DE102016213318A1

DE102016213318A1 - Verfahren zur Aufrechterhaltung eines Druckniveaus einer Hydraulikflüssigkeit in einer hydraulischen Aktoranordnung

Info

Publication number: DE102016213318A1
Application number: DE102016213318.7A
Authority: DE
Inventors: Andre Schauer; Dominik Herkommer; Markus Baehr; Marco Grethel; Yunfan Wei
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2016-07-21
Filing date: 2016-07-21
Publication date: 2018-01-25
Also published as: CN109416089A; CN109416089B; WO2018014905A1; DE112017003620A5; DE112017003620B4

Abstract

Verfahren zur Aufrechterhaltung eines Druckniveaus einer Hydraulikflüssigkeit in einer hydraulischen Aktoranordnung (100), insbesondere zur Aufrechterhaltung eines Druckniveaus oberhalb eines einem Betriebspunkt zugeordneten Solldruckwertes, wobei bei der hydraulischen Aktoranordnung (100) eine Volumenstromquelle (104) über eine mit der Hydraulikflüssigkeit gefüllte Druckleitung (106) mit einem Hydraulikzylinder (108) verbunden ist, und der Betriebspunkt einer Position der Aktoranordnung (100) entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren eine Regelungshysterese (166, 168) umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufrechterhaltung eines Druckniveaus einer Hydraulikflüssigkeit in einer hydraulischen Aktoranordnung, insbesondere zur Aufrechterhaltung eines Druckniveaus oberhalb eines einem Betriebspunkt zugeordneten Solldruckwertes, wobei bei der hydraulischen Aktoranordnung eine Volumenstromquelle über eine mit der Hydraulikflüssigkeit gefüllte Druckleitung mit einem Hydraulikzylinder verbunden ist, und der Betriebspunkt einer Position der Aktoranordnung entspricht.
Aus der DE 10 2012 021 211 A1 ist ein Verfahren zum Ermitteln eines Einstellparameters in einer hydraulischen Aktuatoranordnung für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang bekannt, wobei die Aktuatoranordnung eine Pumpe und einen Hydraulikzylinder aufweist, wobei ein Druckanschluss der Pumpe mit einem Anschluss des Hydraulikzylinders verbunden ist, wobei der Einstellparameter eine Funktion des Volumens des Fluids ist, das von der Pumpe zur Einrichtung eines vorbestimmten Betriebspunktes der Aktuatoranordnung zu fördern ist, wobei der Betriebspunkt durch ein Wertepaar eines Betriebspunkt-Drehzahlwertes der Pumpe und eines Betriebspunkt-Ansteuerwertes der Pumpe, insbesondere eines elektrischen Stroms eines Elektromotors der Pumpe, definiert ist. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:

– Einregeln der Pumpe auf den Betriebspunkt-Drehzahlwert, so dass die Pumpe einen dem Betriebspunkt-Drehzahlwert entsprechenden Fluidvolumenstrom fördert; und
– Integrieren des Fluidvolumenstromes über die Zeit, bis zu einem Abschluss-Betriebszustand der Aktuatoranordnung, bei dem der Ansteuerwert der Pumpe kleiner gleich dem Betriebspunkt-Ansteuerwert ist. Der Betriebspunkt ist vorzugsweise der Einrückpunkt einer Reibkupplung, die mittels der hydraulischen Aktuatoranordnung betätigt wird.

Aus der WO 2015/154767 A2 ist ein Kupplungsmodul für einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges bekannt, mit einer, von einer Ausgangswelle einer Verbrennungskraftmaschine antreibbaren und eine verstellbare Anpressplatte aufweisenden Kupplungseinrichtung, sowie mit einer, einen Betätigungskolben und eine mittels eines Leitungssystems hydraulisch mit dem Betätigungskolben verbundenen Pumpe aufweisenden Betätigungseinrichtung, wobei die Pumpe so in einem Pumpenaufnahmegehäuse aufgenommen ist, welches Pumpenaufnahmegehäuse mit einer Gegendruckplatte der Kupplungseinrichtung drehfest verbunden ist, dass die Pumpe in zumindest einem Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine durch Zusammenwirkung mit der Ausgangswelle angetrieben ist, und der Betätigungskolben so mit zumindest einer Hochdruckleitung mit der Pumpe verbunden ist, dass die Anpressplatte, in Abhängigkeit eines durch die Pumpe erzeugten Druckniveaus in der Hochdruckleitung, zwischen einer ausgekuppelten Stellung und einer eingekuppelten Stellung verschiebbar ist, wobei in dem Leitungssystem eine das Druckniveau in der Hochdruckleitung beeinflussende, den Leitungsquerschnitt reduzierende Querschnittsbegrenzungseinrichtung angeordnet ist.
Aus der WO 2015/149778 A1 ist eine Getriebesteuerung zum fluidischen Betätigen eines Getriebes bekannt, das mehrere Gänge umfasst, die mit Hilfe einer Getriebeaktoreinrichtung gewählt und geschaltet werden können, und zum fluidischen Betätigen von zwei Teilkupplungen einer Doppelkupplung, wobei die Getriebesteuerung zwei Reversierpumpenaktoren umfasst, denen jeweils eine der Teilkupplungen zugeordnet ist und die jeweils zwei Anschlüsse aufweisen, an die ein fluidisches UND-Ventil angeschlossen ist, das als dritten Anschluss einen Tankanschluss aufweist, wobei die Getriebeaktoreinrichtung über ein fluidisches ODER-Ventil an die zwei Reversierpumpenaktoren angeschlossen ist.
Die am 11.03.2015 angemeldete DE 10 2015 204 383.5 beschreibt ein Verfahren zur Einstellung und Adaption eines Betriebspunktes einer hydraulischen Aktoranordnung, bei welcher eine Volumenstromquelle über eine mit einer Hydraulikflüssigkeit gefüllten Druckleitung mit einem Hydraulikzylinder verbunden ist, wobei ein Volumen der Hydraulikflüssigkeit über die Volumenstromquelle geregelt wird und der Betriebspunkt einer Position der Aktoranordnung bei einem vorgegebenen Parameter einer durch die Aktoranordnung zu betätigenden Einrichtung entspricht, wobei das zur Einstellung des Betriebspunktes erforderliche Volumen der Hydraulikflüssigkeit aus einer rotatorischen Lage eines Volumenstromquellenmotors und/oder der Volumenstromquelle abgeleitet wird. Das zur Einstellung des Betriebspunktes erforderliche Volumen der Hydraulikflüssigkeit wird unterhalb eines vorgegebenen Betriebspunktes über die Drehwinkelregelung und oberhalb des vorgegebenen Betriebspunktes über eine von einem Druck-/ Winkelregler ausgeführten Druckregelung eingestellt. Dadurch wird in den Bereichen, in denen die Druckwerte nur unzureichend messbar sind, die Druckregelung durch die Drehwinkelregelung ersetzt.
Die am 26.01.2016 angemeldete DE 10 2016 201 049.2 beschreibt ein Verfahren zur genauen Einstellung eines Betriebspunktes einer hydraulischen Aktoranordnung, bei welcher eine Volumenstromquelle über eine mit einer Hydraulikflüssigkeit gefüllte Druckleitung mit mindestens einem Hydraulikzylinder verbunden ist, wobei ein Volumen der Hydraulikflüssigkeit über die Volumenstromquelle geregelt wird und der Betriebspunkt einer Position der hydraulischen Aktoranordnung bei einem vorgegebenen Parameter einer durch die Aktoranordnung zu betätigenden Einrichtung entspricht, wobei zur Ermittlung des Betriebspunktes ab Betätigungsbeginn der hydraulischen Aktoranordnung von der Volumenstromquelle zurückgelegte Winkelinkremente und/ oder Umdrehungen gezählt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Verfahren zu verbessern.
Die Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren zur Aufrechterhaltung eines Druckniveaus einer Hydraulikflüssigkeit in einer hydraulischen Aktoranordnung, insbesondere zur Aufrechterhaltung eines Druckniveaus oberhalb eines einem Betriebspunkt zugeordneten Solldruckwertes, wobei bei der hydraulischen Aktoranordnung eine Volumenstromquelle über eine mit der Hydraulikflüssigkeit gefüllte Druckleitung mit einem Hydraulikzylinder verbunden ist, und der Betriebspunkt einer Position der Aktoranordnung entspricht, wobei das Verfahren eine Regelungshysterese umfasst.
Dadurch, dass das Verfahren eine Regelungshysterese umfasst, ist eine Leistungsaufnahme der Aktoranordnung in höheren Lastbereichen, das heißt höheren Druckbereichen, vermindert.
Die Regelungshysterese kann eine Druckregelungshysterese sein. Die Regelungshysterese ist vorzugsweise asymmetrisch, so dass beispielsweise eine von der Aktoranordnung betätigbare Kupplung schlupffrei gehalten werden kann. Die Regelungshysterese kann parametrisierbar sein. Das Verfahren kann ein Hysteresekennfeld umfassen. Dadurch lässt sich das Verfahren beispielsweise an ein von der Kupplung zu übertragendes Moment anpassen.
Die Volumenstromquelle kann eine von einem Elektromotor angetriebene Pumpe aufweisen. Vorzugsweise wird die Volumenstromquelle eingeschaltet, sobald ein Druck in einem Hydraulikzylinder einen unterer Schaltpunkt erreicht oder unterschreitet, und die Volumenstromquelle ausgeschaltet, sobald ein Druck in dem Hydraulikzylinder einen oberen Schaltpunkt erreicht oder überschreitet.
Das zur Einstellung des Druckniveaus erforderliche Volumen der Hydraulikflüssigkeit kann in niedrigen Lastbereichen über eine Drehwinkelregelung und in höheren Lastbereichen über eine Druckregelung eingestellt werden. Dadurch kann sichergestellt werden, dass in den verschiedensten Positionen der hydraulischen Aktoranordnung eine genaue Kennlinie ermittelbar ist, da in den Bereichen, wo die Druckwerte nur unzureichend messbar sind, die Druckregelung durch die Drehwinkelregelung ersetzt wird.
Ein zur Einstellung eines Betriebspunktes notwendiges Volumen der Hydraulikflüssigkeit kann aus einer rotatorischen Lage eines Volumenstromquellenmotors und/oder der Volumenstromquelle abgeleitet werden. Dies hat den Vorteil, dass die Proportionalität zwischen dem Volumen, was von der Volumenstromquelle, beispielsweise einer Pumpe oder einem Hydrostat-Geberkolben gefördert wird, und der Winkelposition der Volumenstromquelle ausgenutzt wird, da ein vorgegebener Volumenhub pro Umdrehung der Volumenstromquelle erfolgt. Durch die Verwendung des Drehwinkels der Volumenstromquelle oder des Motors und der festen Abhängigkeit zwischen Drehwinkel und Volumen, welches gefördert wird, lässt sich zuverlässig eine Kennlinie der hydraulischen Aktoranordnung, vorzugsweise in niedrigen Druckbereichen, erstellen. Da der Drehwinkel der Volumenstromquelle direkt gemessen werden kann, kann auf die Integration des Volumenstromes der Hydraulikflüssigkeit verzichtet werden.
Die Aktoranordnung kann eine Kupplungsaktoranordnung sein. Die Kupplungsaktoranordnung kann mittels der Regelungshysterese schlupffrei gehalten sein. Die Kupplungsaktoranordnung kann wenigstens eine Kupplung mit wenigstens einer Kupplungsscheibe aufweisen. Die Kupplungsscheibe kann für eine Reibungskupplungseinrichtung sein. Die Reibungskupplungseinrichtung kann für einen Antriebsstrang eines brennkraftmaschinengetriebenen Kraftfahrzeugs sein. Der Antriebsstrang kann eine Brennkraftmaschine aufweisen. Der Antriebsstrang kann einen Drehschwingungsdämpfer aufweisen. Der Antriebsstrang kann ein Getriebe aufweisen. Der Antriebsstrang kann wenigsten ein antreibbares Rad aufweisen. Die Reibungskupplungseinrichtung kann in dem Antriebsstrang anordenbar sein. Die Reibungskupplungseinrichtung kann zwischen der Brennkraftmaschine und einem Getriebe anordenbar sein. Die Reibungskupplungseinrichtung kann zwischen einem Drehschwingungsdämpfer und einem Getriebe anordenbar sein.
Der Antriebsstrang kann ein Hybrid-Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug sein. Der Antriebsstrang kann ein Parallelhybrid-Antriebsstrang sein. Der Antriebsstrang kann ein Vollhybrid-Antriebsstrang sein. Der Antriebsstrang kann einen ersten Energiewandler und einen zweiten Energiewandler aufweisen. Der erste Energiewandler kann zur Wandlung chemischer Energie in kinetische Energie dienen. Eine Brennkraftmaschine kann der erste Energiewandler sein. Die Brennkraftmaschine kann mit einem Kohlenwasserstoff, wie Benzin, Diesel, Flüssiggas (Liquefied Petroleum Gas, LPG, GPL), verdichtetem Erdgas (Compressed Natural Gas, CNG) oder flüssigem Erdgas (Liquefied Natural Gas, LNG) betreibbar sein. Die Brennkraftmaschine kann mit Wasserstoff betreibbar sein. Zur Energieversorgung des ersten Energiewandlers kann ein erster Energiespeicher vorgesehen sein. Der erste Energiespeicher kann ein Fluidtank sein. Der zweite Energiewandler kann zur Wandlung elektrischer Energie in kinetische Energie dienen. Die elektrische Maschine kann der zweite Energieumwandler sein. Die elektrische Maschine kann als Motor betreibbar sein. Die elektrische Maschine kann als Generator betreibbar sein. Die elektrische Maschine kann einen Motor und einen Generator baulich vereinigen. Zur Energieversorgung des zweiten Energiewandlers kann ein zweiter Energiespeicher vorgesehen sein. Der zweite Energiespeicher kann ein elektrischer Energiespeicher sein. Der zweite Energiespeicher kann ein Akkumulator sein. Der erste Energiewandler und/oder der zweite Energiewandler können zum wahlweisen oder parallelen Antrieb des Kraftfahrzeugs dienen.
Die Reibungskupplungseinrichtung kann ein Eingangsteil aufweisen. Die Reibungskupplungseinrichtung kann ein Ausgangsteil aufweisen. Das Eingangsteil kann mithilfe der Brennkraftmaschine antreibbar sein. Mithilfe des Ausgangsteils kann das Getriebe antreibbar sein. Die Reibungskupplungseinrichtung kann ein Anfahren sowie einen Wechsel einer Getriebeübersetzung ermöglichen.
Die Reibungskupplungseinrichtung kann eine Einfachkupplung aufweisen. Die Reibungskupplungseinrichtung kann eine Doppelkupplung aufweisen. Die Reibungskupplungseinrichtung kann eine trockene Kupplung aufweisen. Die Reibungskupplungseinrichtung kann eine nasse Kupplung aufweisen. Die Reibungskupplungseinrichtung kann eine Einscheibenkupplung aufweisen. Die Reibungskupplungseinrichtung kann eine Mehrscheibenkupplung aufweisen. Die Reibungskupplungseinrichtung kann eine selbsttätig öffnende Kupplung aufweisen. Die Reibungskupplungseinrichtung kann eine selbsttätig schließende Kupplung aufweisen. Die Reibungskupplungseinrichtung kann eine gedrückte Kupplung aufweisen. Die Reibungskupplungseinrichtung kann eine gezogene Kupplung aufweisen. Die Reibungskupplungseinrichtung kann mithilfe eines Kupplungspedals betätigbar sein. Die Reibungskupplungseinrichtung kann automatisiert betätigbar sein.
Die Reibungskupplungseinrichtung kann ausgehend von einer vollständig ausgerückten Betätigungsstellung, in der zwischen einem Eingangsteil und einem Ausgangsteil im Wesentlichen keine Leistungsübertragung erfolgt, bis hin zu einer vollständig eingerückten Betätigungsstellung, in der zwischen dem Eingangsteil und dem Ausgangsteil im Wesentlichen eine vollständige Leistungsübertragung erfolgt, betätigungsabhängig eine zunehmende mechanische Leistungsübertragung ermöglichen, wobei eine Leistungsübertragung zwischen dem Eingangsteil und dem Ausgangsteil reibschlüssig erfolgt. Umgekehrt kann ausgehend von einer vollständig eingerückten Betätigungsstellung, in der zwischen dem Eingangsteil und dem Ausgangsteil im Wesentlichen eine vollständige Leistungsübertragung erfolgt, bis hin zu einer vollständig ausgerückten Betätigungsstellung, in der zwischen dem Eingangsteil und dem Ausgangsteil im Wesentlichen keine Leistungsübertragung erfolgt, betätigungsabhängig eine abnehmende mechanische Leistungsübertragung ermöglicht sein. Eine vollständig eingerückte Betätigungsstellung kann eine geschlossene Betätigungsstellung sein. Eine vollständig ausgerückte Betätigungsstellung kann eine offene Betätigungsstellung sein.
Zusammenfassend und mit anderen Worten dargestellt ergibt sich somit durch die Erfindung unter anderem eine Lösung für das Problem, dass Pumpen aller Art einer insbesondere druckabhängigen Leckage unterliegen, wodurch ein technisch vollständig dichter Systemaufbau nicht möglich ist. Dies hat zur Folge, dass aus dem Stand der Technik bekannte Systeme leckagebedingt ein Druckabfall obliegt, welcher stets von einer Regelung kompensiert werden muss. Ein fortlaufendes Nachregeln des Systems kann unter Umständen eine hohe Leistungsaufnahme des Aktors bedeuten, da es sich dabei um nur sehr geringe Leckage-Volumenströme handelt. Dadurch stellt sich bei der Pumpe eine geringe Drehzahl ein und sorgt für einen schlechten Pumpen-Motor-Wirkungsgrad, da hier ein hohes Lastmoment (Druck + Reibung) einen permanent hohen Motorstrom erfordert, der zu hohen Ohmschen-Verlusten führt. Aufgrund der Stribeck-Reibung erhöhen sich die Verluste bei kleinen Drehzahlen zusätzlich und sorgen damit für einen erhöhten Leistungsbedarf.
Eine insbesondere aus der am 11.03.2015 angemeldeten DE 10 2015 204 383.5 bekannte Druck-Regelung kann durch das erfindungsgemäße Verfahren um eine gezielte Regler-Hysterese ergänzt werden, welche je nach Betriebspunkt und/oder Bedarf der Momentengenauigkeit parametrierbar ist. Die Regler-Hysterese hilft die drehzahlabhängige Reibung beim Halten der Pumpe zu minimieren, so dass in diesen Zeitabschnitten, wenn überhaupt, nur ein kleiner Motorstrom erforderlich ist. Dies ist darauf zurück zu führen, dass sich durch die Hysterese größere erforderliche Volumenströme einstellen, um die Kupplung wieder auf eine Überanpressung zu bringen. Die höheren Volumenströme können mit hoher Dynamik und Drehzahl durchgeführt werden, was zu kleinerer Reibung in der Pumpe führt. Der Motorstrom in diesen Zeitabschnitten verringert sich aufgrund der kleineren Reibung in der Pumpe im Gegensatz zu einem konstanten Nachpumpen.
Das Verfahren ist vorzugsweise so ausgelegt, dass in Bereichen niedriger Lastbereiche, die Volumenregelung aktiv ist, da die Steigung der Kupplungskennlinie in diesem Bereich sehr flach ist. In Bereichen höherer Lastbereiche, also im Bereich der gewünschten Momentenübertragung, ist die Druck-Regelung aktiv. Diese kann um eine Hysterese ergänzt werden, um die Kupplung in Überanpressung zu bringen Die Hysterese-Breite ist vorzugsweise asymmetrisch ausgelegt, so dass immer mindestens das Soll-Moment erfüllt wird. Somit würde die Pumpen-Druck-Regelung in einem Beispielfall, bei einem Soll-Druck von 35bar auf 40bar regeln, abschalten und warten, bis der Druck leckagebedingt auf 35bar abfällt. Die Regelung aktiviert sich wieder und erhöht den Druck wieder auf 40bar. In realen Anwendungen hängt dieses Druckdelta insbesondere vom Nennmoment der Kupplung ab. Die Hysterese kann bei Bedarf deaktiviert werden, wenn beispielsweise im Falle einer Momentenüberschneidung zweier Kupplungen oder während einer Anfahrt eine hohe Momentengenauigkeit erfordert wird und somit eine Überanpressung vermieden werden muss.
Die Implementierung der Hysterese ist vorzugsweise so ausgelegt, dass deren Breite der Systemanforderung entsprechend angepasst, bzw. kalibriert, werden kann. Somit ist es möglich auf die Anforderungen einer übergeordneten Steuerstruktur die optimale Hysterese-Breite anzunähern. Ist beispielsweise eine hohe Dynamik und / oder eine hohe Verfügbarkeit gefordert, so wird über die Hysterese-Breite ein Kompromiss zwischen der Anforderung und der Leistungsaufnahme eingestellt. Ist hingegen eine verringerte Dynamik gefordert und die Verfügbarkeit nicht im Fokus, so kann über die Hysterese-Breite das Optimum für eine geringe Leistungsaufnahme eingestellt werden. Im zeitlichen Mittel ergibt sich so eine deutlich kleinere Leistungsaufnahme des Kupplungsaktorsystems.
Des Weiteren kann die Hysterese in Form einer Ein- und Abschalthysterese definiert werden, so dass ein Unterschreiten eines Soll-Druckes nicht eintreten kann. Berücksichtigt man eine reibungsbedingte Druckhysterese einer Kupplungskennlinie, so ist die Abschalthysterese entsprechend oberhalb abfallende Druck-Hysterese zu wählen. Die Einschalthysterse wird durch ein kleineres Band als das Abschaltband um den Soll-Wert (aufsteigende Druck-Hysterese) gewählt. Ist beispielsweise die Abschalthysterese auf +5 % des Soll-Druckes kalibriert und die Einschalthysterese auf +1% des Soll-Druckes, so stellt sich eine Soll-Druck Abweichung zwischen +1%und +5% des Soll-Druckes ein.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann eine Druck-Regelung umfassen. Die erfinderische Lehre kann jedoch ebenfalls bei weiteren Regelverfahren angewendet werden. Ergänzt man das Zielsystem (Pumpenaktor + Zentralausrücker) um einen Zentralausrücker mit Wegmessung, so würde sich eine Weg-Regelung des Zentralausrückers anbieten. Das erfindungsgemäße Verfahren ist demnach ebenso auf eine Weg-Regelung anwendbar.
Mit der Erfindung ist eine Druck-Regelungshysterese zur Verfügung gestellt, die eine Verminderung der Leistungsaufnahme in einer hydraulischen Aktoranordnung in höheren Lastbereichen gewährleistet. Insbesondere kann eine Nutzung dieser Hysterese nur in schlupffreien Betriebszuständen erfolgen. Insbesondere kann mittels einer asymmetrischen Hysterese eine Kupplung schlupffrei gehalten werden. Insbesondere kann ein gezielter Betrieb eines Pumpenaktors in höheren Wirkungsgradbereichen erfolgen. Insbesondere kann eine Parametrierung der Hysterese, je nach Betriebspunkt der Kupplung, über ein Hysteresekennfeld erfolgen. Insbesondere kann eine Adaption einer Hystereseparametrierung in Abhängigkeit eines Bedarfs an Momentengenauigkeit erfolgen.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren näher beschrieben. Aus dieser Beschreibung ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile. Konkrete Merkmale dieses Ausführungsbeispiels können allgemeine Merkmale der Erfindung darstellen. Mit anderen Merkmalen verbundene Merkmale dieses Ausführungsbeispiels können auch einzelne Merkmale der Erfindung darstellen.
Es zeigen schematisch und beispielhaft:
1 eine hydraulische Kupplungsaktoranordnung,
2 eine Kupplungskennlinie der hydraulischen Kupplungsaktoranordnung aus 1,
3 ein Zustandsübergangsdiagramm eines Verfahrens zur Einstellung und Adaption eines Betriebspunktes der Kupplungsaktoranordnung aus 1, mit einer Regelung zur Aufrechterhaltung eines Druckniveaus, und
4 ausschnittsweise die Kupplungskennlinie der hydraulischen Kupplungsaktoranordnung, ergänzt um eine Darstellung einer Druckregelungshysterese.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen, als hydraulische Kupplungsaktoranordnung 100 ausgebildeten Aktoranordnung, wie diese beispielsweise in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges eingesetzt wird, wobei die hydraulische Kupplungsaktoranordnung 100 zur Betätigung einer Kupplung 102 genutzt wird. Eine beispielhaft als Pumpe 104 ausgebildete Volumenstromquelle ist über eine Hochdruckhydraulikleitung 106 mit einem Hydraulikzylinder 108 verbunden, welcher über ein Einrücklager 110 auf die Kupplung 102 einwirkt. Über die Pumpe 104 wird aus einem Hydraulikreservoir 112 über eine Niederdruckhydraulikleitung 114 Hydraulikflüssigkeit durch die Pumpe 104 angesaugt und über die Hochdruckhydraulikleitung 106 dem Hydraulikzylinder 108 zugeführt. Durch die Hydraulikflüssigkeit wird ein Kolben des Hydraulikzylinders 108 verschoben, wodurch das Einrücklager 110 bewegt und die Kupplung 102 ebenfalls verschoben wird.
Die Pumpe 104 wird von einem Elektromotor 116 angetrieben, an welchem ein Winkelsensor 118 positioniert ist, der die rotatorische Lage des Elektromotors 116 in Form eines Drehwinkels bestimmt. In dem Hydraulikzylinder 108 ist ein Drucksensor 120 zur Messung des sich in der Hochdruckhydraulikleitung 106 einstellenden Druckes p der hydraulischen Flüssigkeit positioniert. Der Winkelsensor 118 kann dabei bevorzugt als Multiturn-Sensor ausgebildet sein, welcher den Drehwinkel auch über 360° detektiert.
Bei hinreichend schnellem Drehen der Pumpe 104 kann eine Leckage vernachlässigt bzw. reproduzierbar dargestellt werden, so dass eine Kupplungskennlinie 122 erstellt werden kann, die einen Druck p in der Hochdruckhydraulikleitung 106 oder in dem Hydraulikzylinder 108 über einem Weg s des Kolbens des Hydraulikzylinders 108 darstellt. Eine solche Kupplungskennlinie 122 ist in einem Diagramm in 2 dargestellt. Reibungsbedingt weist die Kupplungskennlinie 122 eine Druckhysterese auf. Dadurch weist die Kupplungskennlinie 122 zwei Äste auf. Ein aufsteigender Ast 124 der Kupplungskennlinie 122 entspricht dem Druck p während eines Druckaufbaus zur Vergrößerung des Weges s. Ein abfallender Ast 126 der Kupplungskennlinie 122 entspricht dem Druck p während eines Druckabfalls zur Verkleinerung des Weges s.
Ein Verfahren zur Einstellung und Adaption eines Betriebspunktes der Kupplungsaktoranordnung 100 ist so ausgelegt, dass in einem niedrigen Lastbereiche 128, eine Volumen-Regelung 138 aktiv ist, da die Steigung der Kupplungskennlinie 122 in diesem Bereich sehr flach ist. In einem höheren Lastbereich 130, insbesondere in Bereichen einer Momentenübertragung über die Kupplung 102, ist eine Druckregelung aktiv. Dadurch wird in den Bereichen, in denen die Druckwerte nur unzureichend messbar sind, die Druckregelung durch eine Volumen-Regelung 138, insbesondere eine Drehwinkelregelung eines Drehwinkels des Elektromotors 116 oder der Pumpe 104 ersetzt. Ein solches Verfahren ist in der am 11.03.2015 angemeldeten DE 10 2015 204 383.5 beschrieben, deren diesbezüglicher Offenbarungsgehalt ausdrücklich einbezogen wird.
Zur Aufrechterhaltung eines Druckniveaus der Hydraulikflüssigkeit in dem Hydraulikzylinder 108 oberhalb eines einem Betriebspunkt zugeordneten Solldruckwertes, ist das Verfahren zur Einstellung und Adaption eines Betriebspunktes der Kupplungsaktoranordnung 100 um eine Druckregelungshysterese ergänzt. Aufgrund der Druckregelungshysterese ist die Kupplung 102 in eine Überanpressung bringbar. Dazu umfasst das Verfahren in dem höheren Lastbereich 130 eine Einschaltgrenze 132 und eine Abschaltgrenze 134.
Die Einschaltgrenze 132 ist vorliegend eine Druck-Weg-Linie, die annähernd parallel zu dem absteigenden Ast 126 der Kupplungskennlinie 122 verläuft. Die Einschaltgrenze 132 ordnet einem vorgegebenen Weg s einen Druck p zu, der geringfügig höher ist, beispielsweise um 1 % höher ist, als ein diesem Weg s zugeordneter Druck p des absteigenden Astes 126 der Kupplungskennlinie 122.
Die Abschaltgrenze 134 ist vorliegend eine Druck-Weg-Linie, die annähernd parallel zu dem aufsteigenden Ast 124 der Kupplungskennlinie 122 verläuft. Die Abschaltgrenze 134 ordnet einem vorgegebenen Weg s einen Druck p zu, der geringfügig höher ist, beispielsweise um 1 % höher, als ein diesem Weg s zugeordneter Druck p des aufsteigenden Astes 124 der Kupplungskennlinie 122. Alternativ ordnet die Abschaltgrenze 134 einem vorgegebenen Weg s einen Druck p zu, der höher ist, beispielsweise um 5 % höher, als ein diesem Weg s zugeordneter Druck p des absteigenden Astes 126 der Kupplungskennlinie 122.
Die Einschaltgrenze 132 und die Abschaltgrenze 134 sind wesentliche Bestandteile für eine Druckregelungshysterese, die nachfolgend näher beschrieben wird.
3 zeigt ein Zustandsübergangsdiagramm des Verfahrens zur Einstellung und Adaption eines Betriebspunktes der Kupplungsaktoranordnung 100 mit entsprechender Regelung zur Aufrechterhaltung des Druckniveaus. Zunächst wird ein aktueller Zustand 136 ermittelt, wobei ermittelt wird, ob sich die Kupplungsaktoranordnung 100 im niedrigen Lastbereich 128 oder im höheren Lastbereich 130 befindet. Befindet sich die Kupplungsaktoranordnung 100 im niedrigen Lastbereich 128, erfolgt durch das Verfahren eine Volumen-Regelung 138. Befindet sich die Kupplungsaktoranordnung 100 im höheren Lastbereich 130, erfolgt durch das Verfahren eine Druckregelung 140. Während des Verfahrens kann aufgrund eines sich ändernden Betriebs der Kupplungsaktoranordnung 100 ein Zustandsübergang 142 von einer Volumen-Regelung 138 auf eine Druckregelung 140 erfolgen und/oder ein Zustandsübergang 144 von der Druckregelung 140 auf die Volumen-Regelung 138 erfolgen.
Im Zustand der Druckregelung 140 können die Unterzustände „Druckregelungshysterese an“ 146 und „Druckregelungshysterese aus“ 148 vorliegen. Dabei kann ein Zustandsübergang 150 von „Druckregelungshysterese an“ 146 zu „Druckregelungshysterese aus“ 148 erfolgen, insbesondere wenn ein Solldruck, beispielsweise ein durch den absteigenden Ast 126 der Kupplungskennlinie 122 definierter Solldruck, unterschritten wird. Die Druckregelungshysterese soll ebenfalls nach Bedarf deaktiviert werden können, wenn z.B. im Falle einer Momentenüberschneidung zweier Kupplungen oder während einer Anfahrt eine hohe Momentengenauigkeit der Kupplung 102 erforderlich ist und somit eine Überanpressung vermieden werden muss.
Zudem kann ein Zustandsübergang 152 von „Druckregelungshysterese aus“ 148 zu „Druckregelungshysterese an“ 146 erfolgen, der die Druckregelungshysterese aktiviert, wodurch eine Überanpressung der Kupplung 102 erfolgt.
4 zeigt ausschnittsweise in einem Diagramm die Kupplungskennlinie 122 der Kupplungsaktoranordnung 100, ergänzt um eine Darstellung der Druckregelungshysterese. Dabei sind der aufsteigender Ast 124 und der absteigender Ast 126 der Kupplungskennlinie 122, die Einschaltgrenze 132 und die Abschaltgrenze 134 als Druckverläufe über dem Weg s des Kolbens des Hydraulikzylinders 108 dargestellt. Ein übertragbares Kupplungsmoment M der Kupplung 102 über dem Weg s ist durch eine Momentenkennlinie 154 dargestellt.
Ein Zielmoment 156 ist einem Betriebspunkt der Kupplungsaktoranordnung 100 zugeordnet. Ein dem Zielmoment 156 und damit dem Betriebspunkt zugeordneter Weg s kann im Diagramm der 4 abgelesen werden und ist durch eine vertikale Linie dargestellt. Der Schnittpunkt der vertikalen Linie durch die Momentenkennlinie 154 entspricht dem Zielmoment 156. Das Zielmoment 156 kann jedoch auch ein anderer Wert sein, das heißt weiter links oder weiter rechts von der vertikalen Linie der 4 auf der Momentenkennlinie 154 liegen. Das Zielmoment 156 ist insbesondere abhängig von dem Moment, dass die Kupplung 102 übertragen können muss. Anhand des in 4 dargestellten Zielmoments 156 wird nachfolgend die Wirkungsweise der Druckregelungshysterese beschrieben. Ein Schnittpunkt der vertikalen Linie mit dem absteigenden Ast 126 der Kupplungskennlinie 122 ergibt den Solldruck im Betriebspunkt.
Ein Schnittpunkt der dem Weg s des Betriebspunktes entsprechenden vertikalen Linie von 4 mit der Einschaltgrenze 132 ist ein unterer Schaltpunkt 158. Der untere Schaltpunkt 158 entspricht dem Einschaltpunkt im Betriebspunkt. Ein Schnittpunkt der dem Weg s des Betriebspunktes entsprechenden vertikalen Linie von 4 mit der Abschaltgrenze 134 ist ein oberer Schaltpunkt 160. Der obere Schaltpunkt 160 entspricht dem Abschaltpunkt im Betriebspunkt. Erreicht oder unterschreitet der Druck p in dem Hydraulikzylinder 108 bei abgeschalteter Pumpe 104 den unterer Schaltpunkt 158, so wird die Pumpe 104 angeschaltet. Erreicht oder überschreitet der Druck p in dem Hydraulikzylinder 108 bei angeschalteter Pumpe 104 den oberen Schaltpunkt 160, so wird die Pumpe 104 abgeschaltet.
Ein dem unteren Schaltpunkt 158 im Betriebspunkt zugeordneter Druckwert ist geringfügig höher, beispielsweise 1 % höher, als ein dem Betriebspunkt zugeordneter Wert des absteigenden Astes 126 der Kupplungskennlinie 122. Daraus ergibt sich, dass die Pumpe 104 bereits bei einem Druck p einschaltet, der geringfügig größer ist, als der dem Betriebspunkt zugeordnete Solldruck. Ein diesem geringfügig größeren Druck p zugeordneter Weg s ergibt sich im Diagramm von 4 als Schnittpunkt einer horizontalen Einschaltlinie 162 mit dem absteigenden Ast 126 der der Kupplungskennlinie 122.
Ein dem oberen Schaltpunkt 160 im Betriebspunkt zugeordneter Druckwert ist höher als ein dem Betriebspunkt zugeordneter Wert der Einschaltgrenze 132 und geringfügig höher, beispielsweise 5 % höher, als ein dem Betriebspunkt zugeordneter Wert der Abschaltgrenze 134. Daraus ergibt sich, dass die Pumpe 104 erst bei einem Druck p abschaltet, der geringfügig größer ist, als der dem Betriebspunkt zugeordnete Druck des aufsteigenden Astes 124 der Kupplungskennlinie 122. Ein diesem geringfügig größeren Druck p zugeordneter Weg s ergibt sich im Diagramm von 4 als Schnittpunkt einer horizontalen Abschaltlinie 164 mit dem aufsteigenden Ast 124 der der Kupplungskennlinie 122.
Durch die Hysterese der Kupplungskennlinie 122, wodurch der aufsteigenden Ast 124 der Kupplungskennlinie 122 nicht deckungsgleich mit dem absteigenden Ast 126 der Kupplungskennlinie 122 ist, ergibt sich aufgrund des zuvor beschriebenen Verfahrensablaufs die Druckregelungshysterese. Die Druckregelungshysterese weist einen aufsteigenden Ast 166 und einen absteigenden Ast 168 auf.
Erreicht der Druck p im Hydraulikzylinder 108 den unteren Schaltpunkt 158, wird die Pumpe 104 eingeschaltet und der Druck p steigt entsprechend des aufsteigenden Astes 166 der Druckregelungshysterese an. Aufgrund eines zunehmenden Weges s führt der aufsteigende Ast 166 der Druckregelungshysterese von dem absteigenden Ast 126 der Kupplungskennlinie 122 auf den aufsteigender Ast 124 der Kupplungskennlinie 122. Erreicht der Druck p im Hydraulikzylinder 108 den oberen Schaltpunkt 160, wird die die Pumpe 104 abgeschaltet und der Druck p fällt aufgrund von Leckagen langsam und entsprechend des absteigenden Astes 168 der Druckregelungshysterese ab. Aufgrund eines daraus resultierenden abnehmenden Weges s führt der absteigende Ast 168 der Druckregelungshysterese von dem aufsteigender Ast 124 der Kupplungskennlinie 122 auf den absteigenden Ast 126 der Kupplungskennlinie 122.
Der aufsteigende Ast 166 und der absteigende Ast 168 der Druckregelungshysterese entsprechen Drücken, die oberhalb des dem Zielmoment 156 zugeordneten Betriebspunkts liegen. Dadurch ist die Druckregelungshysterese asymmetrisch ausgelegt und es wird immer das Zielmoment 156 überschritten. Somit ist ein schlupffreier Betrieb der Kupplung 102 gewährleistet.
Bezugszeichenliste

100: Aktoranordnung, Kupplungsaktoranordnung
102: Kupplung
104: Pumpe
106: Hochdruckhydraulikleitung
108: Hydraulikzylinder
110: Einrücklager
112: Hydraulikreservoir
114: Niederdruckhydraulikleitung
116: Elektromotor
118: Winkelsensor
120: Drucksensor
122: Kupplungskennlinie
124: aufsteigender Ast
126: absteigender Ast
128: niedriger Lastbereiche
130: höherer Lastbereich
132: Einschaltgrenze
134: Abschaltgrenze
136: Zustand
138: Volumen-Regelung
140: Druckregelung
142: Zustandsübergang
144: Zustandsübergang
146: Druckregelungshysterese an
148: Druckregelungshysterese aus
150: Zustandsübergang
152: Zustandsübergang
154: Momentenkennlinie
156: Zielmoment
158: unterer Schaltpunkt
160: oberer Schaltpunkt
162: Einschaltlinie
164: Abschaltlinie
166: aufsteigender Ast
168: absteigender Ast

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012021211 A1 [0002]
WO 2015/154767 A2 [0003]
WO 2015/149778 A1 [0004]
DE 102015204383 [0005, 0020, 0035]
DE 102016201049 [0006]

Claims

Verfahren zur Aufrechterhaltung eines Druckniveaus einer Hydraulikflüssigkeit in einer hydraulischen Aktoranordnung (100), insbesondere zur Aufrechterhaltung eines Druckniveaus oberhalb eines einem Betriebspunkt zugeordneten Solldruckwertes, wobei bei der hydraulischen Aktoranordnung (100) eine Volumenstromquelle (104) über eine mit der Hydraulikflüssigkeit gefüllte Druckleitung (106) mit einem Hydraulikzylinder (108) verbunden ist, und der Betriebspunkt einer Position der Aktoranordnung (100) entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren eine Regelungshysterese (166, 168) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungshysterese eine Druckregelungshysterese (166, 168) ist.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungshysterese (166, 168) asymmetrisch ist.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Volumenstromquelle eine von einem Elektromotor (116) angetriebene Pumpe (104) aufweist.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Volumenstromquelle (104) eingeschaltet wird, sobald ein Druck in dem Hydraulikzylinder (108) einen unterer Schaltpunkt (158) erreicht oder unterschreitet, und dass die Volumenstromquelle (104) ausgeschaltet wird, sobald ein Druck in dem Hydraulikzylinder (108) einen oberen Schaltpunkt (160) erreicht oder überschreitet.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungshysterese (166, 168) parametrisierbar ist.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ein Hysteresekennfeld umfasst.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zur Einstellung des Druckniveaus erforderliches Volumen der Hydraulikflüssigkeit in einem niedrigen Lastbereich (128) über eine Drehwinkelregelung und in einem höheren Lastbereich (130) über eine Druckregelung eingestellt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktoranordnung eine Kupplungsaktoranordnung (100) ist.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsaktoranordnung (100) mittels der Regelungshysterese (166, 168) schlupffrei gehalten wird.