur Erhöhung des Wirkungsgrades eines eine verstellbare hydraulische Pumpe mit einem Verstellorgan zur Einstellung der Fördermenge der Pumpe aufweisenden Getriebes, wird das Getriebe in Kenntnis der Lage des Verstellorgans und/oder der Ist-Fördermenge der Pumpe durch einen Vergleich zwischen der Soll-Fördermenge und der Ist-Fördermenge der Pumpe derart angesteuert, dass zum Einen der aktuelle Ölbedarf gedeckt wird und zum Anderen ausreichend Öl für Fördermengenanforderungen zur Verfügung steht, wodurch die Schaltzeiten verkürzt werden, da ein Druckeinbruch vermieden wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung des Wirkungsgrades eines eine verstellbare hydraulische Pumpe aufweisenden Getriebes, insbesondere eines Automatgetriebes gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, bei Automatgetrieben hydraulische Pumpen, beispielsweise Innenzahnrad- oder Flügelzellenpumpen, einzusetzen, welche dazu dienen, den zum Betrieb des Getriebes erforderlichen hydraulischen Druck und das erforderliche Fördervolumen der hydraulischen Steuerung zur Verfügung zu stellen, wodurch die Kühlung und Schmierung des Getriebes und die Aktuierung der Schaltelemente des Getriebes gewährleistet werden.
Bedingt durch die steigenden Anforderungen an die Kraftfahrzeuge bezüglich des Verbrauchs, des Wirkungsgrads und der Abgasemissionen entsteht die Notwendigkeit, die hydraulische Ölversorgung von Getrieben, insbesondere von Automatgetrieben, zu optimieren bzw. die Schaltkennlinien in Abhängigkeit der Pumpenleistung zu optimieren.
Aus diesem Grund werden bei einigen Getrieben verstellbare Hydraulikpumpen, d.h. Hydraulikpumpen mit variablem Fördervolumen, insbesondere verstellbare Flügelzellenpumpen eingesetzt, was in einer Verbrauchsabsenkung resultiert.
Verstellbare Flügelzellenpumpen umfassen ein Gehäuse, in dem ein Rotor gelagert ist, einen den Rotor umschließenden Verstellring und zwischen dem Rotor und dem Verstellring durch Rotorelemente abgegrenzte Arbeitskammern, deren Volumen bzw. Fördermenge durch Veränderung der Exzentrizität zwischen Rotor und Verstellring einstellbar ist, wobei wenigstens eine Saugzone und wenigstens eine Druckzone gebildet werden. Der Verstellring ist von einem in dem Gehäuse angeordneten Außenring umgeben und wird über eine Verstelleinrichtung verdreht, wodurch die Exzentrizität zwischen Rotor und Verstellring einstellbar ist.
Die aus dem Stand der Technik bekannten verstellbaren Hydraulikpumpen weisen den Vorteil auf, dass sie stets entsprechend ihrer Auslegung und Ansteuerung die Ölversorgung eines Getriebes nahezu bedarfsgerecht sicherstellen. Bei verstellbaren Flügelzellenpumpen ist bei einer plötzlichen Volumenbedarfsanforderung eine entsprechende Verschiebung des Verstellrings notwendig, was nach dem Stand der Technik hydraulisch erfolgt und oft nicht den optimalen Zustand bezüglich Dynamik und Volumenstrombedarf darstellt, wie im Folgenden erläutert.
Im Rahmen der hydraulischen Steuerung bzw. Regelung der Fördermenge einer verstellbaren Flügelzellenpumpe verändern sich die auf den Verstellring wirkenden Drücke anhand von Druckeinbrüchen im hydraulischen System des Getriebes, die wiederum durch Volumenanforderungen, beispielsweise durch Auslösen einer Schaltung oder durch Erhöhung der Kühl- und Schmierölversorgung, verursacht werden.
Wenn außerhalb von Schaltungen gefahren wird, wird die Fördermenge der Pumpe entsprechend der hydraulischen Auslegung des Getriebes derart reduziert, dass ein möglichst guter Wirkungsgrad erzielt wird. Wenn nun in diesem Betriebszustand eine Schaltung angefordert wird und eine möglichst kurze Befüllzeit der zuschaltenden Schaltelemente angestrebt wird, kann die kurze Befüllzeit nicht immer realisiert werden, da die Verstellung der Pumpe zur Erhöhung des Fördervolumens aufgrund des vom Auslösen der Schaltung verursachten Druckeinbruchs eine entsprechende Zeit in Anspruch nimmt. Demnach erfolgt auf eine einen Druckeinbruch auslösende Fördervolumenanforderung in nachteiliger Weise eine verzögerte Reaktion der Pumpe, da die Verstellung der Pumpe aufgrund des Druckeinbruchs nicht so schnell erfolgen kann.
Aus der DE 4410719 A1 ist eine elektrohydraulisch verstellbare Pumpe bekannt, welche in einem geschlossenen Lageregelkreis betreibbar ist. Bei der bekannten Pumpe werden die Verstellkolben am Verstellorgan der Pumpe von einem über einen Regelverstärker angesteuerten Regelventil beaufschlagt, wobei dem Regelverstärker der Verstellweg des Regelventils und der Verstellweg des Verstellorgans der Pumpe als Istwerte zugeführt werden. Zusätzlich wird am Regelverstärker ein Stellsignal erzeugt, welches vom Drehwinkel der Pumpe abhängig ist, wobei mit diesem zusätzlichen, impulsförmigen Stellsignal die oszillierenden Einwirkungen der Triebwerkskräfte auf die hydraulische Einspannung und die damit bedingte Geräuschentwicklung ausgeglichen werden sollen.
Ferner ist aus der US 4,693,081 A bekannt, die Fördermenge einer verstellbare Flügelzellenpumpe eines Automatgetriebes in Abhängigkeit der Motorlast zu steuern, wobei die Ist-Exzentrität zwischen dem Rotor und dem Verstellring mittels eines die Position der Verstelleinrichtung des Verstellrings detektierenden Sensors erfasst wird und anhand dieses Wertes die Verstellung des Verstellrings erfolgt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erhöhung des Wirkungsgrades eines eine verstellbare hydraulische Pumpe aufweisenden Getriebes anzugeben, durch dessen Durchführung in Abhängigkeit der Fördermenge der Pumpe und optional weiterer Parameter, wie beispielsweise der Temperatur oder der Hydraulikölviskosität der Wirkungsgrad des Getriebes und die Dynamik der Reaktion der Pumpe auf Fördermengenanforderungen optimiert werden. Insbesondere sollen die Stellzeiten nach dem Auslösen von Schaltungen verkürzt werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Demnach wird ein Verfahren zur Erhöhung des Wirkungsgrades eines eine verstellbare hydraulische Pumpe mit einem Verstellorgan zur Einstellung der Fördermenge der Pumpe aufweisenden Getriebes vorgeschlagen, im Rahmen dessen in Kenntnis der Lage des Verstellorgans und/oder der Ist-Fördermenge der Pumpe durch einen Vergleich zwischen der Soll-Fördermenge und der Ist-Fördermenge der Pumpe das Getriebe derart angesteuert wird, dass zum Einen der Ölbedarf gedeckt wird und zum Anderen ausreichend Öl für Fördermengenanforderungen zur Verfügung steht, wodurch die Schaltzeiten verkürzt werden, da ein Druckeinbruch vermieden wird. Anhand der Lage des Verstellorgans kann in Abhängigkeit der Pumpengeometrie und der Umweltbedingungen, beispielsweise der Temperatur, die Ist-Fördermenge ermittelt werden.
Gemäß der Erfindung können in Kenntnis der Lage des Verstellorgans und/oder der Ist-Fördermenge der Pumpe die Schaltkennlinien des Getriebes derart angepasst werden, dass durch eine entsprechende Gangauswahl die Antriebsdrehzahl reduziert wird, wodurch der Wirkungsgrad bei gewährleisteter Ölversorgung optimiert wird.
Wenn zudem beispielsweise erkannt wird, dass die Ist-Fördermenge der Pumpe höher ist als benötigt, kann eine Schaltung vorgezogen werden, da ausreichend Öl zur Verfügung steht.
Im Rahmen einer Weiterbildung der Erfindung kann auch das Leerlaufdrehzahlniveau an die Lage des Verstellorgans und/oder der Ist-Fördermenge der Pumpe angepasst werden, so dass von der Pumpe genau die Fördermenge zur Verfügung gestellt wird, die wirklich benötigt wird und ausreichend Öl für Fördermengenanforderungen zur Verfügung steht. Dadurch wird der Wirkungsgrad bei gewährleisteter Ölversorgung optimiert.
Ferner kann die Antriebsdrehzahl und somit die Fördermenge der Pumpe bei niedrigen Temperaturen, was in geringen Anforderungen an die Kühlung resultiert, und/oder geringen Öldrücken, d.h. bei geringem Ölbedarf im Getriebe, durch Schalten eines höheren Ganges bzw. durch Reduzierung der Leerlaufdrehzahl abgesenkt werden. Für den Fall, dass bei hohen Temperaturen und/oder höheren Drücken größere Ölvolumen angefordert werden, kann dies durch entsprechende Schaltungen bzw. durch eine Anhebung der Drehzahl unterstützt werden.
Ferner kann durch die erfindungsgemäße Konzeption auf unterschiedliche Leckageverhalten oder Betriebszustände im Getriebe reagiert werden, wobei die Antriebsdrehzahl und somit indirekt die Fördermenge der Pumpe durch eine entsprechende Schaltungswahl oder Beeinflussung der Drehzahl eingestellt werden können.
Wenn in bestimmten Betriebszuständen des Getriebes ein besonders hoher Ölbedarf, der beispielsweise durch eine grenzlagige Abdichtung oder durch Verschleiß bedingt sein kann, erkannt ist und die Pumpe auf Maximalförderung eingestellt ist, kann dies dazu genutzt werden, um die Schaltpunkte an diese Situation anzupassen.
Insbesondere kann bei Einflüssen über der Lebensdauer durch Anpassung der Schaltpunkte auch das Verhalten des Getriebes angepasst werden, wodurch die Schaltqualität und die Lebensdauer verbessert werden.
Durch die erfindungsgemäße Konzeption ist es möglich, ein Getriebe in weiten Bereichen mit einem optimalen Wirkungsgrad zu betreiben; hierbei stellt die Pumpe nur so viel Öl zur Verfügung, wie tatsächlich benötigt wird, wobei ausreichend Öl zur Verfügung steht, um den Zusatzbedarf für die Befüllung eines Schaltelementes oder zur Versorgung des Kühl-/Schmiersystems zu decken.
Im Rahmen einer Weiterbildung der Erfindung kann eine Adaption auf die notwendigen Verstellungen der Pumpe durchgeführt werden, wodurch eine Verbesserte Vorsteuerung der Pumpe realisierbar ist, was in dem Vorteil resultiert, dass die Reaktionszeiten auf Fördermengenanforderungen weiter verkürzt werden.
Zur Erfassung der Lage des Verstellorgans der Pumpe kann am Verstellorgan, das für den Fall einer verstellbaren Flügelzellenpumpe als Verstellring ausgeführt ist, ein Wegsensor angeordnet sein. Durch die dadurch erfolgte Erfassung der Lage des Verstellorgans kann in Abhängigkeit der Pumpengeometrie und der Umweltbedingungen, beispielsweise der Temperatur, die aktuelle Fördermenge ermittelt werden, so dass durch die Ansteuerung des Aktuators zur Verstellung der Pumpe die entsprechend dem Bedarf richtige Fördermenge eingestellt werden kann. Die dem aktuellen Bedarf entsprechende Fördermenge kann um einen Offset erhöht werden, um schnelle Reaktionen auf Fördermengenanforderungen zu gewährleisten.
Dadurch entsteht der Vorteil, dass das Einstellen der richtigen oder maximalen Fördermenge nicht erst auf einen Druckeinbruch aufgrund des erhöhten Volumenbedarfs hin erfolgt, sondern im Rahmen einer Vorsteuerung vor oder zumindest beim Auslösen eines Schaltbefehls durchgeführt wird.
Zusätzlich oder alternativ zur Verwendung eines Wegsensors kann ein Drucksensor oder eine Volumenmesseinrichtung verwendet werden, wobei die dadurch ermittelte tatsächliche Fördermenge der Pumpe als Funktion der Umweltbedingungen, beispielsweise der Temperatur, der Drehzahl und/oder des Drucks als Kennlinie in der elektronischen Getriebesteuerung abgelegt werden kann, wobei die Kennlinie laufend angepasst werden kann. Auf diese Weise kann die Vorsteuerung optimiert werden.
Vorzugsweise wird als verstellbare hydraulische Pumpe eine verstellbare Flügelzellenpumpe verwendet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4410719 A1 [0009]
US 4693081 A [0010]

Claims

Verfahren zur Erhöhung des Wirkungsgrades eines eine verstellbare hydraulische Pumpe mit einem Verstellorgan zur Einstellung der Fördermenge der Pumpe aufweisenden Getriebes, wobei in Kenntnis der Lage des Verstellorgans und/oder der Ist-Fördermenge der Pumpe durch einen Vergleich zwischen der Soll-Fördermenge und der Ist-Fördermenge der Pumpe das Getriebe derart angesteuert wird, dass zum Einen der aktuelle Ölbedarf gedeckt wird und zum Anderen ausreichend Öl für Fördermengenanforderungen zur Verfügung steht, wodurch die Schaltzeiten verkürzt werden, da ein Druckeinbruch vermieden wird.
Verfahren zur Steuerung einer verstellbaren hydraulischen Pumpe eines Getriebes, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkennlinien des Getriebes derart angepasst werden, dass durch eine entsprechende Gangauswahl die Antriebsdrehzahl reduziert wird, wodurch der Wirkungsgrad bei gewährleisteter Ölversorgung optimiert wird.
Verfahren zur Steuerung einer verstellbaren hydraulischen Pumpe eines Getriebes, nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Leerlaufdrehzahlniveau an die Lage des Verstellorgans und/oder der Ist-Fördermenge der Pumpe angepasst wird, so dass der Wirkungsgrad bei gewährleisteter Ölversorgung optimiert wird.
Verfahren zur Steuerung einer verstellbaren hydraulischen Pumpe eines Getriebes, nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung der Lage des Verstellorgans der Pumpe ein am Verstellorgan angeordneter Wegsensor verwendet wird, wobei durch die Erfassung der Lage des Verstellorgans in Abhängigkeit der Pumpengeometrie und der Umweltbedingungen die aktuelle Fördermenge ermittelt wird, so dass durch die Ansteuerung des Aktuators zur Verstellung der Pumpe die entsprechend dem Bedarf richtige Fördermenge eingestellt wird, wobei dem aktuellen Bedarf entsprechende Fördermenge um einen Offset erhöht werden kann, um schnelle Reaktionen auf Fördermengenanforderungen zu gewährleisten.
Verfahren zur Steuerung einer verstellbaren hydraulischen Pumpe eines Getriebes, nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung der Ist-Fördermenge der Pumpe ein Drucksensor oder eine Volumenmesseinrichtung verwendet wird, wobei die dadurch ermittelte tatsächliche Fördermenge der Pumpe als Funktion der Umweltbedingungen als Kennlinie in der elektronischen Getriebesteuerung abgelegt wird, wobei die Kennlinie laufend anpassbar ist.
Verfahren zur Steuerung einer verstellbaren hydraulischen Pumpe eines Getriebes, nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung der richtigen oder der maximalen Fördermenge nicht erst auf einen Druckeinbruch aufgrund des erhöhten Volumenbedarfs hin erfolgt, sondern im Rahmen einer Vorsteuerung vor oder zumindest beim Auslösen eines Schaltbefehls durchgeführt wird.
Verfahren zur Steuerung einer verstellbaren hydraulischen Pumpe eines Getriebes, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als verstellbare hydraulische Pumpe eine verstellbare Flügelzellenpumpe verwendet wird.