DE102014218108A1

DE102014218108A1 - Verfahren zum Schutz eines hydrostatischen Kupplungsaktors, insbesondere in einem Kupplungsbetätigungssystem eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE102014218108A1
Application number: DE102014218108.9A
Authority: DE
Inventors: Erhard Hodrus; Markus Lienhard
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2014-09-10
Filing date: 2014-09-10
Publication date: 2016-03-10
Anticipated expiration: 2034-09-11
Also published as: DE102014218108B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schutz eines hydrostatischen Kupplungsaktors, welcher einen Geberzylinder (17) umfasst, in welchem eine Hydraulikflüssigkeit (18) in einer hydrostatischen Übertragungsstrecke zur Betätigung einer Kupplung (4) verschoben wird, bei welchem ein Druck der Hydraulikflüssigkeit (18) in der hydrostatischen Übertragungsstrecke bestimmt wird und bei einer Ausgangsposition (x1) des Geberzylinders (17), welche einer unbetätigt geschlossenen Kupplung (4) entspricht, ein Schnüffelvorgang zwischen dem Geberzylinder (17) und einem Nachlaufbehälter (25) für die Hydraulikflüssigkeit (18) ausgeführt wird. Bei einem Verfahren, bei welchem bei erhöhten Temperaturen eine Zerstörung des hydrostatischen Aktors zuverlässig unterbunden wird, wird vor dem Erreichen der Ausgangsposition (x1) des Geberzylinders (17) bei einer sich schließenden Kupplung (4) der Druck (s) in der hydrostatischen Strecke bestimmt, welcher mit einem Druckschwellwert (ps) verglichen wird und bei Überschreitung des Druckschwellwertes (ps) durch den bestimmten Druck (s) der Schnüffelvorgang unterbunden wird, während bei Unterschreitung des Druckschwellwertes (ps) der Schnüffelvorgang ausgeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schutz eines hydrostatischen Kupplungsaktors, welcher einen Geberzylinder umfasst, in welchem eine Hydraulikflüssigkeit in einer hydrostatischen Übertragungsstrecke zur Betätigung einer Kupplung verschoben wird, bei welchem ein Druck der Hydraulikflüssigkeit in der hydrostatischen Übertragungsstrecke bestimmt wird und bei einer Ausgangsposition des Geberzylinders, welche einer unbetätigt geschlossenen Kupplung entspricht, ein Schnüffelvorgang zwischen dem Geberzylinder und einem Nachlaufbehälter für die Hydraulikflüssigkeit ausgeführt wird.
Aus der DE 10 2012 204 940 A1 ist ein Verfahren zur Adaption von Parametern einer Kupplung in einem hydrostatischen Kupplungssystem bekannt. Solche hydrostatischen Kupplungssysteme sind mit einer Kupplungsaktorik ausgeführt, die einen Drucksensor aufweisen. Bei der Kupplungsaktorik handelt es sich um einen sogenannten hydrostatischen Kupplungsaktor HCA (Hydrostatic Clutch Actuator), welcher aus der DE 10 2010 047 801 A1 bekannt ist. Unter einem derartigen hydrostatischen Kupplungsaktor soll im Weiteren ein Aktor mit einer hydrostatischen Übertragungsstrecke, beispielsweise einer Druckleitung mit Hydraulikflüssigkeit verstanden werden, deren Druck durch den Drucksensor erfasst wird. Durch diese hydrostatische Übertragungsstrecke wird die Kupplung betätigt. Zur Betätigung der Kupplung wird ein Kolben im Geberzylinder des Kupplungsaktors elektromotorisch verstellt. Über die Hydraulikflüssigkeit im System wird dadurch ein Kolben im Nehmerzylinder betätigt. Der Kolben des Nehmerzylinders wirkt dabei auf die Hebelfederspitzen, die dann bei Betätigung die Kupplungsplatte von der Kupplungsscheibe abheben und damit die Übertragung von Kupplungsmoment über die Kupplung unterbricht. Unbetätigt schließt die vorgespannte Hebelfeder die Kupplung.
Durch unterschiedliche physikalische Effekte, wie z.B. Temperatureinfluss, entsteht in der hydrostatischen Übertragungsstrecke eine Volumenzunahme bzw. Volumenabnahme der Hydraulikflüssigkeit. Der Kupplungsaktor besitzt konstruktiv eine Schnüffelbohrung und einen Nachlaufbehälter, wobei die Schnüffelbohrung bei Bewegung des Kolbens des Geberzylinders hinter die Schnüffelbohrung eine Volumenänderung ausgleichen kann. Dieser Vorgang soll im Weiteren als Schnüffelvorgang bezeichnet werden. Nachteilig dabei ist, dass, wenn sich die Flüssigkeit im geöffneten Zustand der Kupplung stark aufgrund der Temperatureinflüsse ausgedehnt hat, der Druck in der hydrostatischen Übertragungsstrecke beim Erreichen der Schnüffelbohrung so groß ist, dass eine Dichtung, welche an der Schnüffelbohrung des Kupplungsaktors ausgebildet ist, durch ein Entleeren der Hydraulikflüssigkeit in den Nachlaufbehälter beschädigt werden kann, wodurch der Kupplungsaktor beschädigt oder zerstört werden kann. Darüber hinaus kann ein zu starker Druckanstieg im System auch zu einem ungewollten Öffnen der Kupplung führen.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Schutz eines hydrostatischen Kupplungsaktors anzugeben, bei welchem eine Zerstörung des Systems bei zu hohem Druck zuverlässig unterbunden wird.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass vor dem Erreichen der Ausgangsposition des Geberzylinders bei einer sich schließenden Kupplung der Druck in der hydrostatischen Strecke bestimmt wird, welcher mit einem Druckschwellwert verglichen wird und bei Überschreitung des Druckschwellwertes durch den bestimmten Druck der Schnüffelvorgang unterbunden wird, während bei Unterschreitung des Druckschwellwertes der Schnüffelvorgang ausgeführt wird. Damit wird sichergestellt, dass bei zu hohem Druck im System ein Schnüffelvorgang unterbunden wird, so dass eine Zerstörung zuverlässig verhindert wird. Andererseits wird aber immer ein Schnüffelvorgang durchgeführt, wenn sich der Druck dem Druckschwellwert nähert, wodurch der hydrostatische Kupplungsaktor entlastet und dessen Beschädigung verhindert wird.
Vorteilhafterweise wird der Druck aus einem eindeutigen Bereich einer, das Schließen der Kupplung repräsentierenden Druckkennlinie durch Interpolation auf die Ausgangsposition des Geberzylinders abgeleitet. Aufgrund der Auswahl des monotonen Bereiches der Druckkennlinie kann die Interpolation einfach ausgeführt werden, da aufgrund dieses monotonen Zusammenhanges zwischen Druck und Weg des Geberzylinders zuverlässig eine Position des Geberzylinders bestimmt werden kann.
In einer Ausgestaltung wird der eindeutige Bereich der Druckkennlinie durch eine Gleichung, vorzugsweise eine Geradengleichung, parametrisiert. Durch diese Gleichung wird der Druckverlauf im gewählten Monotonbereich approximiert. Aus der Änderung der Druckkennlinie kann somit auf den Druck in der Ausgangsposition des Kolbens des Geberzylinders geschlossen werden, was durch die Verwendung einer Geradengleichung besonders einfach möglich ist.
In einer Ausführungsform wird vor dem Schnüffelvorgang eine aktuelle Gerade ermittelt, aus der der aktuelle Druck an der Ausgangsposition des Geberzylinders approximiert wird, welcher mit dem Druckschwellwert verglichen wird. Durch diese Approximation auf die Ausgangsposition des Kolbens des Geberzylinders lässt sich sehr einfach der aktuelle Druck in dem System bestimmen, woraus abgeleitet werden kann, ob ein Schnüffelvorgang ausgeführt werden soll oder nicht.
In einer Weiterbildung wird die Bestimmung des aktuellen Druckes umso häufiger durchgeführt, je mehr sich der aktuelle Druck dem Druckschwellwert nähert. Durch die Erhöhung der Priorität der Druckbestimmung und dem Vergleich mit dem Druckschwellwert kann ein Stilllegen des Fahrzeuges durch Erhöhung der Anzahl der Schnüffelvorgänge zuverlässig verhindert werden.
In einer Ausgestaltung wird eine Überschreitung des Druckschwellwertes an eine überlagerte Steuerung zur Einleitung einer Schutzmaßnahme gemeldet. Die überlagerte Steuerung, welche in Verbindung mit anderen Steuerungen des Kraftfahrzeuges steht, kann dann Maßnahmen innerhalb des Kraftfahrzeuges abstimmen, welche eine Zerstörung des Systems unterbinden.
In einer Ausführungsform erfolgt als Schutzmaßnahme eine Stilllegung des Fahrzeuges. Ein solches Stilllegen des Fahrzeuges ermöglicht ein Abkühlen und damit einen Druckausgleich durch Schnüffeln innerhalb des Kupplungsbetätigungssystems. Eine Weiterfahrt bei Überschreitung des Druckschwellwertes ist kritisch, da durch weitere Volumenzunahmen die Kupplung zu weit geöffnet werden kann, wobei sehr viel Schlupf und damit eine Überhitzung der Kupplung auftreten kann.
In einer Variante wird als Kupplung eine Trennkupplung eines Hybridfahrzeuges verwendet. Eine solche Trennkupplung wird dabei mit dem hydrostatischen Kupplungsaktor kombiniert, wobei die Trennkupplung im unbetätigten Zustand geschlossen ist.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.
Es zeigen:
1 eine Prinzipdarstellung eines Hybridantriebes,
2 eine Prinzipdarstellung eines hydrostatischen Kupplungsbetätigungssystems mit einer hydrostatischen Übertragungsstrecke,
3 eine Druck-Weg-Kennlinie des hydrostatischen Kupplungsaktors,
4 eine Darstellung der Verschiebung der approximierten Geradengleichung.
Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
In 1 ist eine Prinzipdarstellung eines Antriebsstranges eines Hybridfahrzeuges dargestellt. Dieser Antriebsstrang 1 umfasst einen Verbrennungsmotor 2 und einen Elektromotor 3. Zwischen dem Verbrennungsmotor 2 und dem Elektromotor 3 ist direkt hinter dem Verbrennungsmotor 2 eine Hybridtrennkupplung 4 angeordnet. Verbrennungsmotor 2 und Hybridtrennkupplung 4 sind über eine Kurbelwelle 5 miteinander verbunden. Der Elektromotor 3 weist einen drehbaren Rotor 6 und einen feststehenden Stator 7 auf. Die Abtriebswelle 8 der Hybridtrennkupplung 4 ist mit einem Getriebe 9 verbunden, welches ein nicht weiter dargestelltes Koppelelement beispielsweise eine zweite Kupplung oder einen Drehmomentwandler enthält, die zwischen dem Elektromotor 3 und dem Getriebe 9 angeordnet ist. Das Getriebe 9 überträgt das von dem Verbrennungsmotor 2 und/oder dem Elektromotor 3 erzeugte Drehmoment auf die Antriebsräder 10 des Hybridfahrzeuges. Der Elektromotor 3 und das Getriebe 9 bilden dabei ein Getriebesystem 11, welches von einem hydrostatischen Aktor 12 angesteuert wird.
Die zwischen dem Verbrennungsmotor 2 und dem Elektromotor 3 angeordnete Hybridtrennkupplung 4 wird geschlossen, um während der Fahrt des Hybridfahrzeuges mit dem von dem Elektromotor 3 erzeugten Drehmoment den Verbrennungsmotor 2 zu starten oder während eines Boostbetriebes mit antreibendem Verbrennungsmotor 2 und Elektromotor 3 zu fahren. Die Hybridtrennkupplung 4 wird dabei von dem hydrostatischen Kupplungsaktor 12 betätigt. Um sicherzustellen, dass beim Wiederstart des Verbrennungsmotors 2 durch den Elektromotor 3 ein ausreichendes Drehmoment vom Elektromotor 3 bereitgestellt wird, welches sowohl das Kraftfahrzeug über den Antriebsrädern 10 ohne Komfortverlust bewegt und gleichzeitig den Verbrennungsmotor 2 auch tatsächlich startet, ist eine genaue Kenntnis einer Kupplungskennlinie der Hybridtrennkupplung 4 erforderlich, bei welcher ein Kupplungsmoment über dem Weg des hydrostatischen Kupplungsaktors 12 abgebildet ist.
Ein Kupplungsbetätigungssystem 13 mit dem hydrostatischen Kupplungsaktor 12 ist in 2 dargestellt. Dieses Kupplungsbetätigungssystem 13 umfasst auf der Geberseite 14 ein Steuergerät 15, das den hydrostatischen Aktor 12 ansteuert. Bei einer Lageveränderung des hydrostatischen Kupplungsaktors 12 wird ein Kolben 16 im Geberzylinder 17 entlang des Kupplungsaktorweges nach rechts verschoben und verdrängt eine Hydraulikflüssigkeit 18 im Geberzylinder 17, wodurch ein Druck p in dem Geberzylinder 17 aufgebaut wird, der über die Hydraulikflüssigkeit 18 über eine Hydraulikleitung 19 zu einem Nehmerzylinder 20 übertragen wird. In dem Nehmerzylinder 20 verursacht der Druck p der Hydraulikflüssigkeit 18 eine Wegänderung eines Nehmerkolbens 21, die auf die Hybridtrennkupplung 4 übertragen wird, um diese zu betätigen. Der Druck p in dem Geberzylinder 17 wird mittels eines Drucksensors 22 ermittelt, während die von dem hydrostatischen Kupplungsaktor 12 zurückgelegte Wegstrecke entlang des Aktorweges mit einem Wegsensor 23 bestimmt wird.
Der Geberzylinder 17 weist eine Schnüffelbohrung 24 auf, über welche der Geberzylinder 17 mit einem Nachlaufbehälter 25 für die Hydraulikflüssigkeit 18 verbunden ist. Die Schnüffelbohrung 24 wird dabei bei Betätigung des hydrostatischen Kupplungsaktors 12 durch den Kolben 16 überfahren, so dass die Verbindung zwischen Nachlaufbehälter 25 und Geberzylinder 17 unterbrochen ist. Fährt der Kolben 16 des Geberzylinders 17 aber in die entgegengesetzte Richtung nach links, so wird die Schnüffelbohrung 24 freigegeben und es kann ein Volumenausgleich der Hydraulikflüssigkeit 18 zwischen der hydraulischen Übertragungsstrecke und dem Nachlaufbehälter 25 erfolgen, was als Schnüffelvorgang bezeichnet wird. Durch diesen Volumenausgleich erfolgt ein Temperaturausgleich in der hydraulischen Übertragungsstrecke.
Dieser Vorgang kann genutzt werden, um einen zu hohen Druck, welcher sich durch Temperaturänderung in der hydraulischen Übertragungsstrecke ausbildet, zu minimieren.
Zu diesem Zweck wird mittels des Drucksensors 22 und des Wegsensors 23 eine Druckkennlinie aufgenommen, welche den Druck p über dem Weg s des hydrostatischen Kupplungsaktors 12 angibt, wie sie in 3 dargestellt ist. Wie ersichtlich, verhält sich der Druck p bei einer unbetätigt geschlossenen Kupplung, welche mit einer Hebelfeder verbunden ist, nicht linear, da er während dem Öffnen der Hybridtrennkupplung 4 bis zu einem Druckmaximum ansteigt und danach wieder leicht abfällt. Im oberen Ast der Hysteresekurve der Druckkennlinie wird ein Öffnen der unbetätigt geschlossenen Hybridtrennkupplung 4 von links nach rechts durchlaufen. Der untere Ast der Hysteresekurve der Druckkennlinie verdeutlicht ein Schließen der unbetätigt geschlossenen Hybridtrennkupplung 4 von rechts nach links.
Wie zu erkennen ist, ändert sich der Druck p über dem Weg s im Bereich 3 bar < p <8 bar am unteren Ast fast linear. Unter der Annahme, dass die Hybridtrennkupplung 4 nach einem Schnüffelvorgang wieder geschlossen wird, wird der untere Ast der Druckkennlinie von rechts nach links durchlaufen. In dieser Zeit wird ein Messvorgang durch den Drucksensor 22 immer dann gestartet, wenn sich die Druckkennlinie bei negativem Druckgradienten zwischen 3 bar und 8 bar befindet. Aus den gemessenen Daten wird eine Geradengleichung parametrisiert, die den Druckverlauf im gewählten Bereich approximiert. Der Schnitt der Geradengleichung mit der Wegachse des hydrostatischen Kupplungsaktors 12 der Druckkennlinie direkt vor dem Schnüffelvorgang kann somit für eine Bestimmung des Drucks in der hydrostatischen Übertragungsstrecke genutzt werden. Die Parameter der Geraden werden so zum Zeitpunkt t = 0 in einem Bereich von 3 bar < p < 8 bar ermittelt und dann auf die Wegachse bei einem Druck p = 0 extrapoliert (4). Die zugehörige Position auf der Wegachse ist somit x1. Durch eine Volumenzunahme der Hydraulikflüssigkeit infolge von Temperaturänderungen nimmt auch der Druck p in der hydrostatischen Übertragungsstrecke zu, was dann zu einer Verschiebung der approximierten Geradengleichung nach links führt.
Anschließend wird der Schnittpunkt der Geraden, welche zum Zeitpunkt t > 0 erfasst wurde, mit der Ausgangsposition x1 des Kolbens des Geberzylinders 2 des hydrostatischen Kupplungsaktors 12 ermittelt. Somit wird der Druck s an der Ausgangsposition x1 des hydrostatischen Kupplungsaktors zu diesem Zeitpunkt t > 0 festgestellt. Dieser aktuelle Druck s wird mit einem Druckschwellwert p_s verglichen. Wird festgestellt, dass der aktuelle Druck s kleiner ist als der Druckschwellwert p_s, so wird ein Schnüffelvorgang bei einer übergeordneten Steuerung angefordert und bei Vorliegen einer Erlaubnis durch die übergeordnete Steuerung der Schnüffelvorgang unmittelbar durchgeführt. Mit Hilfe des Schnüffelvorganges wird der Druck im System entspannt, wodurch eine Beschädigung des Systems zuverlässig verhindert wird.
Ist der Druck kleiner als der Druckschwellwert p_s, so kann das System gefahrlos entlüftet und der Schnüffelvorgang ausgeführt werden. Ist der Druck s an der Ausgangsposition x1 des Kolbens 16 des Geberzylinders 17 des Kupplungsaktors 12 aber größer als der Druckschwellwert p_s, so muss ein Schnüffeln zum Schutz des hydrostatischen Kupplungsaktors 12 verboten werden. Dazu wird die überlagerte Steuerung von der Überschreitung des Druckschwellwertes p_s in Kenntnis gesetzt, welche z.B. durch Stilllegen des Kraftfahrzeuges ein Abkühlen des hydrostatischen Kupplungssystems ermöglicht und wodurch Druckausgleiche durch Schnüffelvorgänge ermöglicht werden.
Um ein solches Stilllegen des Kraftfahrzeuges zu verhindern, wird bei Feststellung, dass der aktuelle Druck s sich dem Druckschwellwert p_s annähert, die Häufigkeit der Bestimmung dieser Geradengleichung erhöht. Somit können durch mehrere hintereinander erfolgende Schnüffelvorgänge die Druckverhältnisse im hydrostatischen System auch bei erhöhten Temperaturen entspannt werden.
Aufgrund der beschriebenen Lösung wird der hydrostatische Kupplungsaktor 12 und die hydrostatische Übertragungsstrecke im Betrieb des Kupplungsbetätigungssystems permanent überwacht, damit bei einer Annäherung des Druckes an einen kritischen Bereich, welcher durch den Druckschwellwert p_s gekennzeichnet ist, frühzeitig ein Schnüffelvorgang angefragt bzw. durchgeführt werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Antriebsstrang
2: Verbrennungsmotor
3: Elektromotor
4: Hybridtrennkupplung
5: Kurbelwelle
6: Rotor
7: Stator
8: Abtriebswelle
9: Getriebe
10: Antriebsräder
11: Getriebesystem
12: Hydrostatischer Kupplungsaktor
13: Kupplungsbetätigungssystem
14: Geberseite
15: Steuergerät
16: Kolben
17: Geberzylinder
18: Hydraulikflüssigkeit
19: Hydraulikleitung
20: Nehmerzylinder
21: Nehmerkolben
22: Drucksensor
23: Wegsensor
24: Schnüffelbohrung
25: Nachlaufbehälter

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012204940 A1 [0002]
DE 102010047801 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Schutz eines hydrostatischen Kupplungsaktors, welcher einen Geberzylinder (17) umfasst, in welchem eine Hydraulikflüssigkeit (18) in einer hydrostatischen Übertragungsstrecke zur Betätigung einer Kupplung (4) verschoben wird, bei welchem ein Druck der Hydraulikflüssigkeit (18) in der hydrostatischen Übertragungsstrecke bestimmt wird und bei einer Ausgangsposition (x1) des Geberzylinders (17), welche einer unbetätigt geschlossenen Kupplung (4) entspricht, ein Schnüffelvorgang zwischen dem Geberzylinder (17) und einem Nachlaufbehälter (25) für die Hydraulikflüssigkeit (18) ausgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Erreichen der Ausgangsposition (x1) des Geberzylinders (17) bei einer sich schließenden Kupplung (4) der Druck (s) in der hydrostatischen Übertragungsstrecke bestimmt wird, welcher mit einem Druckschwellwert (p_s) verglichen wird und bei Überschreitung des Druckschwellwertes (p_s) durch den bestimmten Druck (s) der Schnüffelvorgang unterbunden wird, während bei Unterschreitung des Druckschwellwertes (p_s) der Schnüffelvorgang ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck (s) aus einem eindeutigen Bereich einer, das Schließen der Kupplung (4) repräsentierenden Druckkennlinie durch Interpolation auf die Ausgangsposition (x1) des Geberzylinders (17) abgeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der eindeutige Bereich der Druckkennlinie durch eine Gleichung, vorzugsweise eine Geradengleichung, parametrisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Schnüffelvorgang eine aktuelle Gerade ermittelt wird, aus der der aktuelle Druck an der Ausgangsposition (x1) des Geberzylinders (17) approximiert wird, welcher mit dem Druckschwellwert (p_s) verglichen wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des aktuellen Druckes (s) umso häufiger durchgeführt wird, je mehr sich der aktuelle Druck (s) dem Druckschwellwert (p_s) nähert.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Überschreitung des Druckschwellwertes (p_s) an eine überlagerte Steuerung zur Einleitung einer Schutzmaßnahme gemeldet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Schutzmaßnahme eine Stilllegung des Fahrzeuges erfolgt.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Kupplung eine Trennkupplung (4) eine Hybridfahrzeuges verwendet wird.