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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zum Einstellen eines Betätigungsdruckes eines Schaltelementes eines Getriebes gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
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Aus der
DE 10 2008 000 304 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Ventileinrichtung einer Getriebeeinrichtung eines Fahrzeugantriebstranges mit einer Ventileinheit und einer die Ventileinheit betätigenden elektromagnetischen Betätigungseinheit beschrieben. Über die Ventileinheit ist in Abhängigkeit eines an der elektromagnetischen Betätigungseinheit anliegenden und pulsweitenmodulierten Stromsignals ein hydraulischer Druckwert eines Hydrauliksystems einer Getriebeeinrichtung eines Fahrzeugantriebsstrangs einstellbar. Eine Amplitude und/oder eine Pulsdauer des pulsweitenmodulierten Stromsignals wird während einer Dithermodulation unter Beibehaltung eines einzustellenden Druckwertes periodisch verändert, wobei einem längsbeweglich ausgebildeten Anker sowie einem damit wirkverbundenen Ventilstößel der Ventileinrichtung dadurch eine Schwingungsbewegung aufgeprägt wird. Bei Vorliegen vordefinierter Betriebszustände des Fahrzeugantriebsstranges wird die Dithermodulation jeweils aktiviert oder deaktiviert.
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Um CO2-Einsparziele erreichen zu können und einen Kraftstoffverbrauch von Brennkraftmaschinen minimieren zu können, wird bei in einem Fahrzeugantriebsstrang niedrigen zu übertragenden Drehmoment ein sogenannter Systemdruck eines Getriebes zur Reduzierung der Verluste im Bereich einer Hydraulikpumpe abgesenkt. Da der jeweils im Bereich von Kupplungen maximal anlegbare Betätigungsdruck vom aktuell eingestellten Systemdruck begrenzt wird, werden ein oder mehrere Schaltelemente in einem derartigen Umfang betätigt beziehungsweise bestromt, dass der mittels elektrischer Ansteuerung eines Druckreglers einstellbare Betätigungsdruck eines Schaltelementes, wie einer Kupplung, eines Getriebes sich oberhalb oder gering unterhalb des Systemdruckniveaus einstellt. Dadurch wird ein Strombedarf für die Ansteuerung des Druckreglers durch eine sogenannte bedarfsgerechte Bestromung reduziert.
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Ausgehend von einem angestrebten Zustand, zu dem der jeweils angesteuerte Kupplungsdruck beziehungsweise der aktuell vorliegende Kupplungsdruck größer oder minimal kleiner als der Systemdruck ist, liegt das für die Einstellung des Betätigungsdruckes vorgesehene Kupplungsventil nicht mehr in seiner Regelstellung vor, sondern befindet sich in seinem komplett umgeschobenen oder in seinem lediglich minimal regelnden Betriebszustand. In einem solchen Betriebszustand, der dynamisch und je nach zu stellendem Drehmoment in beliebigen Arbeitspunkten auftreten kann, werden weiterhin über eine sogenannte Bedatung zur Verfügung stehende Ditherparameter, das heißt eine Ditherfrequenz und eine Ditheramplitude, für die Betätigung eines Kupplungsventiles herangezogen.
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Da sich die Eigenschaften beziehungsweise die Übertragungsfunktionen des Gesamtsystemes aufgrund des nicht mehr in ausreichendem Umfang regelnden Kupplungsventils massiv verändert haben, entsteht dadurch eine unerwünscht hohe Erregung im Vorsteuerkreis, die um ein Vielfaches höher ist, als benötigt. Diesen unerwünschten Effekt verstärken zusätzlich Wechselwirkungen mit Eigenerregungen. In Summe resultieren daraus massive verschleißfördernde Schwingungen, die sich negativ auf die Lebensdauer von Druckreglern und Kupplungsventilen auswirken. Da im Gegenzug jedoch bewusst erzeugte Schwingungen im Bereich von Druckreglern und Kupplungsventilen benötigt werden, um sogenannte Silting-Effekte zu vermeiden, werden die Hydrauliksysteme zur Minimierung von verschleißfördernden Schwingungen mit zusätzlich dämpfenden Elementen im Vorsteuerkreis ausgeführt, die jedoch wiederum einen Bauraumbedarf und auch Herstellkosten von Hydrauliksystemen erhöhen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zum Einstellen eines Betätigungsdruckes eines Schaltelementes eines Getriebes zur Verfügung zu stellen, mittels welchem eine Lebensdauer von Ventileinheiten beeinträchtigende Schwingungen über den gesamten Betriebsbereich eines Hydrauliksystems eines Getriebes auf bauraum- und kostengünstige Art und Weise auf ein Minimum reduzierbar sind und gleichzeitig Silting-Effekte im Bereich von Ventileinheiten vermeidbar sind.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zum Einstellen eines Betätigungsdruckes eines Schaltelementes eines Getriebes mit einer ersten Ventileinrichtung, dessen Ventilschließglied zum Einstellen eines Vorsteuerdruckes für die Ansteuerung einer zweiten Ventileinheit über eine elektromagnetische Betätigungseinheit betätigbar ist, ist der Vorsteuerdruck an einem Ventilschieber der zweiten Ventileinheit einer Rückstellkraft einer Rückstelleinrichtung entgegengerichtet anlegbar. Die elektromagnetische Betätigungseinheit wird mittels eines pulsweitenmodulierten Stromsignals und wenigstens einer dem Stromsignal über einen Dither aufgeprägten Schwingung mit definierter Frequenz und definierter Amplitude betrieben.
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Erfindungsgemäß werden die Ventileinheit und die zugeordnete elektromagnetische Betätigungseinheit dauerhaft geregelt betrieben und ein Betriebszustand der zweiten Ventileinheit permanent überwacht. Die Frequenz sowie die Amplitude des Dithers werden in Abhängigkeit des Betriebszustandes der zweiten Ventileinheit in einem eine Anregung im Bereich der ersten Ventileinheit minimierenden Umfang sowie Silting im Bereich der zweiten Ventileinheit vermeidende Bewegungen des Ventilschließgliedes der zweiten Ventileinheit auslösendem Umfang eingestellt, ohne dabei den einzustellenden Betätigungsdruck zu beeinflussen.
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Durch die erfindungsgemäße Einstellung beziehungsweise Umschaltung der Ditherparameter wird die sich betriebszustandsabhängig ändernde Übertragungsfunktion auf einfache sowie bauraum- und kostengünstige Art und Weise berücksichtigt und ein Aufschwingen des Systems ohne zusätzliche zu montierende und Kosten erzeugende Bauelemente im Bereich eines Hydrauliksystems verhindert. Durch die weiterhin vorhandene, aber betriebszustandsabhängig angepasste Aufschaltung des Dithers wird zusätzlich dem Auftreten von Silting-Effekten im erforderlichen Umfang vorgebeugt.
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Entspricht der Betätigungsdruck maximal einem an der zweiten Ventileinheit anliegenden Systemdruck, der über ein Systemdruckventil einstellbar ist, wird der Betriebszustand der zweiten Ventileinheit bei einer einfach und kostengünstig durchführbaren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens in Abhängigkeit einer Differenz zwischen dem Betätigungsdruck oder einer hiermit korrespondierenden Betriebsgröße der Vorrichtung und dem Systemdruck oder einer hiermit korrespondierenden Betriebsgröße der Vorrichtung ermittelt.
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Dabei kann die Frequenz des Dithers in Abhängigkeit der jeweils vorliegenden konstruktiven Ausführung des die Vorrichtung umfassenden Hydrauliksystems erhöht oder reduziert und/oder die Amplitude des Dithers reduziert oder erhöht werden, wenn ein Ruhebetriebszustand der zweiten Ventileinheit erkannt wird, zu dem sich die zweite Ventileinheit außerhalb einer Regelstellung befindet und die Differenz größer als ein positiver Schwellwert oder kleiner als ein negativer Schwellwert ist.
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Bei der letztbeschriebenen Variante der erfindungsgemäßen Vorgehensweise wird die aktuelle Ditherbedatung der angesteuerten ersten Ventileinheit außer Kraft gesetzt und auf eine bedatbare sowie in jedem Fall von der vorhergehenden Ditherfrequenz abweichende Ditherfrequenz sowie eine weitere bedatbare und in jedem Fall von der vorhergehenden Ditheramplitude abweichende Ditheramplitude umgeschaltet, um die aus der Praxis bekannten Nachteile zu überwinden.
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Wird die Übertragungsfähigkeit des als reibschlüssiges Schaltelement ausgebildeten Schaltelementes in Abhängigkeit des jeweils zu übertragenden Drehmomentes durch Vorsteuern der zweiten Ventileinheit derart variiert, dass die zweite Ventileinheit in ihren Ruhebetriebszustand übergeht oder sich zumindest wenigstens annähernd im Ruhebetriebszustand befindet, sind Verluste im Bereich von Hydrauliksystemen betriebszustandsabhängig minimierbar.
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Die zweite Ventileinheit geht bei einer weiteren vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens in ihren Ruhebetriebszustand über, wenn im Bereich der ersten Ventileinheit ein Vorsteuerdruck eingestellt wird, zu dem der Betätigungsdruck dem Systemdruck entspricht.
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Sowohl die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale als auch die im nachfolgenden Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Gegenstandes angegebenen Merkmale sind jeweils für sich alleine oder in beliebiger Kombination miteinander geeignet, den erfindungsgemäßen Gegenstand weiterzubilden.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Gegenstandes ergeben sich aus den Patentansprüchen und dem unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispiel.
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Es zeigt:
- 1 mehrere Verläufe verschiedener Betriebsgrößen eines Hydrauliksystems eines Getriebes, die sich bei herkömmlicher Betätigung einer Vorrichtung zum Einstellen eines Betätigungsdruckes eines Schaltelementes über die Betriebszeit einstellen; und
- 2 die Verläufe gemäß 1, die sich bei erfindungsgemäßer Betätigung der Vorrichtung über die Betriebszeit einstellen.
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1 zeigt einen Verlauf eines Systemdrucks p_sys, der im Bereich eines Systemdruckventiles in an sich bekannter Art und Weise einstellbar ist. Der Verlauf des Systemdrucks p_sys ist vorliegend über der Betriebszeit t konstant. Des Weiteren ist in 1 ein Verlauf eines Betätigungsdruckes p_k eines Schaltelementes, wie einer reibschlüssigen Kupplung oder Bremse, eines Getriebes gezeigt, der im Bereich einer zweiten Ventileinheit einstellbar ist. Die zweite Ventileinheit ist mit einem Vorsteuerdruck p_VS im Bereich eines Ventilschiebers entgegen einer Rückstellkraft einer Rückstelleinrichtung beaufschlagbar. Der Vorsteuerdruck p_VS wird im Bereich einer ersten Ventileinheit eingestellt, dessen Ventilschließglied hierfür über eine elektromagnetische Betätigungseinheit betätigbar ist und die einen sogenannten elektrohydraulischen Drucksteller darstellt. Die elektromagnetische Betätigungseinheit ist mittels eines pulsweitenmodulierten Stromsignals und wenigstens einer dem Stromsignal über einen Dither aufgeprägten Schwingung mit definierter Frequenz und definierter Amplitude betreibbar.
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Zu einem Zeitpunkt T0 sind sowohl der Betätigungsdruck p_k als auch der Vorsteuerdruck p_VS im vorliegend betrachteten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen gleich Null, während der Systemdruck p_sys beispielhaft im Mittel etwa 11 bar beträgt. Zum Zeitpunkt T0 wird der Vorsteuerdruck p_VS im dargestellten Umfang mit zunehmender Betriebszeit t kontinuierlich angehoben. Dies führt dazu, dass der Betätigungsdruck p_k aufgrund der konstruktiv vorgegebenen Ventilübersetzung im Bereich der zweiten Ventileinheit mit größerem Gradienten ebenfalls im Wesentlichen linear mit zunehmender Betriebszeit t in Richtung des Systemdruckes p_sys ansteigt. Zu einem Zeitpunkt T1 entspricht der Betätigungsdruck p_k im Wesentlichen dem Systemdruck p_sys. Somit befindet sich die zweite Ventileinheit ab dem Zeitpunkt T1 in ihrer Ruhestellung und regelt nicht mehr.
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Obwohl der Vorsteuerdruck p_VS ab dem Zeitpunkt T1 weiter angehoben wird, verbleibt der Betätigungsdruck p_k ab dem Zeitpunkt T1 auf dem Druckniveau des Systemdrucks p_sys, der den Versorgungsdruck des Betätigungsdruckes p_k darstellt, weshalb dieser den Systemdruck p_sys selbst nicht übersteigen kann.
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Da die erste Ventileinheit und die der ersten Ventileinheit zugeordnete elektromagnetische Betätigungseinheit sowohl vor als auch nach dem Zeitpunkt T1 mit der gleichen Ditherfrequenz und der gleichen Ditheramplitude angesteuert werden und sich die Übertragungsfunktionen des Gesamtsystemes durch den Übergang der zweiten Ventileinheit aus ihrem Regelbetriebszustand in ihren Ruhebetriebszustand wesentlich verändern, entsteht eine erhebliche Erregung im Vorsteuerkreis, die um ein Vielfaches höher ist, als es benötigt wird. Die Erregung im Vorsteuerkreis bewirkt das in 1 dargestellte massive Aufreißen des Signals des Vorsteuerdruckes p_VS ab dem Zeitpunkt T1, was jedoch unerwünscht ist. Ab einem Zeitpunkt T2 sind die Schwingungen in gewissem Umfang abgeklungen, jedoch treten diese ab einem sich daran anschließenden Zeitpunkt T3 wieder auf, und verursachen im Bereich der ersten Ventileinheit nicht zu vernachlässigenden Verschleiß.
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Um die im Ruhebetriebszustand der zweiten Ventileinheit im Bereich des Vorsteuerkreises bzw. der ersten Ventileinheit auftretenden und verschleißfördernden Schwingungen zu vermeiden und gleichzeitig bewusst erzeugte Schwingungen im Bereich der ersten Ventileinheit sowie im Bereich der zweiten Ventileinheit aufrechterhalten zu können, wird die nachfolgend näher beschriebene Vorgehensweise während eines Betriebes eines Getriebes durchgeführt.
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Zwischen den Zeitpunkten T1 und T2 werden die elektromagnetische Betätigungseinheit und die beiden Ventileinheiten in dem zu 1 beschriebenen Umfang betrieben. Zum Zeitpunkt T2, zu dem der Betätigungsdruck p_k gleich dem Systemdruck p_sys ist, wird der Ruhebetriebszustand der zweiten Ventileinheit erkannt und die Ditherparameter, das heißt die Ditherfrequenz und die Ditheramplitude, werden zur Minimierung der Schwingung des Vorsteuerkreises arbeitspunktabhängig dahingehend verändert, dass die Anregung im Vorsteuerkreis möglichst klein ist, aber noch ausreichend groß ist, um Silting auch im Bereich der zweiten Ventileinheit zu verhindern.
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Hierzu wird mittels einer Softwarefunktion der angesteuerte Betätigungsdruck p_k mit dem Systemdruck p_sys bzw. mit dem angesteuerten Druckreglerstrom des Kupplungsdruckreglers bzw. der ersten Ventileinheit und des Druckreglerstroms des Systemdruckreglers miteinander verglichen bzw. die Differenz zwischen diesen gebildet.
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Überschreitet die ermittelte Differenz einen bedatbaren Wert, der sowohl positiv als auch negativ sein kann, so wird die aktuelle Ditherbedatung für diesen angesteuerten Druckregler außer Kraft gesetzt und auf eine bedatbare, in jedem Fall höhere Ditherfrequenz und bedatbare, in jedem Fall niedrigere Amplitude umgeschaltet. Dabei gilt die Annahme, dass die zweite Ventileinheit sich nicht mehr in ihrer Regelstellung befindet.
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Hiervon abweichend besteht auch die Möglichkeit, dass die Ditherfrequenz erniedrigt und die Amplitude erhöht wird, wenn erkannt wird, dass die zweite Ventileinheit in ihren Ruhebetriebszustand übergegangen ist. In welchem Umfang die Ditherfrequenz und die Ditheramplitude erhöht oder erniedrigt werden, wird jeweils in Abhängigkeit des vorliegenden Anwendungsfalles festgelegt.
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Durch die vorgeschlagene Umschaltung der Ditherparameter wird auf die sich durch den Übergang der zweiten Ventileinheit in ihren Ruhebetriebszustand ändernde Übertragungsfunktion reagiert und ein generelles Aufschwingen des Hydrauliksystems verhindert. Durch die weiterhin vorhandene, jedoch variierte bzw. minimierte Ditherung wird dem Auftreten von Silting-Effekten weiterhin vorgebeugt.
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Wird der bedatbare Wert wieder unterschritten, so wird auf die für ein regelndes Kupplungsventil beziehungsweise auf die regelnde zweite Ventileinheit notwendige Ditherbedatung zurückgewechselt.
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Die vorbeschriebene Vorgehensweise führt dazu, dass der Verlauf des Vorsteuerdruckes p_VS ab dem Zeitpunkt T2 durch ein wesentlich geringeres Aufreißen des Signals gekennzeichnet ist und verschleißfördernde Schwingungen im Bereich der ersten Ventileinheit auf einfache Art und Weise minimiert sind, ohne gleichzeitig Silting-Effekte zu begünstigen.
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Zusätzlich ist in 2 der sich theoretisch einstellende Betätigungsdruck p_kt gezeigt, der sich bei entsprechend hohem Systemdruck p_sys in Abhängigkeit des über der Betriebszeit t eingestellten Vorsteuerdruckes p_VS einstellen würde.
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Die vorbeschriebene Vorgehensweise entspricht einem Verfahren zum Betreiben einer elektromagnetischen Betätigungseinheit mit Schieberventil und nachgeschaltetem Nachfolgesystem. Die elektromagnetische Betätigungseinheit wird dabei mittels einem pulsweitenmodulierten Stromsignal und einer dem Stromsignal überlagerten Schwingungen, die durch die jeweils angepasste Frequenz und die angepasste Amplitude charakterisiert ist, definiert betrieben. Das Nachfolgesystem umfasst ein Ventil mit Rückstelleinheit, dessen Zustand bzw. dessen Position sich in Regelungs- oder in Ruhestellung befinden kann. Das Schieberventil der elektromagnetischen Betätigungseinheit befindet sich dauerhaft in Regelung und wird dauerhaft mit einem Dither betrieben. Die Ditherparameter werden in Abhängigkeit des Zustandes des Nachfolgesystems angepasst, wobei die Ditherfrequenz und die Ditheramplitude derart variiert werden, dass verschleißfördernde Schwingungen, die die Lebensdauer von Druckregler und Kupplungsventil reduzieren, gedämpft und Silting-Effekte vermieden werden.
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Bezugszeichenliste
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- p_k
- Betätigungsdruck
- p_kt
- theoretischer Betätigungsdruck
- p_sys
- Systemdruck
- p_VS
- Vorsteuerdruck
- T0 bis T3
- diskreter Zeitpunkt
- t
- Betriebszeit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008000304 A1 [0002]
