DE102016202414A1

DE102016202414A1 - Verfahren zum Bestimmen einer Förderleistung einer Hydraulikpumpe eines Hydrauliksystems eines Getriebes

Info

Publication number: DE102016202414A1
Application number: DE102016202414.0A
Authority: DE
Inventors: Markus TERWART; Rainer Novak
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2016-02-17
Filing date: 2016-02-17
Publication date: 2017-08-17
Also published as: CN107091321B; US20170234422A1; US10190679B2; CN107091321A

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Bestimmen einer Förderleistung einer Hydraulikpumpe (6) eines Hydrauliksystems (5) eines Getriebes (3) beschrieben. Die Hydraulikpumpe (5) wird während des Bestimmens der Förderleistung mit definierter Drehzahl angetrieben. Anschließend wird eine Druckseite (10) der Hydraulikpumpe (6) über einen sperrbaren Strömungsquerschnitt (12) mit einem Bereich (13) des Hydrauliksystems (5) verbunden. Der Strömungsquerschnitt (12) ist so auf die Hydraulikpumpe (6) abgestimmt, dass bei geöffnetem Strömungsquerschnitt (12) der gesamte von der Hydraulikpumpe (6) aktuell zur Verfügung gestellte Fördervolumenstrom über den Strömungsquerschnitt (12) in Richtung des Bereiches (13) des Hydrauliksystems (5) führbar ist. Eine aus dem Öffnen des Strömungsquerschnittes (12) resultierende Betriebszustandsänderung des Getriebes (3) wird einer Referenzbetriebszustandsänderung eines Referenzgetriebes gegenübergestellt. Die Förderleistung der Hydraulikpumpe (6) wird in Abhängigkeit einer Abweichung zwischen der aktuellen Betriebszustandsänderung und der Referenzbetriebszustandsänderung bestimmt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Förderleistung einer Hydraulikpumpe eines Hydrauliksystems eines Getriebes gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
Bei aus der Praxis bekannten Automatgetrieben, wie Doppelkupplungsgetrieben, werden bekannterweise zur hydraulischen Versorgung sogenannte Konstantpumpen, wie Sichelzellenpumpen, ein- oder doppelhubige Flügelzellenpumpen oder dergleichen, vorgesehen. Derartige Konstantpumpen sind mit fester Übersetzung mit einer Getriebeeingangswelle gekoppelt und werden mit der Drehzahl einer mit der Getriebeeingangswelle gekoppelten Antriebsmaschine eines Fahrzeugantriebsstranges oder mit einer hiermit korrespondierenden Drehzahl angetrieben. Daraus resultiert, dass mit steigender Drehzahl der Antriebsmaschine auch direkt die Förderleistung der Pumpe zunimmt. Bereits ab einer vergleichbar geringen Antriebsdrehzahl der Hydraulikpumpe bzw. der Konstantpumpe fördert diese einen entsprechend hohen Fördervolumenstrom, um das Automatgetriebe in ausreichendem Umfang mit Hydraulikfluid versorgen zu können und eine gewünscht hohe Performance, beispielsweise während eines Schaltvorganges eines Fahrzeuges, darstellen zu können.
Da die Förderleistung von Konstantpumpen derart auszulegen ist, dass ein Automatgetriebe über seinen gesamten Betriebsbereich in ausreichendem Umfang mit Hydraulikfluid von der Hydraulikpumpe versorgt wird, und eine Hydraulikpumpe bei geringen Antriebsdrehzahlen ein hierfür erforderliches Hydraulikfluidvolumen fördert, führt eine solche Auslegung der Hydraulikpumpe dazu, dass eine Konstantpumpe mit zunehmender Antriebsdrehzahl mehr Hydraulikfluidvolumen fördert als es für die Versorgung eines Automatgetriebes erforderlich ist. Dieses über weite Betriebsbereiche eines Automatgetriebes von der Hydraulikpumpe geförderte und nicht benötigte Hydraulikfluidvolumen erhöht Verlustleistungen von Automatikgetrieben in unerwünschtem Umfang, woraus wiederum ein Anstieg eines Energieverbrauchs einer Antriebsmaschine eines Fahrzeugantriebsstranges resultiert, die wenigstens eine Brennkraftmaschine, wenigstens eine elektrische Maschine oder eine Kombination aus wenigstens einer Brennkraftmaschine und wenigstens einer elektrischen Maschine sein kann.
Um definierte Verbrauchsziele von Antriebsmaschinen im angeforderten Umfang umsetzen zu können, werden zunehmend als regelbare Verstellpumpen ausgeführte verstellbare Hydraulikpumpen eingesetzt, die mit einer entsprechend intelligenten, softwareseitigen Ansteuerungsfunktion ausgeführt sind und deren Verdrängungsvolumen zwischen einem minimalen und einem maximalen Wert variierbar ist. Fördern verstellbare Hydraulikpumpen ihren definierten maximalen Wert, befinden sich diese in ihrem sogenannten Vollhubbetrieb und weisen das Förderverhalten einer Konstantpumpe auf.
Ein Verfahren zum Betreiben einer hydraulischen Betätigungsvorrichtung für ein Getriebe mit zwei Hydraulikpumpen, wobei wenigstens die Förderleistung einer der Hydraulikpumpen variierbar ist, ist aus der DE 10 2014 207 798 A1 bekannt. Die beschriebenen Hydraulikpumpen werden über einen elektromagnetischen Drucksteller angesteuert und weisen nachteilhafterweise im Gesamtverbund prinzipbedingt temperaturabhängige Fertigungstoleranzen auf, die einen erhöhten Betätigungsaufwand verursachen.
Über eine aus der nicht veröffentlichten Patentanmeldung DE 10 2014 226 548.7 der Anmelderin beschriebene Adaption während eines Regelbetriebes einer Verstellpumpe, während dem die Verstellpumpe bzw. Hydraulikpumpe ein höheres Fördervolumen zur Verfügung stellen kann als aktuell benötigt wird, ist gewährleistbar, dass der pumpenseitige Fördervolumenstrom nach Sättigung einer betriebspunktabhängigen Leckage eines hydraulischen Steuergerätes des Automatgetriebes und der indirekten Kompensation der steuerungstechnischen Ungenauigkeit auch dem Fördervolumenstrom entspricht, der anforderungsgemäß einzustellen ist.
Eine im Bereich der Verstellpumpe vorliegende sogenannte Eigenleckage wird in diesem Fall von einer hydraulischen Schaltung der Verstellpumpe selbst kompensiert. Im Vollhubbetrieb wird die Verstellpumpe mit einer entsprechend nicht kompensierten Eigenleckage betrieben. Ein solcher Betriebszustand einer Verstellpumpe tritt hauptsächlich dann auf, wenn die Hydraulikpumpe von einer als Brennkraftmaschine ausgebildeten Antriebsmaschine angetrieben wird, deren Drehzahl aktuell ein sogenanntes Leerlaufdrehzahlniveau aufweist.
Wird im Bereich des Hydrauliksystems eines Getriebes aufgrund einer Anforderung ein derart hoher Hydraulikfluidvolumenstrom in Richtung eines hydraulischen Verbrauchers geführt, der höher ist als der von der Hydraulikpumpe aktuell zur Verfügung gestellte Hydraulikfluidvolumenstrom, stellt dies eine Verletzung der Volumenstrombilanz aufgrund einer zu schnellen Ansteuerung der Aktuatorik dar, aus der eine Systemüberreizung resultiert. Eine solche Systemüberreizung verursacht wiederum einen Einbruch eines sogenannten Systemdrucks des Hydrauliksystems in Richtung eines Druckniveaus, zu dem sich ein Verhalten von Schaltelementen, wie Kupplungen, zugeordneten Kupplungsventilen dahingehend verändert, dass diese schlagartig um einen signifikanten Wert variieren. Derartige Betriebszustandsänderungen im Bereich der Kupplungsventile erzeugen für einen Fahrer unerwartete und einen Fahrkomfort beeinträchtigende Reaktionsmomente im Bereich des Fahrzeugantriebsstranges, die Unstetigkeiten im Verlauf eines Abtriebsmomentes sowie daraus resultierende Rucke und Stöße verursachen.
Die Begrenzung des Betätigungsgradienten des Hydrauliksystems eines Getriebes ist jedoch aus physikalischen Gesichtspunkten limitiert, da beispielsweise Betätigungsabläufe während eines Gangwechsels innerhalb definierter Betriebszeiten durchzuführen sind.
Daher wird während Betriebszustandsverläufen, während welchen hohe Leckagevolumenströme auftreten, die Leerlaufdrehzahl des Motors um einen entsprechend hohen Wert angehoben, um zu gewährleisten, dass die verstellbare Hydraulikpumpe während eines Vollhubbetriebes oder eine Konstantpumpe einen zur Vermeidung eines Unterversorgungszustandes erforderlichen Fördervolumenstrom zur Verfügung stellt.
Da Hydraulikpumpen bekannterweise jedoch gewisse Fertigungstoleranzen aufweisen und über der Lebensdauer die Leckagevolumenströme im Bereich einer Hydraulikpumpe verschleißbedingt zunehmen, ist die sogenannte Leerlaufdrehzahlanhebung entsprechend hoch zu wählen, um selbst während ungünstiger Betriebszustandsverläufe über eine verstellbare Hydraulikpumpe jeweils das zur Vermeidung von Unterversorgungsbetriebszuständen eines Hydrauliksystems erforderliche Hydraulikfluidvolumen zu fördern.
Diese Vorgehensweise beeinträchtigt jedoch wiederum einen Wirkungsgrad eines Fahrzeuges, da höhere Drehzahlen einen höheren Energieverbrauch von Antriebsmaschinen verursachen.
Im Gegensatz dazu fördern Hydraulikpumpen von Getrieben, die geringere Fertigungstoleranzen aufweisen und in gleichem Umfang betrieben werden wie Hydraulikpumpen von Getrieben mit höheren Fertigungstoleranzen, unnötig viel Hydraulikfluidvolumen, was ebenfalls wiederum einen Gesamtwirkungsgrad eines Getriebes beeinträchtigt. Deshalb wird versucht, das Fördervolumen der Hydraulikpumpe möglichst gering zu halten. Diese Vorgabe beeinträchtigt während ungünstigen Betriebszustandsverläufen den Fahrkomfort. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn im Bereich eines mit einer Hydraulikpumpe ausgeführten Getriebes die aus den Fertigungstoleranzen und aus einem zunehmenden Verschleiß resultierenden Leckagevolumenströme den der Auslegung des Fördervolumens zugrunde liegenden Wert überschreiten.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Bestimmen einer Förderleistung einer Hydraulikpumpe eines Hydrauliksystems eines Getriebes zur Verfügung zu stellen, mittels welchem einerseits Unterversorgungsbetriebszustände eines Hydrauliksystems mit geringem Aufwand vermeidbar sind und zusätzlich ein Getriebe mit hohem Wirkungsgrad betreibbar ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Während des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bestimmen einer Förderleistung einer Hydraulikpumpe eines Hydrauliksystems eines Getriebes wird die Hydraulikpumpe während des Bestimmens der Förderleistung mit definierter Drehzahl angetrieben. Daran anschließend wird eine Druckseite der Hydraulikpumpe über einen sperrbaren Strömungsquerschnitt mit einem Bereich des Hydrauliksystems verbunden. Dabei ist der Strömungsquerschnitt so auf die Hydraulikpumpe abgestimmt, dass bei geöffnetem Strömungsquerschnitt der gesamte von der Hydraulikpumpe aktuell zur Verfügung gestellte Fördervolumenstrom über den Strömungsquerschnitt in Richtung des Bereiches des Hydrauliksystems führbar ist. Eine aus dem Öffnen des Strömungsquerschnittes resultierende Betriebszustandsänderung des Getriebes wird eine Referenzbetriebszustandsänderung eines Referenzgetriebes gegenübergestellt, wobei die Förderleistung der Hydraulikpumpe in Abhängigkeit einer Abweichung zwischen der aktuellen Betriebszustandsänderung und der Referenzbetriebszustandsänderung bestimmt wird.
Dabei liegt der erfindungsgemäßen Vorgehensweise sowohl eine qualitative Bestimmung, ob die Förderleistung größer oder kleiner ist als die Förderleistung der Hydraulikpumpe des Referenzgetriebes, als auch eine quantitative Bestimmung der Förderleistung der aktuell betrachteten Hydraulikpumpe und eine Bewertung der Förderleistung der Hydraulikpumpe in Abhängigkeit der ermittelten Abweichung zugrunde.
Mittels der erfindungsgemäßen Vorgehensweise ist auf einfache Art und Weise eine Förderleistung einer als Konstantpumpe oder einer im Vollhubbetrieb betriebenen und als verstellbare Hydraulikpumpe ausgeführten Hydraulikpumpe eines Hydrauliksystems eines Getriebes bestimmbar und die Hydraulikpumpe in Abhängigkeit der Abweichung entsprechend betätigbar, um einerseits Unterversorgungsbetriebszustände eines Getriebes zu vermeiden und andererseits Verlustleistungen im Bereich der Hydraulikpumpe aufgrund einer aktuell zu hohen Förderleistung zu reduzieren. Damit ist ein Getriebe mit einem gewünscht hohen Wirkungsgrad betreibbar und ein Energieverbrauch eines mit der Hydraulikpumpe und dem Getriebe ausgeführten Fahrzeuges reduzierbar. Diese Vorteile sind sowohl bei stark toleranzbehafteten Ausführungen einer Hydraulikpumpe und eines Hydrauliksystems eines Getriebes als auch bei vorzeitigem Verschleiß erreichbar. Zusätzlich sind selbst Getriebe mit eingeschränkter Funktionalität in einem für einen hohen Fahrkomfort erforderlichen Umfang betreibbar.
Wird die Förderleistung der Hydraulikpumpe während eines Parkbetriebszustandes des Getriebes bestimmt, während dem eine Ausgangswelle des Getriebes drehfest gehalten wird, werden einen Fahrbetrieb beeinträchtigende, undefinierte Betriebszustände des Getriebes, die während der Durchführung des Verfahrens gegebenenfalls auftreten, nicht während eines Fahrbetriebes eingestellt.
Entspricht die Drehzahl, mit der die Hydraulikpumpe von einer Eingangswelle des Getriebes angetrieben wird, einer Leerlaufdrehzahl einer mit der Getriebeeingangswelle verbundenen Antriebsmaschine eines Fahrzeugantriebsstranges oder einer damit korrespondierenden Drehzahl, ist das erfindungsgemäße Verfahren auf einfache Art und Weise durchführbar. Dies resultiert aus der Tatsache, dass der für die Bestimmung der Förderleistung erforderliche Strömungsquerschnitt auf konstruktiv einfache und bauraumgünstige Art und Weise im Bereich eines bestehenden Bauteiles des Hydrauliksystems bzw. eines Getriebesteuergerätes vorgesehen werden kann. Dies ist bei höheren Förderleistungen der Hydraulikpumpe nicht ohne Weiteres der Fall, da dann über den Strömungsquerschnitt gegebenenfalls ein entsprechend höherer Hydraulikfluidvolumenstrom abzuführen und der Strömungsquerschnitt unerwünscht groß auszulegen ist.
Wird ein Druck stromauf des Strömungsquerschnittes vor dem Öffnen des Strömungsquerschnittes auf einen Wert eingestellt, der höher ist als ein aus dem Öffnen des Strömungsquerschnittes resultierender maximaler Abfall des stromauf des Strömungsquerschnittes vorliegenden Druckes und wird die Förderleistung in Abhängigkeit einer Abweichung zwischen dem Abfall des Druckes und einem Referenzwert des Abfalles des Druckes des Referenzgetriebes ermittelt, ist gewährleistet, dass der gesamte, aus dem Öffnen des Strömungsquerschnittes resultierende Abfall des Druckes ermittelbar ist. Zusätzlich ist gewährleistet, dass der gesamte von der Hydraulikpumpe zur Verfügung stehende Volumenstrom über den als Blende wirkenden Strömungsquerschnitt in Richtung des Bereiches des Getriebes führbar ist.
Bei einfach durchzuführenden Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei einer positiven Abweichung zwischen dem Abfall des Druckes und dem Referenzwert eine gegenüber der Förderleistung der Hydraulikpumpe des Referenzgetriebes erhöhte Förderleistung der Hydraulikpumpe des Getriebes festgestellt und/oder bei einer negativen Abweichung zwischen dem Abfall des Druckes und dem Referenzwert eine im Vergleich zu der Förderleistung der Hydraulikpumpe des Referenzgetriebes niedrigere Förderleistung der Hydraulikpumpe ermittelt.
Wird durch das Öffnen des Strömungsquerschnittes ein Aktuator des Getriebes mit Hydraulikfluid beaufschlagt und betätigt und wird eine aus der Betätigung resultierende Betriebszustandsänderung des Aktuators überwacht sowie eine Zeitdauer bestimmt, bis der Aktuator einen definierten Betriebszustand erreicht hat, ist die Förderleistung der Hydraulikpumpe des Getriebes mit geringem Betätigungsaufwand in Abhängigkeit einer Abweichung zwischen der ermittelten Zeitdauer und einem Referenzwert der Zeitdauer des Referenzgetriebes bestimmbar bzw. in gewünschtem Umfang bewertbar.
Dabei besteht jeweils mit geringem Aufwand die Möglichkeit, bei einer negativen Abweichung zwischen der Zeitdauer und dem Referenzwert eine gegenüber der Förderleistung der Hydraulikpumpe des Referenzgetriebes erhöhte Förderleistung der Hydraulikpumpe des Getriebes festzustellen und/oder bei einer positiven Abweichung zwischen der Zeitdauer und dem Referenzwert eine im Vergleich zu der Förderleistung der Hydraulikpumpe des Referenzgetriebes reduzierte Förderleistung der Hydraulikpumpe des Getriebes zu ermitteln.
Bei einer mit konstruktiv geringem Aufwand und auf kostengünstige Art und Weise durchführbaren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Druck stromauf des Strömungsquerschnittes messtechnisch über eine im Bereich eines mit dem Druck beaufschlagten Aktuators angeordnete Messeinrichtung bestimmt, wobei das Druckniveau des im Bereich des Aktuators anzulegenden Betätigungsdruckes auf einen Wert eingestellt wird, der größer als der Druck ist, der bei geschlossenem Strömungsquerschnitt stromauf des Strömungsquerschnittes vorliegt.
Dabei wird wiederum bei Ermitteln einer Förderleistung der Hydraulikpumpe des Getriebes, die größer ist als die Förderleistung der Hydraulikpumpe des Referenzgetriebes, die Leerlaufdrehzahl der Antriebsmaschine bei einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens um ein Dekrement reduziert, um Verlustleistungen zu minimieren.
Im Gegensatz dazu wird bei Ermitteln einer Förderleistung der Hydraulikpumpe des Getriebes, die kleiner als die Förderleistung der Hydraulikpumpe des Referenzgetriebes ist, die Leerlaufdrehzahl der Antriebsmaschine um ein Inkrement angehoben, um Unterversorgungsbetriebszustände zu vermeiden.
Sowohl die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale als auch die in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Gegenstandes angegebenen Merkmale sind jeweils für sich alleine oder in beliebiger Kombination miteinander geeignet, den erfindungsgemäßen Gegenstand weiterzubilden.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen hydraulischen Betätigungsvorrichtung ergeben sich aus den Patentansprüchen und den nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispielen, wobei in der Beschreibung der verschiedenen Ausführungsbeispiele zugunsten der Übersichtlichkeit für bau- und funktionsgleiche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
Es zeigt:
1 eine stark schematisierte Darstellung eines Fahrzeugantriebsstranges mit einer Antriebsmaschine, einem Abtrieb und einem zwischen der Antriebsmaschine und dem Abtrieb im Kraftfluss des Fahrzeugantriebsstranges angeordneten Getriebe;
2 eine Teildarstellung eines Hydraulikschemas eines Hydrauliksystems des Getriebes gemäß 1;
3 mehrere Weg-Zeit-Verläufe einer Schaltstange des Getriebes gemäß 1, die sich bei verschiedenen Förderleistungen einer Hydraulikpumpe des Getriebes während einer entsprechenden Druckbeaufschlagung einstellen; und
4 verschiedene Verläufe eines in einem Primärdruckkreis des Hydrauliksystems gemäß 2 vorliegenden Systemdrucks, die sich während verschiedener Förderleistungen der Hydraulikpumpe des Getriebes gemäß 1 einstellen.
1 zeigt eine schematisierte Darstellung eines Fahrzeugantriebsstranges 1 mit einer Antriebsmaschine 2, mit einem als Doppelkupplungsgetriebe ausgeführten Getriebe 3 und mit einem Abtrieb 4, wobei das Getriebe 3 eingangsseitig mit der Antriebsmaschine 2 und ausgangsseitig mit dem Abtrieb 4 in Wirkverbindung steht. Das Getriebe 3 ist mit einem in 2 teilweise dargestellten Hydrauliksystem 5 ausgeführt, das eine verstellbare Hydraulikpumpe 6 umfasst. Die verstellbare Hydraulikpumpe 6 ist vorliegend als regelbare Flügelzellenpumpe ausgebildet, über die ein variierbares Fördervolumen zur Verfügung stellbar ist. Das Fördervolumen der Hydraulikpumpe 6 ist über eine nicht näher dargestellte Ventileinrichtung einstellbar. Alternativ hierzu besteht auch die Möglichkeit, die Hydraulikpumpe als Konstantpumpe auszuführen.
Neben der Ventileinrichtung umfasst das Hydrauliksystem 5 auch ein sogenanntes Systemdruckventil 7, in dessen Bereich ein Systemdruck p_sys in einem als Primärdruckkreis ausgeführten Druckkreis 8 des Hydrauliksystems 5 einstellbar ist, der über das Systemdruckventil 7 mit höherer Priorität mit von der Hydraulikpumpe 6 zur Verfügung stehendem Hydraulikfluid versorgt wird als ein ebenfalls stromab des Systemdruckventils 7 angeordneter Sekundärdruckkreis. Sowohl über dem Primärdruckkreis 8 als auch über den Sekundärdruckkreis werden verschiedene in 2 nicht näher dargestellte Verbraucher des Getriebes 3 mit Hydraulikfluid versorgt, wobei über dem Primärdruckkreis 8 u. a. Schaltelemente eines Doppelkupplungssystems des Getriebes 3 mit Betätigungsdruck beaufschlagt werden, während ein Kühl- und Schmierölsystem des Getriebes 3 über den Sekundärdruckkreis des Hydraulikfluids versorgt wird.
Ein Fördervolumenstrom V der Hydraulikpumpe 6 ist vorliegend über eine weitere Ventileinrichtung 9 am Systemdruckventil 7 anlegbar. Um insbesondere eine Unterversorgung des Sekundärdruckkreises und des darüber mit Hydraulikfluid versorgten Kühl- und Schmiersystems zu vermeiden, stellt die Hydraulikpumpe 6 ein entsprechend hohes Fördervolumen V zur Verfügung. Mit diesem Fördervolumen V wird sowohl der Primärdruckkreis 8 als auch der Sekundärdruckkreis unabhängig von abströmenden Leckagevolumenströmen und einem im Bereich von elektrohydraulischen Druckstellern abfließenden Hydraulikfluidvolumenstrom mit Hydraulikfluid versorgt. Wird das jeweils von der Hydraulikpumpe 6 zur Verfügung gestellte Fördervolumen zu hoch eingestellt, beeinträchtigt dies den Wirkungsgrad des Getriebes 2.
Um das Getriebe 2 und somit ein mit dem Fahrzeugantriebsstrang 1 ausgeführtes Fahrzeug mit einem möglichst hohen Wirkungsgrad betreiben zu können, wird die nachfolgend näher erläuterte Vorgehensweise durchgeführt, über die das jeweils von der Hydraulikpumpe 6 zur Verfügung gestellte Fördervolumen und somit die Förderleistung der Hydraulikpumpe 6 zumindest qualitativ bestimmbar ist. Des Weiteren sind über die nachbeschriebene Vorgehensweise auch unerwünschte Unterversorgungsbetriebszustände des Hydrauliksystems 5 und damit des Getriebes 3 auf einfache Art und Weise vermeidbar.
Während eines Fahrzeugstillstandes und bei einer gleichzeitigen fahrerseitigen Anforderung zur Darstellung eines Parkbetriebszustandes des Fahrzeugantriebsstranges 1 bzw. des Getriebes 3, zu dem der Abtrieb 4 und somit der Getriebeausgang des Getriebes 3 in an sich bekannter Art und Weise drehfest gehalten ist, wird die Antriebsmaschine 2 üblicherweise mit einer Drehzahl betrieben, die auch als Leerlaufdrehzahl bezeichnet wird. Um in einem solchen Betriebszustand das Getriebe 3 und auch das Hydrauliksystem 5 über die Hydraulikpumpe 6 mit dem aktuell erforderlichen Hydraulikfluidvolumen versorgen zu können, wird die Leerlaufdrehzahl der Antriebsmaschine 2 auf ein dafür erforderliches Niveau eingestellt. Die Hydraulikpumpe 6 wird vorliegend direkt von der Antriebsmaschine 2 über eine Eingangswelle des Getriebes 2 angetrieben, womit die Antriebsdrehzahl der Hydraulikpumpe 6 im Wesentlichen gleich der Drehzahl der Antriebsmaschine 2 ist. In Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles besteht auch die Möglichkeit, dass zwischen der Getriebeeingangswelle und der Hydraulikpumpe 6 ein Getriebe mit definierter Übersetzung vorgesehen ist, über das die Drehzahl der Antriebsmaschine 2 jeweils auf ein höheres oder ein niedrigeres Drehzahlniveau transformiert wird.
Unabhängig von der Anbindung der Hydraulikpumpe 6 an die Antriebsmaschine 2 wird die Leerlaufdrehzahl der Antriebsmaschine 2 auf ein Niveau geführt, zu dem über das von der Hydraulikpumpe 6 dabei geförderte Fördervolumen neben der Versorgung des Hydrauliksystems 5 bzw. des Getriebes 3 Leckagen im Bereich des Hydrauliksystems 5 bzw. des Getriebes 3 vollumfänglich kompensiert werden. Das Verdrängungsvolumen der Hydraulikpumpe 6 ist dabei auf einen definierten maximalen Wert eingestellt, womit sich die verstellbare Hydraulikpumpe 6 im Vollhubbetrieb befindet und ein einer Konstantpumpe entsprechendes Förderverhalten aufweist. Das bedeutet, dass das von der Hydraulikpumpe 6 zur Verfügung gestellte Fördervolumen jeweils lediglich in Abhängigkeit der Antriebsdrehzahl der Hydraulikpumpe 6 variiert.
Daran anschließend wird eine Druckseite 10 der Hydraulikpumpe 6 vorliegend stromab des Systemdruckventils 7 über einen im Bereich eines elektrohydraulischen Druckstellers 11 des Hydrauliksystems 5 vorgesehenen sperrbaren Strömungsquerschnitt 12 mit einem Bereich 13 des Hydrauliksystems 5 verbunden. Der Strömungsquerschnitt 12 ist derart an das Förderverhalten der Hydraulikpumpe 6 im Vollhubbereich abgestimmt, dass bei geöffnetem Strömungsquerschnitt 12 der gesamte von der Hydraulikpumpe 6, die mit der Leerlaufdrehzahl der Antriebsmaschine 2 bei gleichzeitig maximal eingestelltem Verdrängungsvolumen angetrieben wird, aktuell zur Verfügung gestellte Fördervolumenstrom über den Strömungsquerschnitt 12 in Richtung des Bereiches 13 des Hydrauliksystems 5 geführt wird.
Eine dabei aus dem Öffnen des Strömungsquerschnittes 12 resultierende Betriebszustandsänderung des Getriebes 3 wird einer Referenzbetriebszustandsänderung eines Referenzgetriebes in der nachfolgend näher beschriebenen Art und Weise gegenübergestellt. Anschließend wird die Förderleistung der Hydraulikpumpe 6 in Abhängigkeit einer Abweichung zwischen der aktuellen Betriebszustandsänderung und der Referenzbetriebszustandsänderung bestimmt.
Bei dem vorliegend betrachteten Ausführungsbeispiel des Hydrauliksystems 5 gemäß 2 wird der elektrohydraulische Drucksteller 11 bzw. das Aktorventil während der vorbeschriebenen Ansteuerung zum Öffnen des Strömungsquerschnittes 12 komplett in seinen Endanschlag überführt. In diesem Betriebszustand des elektrohydraulischen Druckstellers 11 wirkt die den elektrohydraulischen Drucksteller 11 aufweisende Leitung 14, die von der Systemdruckversorgung bzw. vom Anschlusspunkt der Hydraulikpumpe 6 in Richtung des Bereiches 13 verläuft, dann wie eine Blende. Der Systemdruck p_sys wird vor dem Öffnen des Strömungsquerschnittes 12 auf ein entsprechend hohes Druckniveau durch entsprechende Betätigung des Systemdruckventils 7 geführt, um den gesamten von der Hydraulikpumpe 6 zur Verfügung gestellten Fördervolumenstrom durch die als Blende wirkende Leitung 14 in Richtung des Bereiches 13 des Getriebes 3 zu führen.
Der Bereich 13 umfasst unter anderen einen Aktuator 15, z. B. zur Kupplungs- oder zur Getriebebetätigung, der mit geometrischen Maßen ausgebildet ist, die eine gewünscht hohe Robustheit bzgl. Fertigungstoleranzen aufweisen.
Vorliegend wird über den elektrohydraulischen Drucksteller 11 der als Kolben-Zylinder-Einheit ausgeführte Aktuator 15 bei geöffnetem Strömungsquerschnitt 12 mit Hydraulikfluidvolumen beaufschlagt, wobei durch die Druckbeaufschlagung des Aktuators 15 eine Schaltstange 16 des Getriebes 3 betätigt wird. Der Schaltstange 16 ist ein Schaltwegsensor zugeordnet, mittels dem ein Stellweg X16 der Schaltstange 16 detektierbar ist.
In 3 sind über der Zeit t drei Verläufe des Stellwegs X16 der Schaltstange 16 gezeigt, wobei ein Verlauf X16_soll den Referenzverlauf der Schaltstangenbetätigung darstellt, der sich einstellt, wenn die Hydraulikpumpe 6 eines Referenzgetriebes mit definierten Fertigungstoleranzen mit der Leerlaufdrehzahl der Antriebsmaschine 2 angetrieben wird.
Vorliegend wird der elektrohydraulische Drucksteller 11 zu einem Zeitpunkt T0 mit seinem maximalen Betätigungsstrom beaufschlagt und der Strömungsquerschnitt 12 vollständig freigegeben. Dadurch wird der Aktuator 15 von der Hydraulikpumpe 6 mit Hydraulikfluid beaufschlagt. Nach Ablauf einer Verzögerungszeit resultiert aus der Beaufschlagung des Aktuators 15 eine Bewegung der Schaltstange 16 ausgehend von ihrer ersten Endstellung X16A in Richtung ihrer zweiten Endstellung X16B, wobei die Schaltstange 16 ab einem Zeitpunkt T1 eine entsprechende Bewegung ausführt. Dem Referenzverlauf X16_soll entsprechend erreicht die Schaltstange 16 des Referenzgetriebes seine zweite Endstellung X16B zu einem Zeitpunkt T2.
Wird über den Schaltwegsensor bereits zu einem vor dem Zeitpunkt T2 liegenden weiteren Zeitpunkt T3 ermittelt, dass die Schaltstange 16 ihre zweite Endstellung X16B erreicht hat, dann fördert die Hydraulikpumpe 6 des aktuell überwachten Getriebes 3 einen höheren Fördervolumenstrom als nötig bzw. erwartet, womit Unterversorgungsbetriebszustände des Hydrauliksystems 5 und auch des Getriebes 3 sicher vermieden sind. Im Umkehrschluss führt jedoch das gegebenenfalls zu hohe Fördervolumen der Hydraulikpumpe 6 dazu, dass im Bereich der Hydraulikpumpe 6 unerwünschte Verlustleistungen aufgrund des zu hohen Fördervolumens auftreten, die wiederum einen Kraftstoffverbrauch der Antriebsmaschine 2 erhöhen.
Um eine entsprechende Verbesserung des Wirkungsgrades des Getriebes 3 zu erreichen, wird die aktuelle Leerlaufdrehzahl der Antriebsmaschine 2 anschließend um ein Dekrement reduziert und somit das Fördervolumen der Hydraulikpumpe 6 herabgesetzt.
Wird über den Schaltwegsensor dagegen ermittelt, dass die Schaltstange 16 bei geöffnetem Strömungsquerschnitt 12 ihre zweite Endstellung X16B erst zu einem auf den Zeitpunkt T2 folgenden Zeitpunkt T4 erreicht, wird eine geringere Förderleistung der Hydraulikpumpe 6 als die dem Referenzverlauf zugrundeliegende Förderleistung ermittelt und es wird erkannt, dass die Hydraulikpumpe 6 bei der aktuell eingestellten Leerlaufdrehzahl der Antriebsmaschine 2 gegebenenfalls ein zu geringes Fördervolumen zur Verfügung stellt und die Gefahr einer Unterversorgung des Hydrauliksystems 5 sowie des Getriebes 3 gegeben ist.
Um Unterversorgungsbetriebszustände des Hydrauliksystems 5 sowie des Getriebes 3 auf einfache Art und Weise vermeiden zu können, wird anschließend wiederum ein iterativer Algorithmus gestartet, mittels dem die Leerlaufdrehzahl der Antriebsmaschine 2 zur Leckagekompensation für zukünftige Betriebszustandsverläufe entsprechend inkrementiert wird.
Generell ist für die vorbeschriebene Vorgehensweise die genaue Kenntnis des von der Hydraulikpumpe 6 geförderten Fördervolumenstromes nicht erforderlich, sondern es wird lediglich die Auswirkung des aktuell zur Verfügung stehenden Fördervolumenstromes auf das Hydrauliksystem 5 und das Getriebe 3 bewertet, womit die vorbeschriebene Vorgehensweise durch eine hohe Robustheit bzgl. der Fertigungstoleranzen der gesamten Betätigungskette gekennzeichnet ist.
Da das Systemverhalten durch die Betätigung des elektrohydraulischen Druckstellers 11 und das daraus resultierende Öffnen des Strömungsquerschnittes 12 die gleiche Wirkungsweise wie eine Blende aufweist, ist die Ansteuerung mit geringem Aufwand durch die folgende Blendengleichung beschreibbar: Q = c × sqrt(dP)
Dabei entspricht Q dem jeweils durch den geöffneten Strömungsquerschnitt 12 geführten Volumenstrom, während c eine Blendenkonstante des Strömungsquerschnittes 12 ist, über die konstruktive Gegebenheiten berücksichtigt werden. Der zweite Faktor sqrt(dP) entspricht der Quadratwurzel aus der Druckdifferenz zwischen dem Druck stromauf des Strömungsquerschnittes 12 und des Druckes stromab des Strömungsquerschnittes 12. Aus diesem Grund ist alternativ zu der vorbeschriebenen Vorgehensweise zu 3 auch der sich durch das Öffnen des Strömungsquerschnittes 12 einstellende Einbruch des Systemdrucks p_sys zur Bestimmung des aktuell von der Hydraulikpumpe 6 zur Verfügung gestellten Fördervolumens verwendbar.
In Abhängigkeit des Abfalls des Systemdrucks p_sys bei geöffnetem Strömungsquerschnitt 12 besteht bei gleichzeitiger Kenntnis der Blendenkonstante c die Möglichkeit, den Volumenstrom Q der Hydraulikpumpe 6 direkt zu bestimmen, da der über den Strömungsquerschnitt 12 geführte Volumenstrom Q dem Fördervolumen der Hydraulikpumpe 6 entspricht.
Auch bei der letztbeschriebenen Vorgehensweise besteht die Möglichkeit, einen iterativen Algorithmus durchzuführen, der zunächst das jeweils aktuell ermittelte Fördervolumen der Hydraulikpumpe 6 mit einem Referenzwert vergleicht und anschließend die aktuelle Leerlaufdrehzahl der Antriebsmaschine 2 bei einer entsprechend ermittelten Abweichung korrigiert.
4 zeigt in diesem Zusammenhang drei Verläufe des Systemdrucks p_sys über der Zeit t, wobei der Verlauf p_sys_soll den Sollverlauf des Systemdrucks p_sys eines Referenzgetriebes darstellt, zu dem weder im Bereich der Hydraulikpumpe 6 wesentliche Verlustleistungen aufgrund eines zu hohen Fördervolumens noch Unterversorgungsbetriebszustände des Hydrauliksystems 5 und des Getriebes 3 aufgrund eines zu geringen Fördervolumens der Hydraulikpumpe 6 auftreten. Im Unterschied dazu entspricht der Verlauf p_sys_o dem Verlauf des Systemdrucks p_sys, der sich bei einem zu hohen Fördervolumen der Hydraulikpumpe 6 einstellt, der einen Wirkungsgrad des Getriebes 3 in unerwünschtem Umfang beeinträchtigt. Der ebenfalls in 4 dargestellte Verlauf p_sys_u des Systemdruckes stellt sich bei geöffnetem Strömungsquerschnitt 12 ein, wenn der Fördervolumenstrom der Hydraulikpumpe 6 bei aktuell vorliegender Leerlaufdrehzahl der Antriebsmaschine 2 kleiner als der dem Verlauf p_sys_soll zugrundeliegende Fördervolumenstrom ist. Wird ein dem Verlauf p_sys_u entsprechender Abfall des Systemdruckes p_sys ermittelt, ist das Fördervolumen der Hydraulikpumpe 6 zu gering, um Unterversorgungsbetriebszustände des Hydrauliksystems 5 sowie des Getriebes 3 in gewünschtem Umfang sicher vermeiden zu können.
Wird ein zu hoher Fördervolumenstrom der Hydraulikpumpe 6 ermittelt, wird die Leerlaufdrehzahl dem Verlauf n2o entsprechend ab einem Zeitpunkt T5 reduziert, während die Leerlaufdrehzahl der Antriebsmaschine 2 bei zu geringem Fördervolumenstrom der Hydraulikpumpe 6 vorliegend ab einem Zeitpunkt T6 dem Verlauf n2u der Drehzahl der Antriebsmaschine 2 entsprechend um ein Inkrement angehoben wird.
Zur messtechnischen Ermittlung des Systemdrucks p_sys wird vorliegend durch entsprechende Ansteuerung von Kupplungsventilen des Hydrauliksystems 5 ein Kupplungsdrucksensor verwendet werden, wobei hierfür der Betätigungsdruck der Kupplung, der dem Kupplungsdrucksensor zugeordnet ist, höher einzustellen ist als der erwartete zu messende Systemdruck p_sys.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeugantriebsstrang
2: Antriebsmaschine
3: Getriebe
4: Abtrieb
5: Hydrauliksystem
6: Hydraulikpumpe
7: Systemdruckventil
8: Primärdruckkreis
9: weiteres Ventil
10: Druckseite der Hydraulikpumpe
11: elektrohydraulischer Drucksteller
12: sperrbarer Strömungsquerschnitt
13: Bereich des Getriebes
14: Leitung
15: Aktuator
16: Schaltstange
n2u, n2o: Verlauf der Leerlaufdrehzahl der Antriebsmaschine
p_sys: Systemdruck
p_sys_o, p_sys_u, p_sys_soll: Verlauf des Systemdrucks
t: Zeit
T0–T6: diskreter Zeitpunkt
V: Fördervolumenstrom
X16_soll: Schaltweg
X16A: erste Endstellung der Schaltstange
X16B: zweite Endstellung der Schaltstange

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102014207798 A1 [0005]
DE 102014226548 [0006]

Claims

Verfahren zum Bestimmen einer Förderleistung einer Hydraulikpumpe (6) eines Hydrauliksystems (5) eines Getriebes (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikpumpe (6) während des Bestimmens der Förderleistung mit definierter Drehzahl angetrieben und anschließend eine Druckseite (10) der Hydraulikpumpe (6) über einen sperrbaren Strömungsquerschnitt (12) mit einem Bereich (13) des Hydrauliksystems (5) verbunden wird, wobei der Strömungsquerschnitt (12) so auf die Hydraulikpumpe (6) abgestimmt ist, dass bei geöffnetem Strömungsquerschnitt (12) der gesamte von der Hydraulikpumpe (6) aktuell zur Verfügung gestellte Fördervolumenstrom über den Strömungsquerschnitt (12) in Richtung des Bereiches (13) des Hydrauliksystems (5) führbar ist, und wobei eine aus dem Öffnen des Strömungsquerschnitts (12) resultierende Betriebszustandsänderung des Getriebes (3) einer Referenzbetriebszustandsänderung eines Referenzgetriebes gegenübergestellt und die Förderleistung der Hydraulikpumpe (6) in Abhängigkeit einer Abweichung zwischen der aktuellen Betriebszustandsänderung und der Referenzbetriebszustandsänderung bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderleistung der Hydraulikpumpe (6) während eines Parkbetriebszustandes des Getriebes (3) bestimmt wird, während dem eine Ausgangswelle des Getriebes (3) drehfest gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikpumpe (6) von einer Eingangswelle des Getriebes (3) mit einer Drehzahl angetrieben wird, die einer Leerlaufdrehzahl einer mit der Getriebeeingangswelle verbundenen Antriebsmaschine (2) eines Fahrzeugantriebsstranges (1) oder einer damit korrespondierenden Drehzahl entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druck (p_sys) stromauf des Strömungsquerschnittes (12) vor dem Öffnen des Strömungsquerschnittes (12) auf einen Wert eingestellt wird, der höher ist als ein aus dem Öffnen des Strömungsquerschnittes (12) resultierender maximaler Abfall des stromauf des Strömungsquerschnittes (12) vorliegenden Druckes (p_sys), wobei die Förderleistung in Abhängigkeit einer Abweichung zwischen dem Abfall des Druckes (p_sys) und einem Referenzwert (p_sys_soll) des Abfalls des Drucks des Referenzgetriebes ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer positiven Abweichung zwischen dem Abfall des Druckes (p_sys) und dem Referenzwert (p_sys_soll) eine gegenüber der Förderleistung der Hydraulikpumpe (6) des Referenzgetriebes erhöhte Förderleistung der Hydraulikpumpe (6) des Getriebes (3) festgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer negativen Abweichung zwischen dem Abfall des Druckes (p_sys) und dem Referenzwert (p_sys_soll) eine im Vergleich zu der Förderleistung der Hydraulikpumpe (6) des Referenzgetriebes niedrigere Förderleistung der Hydraulikpumpe (6) des Getriebes (3) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Öffnen des Strömungsquerschnittes (12) ein Aktuator (15) des Getriebes (3) mit Hydraulikfluid beaufschlagt und betätigt wird, wobei eine aus der Betätigung resultierende Betriebszustandsänderung des Aktuators (15) überwacht und eine Zeitdauer bestimmt wird, bis der Aktuator (15) einen definierten Betriebszustand erreicht hat, wobei die Förderleistung der Hydraulikpumpe (6) des Getriebes (3) in Abhängigkeit einer Abweichung zwischen der ermittelten Zeitdauer und einem Referenzwert der Zeitdauer des Referenzgetriebes bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer negativen Abweichung zwischen der Zeitdauer und dem Referenzwert eine gegenüber der Förderleistung der Hydraulikpumpe des Referenzgetriebes erhöhte Förderleistung der Hydraulikpumpe (6) des Getriebes (3) festgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer positiven Abweichung zwischen der Zeitdauer und dem Referenzwert eine im Vergleich zu der Förderleistung der Hydraulikpumpe des Referenzgetriebes reduzierte Förderleistung der Hydraulikpumpe (6) des Getriebes (3) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck (p_sys) stromauf des Strömungsquerschnitts (12) messtechnisch über eine im Bereich eines mit dem Druck (p_sys) beaufschlagten Aktuators (15) angeordnete Messeinrichtung bestimmt wird, wobei das Druckniveau des im Bereich des Aktuators (15) anzulegenden Betätigungsdruckes auf einen Wert eingestellt wird, der größer als der Druck (p_sys) ist, der bei geschlossenem Strömungsquerschnitt (12) stromauf des Strömungsquerschnittes (12) vorliegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ermitteln einer Förderleistung der Hydraulikpumpe (6) des Getriebes (3), die größer ist als die Förderleistung der Hydraulikpumpe des Referenzgetriebes, die Leerlaufdrehzahl der Antriebsmaschine (2) um ein Dekrement reduziert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ermitteln einer Förderleistung der Hydraulikpumpe (6) des Getriebes (3), die kleiner als die Förderleistung der Hydraulikpumpe (6) des Referenzgetriebes ist, die Leerlaufdrehzahl der Antriebsmaschine (2) um ein Inkrement angehoben wird.