DE102015212101A1

DE102015212101A1 - Hydrauliksteuerung für einen Aktuator in einem Fahrzeuggetriebe

Info

Publication number: DE102015212101A1
Application number: DE102015212101.1A
Authority: DE
Inventors: Roland Gollmer; Thomas Heider; Sebastian Liebert
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2015-06-30
Filing date: 2015-06-30
Publication date: 2017-01-05
Anticipated expiration: 2035-07-01
Also published as: US10428934B2; CN107407276A; CN107407276B; US20180066747A1; WO2017001187A1; DE102015212101B4

Abstract

Hydrauliksteuerung für ein Fahrzeuggetriebe mit wenigstens einem, durch ein Hydraulikmedium betätigbaren, hydraulischen Aktuator (4) mit einem Ölversorgungsanschluss (5), einer Hochdruckhydraulikpumpe (2a) zur Versorgung einer Hochdruckhydraulikleitung (7), einer Niederdruckhydraulikpumpe (2b) zur Versorgung einer Niederdruckhydraulikleitung (6), einem Hydraulikreservoir (3) zum Aufnehmen des Hydraulikmedium aus einer Rücklaufleitung (8) und wenigstens einem hydraulischen Steuerungsventil (1) mit wenigstens drei Steuerungsstellungen (1.1, 1.2, 1.3) und wenigstens vier Ventilanschlüssen (1.a, 1.b), dadurch gekennzeichnet dass, in einer ersten Steuerungsstellung (1.1) die Hochdruckleitung (7) mit dem Ölversorgungsanschluss (5), insbesondere zum Regeln der Betätigungskraft des hydraulischen Aktuators (4), fluidleitend verbunden ist und, dass in einer zweiten Steuerungsstellung (12) die Niederdruckleitung (6) mit dem Ölversorgungsanschluss (5), insbesondere zum Vorbefüllen des hydraulischen Aktuators (4), fluidleitend verbunden ist und, dass in einer dritten Steuerungsstellung (1.3) der hydraulische Aktuator (4) mit der Rücklaufleitung (8), insbesondere zum Rücklauf des Hydraulikmediums, fluidleitend verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hydrauliksteuerung gemäß dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs sowie ein Verfahren zum Betriebe einer derartigen Steuerung. Derartige hydraulische Steuerungen sind aus der DE 10 2008 016 499 A1 bekannt.
Nachfolgend wird die Erfindung im Zusammenhang mit einem Getriebe für einen Personenkraftwagen beschrieben, dies ist nicht als eine Beschränkung der Erfindung zu verstehen. Ein allgemeines Ziel im Kraftfahrzeugbau ist es, die Effizienz zu erhöhen. Ein erhebliches Potential in der Verbesserung der Effizienz liegt im Bereich der Nebenverbraucher, dazu zählt auch die hydraulische Betätigung von Kupplungen und Bremsen in einem Fahrzeuggetriebe, insbesondere in einem Automatik- oder automatisiert schaltenden Getriebe.
Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, insbesondere aus der DE 10 2008 016 499 A1 , zur Versorgung eines Fahrzeuggetriebes wenigstens zwei Ölkreisläufe vorzusehen, wovon einer ein Hochdruckkreislauf und einer ein Niederdruckkreislauf ist. Der Hochdruckkreislauf ist dazu vorgesehen mit den hydraulischen Aktuatoren, also insbesondere den Kupplungen und Bremsen für die Gangwechsel, zusammenzuwirken und der Niederdruckkreislauf ist zur Schmierölversorgung und Getriebekühlung vorgesehen.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine Hydrauliksteuerung für ein Fahrzuggetriebe anzugeben, wobei die Effizienz dieser Steuerung verbessert ist.
Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand gemäß Patentanspruch 1 gelöst, sowie durch ein Verfahren zum Betrieb dieser Steuerung gemäß Anspruch 11.
Eine solche Hydrauliksteuerung für ein Fahrzeuggetriebe ist zur Steuerung der Betätigungskraft wenigstens eines durch ein Hydraulikmedium betätigbaren, hydraulischen Aktuators eingerichtet. Der hydraulische Aktuator, vorzugsweise ein hydraulischer Zylinder zum Ausüben einer Betätigungskraft auf die Reibbeläge einer Kupplung oder Bremse, wie diese zum Herbeiführen eines Gangwechsels in einem Fahrzeuggetriebe vorgesehen sind weist wenigstens einen Ölversorgungsanschluss auf, Vorzugsweise weisen derartige Aktuatoren einen zusätzlichen Rücklaufanschluss auf, mit welchem das Hydraulikmedium nach dem Betätigen wieder zurück Richtung Hydraulikreservoir gelangen kann, weiter vorzugsweise ist der Ölversorgungsanschluss gleichzeitig auch als Rücklaufanschluss gestaltet. Im Sinne der Erfindung ist unter einem Hydraulikmedium vorzugsweise ein Öl, bevorzugt ein Getriebeöl zu verstehen.
Zum Versorgen des Fahrzeuggetriebes mit Hydraulikmedium unter Hochdruck ist vorzugsweise wenigstens eine Hochdruckhydraulikpumpe vorgesehen. Dabei ist im Sinne dieser Erfindung unter Hochdruck ein Hydraulikdruck von 5 bar oder mehr, vorzugsweise von 10 bar oder mehr, bevorzugt von 25 bar oder mehr und besonders bevorzugt von 50 bar oder mehr und weiter von 300 bar oder weniger, vorzugsweise von 175 bar oder weniger, bevorzugt von 100 bar oder weniger und besonderes bevorzugt von 75 bar oder weniger, zu verstehen. Weiter wird eine Leitung zum Führen des Hydraulikmediums unter Hochdruck vorzugsweise als eine Hochdruckleitung bezeichnet. Vorzugsweise ist die Hochdruckleitung stromabwärts auf der Seite eines Steuerungsventils angeordnet die der Hochdruckpumpe zugewandt ist. Dabei ist stromabwärts insbesondere als die Richtung von einer der Hydraulikpumpen über das Steuerungsventil, dabei kann dieses Steuerungsventil auf vorzugsweise zur Druckregelung eingerichtet sein, zum hydraulischen Aktuator zu verstehen. Vorzugsweise ist unter einem solchen Steuerungsventil ein Wegeventil zu verstehen, Wegeventile sind als Längsschieber- und Drehschieberventile aus dem Stand der Technik bekannt. Weiter vorzugsweise ist ein solches Wegeventil dazu eingerichtet, verschiede Ventilanschlüsse selektiv miteinander zu verbinden und bevorzugt den Druck, mit welchem ein durch das Wegeventil ansteuerbarer Aktuator beaufschlagbar ist, zu regeln.
Zum Versorgen des Fahrzeuggetriebes mit Hydraulikmedium unter Niederdruck ist vorzugsweise wenigstens eine Niederdruckhydraulikpumpe vorgesehen. Dabei ist im Sinne dieser Erfindung unter Niederdruck ein Hydraulikdruck von größer als 0 bar oder mehr, vorzugsweise von 1 bar oder mehr, bevorzugt von 5 bar oder mehr und besonders bevorzugt von 7,5 bar oder mehr und weiter von 75 bar oder weniger, vorzugsweise von 50 bar oder weniger, bevorzugt von 20 bar oder weniger und besonderes bevorzugt von 10 bar oder weniger, zu verstehen. Weiter vorzugsweise weist die Niederdruckhydraulikpumpe ein besonders großes Fördervolumen auf, vorzugsweise ist der mit der Niederruckhydraulikpumpe erzeugbare Volumenstrom größer als der mit der Hochdruckhydraulikpumpe erzeugbare Volumenstrom, vorzugsweise 1,5 mal so groß oder größer, weiter vorzugsweise doppelt so groß oder größer, bevorzugt 5 mal so groß oder größer und besonders bevorzugt 10 mal so groß oder größer. Weiter wird eine Leitung zum Führen des Hydraulikmediums unter Niederdruck vorzugsweise als eine Niederdruckleitung bezeichnet. Vorzugsweise ist die Niederdruckleitung stromabwärts auf der Seite des Steuerungsventils angeordnet die der Niederdruckpumpe zugewandt ist.
Im Sinne der Erfindung ist unter einem Hydraulikreservoir zum Aufnehmen des Hydraulikmedium aus einer Rücklaufleitung ein Behälter zu verstehen der zur Aufnahme und Speicherung von Hydraulikmedium eingerichtet ist. Vorzugsweise ist unter dem Hydraulikmedium ein Hydrauliköltank und bevorzugt der Ölsumpf einer Getriebeeinrichtung zu verstehen.
Im Sinne der Erfindung ist unter einem hydraulischen Steuerungsventil ein Wegeventil mit wenigstens 3 Steuerungsstellungen und wenigstens 4 Ventilanschlüssen zu verstehen. In den Steuerungsstellungen sind durch ventilinterne Leitungen unterschiedliche Ventilanschlüsse selektiv fluidleitende miteinander verbindbar. Weiter vorzugsweise sind die einzelnen Steuerungsstellungen durch die Bewegung eines Steuerkolbens in einem Ventilgehäuse erreichbar. Vorzugsweise sind die Steuerungsstellungen durch eine Längsverschiebung des Steuerkolbens erreichbar, bevorzugt durch eine Verdrehung. Weiter vorzugsweise ist mit dem Steuerungsventil in wenigstens einer seiner Steuerungsstellung ein Druck des Hydraulikmediums regelbar. Weiter vorzugsweise weist das Steuerungsventil wenigstens 4 Ventilanschlüsse zum Anschluss von Leitungen die zum Führen des Hydraulikmediums eingerichtet sind und wenigstens 3 Steuerungsstellungen auf, wobei in den Steuerungsstellungen die Anschlüsse selektiv miteinander verbindbar sind.
Erfindungsgemäß ist in einer ersten Steuerungsstellung des Steuerungsventils die Hochdruckleitung mit dem Ölversorgungsanschluss, insbesondere zum Regeln der Betätigungskraft des hydraulischen Aktuators fluidleitend verbindbar.
Weiter vorzugsweise ist in einer zweiten Steuerungsstellung die Niederdruckleitung mit dem Ölversorgungsanschluss, insbesondere zum Vorbefüllen des hydraulischen Aktuators fluidleitend verbindbar. Vorzugsweise ist die Hydrauliksteuerung zum Steuern wenigstens eines und vorzugsweise einer Vielzahl von hydraulischen Aktuatoren, insbesondere von hydraulischen Zylindern, vorgesehen. Derartige Zylinder, insbesondere zum Betätigen von Bremsen oder Kupplungen, überwinden häufig beim Betätigen zuerst eine Strecke, in welcher praktisch keine oder nur geringe Kräfte aufgebracht werden sollen, insbesondere zum Überwinden von Spiel. Ist dieses Spiel überwunden bringt der hydraulische Aktuator die notwendige Betätigungskraft auf. Erfindungsgemäß wird der hydraulische Aktuator, insbesondere zum Überwinden des Spiels in der zweiten Steuerungsstellung des Steuerungsventils mit dem Hydraulikmedium mit niedrigem Druck angesteuert.
Weiter vorzugsweise ist in einer dritten Steuerungsstellung der hydraulische Aktuator mit der Rücklaufleitung, insbesondere zum Rücklauf des Hydraulikmediums, fluidleitend verbindbar. Insbesondere mit einer derartigen hydraulischen Steuerung ist es ermöglicht, dass beim Betätigen des hydraulischen Aktuators zunächst eine Totstrecke des Aktuators, insbesondere das Lüftspiel, also insbesondere der Weg von der geöffneten Position einer Kupplung oder Bremse, bis zu der Position bis die Reibbeläge in Anlage gebracht sind, durch das Zuführen des großen Volumenstroms aus der Niederdruckleitung schnell überwunden wird (erste Betätigungsphase). Und weiter wird danach (zweite Betätigungsphase) der hydraulische Aktuator mit dem hohen Druck aus der Hochdruckhydraulikleitung beaufschlagt und dabei wird die Betätigungskraft des hydraulischen Aktuators bedarfsgerecht durch das Steuerungsventil steuer- oder regelbar. Durch eine derartige hydraulische Steuerung ist der Wirkungsgrad und damit ist die Effizienz steigerbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Steuerungsventil der Hydrauliksteuerung als ein 6/3-Wegeventil ausgebildet und weist also sechs Ventilanschlüsse und drei Steuerungsstellungen auf. Mit einem derartigen Ventil ist ein besonders einfacher Aufbau des Wegeventils ermöglicht und damit ist eine hohe Betriebssicherheit erreichbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Steuerungsventil als 5/3-Wegeventil mit fünf Ventilanschlüssen und drei Steuerungsstellungen ausgebildet. Vorzugsweise weist dieses 5/3-Wegeventil stromabwärts zwei Anschlüsse auf der dem hydraulischen Aktuator zugewandten Seite und drei Ventilanschlüsse auf der der Hochdruckleitung zugewandten Seite auf. Von diesen drei Ventilanschlüssen ist vorzugsweise einer mit der Hochdruckleitung verbindbar, einer mit der Niederdruckleitung und einer mit der Rücklaufleitung. Vorzugsweise sind diese beiden Ventilanschlüsse, vorzugsweise durch hydraulische Leitungen, vorzugsweise außerhalb des Steuerungsventils, zu einem gemeinsamen Ölversorgungsanschluss für den hydraulischen Aktuator zusammengefasst. Weiter vorzugsweise ist einer dieser beiden Ventilanschlüsse als Rücklaufanschluss und der andere als Ölversorgungsanschluss ausgebildet. Insbesondere mit einem 5/3 Wegeventil als Steuerungsventil ist es ermöglicht, mit geringem baulichen Aufwand die erfindungsgemäße Steuerung darzustellen.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind, in wenigstens einer der Steuerungsstellung des Steuerungsventils, zwei Ventilanschlüsse stromabwärts auf der Seite der Hochdruckleitung, mit zwei Ventilanschlüssen die auf der Seite des hydraulischen Aktuators liegen, fluidleitend verbunden. Weiter ist in vorzugsweise wenigstens zwei weiteren Steuerungsstellungen nur einer der Ventilanschlüsse stromabwärts auf der Seite der Druckleitung mit nur einem der Ventilanschlüsse auf der Seite des hydraulischen Aktuators fluidleitend verbunden.
Dabei ist im Sinne dieser Erfindung unter dem Verbinden von Ventilanschlüssen auf den beiden unterschiedlichen Seiten des Steuerungsventils zu verstehen, dass die Ventilanschlüsse selektiv durch die unterschiedlichen Steuerungsstellungen des Steuerungsventils miteinander fluidleitend verbunden werden. Insbesondere durch diese Art des Steuerungsventils als Wegeventil ist es ermöglicht, einen besonders einfachen und damit auch betriebssicheren Aufbau der Hydrauliksteuerung darzustellen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist in wenigstens einer Verbindungsleitung stromabwärts zwischen der Niederdruckleitung und dem Steuerungsventil, beziehungsweise in der Niederdruckleitung, ein Rückschlagventil angeordnet. Vorzugsweise ist dieses Rückschaltventil derart angeordnet, um das Rückströmen von Hydraulikmedium vom Steuerungsventil in die Niederdruckleitung zu verhindern.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist, in wenigstens einer Verbindungsleitung, welche stromabwärts zwischen einem der Ventilanschlüsse und dem Öldruckversorgungsanschluss, ein Rückschlagventil angeordnet. Weiter vorzugsweise ist dieser Ventilanschluss mit der Niederruckleitung selektiv fluidleitend verbindbar und stromabwärts auf der dem hydraulischen Aktuator zugewandten Seite des Ventils angeordnet. Vorzugsweise ist dieses Rückschaltventil derart angeordnet, um das Rückströmen von Hydraulikmedium vom Steuerungsventil in die Niederdruckleitung also vom Öldruckversorgungsanschluss zu dem zuvor genannten Ventilanschluss zu verhindern.
Insbesondere wenn die Hochdruckleitung und die Niederdruckleitung in fluidleitender Verbindung miteinander stehen, kann es vorkommen, dass Hydraulikmedium nicht zum hydraulischen Aktuator gelangt, sondern in die Niederdruckleitung gedrückt wird und dadurch die Betätigungskraft des Aktuators begrenzt oder vermindert wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Steuerungsventil als 4/3-Wegeventil ausgeführt. Vorzugsweise weist ein derartiges Steuerungsventil vier Ventilanschlüsse und drei Steuerungsstellungen auf. Weiter vorzugsweise weist das Steuerungsventil stromabwärts einen Ventilanschluss, auf der dem hydraulischen Aktuator zugewandten Seite, und drei Ventilanschlüsse auf der der Hochdruckleitung zugewandten Seite auf. Insbesondere durch ein derartiges Ventil ist ein weiter vereinfachter Aufbau der Hydrauliksteuerung ermöglicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Steuerungsventil drei Steuerungsstellungen auf und weiter ist vorzugsweise in jeder dieser Steuerungsstellungen jeweils ein einziger Ventilanschluss, stromabwärts auf der Seite der Hochdruckleitung, mit einem einzigen Ventilanschluss, stromabwärts auf der Seite des hydraulischen Aktuators, verbindbar. Vorzugsweise ist der Durchfluss durch die jeweils anderen Ventilanschlüsse durch das Steuerungsventil für das Hydraulikmedium gesperrt. Durch eine derartige Gestaltung des Steuerungsventils ist eine besonders einfache innere Struktur des Ventils erreichbar und damit ist eine hohe Betriebssicherheit erreichbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der hydraulische Aktuator als ein Betätigungszylinder für eine, vorzugsweise reibschlüssige, Bremse oder Kupplung und weiter vorzugsweise ein formschlüssiges Schaltelement mit Klauen oder Zähnen, vorzugsweise eine Klauenkupplung oder Schiebemuffe, in einem Kraftfahrzeuggetriebe ausgebildet. Derartigen Bremsen oder Kupplungen ist es zu eigen, dass diese zunächst verstellt werden, ohne dass der Betätigungszylinder dazu eine nennenswerte Betätigungskraft aufbringen muss, dies ist insbesondere der Fall um das Spiel zwischen Reibbelägen zu überwinden. Insbesondere wenn dieses Spiel überwunden ist, die Reibbeläge also in Anlage gebracht sind, ist vom Betätigungszylinder die notwendige Betätigungskraft zum Übertragen der Kräfte durch die Kupplung oder Bremse aufzubringen. Erfindungsgemäß ist in einer ersten Bewegungsphase die Niederdruckleitung durch das Steuerungsventil mit dem Ölversorgungsanschluss verbunden und in einer zweiten Bewegungsphase ist zusätzlich oder alternativ der Hochdruckanschluss mit dem Ölversorgungsanschluss verbunden. Durch diese Ausgestaltung der Erfindung ist es insbesondere ermöglicht, den Betätigungszylinder zunächst mit unter niedrigem Druck stehendem Hydraulikmedium zu beaufschlagen und dann mit unter hohem Druck stehendem und so ist eine verbesserte Hydrauliksteuerung erreichbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Hochdruck- und die Niederdruckhydraulikpumpe, vorzugsweise in einem gemeinsamen Gehäuse, und weiter vorzugsweise als eine sogenannte zweiflutige Hydraulikpumpe ausgebildet. Weiter vorzugsweise sind zwei getrennte Hydraulikpumpen, von welchen einen als Hochdruckpumpe und eine als Niederdruckpumpe vorgesehen ist, vorhanden. Weiter vorzugsweise weisen solche Pumpen einen gemeinsamen Antrieb auf und sind mechanisch miteinander koppelbar und weiter vorzugsweise weist jede der beiden Pumpen einen eigenen Antrieb auf und diese sind dann elektronisch miteinander gekoppelt.
Derartige Pumpen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Weiter vorzugsweise weist eine solche zweiflutige Pumpe einen Niederdruck- und einen Hochdruckbereich auf. Insbesondere durch eine zweiflutige Hydraulikpumpe ist ein besonders platzsparender Aufbau ermöglicht und damit ist eine verbesserte Hydrauliksteuerung erreichbar.
Die erfindungsgemäße Hydrauliksteuerung ist durch ein Betriebsverfahren betreibbar, welches zum Betätigen des hydraulischen Aktuators wenigstens die folgenden Schritte aufweist:

– Steuerungsventil zunächst in ein Steuerungsstellung (zweite Steuerstellung) zum Vorbefüllen des hydraulischen Aktuators bringen, in welcher die Niederdruckleitung mit dem Ölversorgungsanschluss fluidleitend verbunden ist und danach,
– Steuerungsventil in eine weitere Steuerungsstellung (erste Steuerungsstellung), zum Regeln der Betätigungskraft für den hydraulischen Aktuator, überführen, in welcher wenigstens die Hochdruckleitung mit dem Ölversorgungsanschluss fluidleitend verbunden ist.

Insbesondere durch diese Schritte ist eine Effizenzsteigerung ermöglicht, da das Vorbefüllen des hydraulichen Aktuators mittels des unter niedrigem Druck stehenden Hydraulikmediums erreichbar ist Und die Betätigungskraft durch das unter hohem Druck stehende Hydraulikmedium.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Steuerungsventil als ein elektrisch betätigbares Wegeventil ausgebildet. Vorzugsweise ist bei diesem Wegeventil die erste Steuerungsposition, bezogen auf einen Verschiebeweg des Wegeventils zum Einnehmen der verschiedenen Steuerungsstellungen, zwischen der zweiten und der dritten Steuerungsstellung angeordnet. Zum Betätigen des Steuerungsventils also insbesondere zum Verändern der Steuerungsstellung fließt ein elektrischer Strom durch eine elektrische Betätigungseinrichtung des Steuerungsventils. Vorzugsweise fließt durch diese Betätigungseinrichtung ein elektrischer Vorbefüllstrom, insbesondere zum Betätigen des Wegeventils, und zum Bewirken des Vorbefüllens des hydraulischen Aktuators. Weiter vorzugsweise ist dieser Vorbefüllstrom größer als ein elektrischer Druckregelstrom. Dieser Druckregelstrom ist insbesondere zum Betätigen des Wegeventils und zum Bewirken der Regelung der Betätigungskraft des hydraulischen Aktuators vorgesehen. Insbesondere sind bei einem derartigen Verfahren besonders geringe Ströme notwendig und der Aufbau der Hydrauliksteuerung ist dadurch vereinfacht.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist das Steuerungsventil als elektrisch betätigbares Wegeventil ausgebildet und, die zweite Steuerungsposition, bezogen auf einen Verschiebewege des Wegeventils zum Einnehmen der verschiedenen Steuerungsstellungen, ist zwischen der ersten und der dritten Steuerungsstellung angeordnet. Weiter vorzugsweise ist der elektrische Vorbefüllstrom, zum Betätigen des Wegeventils und zum Bewirken des Vorbefüllens des hydraulischen Aktuators, kleiner ist, als der elektrische Druckregelstrom, zum Betätigen des Wegeventils und zum Bewirken der Regelung der Betätigungskraft des hydraulischen Aktuators. Insbesondere durch eine derartige Gestaltung der Hydrauliksteuerung und des Verfahrens zu deren Betrieb ist eine besonders robuste Regelung dieser ermöglicht.
Einige Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung sind in den nachfolgend erläuterten und teilweise schematisierten Figuren dargestellt, dabei zeigt:
1a: eine schematisierte hydraulische Steuerung mit einer ersten Ausführungsform des Steuerungsventils 1,
1b: eine zweite 1.v schematisierte Ausführungsform eines Steuerungsventils 1,
2a: eine dritte 1.w schematisierte ausführungsform eines Steuerungsventils 1,
2b: eine vierte 1.x schematisierte Ausführungsform eines Steuerungsventils 1,
3a: eine fünfte 1.y schematisierte Ausführungsform eines Steuerungsventils,
3b: eine sechste 1.z schematisierte Ausführungsform eines Steuerungsventils,
4a: ein Diagramm für die Bestromung des Steuerungsventils 1 mit niedrigem Vorbefüllstrom I_F,
4b: ein Diagramm für die Bestromung des Steuerungsventils 1 mit hohem Vorbefüllstrom I_F.
In 1 ist ein schematisierter Schaltplan der erfindungsgemäßen Hydrauliksteuerung dargestellt. Dabei wird die Hochdruckleitung 7 durch die Hochdruckhydraulikpumpe 2a mit Hydrauliköl versorgt. Die Hydraulikpumpe 2a saugt das Hydrauliköl aus dem Hydrauliktank 3 an. Zum Versorgen der Niederdruckleitung 6 ist die Niederdruckhydraulikpumpe 2b, welche das Hydrauliköl ebenfalls aus dem Hydrauliktank 3 saugt, vorgesehen. Vom hydraulischen Aktuator 4, in diesem Fall als einfachwirkender Hydraulikzylinder dargestellt, wird das Hydrauliköl über den Ölversorgungsanschluss 5 und die Rücklaufleitung 8 wieder in den Hydrauliktank 3 zurückgeführt.
Zur Steuerung des hydraulischen Aktuators 4 ist das Steuerungsventil 1 vorgesehen. Das Steuerungsventil 1 weist 3 Steuerungsstellungen 1.1, 1.2, 1.3 und 6 Ventilanschlüsse 1.a, 1.b auf, demzufolge ist das Steuerungsventil 1, als 6/3 Wegeventil ausgebildet.
Das Steuerungsventil 1 ist über eine elektrische Betätigungseinrichtung 9 betätigbar. Zum Betätigen des Steuerungsventils 1 fließt durch die Betätigungseinrichtung 9 ein elektrischer Strom, durch Beeinflussung dieses Stroms ist das Steuerungsventil 1 steuerbar.
In der ersten Steuerungsstellungen 1.1 wird die Hochdruckleitung 7 mit dem Ölversorgungsanschluss 5 des hydraulischen Aktuators 4 durch das Steuerungsventil 1 fluidleitend verbunden. Die übrigen Ventilanschlüsse des Steuerungsventils 1 sind in dieser Steuerungsstellungen gesperrt, sodass kein Öldurchfluss ermöglicht ist. In der zweiten Steuerungsstellungen 1.2 ist die Niederdruckleitung 6 fluidleitend mit dem Ölversorgungsanschluss 5 des hydraulischen Aktuators 4 verbunden. Die übrigen Ventilanschlüsse sind in dieser Steuerungsstellungen gesperrt. In der dritten Steuerungsstellungen 1.3 ist der Ölversorgungsanschluss 5 des hydraulischen Aktuators 4 mit der Rücklaufleitung 8 fluidleitend verbunden.
Zum Ausfahren des erfindungsgemäßen Steuerungsverfahrens wird der hydraulische Aktuator 4 zunächst durch Hydrauliköl aus der Niederdruckleitung 6 versorgt, sogenanntes Vorbefüllen oder erste Betätigungsphase. Für das Vorbefüllen befindet sich das Steuerungsventil 1 in der Steuerungsstellung 1.2, der hydraulische Aktuator bewegt sich ohne eine nennenswerte Betätigungskraft aufzubringen.
Die Niederdruckhydraulikpumpe 2b ist zum Versorgen der Niederdruckleitung 6 derart ausgebildet, dass diese bei niedrigem Druck ein hohes Fördervolumen aufweist. Dadurch ist einerseits erreichbar, dass das Vorbefüllen des hydraulischen Aktuators 4 besonders schnell verläuft und dafür nur ein geringer Energieaufwand benötigt wird.
Nach dem Vorbefüllen wird das Steuerungsventil in die Steuerungsstellung 1.1 gebracht (zweite Betätigungsphase). in der Steuerungsstellung 1.1 ist die Hochdruckleitung 7 mit dem Ölversorgungsanschluss 5 des hydraulischen Aktuators 4 verbunden. Die Hochdruckhydraulikpumpe 2a ist derart ausgebildet, dass diese zwar nur ein geringes Fördervolumen aufbringt, jedoch einen hohen Druck aufbauen kann. Durch diesen hohen Druck kann der hydraulische Aktuator 4 nun eine ausreichende Betätigungskraft aufbringen und dadurch ist eine Reibbremse oder eine Reibkupplung, bei welchen das übertragbare Drehmoment von der Betätigungskraft abhängt, zum Gangwechsel in einem Fahrzeuggetriebe aufbringen.
In 1b ist eine weitere Ausführungsform eines Steuerungsventils 1 (Variante 1.v) in schematisierter Art dargestellt. Das Steuerungsventil 1.v weist 3 Steuerungsstellungen 1.1, 1.2, 1.3 auf. In der ersten Steuerungsstellungen 1.1 ist sowohl die Hochdruckleitung 7, wie auch die Niederdruckleitung 6 fluidleitend mit dem Ölversorgungsanschluss 5 verbunden, die übrigen Ventilanschlüsse sind gesperrt. Um ein Überströmen von Hydrauliköl aus der Hochdruckleitung 7 in die Niederdruckleitung 6 zu verhindern, ist in der Verbindungsleitung 6a ein Rückschlagventil 6b angeordnet. Dabei ist das Rückschlagventil 6b derart angeordnet, dass ein Ölstrom von der Niederdruckleitung 6 zum hydraulischen Aktuator 4 ermöglicht ist und in Gegenrichtung gesperrt. Alternativ kann ein Rückschlagventil auch zwischen Dem Öldruckversorgungsanschluss 5 und einem der Ventilanschlüsse 1b in der Verbindungsleitung 5b angeordnet sein.
In der zweiten Steuerstellung 1,2 ist nur die Niederdruckleitung 6 fluidleitend mit dem Ölversorgungsanschluss 5 verbunden, die anderen Ventilanschlüsse sind gesperrt. In der Steuerungsstellungen 1.3 ist der Ölversorgungsanschluss 5 mit der Rücklaufleitung 8 fluidleitend verbunden, die übrigen Ventilanschlüsse sind gesperrt. Das Steuerungsventil 1.v ist durch die elektrische Betätigungseinrichtung 9 betätig- und steuerbar.
In 2a ist eine weitere Ausführungsform des Steuerungsventils 1 (Variante 1.w) für die Hydrauliksteuerung schematisiert dargestellt. Das Steuerungsventil 1.w ist über die elektrische Betätigungseinrichtung 9 betätig- und steuerbar. Die Steuerungsstellung 1.1, zum Verbinden der Hochdruckleitung 7 mit dem Ölversorgungsanschluss 5 ist zwischen der Steuerungsstellungen 1.2 und der Steuerungsstellungen 1.3 angeordnet. In der Steuerungsstellungen 1.2 ist die Niederdruckleitung 6 mit dem Ölversorgungsanschluss 5 verbunden, die anderen Ventilanschlüsse sind gesperrt.
In der Steuerungsstellungen 1.3 ist der Ölversorgungsanschluss 5 fluidleitend mit der Rücklaufleitung 8 verbunden, die übrigen Ventilanschlüsse sind gesperrt.
In 2b ist eine weitere Ausführungsform des Steuerungsventils 1 (Variante 1.x) für die Hydrauliksteuerung dargestellt. Dabei ist in der Verbindungsleitung 6a, zum Verbinden der Niederdruckleitung 6 mit dem Steuerungsventil 1.x, ein Rückschlagventil 6b angeordnet. Alternativ kann ein Rückschlagventil auch zwischen dem Öfdruckversorgungsanschluss 5 und einem der Ventilanschlüsse 1b in der Verbindungsleitung 5b angeordnet sein.
Durch das Rückschlagventil 6b ist das Rückströmen von Hydrauliköl aus der Hochdruckleitung 7 über das Steuerungsventil 1.x in der Steuerungsstellungen 1.1 in die Niederdruckleitung 6 verhindert. Das Rückschlagventil 6b lässt lediglich einen Ölstrom von der Niederdruckleitung 6 zum Ölversorgungsanschluss 5 zu.
In der Steuerungsstellung 1.1 ist sowohl die Niederdruckleitung 6 wie auch die Hochdruckleitung 7 mit dem Ölversorgungsanschluss 5 fluidleitend verbunden und dadurch ist ein besonders schnelles Vorbefüllen des hydraulischen Aktuators 4 (nicht dargestellt) ermöglicht, die anderen Ventilanschlüsse sind gesperrt.
In 3a ist eine weitere Variante eines Steuerungsventils 1 (Variante 1.y) einer Hydrauliksteuerung in schematisierter Art dargestellt. Das Steuerungsventil 1.y weist 3 Steuerungsstellungen 1.1, 1.2, 1.3 auf. Weiter ist das Steuerungsventil 1.y über die elektrische Betätigungseinrichtung 9 betätig- und steuerbar.
Das Steuerungsventil 1.y weist auf der stromabwärts dem Ölversorgungsanschluss 5 und damit dem hydraulischen Aktuator 4 (nicht dargestellt) zugewandten Seite nur einen Ventilanschluss 1b auf. Auf der gegenüberliegenden Seite, also auf der stromabwärts der Hochdruckleitung zugewandten Seite des Steuerungsventils 1 weist dieses 3 Ventilanschlüsse 1a auf. Damit ist das Steuerungsventil 1.y als 4/3 Wegeventil ausgebildet.
In der ersten Steuerungsstellungen 1.1 ist die Hochdruckleitung 7 mit dem Ölversorgungsanschluss 5 fluidleitend verbunden, die anderen Ventilanschlüsse sind gesperrt. In der zweiten Steuerungsstellungen 1.2 ist die Niederdruckleitung 6 fluidleitend mit dem Ölversorgungsanschluss 5 verbunden, die übrigen Ventilanschlüsse sind gesperrt. In der Steuerungsstellungen 1.3 ist der Ölversorgungsanschluss 5 fluidleitend mit der Rücklaufleitung 8 verbunden, die übrigen Ventilanschlüsse sind gesperrt. Das Steuerungsventil 1.y weist nur eine geringe Anzahl an Ventilanschlüssen 1a, 1b auf und damit ist ein besonders einfacher Aufbau der Hydrauliksteuerung erreichbar.
In 3b ist eine weitere Variante des Steuerungsventils (Variante 1.z) dargestellt. Das Steuerungsventil 1.z weist 3 Steuerungsstellungen 1.1, 1.2, 1.3 und 5 Ventilanschlüsse 1a, 1b auf. Das Steuerungsventil 1.z ist als 5/3 Wegeventil ausgebildet. In der ersten Steuerstellung 1.1 ist sowohl die Hochdruckleitung 7, wie auch die Niederdruckleitung 6 fluidleitend mit dem Ölversorgungsanschluss 5 verbunden, die übrigen Ventilanschlüsse sind gesperrt. Auf der dem Ölversorgungsanschluss 5 stromabwärts zugewandten Seite weist das Steuerungsventil 1.z 2 Ventilanschlüsse 1b auf. Auf der der Hochdruckleitung 7 stromabwärts zugewandten Seite, weist das Steuerungsventil 1.z 3 Ventilanschlüsse 1a auf.
In der Verbindungsleitung 6a, welche zwischen der Niederdruckleitung 6 und dem Steuerungsventil 1.z angeordnet ist, ist das Rückschlagventil 6b angeordnet, um ein Überströmen von Hydrauliköl aus der Hochdruckleitung 7 in die Niederdruckleitung 6 in der ersten Steuerungsstellungen 1.1 zu verhindern. Alternativ kann ein Rückschlagventil auch zwischen Dem Öldruckversorgungsanschluss 5 und einem der Ventilanschlüsse 1b in der Verbindungsleitung 5b angeordnet sein. Das Steuerungsventil 1.z weist eine elektrische Betätigungseinrichtung 9 auf, über welche dieses betätig- und steuerbar ist.
In 4a ist der Strom I über der Zeit t beim Betätigen der elektrischen Betätigungseinrichtung 9 für Steuerungsventile dargestellt. Zum Vorbefüllen des hydraulischen Aktuators 4 in der ersten Betätigungsphase 10 ist der Vorbefüllstrom I_F notwendig. Zur Regelung der Betätigungskraft wird in einer zweiten Phase der Betätigung 11 der Druckregelstrom I_P aufgebracht. Es ist erkennbar, dass der Druckregelstrom I_P größer ist, als der Vorbefüllstrom I_F. Dabei ist der Verlauf des Druckregelstroms I_P als exemplarisch anzusehen. Jedoch ist dieser auf jeden Fall größer als der Vorbefüllstrom I_F. Ein derartiger Zusammenhang zwischen den Strömen I_F und I_P ist insbesondere für Steuerungsventil vorgesehen, wie diese in 1a und 1b dargestellt sind, bei welchen die Steuerungsstellung 1.2 zum Vorbefüllen des hydraulischen Aktuators, zwischen der Steuerungsstellung 1.1 und der Steuerungsstellung 1.3, bezogen auf den Verschiebeweg des Steuerungsventils, angeordnet ist.
In 4b ist hingegen ist der Zusammenhang der Ströme I_F und I_P für Steuerungsventile, wie diese in der 2a und 2b dargestellt sind angegeben. Bei derartigen Steuerungsventilen ist die Steuerungsstellung 1.1 zwischen der Steuerungsstellung 1.2 und der Steuerungsstellung 1.3, bezogen auf den Verschiebeweg des Steuerungsventils, angeordnet. Dabei ist der Verlauf des Druckregelstroms I_P wiederum als exemplarisch anzusehen (zweite Betätigungsphase 11). Jedoch ist der Vorbefüllstrom I_F in der ersten Betätigungsphase 10, also während des Vorbefüllens des hydraulischen Aktuators, jedenfalls größer, als der Druckregelstrom I_P.
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008016499 A1 [0001, 0003]

Claims

Hydrauliksteuerung für ein Fahrzeuggetriebe mit wenigstens einem, durch ein Hydraulikmedium betätigbaren, hydraulischen Aktuator (4) mit einem Ölversorgungsanschluss (5), einer Hochdruckhydraulikpumpe (2a) zur Versorgung einer Hochdruckhydraulikleitung (7), einer Niederdruckhydraulikpumpe (2b) zur Versorgung einer Niederdruckhydraulikleitung (6), einem Hydraulikreservoir (3) zum Aufnehmen des Hydraulikmedium aus einer Rücklaufleitung (8) und wenigstens einem hydraulischen Steuerungsventil (1) mit wenigstens drei Steuerungsstellungen (1.1, 1.2, 1.3) und wenigstens vier Ventilanschlüssen (1.a, 1.b), dadurch gekennzeichnet dass, in einer ersten Steuerungsstellung (1.1) die Hochdruckleitung (7) mit dem Ölversorgungsanschluss (5), insbesondere zum Regeln der Betätigungskraft des hydraulischen Aktuators (4), fluidleitend verbunden ist und, dass in einer zweiten Steuerungsstellung (1.2) die Niederdruckleitung (6) mit dem Ölversorgungsanschluss (5), insbesondere zum Vorbefüllen des hydraulischen Aktuators (4), fluidleitend verbunden ist und, dass in einer dritten Steuerungsstellung (1.3) der hydraulische Aktuator (4) mit der Rücklaufleitung (8), insbesondere zum Rücklauf des Hydraulikmediums, fluidleitend verbunden ist.
Hydrauliksteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungsventil (1) als 6/3-Wegeventil mit 6 Ventilanschlüssen (1.a, 1.b) und drei Steuerungsstellungen (1.1, 1.2, 1.3) ausgebildet ist.
Hydrauliksteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungsventil (1) als 5/3-Wegeventil mit 5 Ventilanschlüssen (1.a, 1.b) und drei Steuerungsstellungen (1.1, 1.2, 1.3) ausgebildet ist, dass das Steuerungsventil (1) stromabwärts zwei Ventilanschlüsse (1.b) auf der dem hydraulischen Aktuator (4) zugewandten Seite und drei Ventilanschlüsse (1.a) auf der der Hochdruckleitung (7) zugewandten Seite aufweist.
Hydrauliksteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungsventil (1) als 4/3-Wegeventil mit 4 Ventilanschlüssen (1.a, 1.b) und drei Steuerungsstellungen (1.1, 1.2, 1.3) ausgebildet ist, dass das Steuerungsventil (1) stromabwärts einen Ventilanschluss (1.b) auf der dem hydraulischen Aktuator (4) zugewandten Seite und drei Ventilanschlüsse (1.a) auf der der Hochdruckleitung (7) zugewandten Seite aufweist.
Hydrauliksteuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einer Steuerungsstellung (1.1, 1.2, 1.3) des Steuerungsventils (1) zwei Anschlüsse (1.a) stromabwärts auf der Seite der Hochdruckleitung mit zwei Anschlüssen (1.b) die auf der Seite des hydraulischen Aktuators (4) liegen fluidleitend verbunden sind und, dass in wenigstens zwei weiteren Steuerungsstellungen (1.1, 1.2, 1.3) nur ein einziger der Ventilanschlüsse (1.a) stromabwärts auf der Seite der Hochdruckleitung mit einem der Ventilanschlüsse (1.b) auf der Seite des hydraulischen Aktuators (4) fluidleitend verbunden ist.
Hydrauliksteuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Verbindungsleitung (6.a) stromabwärts zwischen der Niederdruckleitung (6) und dem Steuerungsventil (1) ein Rückschlagventil (6.b) angeordnet ist, um insbesondere das Rückströmen von Hydraulikmedium vom Steuerungsventil (1) in die Niederdruckleitung (6) zu verhindern.
Hydrauliksteuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Verbindungsleitung (5.b) stromabwärts zwischen dem Ölversorgungsanschluss (5) und dem Steuerungsventil (1) ein Rückschlagventil angeordnet ist, um insbesondere das Rückströmen von Hydraulikmedium vom Steuerungsventil (1) in die Niederdruckleitung (6) zu verhindern.
Hydrauliksteuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungsventil (1) drei Steuerungsstellungen (1.1, 1.2, 1.3) aufweist und, dass in jeder dieser Steuerungsstellungen (1.1, 1.2, 1.3) jeweils ein einziger Ventilanschluss, stromabwärts auf der Seite der Hochdruckleitung (7), mit einem einzigen Ventilanschluss (1.b), stromabwärts auf der Seite des hydraulischen Aktuators (4), verbunden ist und dass der Durchfluss für Hydraulikmedium durch die anderen Ventilanschlüsse (1.a, 1.b) gesperrt ist.
Hydrauliksteuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Aktuator (4) als ein Betätigungszylinder für eine reibschlüssige oder formschlüssige Kupplung oder Bremse in einem Kraftfahrzeuggetriebe ausgebildet ist.
Hydrauliksteuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederdruck-(2b) und die Hochdruckhydraulikpumpe (2a) als eine zweiflutige Pumpe mit einem Niederdruck- und einem Hochdruckbereich ausgebildet ist.
Verfahren zum Betrieb einer Hydrauliksteuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Betätigen des hydraulischen Aktuators (4) das Steuerungswentil (1) zunächst in eine erste Steuerungsstellung (1.1) zum Vorbefüllen des hydraulischen Aktuators (4) gebracht wird, in welcher die Niederdruckleitung (6) mit dem Ölversorgungsanschluss (5) fluidleitend verbunden ist und danach in eine zweite Steuerungsstellung (1.2), zum Regeln der Betätigungskraft für den hydraulischen Aktuator (4), gebracht wird, in welcher wenigstens die Hochdruckleitung (7) mit dem Ölversorgungsanschluss (5) fluidleitend verbunden ist.
Verfahren zum Betrieb einer Hydrauliksteuerung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungsventil (1) als elektrisch betätigbares Wegeventil ausgebildet ist und, dass die erste Steuerungsposition (1.1), bezogen auf einen Verschiebeweg des Wegeventils zum Einnehmen der verschiedenen Steuerungsstellungen (1.1, 1.2, 1.3), zwischen der zweiten (1.2) und der dritten Steuerungsstellung (1.3) angeordnet ist, und dass ein elektrischer Vorbefüllstrom (I_F), zum Betätigen des Wegeventils und zum Bewirken des Vorbefüllens des hydraulischen Aktuators (4), größer ist als ein elektrischer Druckregelstrom (I_P), zum Betätigen des Wegeventils und zum Bewirken der Regelung der Betätigungskraft des hydraulischen Aktuators.
Verfahren zum Betrieb einer Hydrauliksteuerung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungsventil (1) als elektrisch betätigbares Wegeventil ausgebildet ist und, dass die zweite Steuerungsposition (1.2), bezogen auf einen Verschiebewege des Wegeventils zum Einnehmen der verschiedenen Steuerungsstellungen (1.1, 1.2, 1.3), zwischen der ersten und der dritten Steuerungsstellung (1.1, 1.3) angeordnet ist, und dass ein elektrischer Vorbefüllstrom (I_F), zum Betätigen des Wegeventils und zum Bewirken des Vorbefüllens des hydraulischen Aktuators (4), kleiner ist, als ein elektrischer Druckregelstrom (I_P), zum Betätigen des Wegeventils und zum Bewirken der Regelung der Betätigungskraft des hydraulischen Aktuators (4).