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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines Ölstandes in einem Getriebe gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
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Bekannterweise sind Getriebe mit Pumpen ausgeführt, um über einen Hydraulikdruck betätigbare Getriebekomponenten in gewünschtem Umfang mit Hydraulikfluid beaufschlagen zu können. Bei Förderung von Hydraulikfluid durch eine Pumpe oder durch eine Aktuatorik liegt üblicherweise im Ansaugbereich ein Unterdruck vor. Dies wird im Normalfall durch einen ausreichend groß dimensionierten Ölsumpf eines Getriebes gewährleistet. Zur Bestimmung eines Ölstandes eines solchen Ölsumpfes sind beispielsweise aus der
DE 40 40 897 C2 oder der
DE 101 47 574 A1 Lösungen bekannt.
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Die Ansaugung ungelöster Luftanteile in einem Hydraulikfluid ist in vielen Hydraulikanwendungen unerwünscht, da diese im Vergleich zu üblichen Hydraulikfluiden stark komprimierbare Anteile darstellen und sich daher bereits in geringen Mengen nachteilig auf eine Funktion einer zugehörigen Ventilschaltung auswirken. Das Vorhandensein solcher Luftanteile in einem Hydraulikfluidvolumenstrom verursacht eine Betätigungsspontaneität beeinträchtigende hohe Totzeiten, Instabilitäten sowie Abweichungen von definierten Arbeitspunkten.
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Bei aus der Praxis bekannten Automatikgetrieben wird das Ansaugen von ungelösten Luftanteilen über eine Hydraulikpumpe durch einen ausreichend groß dimensionierten Ölsumpf bzw. einen hinreichend gut definierten Ölstand verhindert. Ein solcher Ölstand gewährleistet in allen Beschleunigungs- und Verzögerungssituationen eines Fahrzeuges, dass ein Ansaugbereich einer Hydraulikpumpe bzw. ein Saugschnorchel unterhalb des Ölstandes in einem Getriebe angeordnet ist. Diese Vorgehensweise ist jedoch nicht immer im gewünschten Umfang umsetzbar, da im Automobilbereich der hierfür erforderliche Bauraum oftmals nicht im erforderlichen Umfang zur Verfügung steht.
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Eine bekannte alternative Methodik, um angesaugte Luftanteile in einem Fluid-Öl-Gemisch zu verringern, sieht eine Rückführung eines Teils eines Förderstroms aus einem Druckkanal in den Saugkanal vor. Die Umwandlung der kinetischen Energie in Druckenergie erfolgt im Bereich eines Diffusors. Bei der aus der
DE 10 2009 015 990 A1 bekannten Flügelzellenpumpe mit Beifüllhilfe ist der rückgeführte Ölstrom steuerbar.
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Bei gleichen Randbedingungen, wie gleicher Pumpendrehzahl, gleicher Temperatur, gleicher Ansauggeometrie und dergleichen, nehmen durch Kavitation verursachte Nachteile zu, je höher die Anteile an Luft im Hydraulikfluid sind. Dabei sind sowohl im Hydraulikfluid vorhandene gelöste als auch ungelöste Luftanteile kritisch. Das im Kreis geführte Hydraulikfluidvolumen wird nicht im Bereich von Kupplungen oder Schmierölleitungen abgeschleudert bzw. durch rotierende Teile eines Getriebes verwirbelt und weist deshalb einen geringeren Luftanteil auf als ein Hydraulikfluidvolumenstrom, der durch eine sogenannte Sumpfansaugung gefördert wird.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Bestimmen eines Ölstandes in einem Getriebe zur Verfügung zu stellen, mittels dem unerwünscht hohe Luftanteile in einem angesaugten Hydraulikfluidvolumenstrom mit geringem Aufwand vermieden werden können.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Bestimmen eines Ölstandes in einem Getriebe mit wenigstens einer über einen Hydraulikdruck betätigbaren Getriebekomponente ist der Hydraulikdruck im Bereich der Getriebekomponente in Abhängigkeit eines elektrischen Steuerimpulses einstellbar und über eine Drucksensoreinrichtung bestimmbar.
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Erfindungsgemäß wird ein Zeitraum zwischen einem Zeitpunkt, zu dem ein elektrischer Steuerimpuls zum Einstellen eines im Bereich der Getriebekomponente anzulegenden Hydraulikdruckes generiert wird, und einem weiteren Zeitpunkt bestimmt, zu dem der Hydraulikdruck einen Druckwert größer als ein Vorbefülldruckwert der Getriebekomponente übersteigt, wobei in Abhängigkeit des Zeitraumes ein aktueller Ölstand im Getriebe ermittelt wird.
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Während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird beispielsweise während einer Befüllung einer als Kupplung ausgeführten Getriebekomponente die Totzeit zwischen dem Stromsignal im Bereich einer zugehörigen Vorsteuerstufe und dem zugehörigen Kupplungsdruck ermittelt. Dabei liegt der Erfindung die Kenntnis zugrunde, dass Totzeiten bei der Kupplungsansteuerung im engen Zusammenhang mit dem jeweils aktuell vorliegenden Ölstand und aus einem zu geringen Ölstand resultierenden Luftanteilen im Hydraulikfluid in einem Getriebe stehen.
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In sogenannten quasistationären Betriebszuständen von Getrieben, d. h. ohne vorliegende maximale Längs- oder Querbeschleunigungen bzw. Längs- oder Querverzögerungen, weist ein Ölsumpf eines Getriebes einen hohen Ölstand auf, was auch als sogenannter überbefüllter Betriebszustand des Getriebes bezeichnet wird. Während eines solchen Betriebszustandes eines Getriebes liegt die zugehörige Ansaugöffnung einer Hydraulikpumpe eines Getriebes deutlich unterhalb des vorliegenden Ölstandes bzw. Ölspiegels. Dabei ist es für die Funktionsweise der Hydraulikpumpe unerheblich, ob der Ansaugschnorchel beispielsweise 40 oder 140 mm unterhalb des Ölstandes liegt.
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Senkt sich der Ölstand im Betrieb des Getriebes sukzessive ab, zeigt sich je nach konstruktiver Ausführung eines Getriebes beispielsweise bei ca. 60 % einer Nominalbefüllung, die einem Füllstand eines Getriebes im Ruhezustand entspricht, erstmals eine spürbare und deutliche Änderung der Totzeiten bei der Kupplungsansteuerung. Sinkt der Ölstand beispielsweise auf ca. 50 % ab, steigen die Totzeiten bei der Ansteuerung einer Kupplung eines Doppelkupplungssystems um mehr als 100 % vom Nominalwert bzw. der Nominalbefüllung an, während bei einer weiteren Kupplung eines Doppelkupplungssystems der Anstieg der Totzeiten nicht ganz so hoch wie im Bereich der ersten Kupplung ist.
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Während ungünstiger Betriebszustandsverläufe wird von einer Hydraulikpumpe eines Getriebes in unerwünschtem Umfang verschäumtes Hydraulikfluid bzw. Öl angesaugt. Ein Hydrauliksystem eines Getriebes bzw. das Getriebe ist jedoch weiterhin betriebsfähig und es kann nach wie vor der angeforderte Systemdruck aufgebaut werden. Zusätzlich sind zugehörige hydraulische Verbraucher, wie Kupplungen, Vorsteuerstufen, Schaltzylinder, Kühl- und Schmierölleitungen und dergleichen, auch noch ausreichend mit Hydraulikfluidvolumen versorgbar. Da angesaugte Luftanteile sich unter entsprechender Druckbeaufschlagung bekannterweise in Hydraulikfluid lösen, gasen gelöste Luftanteile in einer hydraulischen Steuerung eines Getriebes im Bereich von Kanälen, in deren Bereiche der Druck entsprechend niedrig ist, teilweise wieder aus bzw. es scheidet sich in verschiedenen Kanälen Luft ab. Insbesondere während der Ansteuerung von Kupplungsventilen steigen daher die Totzeiten und die damit korrespondierenden Steuerungsverzögerungen an.
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Sinkt der Ölstand auf ca. 30 % des Nominalwertes ab, ist der Systemdruck im Getriebe nicht mehr im gewünschten Umfang darstellbar. Da in einem Automatikgetriebe im Bereich eines Ölsumpfes ständig Aufwirbelungen und Beunruhigungen auftreten, erfolgt im Bereich der Pumpenansaugung kein digitales Umschalten von Öl in Richtung angesaugter Luft, wie dies rein geometrisch bei ruhendem Ölstand und gegebener Ansauggeometrie erwartbar wäre, womit ein Getriebe über einen größeren Betriebsbereich betriebsfähig ist, als dies zu erwarten ist. Bei stationär hydraulischen Anwendungen sind derartige Effekte bei einer Ausführung mit einem hinreichend großen Ölsumpf üblicherweise nicht gegeben.
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Zusätzlich zeigen Untersuchungen verschiedener Getriebebaureihen, dass der geometrischen Gestaltung eines Ölrücklaufs eine ausgezeichnete Bedeutung zukommt. Wird über die Hydraulikpumpe angesaugtes und anschließend über hydraulische Verbraucher an die Getriebeumgebung abgegebenes Hydraulikfluid über relativ lange Wege in den Ölsumpf zurückgeführt und anschließend wieder angesaugt, steht ungelösten Luftanteilen genügend Zeit zur Verfügung, um im gesammelten Hydraulikfluidvolumen im Ölsumpf aufzusteigen. Derartige Getriebeausführungen verursachen oftmals Probleme im Bereich der Pumpenansaugung bei niedrigen Betriebstemperaturen, da das Hydraulikfluid in solchen Betriebszuständen an kalten Oberflächen des Getriebes haften bleibt und aufgrund seiner hohen Viskosität nicht mehr ausreichend schnell zur Ansaugung zurückströmen kann.
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Bei weiteren Getrieben besteht die Möglichkeit, dass über hydraulische Verbraucher eines Getriebes abgeschleudertes Hydraulikfluid, speziell das zur Kühlung von Kupplungen vorgesehene und oft sehr stark verschäumte Hydraulikfluid, vergleichsweise direkt in Richtung des Ansaugbereiches einer Hydraulikpumpe zurückströmt. In der Folge zeigt sich in Abhängigkeit einer Drehzahl einer mit einer Getriebeeingangswelle verbundenen Antriebsmaschine und des sich dabei einstellenden Ölstandes ein eher stetiger Anstieg der Totzeiten während einer Befüllung einer Kupplung. Ursache dafür ist, dass eine Hydraulikpumpe bereits bei geringen Ölstandsänderungen verschäumtes bzw. unberuhigtes Hydraulikfluid ansaugt.
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Des Weiteren zeigt sich, dass Totzeiten durch den Einsatz sogenannter ATF-Hydraulikfluide (Automatic-Transmission-Fluid), die ohne sogenannte Verschäumungshemmer bzw. Additive, wie Silikon, verwendet werden, auch bereits bei Vorliegen des Nominalfüllstandes im Getriebe stark ansteigen. Solche Hydraulikfluide verschäumen im Betrieb eines Getriebes unter Umständen derart stark, dass neben einem unerwünscht hohen Luftansaugen mit dem Hydraulikfluid auch Ölaustritte aus einem Innenraum eines Getriebes über einen Getriebeentlüfter stattfinden.
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Die vorbeschriebenen Zusammenhänge zwischen einer Totzeit während einer Betätigung einer Getriebekomponente und einem aktuell im Getriebe vorliegenden Ölstand werden bei der vorliegenden Erfindung dazu verwendet, den aktuellen Ölstand im Getriebe mit geringem Aufwand über den gesamten Betriebsbereich eines Getriebes jeweils in Abhängigkeit einer Totzeit zu ermitteln und gegebenenfalls Unterversorgungsbetriebszustände im Getriebe rechtzeitig erkennen zu können sowie eine Funktionsweise eines Getriebes dauerhaft beeinträchtigende Betriebszustandsverläufe durch geeignete Gegenmaßnahmen auf konstruktiv einfache und kostengünstige Art und Weise zu vermeiden.
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Über die erfindungsgemäße Vorgehensweise sind beispielsweise auf einfache Art und Weise auch Undichtigkeiten im Bereich eines Getriebes ermittelbar, die einen dauerhaften Ölverlust verursachen. Solche Undichtigkeiten treten beispielsweise durch einen Fehler im Bereich einer Dichteinrichtung auf, der einen Übertritt von Kupplungsöl in einen konstruktiv dicht ausgeführten Radsatzraum eines Getriebes zulässt und somit nach einer längeren Betriebsdauer eine Getriebeschädigung bzw. einen Getriebeausfall begünstigt.
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Da Diagnosemodule von Getrieben bereits vor der Auslieferung aktiv sind, ist eine nicht ausreichende Öladditivierung ermittelbar und ein qualitativ unzureichendes Getriebe durch ein sogenanntes Nachimpfen des Öles, beispielsweise mit Silikon, in den erforderlichen Auslieferungszustand überführbar.
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Bei einer vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei Ermittlung eines Ölstandes kleiner als ein vordefinierter Wert ein Signal für eine Bedienperson ausgegeben, womit ein Fahrer rechtzeitig auf Unterversorgungszustände im Bereich eines Getriebes hinweisbar ist und Schädigungen im Bereich eines Getriebes verhinderbar sind.
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Bei einer besonders einfach durchführbaren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Bestimmung des aktuell vorliegenden Ölstandes im Getriebe eine empirisch ermittelte Kennlinie verwendet.
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Wird der elektrische Steuerimpuls zur Betätigung eines elektrohydraulischen Druckstellers generiert, in dessen Bereich ein Betätigungsdruck für eine Getriebekomponente einstellbar ist, ist die Ermittlung des Ölstandes im Bereich eines Getriebes aufgrund der direkten Abhängigkeit des Betätigungsdruckes vom Steuerimpuls mit geringen Toleranzabweichungen durchführbar.
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Sowohl die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale als auch die im nachfolgenden Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Gegenstandes angegebenen Merkmale sind jeweils für sich alleine oder in beliebiger Kombination miteinander geeignet, den erfindungsgemäßen Gegenstand weiterzubilden. Die jeweiligen Merkmalskombinationen stellen hinsichtlich der Weiterbildung des Gegenstandes nach der Erfindung keine Einschränkung dar, sondern weisen im Wesentlichen lediglich beispielhaften Charakter auf.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Gegenstandes ergeben sich aus den Patentansprüchen und dem nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispiel.
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Es zeigt:
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1 einen Verlauf eines Stromimpulses und einen Verlauf eines Hydraulikdrucks im Bereich eines Getriebes über der Zeit t; und
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2 Verläufe von Totzeiten bei der Ansteuerung von Kupplungen eines Doppelkupplungssystems eines Getriebes über einem prozentualen Ölstand einer Nominalbefüllung des Getriebes.
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1 zeigt einen Verlauf eines elektrischen Steuerimpulses ik und einen damit korrespondierenden Verlauf eines Hydraulikdrucks pk über der Zeit t. Dabei wird der Verlauf des Steuerimpulses ik während der Befüllung eines Kolbenraumes einer Kupplung, vorzugsweise eines Doppelkupplungssystems eines als Doppelkupplungsgetriebe ausgeführten Getriebes ausgegeben. Der aus dem Steuerimpuls ik resultierende Hydraulikdruck pk wird über eine Drucksensoreinrichtung im Bereich der Kupplung bestimmt.
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Zu einem Zeitpunkt T0 liegt die Kupplung im Wesentlichen in geöffnetem Betriebszustand vor und es ist über die Kupplung kein Drehmoment führbar. Um ein Leerlaufen eines Leitungssystems eines Hydrauliksystems des Getriebes im Bereich eines mit dem elektrischen Steuerimpuls beaufschlagbaren elektrohydraulischen Druckstellers und des Kolbenraumes der mit dem Hydraulikdruck pk beaufschlagbaren Kupplung zu vermeiden, liegt am elektrohydraulischen Drucksteller der Steuerimpulswert ik0 an und im Bereich des elektrohydraulischen Druckstellers wird der Druckwert pk0 eingestellt, der einem sogenannten Vorbefülldruckniveau entspricht, zu dem ein Leerlaufen der Kupplung verhindert wird.
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Zu einem Zeitpunkt T1 ergeht eine Anforderung zum Schließen der Kupplung, weshalb der Verlauf des Steuerimpulses ik sprungartig auf ein Schnellfüllniveau iksf angehoben und bis zu einem Zeitpunkt T2 auf diesem Niveau konstant gehalten wird. Der Zeitraum zwischen dem Zeitpunkt T2 und T1 entspricht einer sogenannten Schnellfüllzeit, wobei der Zeitpunkt T2 das Ende eines sogenannten Schnellfüllpulses der Kupplung darstellt. Anschließend wird der Steuerimpuls ik während einer sogenannten Füllausgleichsphase konstant auf einem Füllausgleichsniveau ikfa belassen. Die Füllausgleichsphase endet vorliegend zu einem Zeitpunkt T3. Während der Füllausgleichsphase legen sich Innen- und Außenlamellen eines Lamellenpaketes der als Lamellenkupplung ausgeführten Kupplung in gewünschtem Umfang aneinander an. Durch ein Anheben des Steuerimpulses ik nach dem Zeitpunkt T3 ausgelöster Anstieg des Hydraulikdruckes pk hat eine sofortige Zunahme der Übertragungsfähigkeit der Kupplung zur Folge, womit zunehmend Drehmoment über die Kupplung führbar ist. Zu einem Zeitpunkt T4 wird der Verlauf des Steuerimpulses ik wiederum sprungartig auf das Vorbefülldruckniveau ik0 abgesenkt, womit die Kupplung wieder in ihren geöffneten Betriebszustand überführt wird.
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Der zum Zeitpunkt T0 sprungartige Anstieg des Verlaufes des Steuerimpulses ik bewirkt zu einem Zeitpunkt T5 einen steilen Anstieg des Verlaufes des Hydraulikdruckes pk, der anschließend bis zu einem Zeitpunkt T6 auf ein mit dem Schnellfüllniveau des Steuerimpulses iksf korrespondierendes Druckniveau pksf eingeregelt wird. Anschließend sinkt der Hydraulikdruck pk während der Füllausgleichsphase über den Zeitpunkt T3 aufgrund der systemimmanenten Verzögerungszeit bis zu einem Zeitpunkt T7 ab und steigt während der sich an die Füllausgleichsphase anschließenden Schließphase über eine Druckrampe wieder an, womit die Übertragungsfähigkeit der Kupplung in angefordertem Umfang erhöht wird. Nach dem Zeitpunkt T4 sinkt der Hydraulikdruck pk wiederum auf das Öffnungsdruckniveau pk0 ab.
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Um einen Ölstand im Getriebe mit geringem Aufwand bestimmen zu können, wird vorliegend zum Zeitpunkt T1 ein Timer gestartet, um den Zeitraum Tt zwischen dem Zeitpunkt T1, zu dem der elektrische Steuerimpuls ik zum Einstellen eines im Bereich der Kupplung anzulegenden Hydraulikdruckes pk generiert wird, und einem weiteren Zeitpunkt T8, zu dem der Hydraulikdruck pk einen Druckwert pk8 größer als der Vorbefülldruckwert pk0 der Kupplung übersteigt, zu bestimmen. Dieser über den zum Zeitpunkt T1 gestarteten Timer ermittelte Zeitraum Tt wird als Totzeit bezeichnet und stellt ein Maß einer Spontaneität der Betätigung der Kupplung dar.
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Die in 2 gezeigten Verläufe Tt1 und Tt2 geben die Abhängigkeit zwischen der Totzeit Tt und einem aktuell im Getriebe vorliegenden Ölstand wieder. Anhand der Verläufe Tt1 und Tt2 sind in Abhängigkeit der während einer Ansteuerung der Kupplungen jeweils ermittelten Totzeit Tt die im Getriebe aktuell vorliegenden Ölstände ermittelbar. Die Verläufe der Totzeiten Tt1, Tt2 sind über dem Verhältnis zwischen dem aktuellen Ölstand und dem sogenannten Nominalwert des Ölstandes im Getriebe verlaufend aufgetragen.
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Aus der Darstellung gemäß 2 geht hervor, dass aus einem sinkenden aktuellen Ölstand im Getriebe steigende Totzeiten Tt resultieren. Um dauerhaft funktionskritische Unterversorgungszustände aufgrund eines zu geringen Ölstandes im Getriebe zu vermeiden, wird vorliegend bei einer Unterschreitung eines kritischen Ölstandes im Getriebe eine Meldung an einen Fahrer des mit dem Getriebe ausgeführten Fahrzeuges ausgegeben. Dabei besteht die Möglichkeit, ein visuelles, haptisches, akustisches Signal oder eine Kombination daraus zu generieren, um einen Fahrer auf einen funktionskritischen Ölstand hinzuweisen.
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Bezugszeichen
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- ik
- Steuerimpuls
- ik0
- Steuerimpulswert, Vorbefüllniveau
- ikfa
- Füllausgleichsniveau
- iksf
- Schnellfüllniveau
- pk
- Hydraulikdruck
- pk0
- Vorbefülldruckniveau
- pksf
- Schnellbefülldruckniveau
- pk8
- Druckwert
- T0 bis T8
- diskreter Zeitpunkt
- t
- Zeit
- Tt
- Totzeit
- Tt1, Tt2
- Verlauf der Totzeit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4040897 C2 [0002]
- DE 10147574 A1 [0002]
- DE 102009015990 A1 [0005]
