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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung des Ölstands in einem Kraftfahrzeug-Getriebe, sowie eine elektronische Steuereinheit zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
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Ein korrekter Ölstand ist zur Gewährleistung der Getriebe-Funktionalität wesentlich. Bei einem zu geringen Ölstand kann es zur Mangelschmierung von Elementen des Getriebes kommen. Weist das Getriebe hydraulisch betätigte Elemente auf, so kann bei einem zu geringen Ölstand Luft in die Getriebehydraulik angesaugt werden, wodurch die Betätigung der hydraulisch betätigten Elemente beeinträchtigt werden kann.
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Eine mechanische Ermittlung des Ölstands, beispielsweise mittels eines Schwimmers im Ölsumpf, ist aufwändig und fehleranfällig. Im Stand der Technik sind daher mehrere funktionsbasierte Verfahren zur Ermittlung des Ölstands bekannt. So beschreibt die
EP 0 589 507 A2 eine Methode zur Bestimmung des Ölstands in einem Automatikgetriebe durch Vergleich einer Ist-Drehzahl des Verbrennungsmotors mit dessen Leerlaufdrehzahl. Die
DE 101 29 072 A1 lehrt, dass aus dem Temperaturverlauf des Öls auf den Ölfüllstand geschlossen werden kann. Gemäß der
DE 10 2014 207 805 A1 wird der Ölstand anhand einer Zeitdauer zwischen Vorgabe eines Hydraulikdrucks und Erreichen eines Hydraulikdrucks unter Nutzung eines Drucksensors ermittelt.
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Bei all diesen bekannten Verfahren könnten andere Ursachen als ein unzureichender Ölstand zu einer somit fehlerhaften Detektion des Ölstands führen. Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Verfahren anzugeben, welches mit erhöhter Sicherheit auf einen inkorrekten Ölstand schließen lässt.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie aus den Figuren.
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Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren zur Ermittlung des Ölstands in einem Kraftfahrzeug-Getriebe angegeben. Das Getriebe umfasst dabei mehrere hydraulisch betätigte Schaltelemente sowie mehrere hydraulische Aktuatoren zur hydraulischen Ansteuerung der Schaltelemente. Die Schaltelemente können durch Kupplungen oder durch Bremsen gebildet sein. Die hydraulischen Aktuatoren können durch direkt oder indirekt gesteuerte Hydraulikventile gebildet sein, welche abhängig von einer elektronischen Vorgabe Druck und Volumenstrom zu der hydraulischen Betätigung des zugeordneten Schaltelements zuführen.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass zur Ermittlung des Ölstands ein Steuerungszustand von zumindest zwei der Aktuatoren mit einer Differenzdrehzahl an der diesen zwei Aktuatoren zugeordneten Schaltelementen verglichen wird. Durch Verwendung von zumindest zwei Aktuatoren, bzw. Schaltelementen kann die Wahrscheinlichkeit eins zufälligen Auftretens des Diagnosezustands oder einer andersartigen Ursache des Diagnosezustands reduziert werden, sodass die Zuverlässigkeit einer korrekten Diagnose des Ölstands verbessert wird.
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Vorzugsweise wird das Vorliegen eines zu geringen Ölstands detektiert, wenn eine Differenzdrehzahl an zwei der Schaltelementen größer oder gleich einem Grenzwert auftritt, und wenn der Steuerungszustand der diesen Schaltelementen zugeordneten Aktuatoren einen geschlossenen Zustand dieser Schaltelemente vorgibt. Ein solcher Zustand ist ein guter Indikator auf eine Unterversorgung der Getriebehydraulik, welche in der Regel durch einen zu geringen Ölstand hervorgerufen wird.
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Vorzugsweise ist ein erstes der zumindest zwei Schaltelemente, dessen Differenzdrehzahl zur Ermittlung des Ölstands herangezogen wird, eine Kupplung zwischen einer Antriebseinheit des Kraftfahrzeugs und einer Eingangswelle eines gangbildenden Getrieberadsatzes des Getriebes. Dieses erste der Schaltelemente kann beispielsweise durch eine Überbrückungskupplung eines Drehmomentwandlers des Getriebes oder durch eine Trennkupplung zwischen einem getriebe-externen Verbrennungsmotor und einer elektrischen Maschine des Getriebes gebildet sein. Für derartige Kupplungen ist üblicherweise ohnehin eine Überwachung der Differenzdrehzahl vorgesehen, sodass für die Durchführung des Verfahrens keine zusätzliche Sensorik erforderlich ist. Vorzugsweise ist ein zweites der zumindest zwei Schaltelemente, dessen Differenzdrehzahl zur Ermittlung des Ölstands herangezogen wird, ein gangbildendes Schaltelement des Getrieberadsatzes. Zumindest für ausgewählte Schaltelemente ist ebenfalls eine entsprechende Sensorik zur Überwachung der Differenzdrehzahl vorhanden, sodass für die Durchführung des Verfahrens keine zusätzliche Sensorik erforderlich ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird das Verfahren bei einem Getriebe angewendet, welches neben einem Ölsumpf einen davon getrennten Ölspeicher aufweist. Ein solcher Ölspeicher kann beispielsweise dazu verwendet werden, den Füllstand im Ölsumpf bei aufgeheiztem Getriebeöl zu verringern, um die Panschverluste der drehenden Getriebeelemente zu verringern. Bei kaltem Öl kann der Ölspeicher in Richtung des Ölsumpfs entleert werden, indem eine Verbindungsleitung zwischen Ölspeicher und Ölsumpf mittels eines Ventils freigegeben wird, sodass keine Unterversorgung der Getriebehydraulik vorliegt. Das Verfahren bezieht sich bei einem solchen Getriebe auf die Ermittlung des Ölstands im Ölsumpf. Wenn durch das Verfahren auf einen zu geringen Ölstand im Ölsumpf geschlossen wird, so kann die Verbindungsleitung mittels dem Ventil freigegeben werden, sodass Öl aus dem Ölspeicher in den Ölsumpf gelangt.
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Vorzugsweise wird das Verfahren bereits bei einer Erstbefüllung oder bei einer Nachbefüllung des Getriebes mit Öl angewendet. Dabei wird dem Getriebe solange Öl zugeführt, bis gemäß dem Verfahren auf einen korrekten Ölstand geschlossen wird. Alternativ oder ergänzend dazu kann das Verfahren auch während einem Betrieb des Getriebes im Kraftfahrzeug angewendet werden, sodass ein Ölverlust während dem Betrieb frühzeitig erkannt wird.
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Das Getriebe kann eine elektronische Steuereinheit aufweisen, welche zur Steuerung von Funktionen des Getriebes eingerichtet ist. Vorzugsweise ist diese elektronische Steuereinheit zur Durchführung des eingangs beschriebenen Verfahrens eingerichtet.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend detailliert beschrieben. Es zeigen:
- 1 und 2 schematisch je einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs für ein Kraftfahrzeug. Der Antriebsstrang weist einen Verbrennungsmotor VM und ein damit gekoppeltes Getriebe G auf. Das Getriebe G ist zur Bereitstellung verschiedener Gänge zwischen einer Antriebswelle GW1 und einer Abtriebswelle GW2 eines Getrieberadsatzes RS des Getriebes G eingerichtet. Die Gänge werden durch selektives Schlie-ßen, bzw. Offenhalten von gangbildenden Schaltelementen A, B, C, D, E des Getriebes G bereitgestellt. Durch dieses selektive Schließen, bzw. Offenhalten der gangbildendenden Schaltelemente A, B, C, D, E werden verschiedene Kraftflüsse durch Planetenradsätze P1, P2, P3, P4 des Getrieberadsatzes RS eingestellt.
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Dazu ist die Antriebswelle GW1 mit einem Planetenradträger des Planetenradsatzes P2 ständig verbunden. Die Abtriebswelle GW2 ist mit einem Planetenradträger des Planetenradsatzes P4 ständig verbunden. Ein Sonnenrad des Planetenradsatzes P1 ist mit einem Sonnenrad des Planetenradsatzes P2 ständig verbunden. Ein Hohlrad des Planetenradsatzes P2 ist mit einem Sonnenrad des Planetenradsatzes P3 ständig verbunden. Ein Hohlrad des Planetenradsatzes P3 ist mit einem Sonnenrad des Planetenradsatzes P4 ständig verbunden. Ein Planetenradträger des Planetenradsatzes P1 ist mit einem Hohlrad des Planetenradsatzes P4 ständig verbunden. Durch Schließen des Schaltelements A wird das Sonnenrad des Planetenradsatzes P1 gegenüber einem Gehäuse GG des Getriebes G drehfest festgesetzt. Durch Schließen des Schaltelements B wird ein Hohlrad des Planetenradsatzes P1 in gleicher Weise drehfest festgesetzt. Durch Schließen des Schaltelements C wird die Antriebswelle GW1 mit dem Sonnenrad des Planetenradsatzes P4 verbunden. Durch Schließen des Schaltelements D wird ein Planetenradträger des Planetenradsatzes P3 mit dem Planetenradträger des Planetenradsatzes P4 verbunden. Durch Schließen des Schaltelements E wird das Sonnenrad des Planetenradsatzes P3 mit dem Sonnenrad des Planetenradsatzes P4 verbunden. Selbstverständlich ist dieser Aufbau des Getrieberadsatzes RS nur beispielhaft anzusehen.
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Das Getriebe G umfasst eine elektrische Maschine EM, deren Rotor mit der Antriebswelle GW1 verbunden ist. Ferner ist einer Trennkupplung K0 zur schaltbaren Verbindung zwischen der Antriebswelle GW1 und einer Anschlusswelle AN des Getriebes G vorgesehen. Über die Anschlusswelle AN ist das Getriebe G mit dem Verbrennungsmotor VM des Kraftfahrzeugs verbunden. Die Anschlusswelle AN kann mehrteilig aufgebaut sein, wobei Einzelteile der Anschlusswelle AN durch in 1 nicht dargestellte Torsionsschwingungsdämpfer und/oder Torsionsschwingungstilger verbunden sein können.
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Die Schaltelemente A, B, C, D, E und die Trennkupplung K0 sind hydraulisch betätigt. Dazu weist das Getriebe G eine hydraulische Steuereinheit HCU auf. Die Steuereinheit HCU umfasst eine Pumpe P, welche Hydraulikfluid aus einem Sumpf SU ansaugt und einer Druckleitung PL zur Verfügung stellt. An der Druckleitung PL sind Aktuatoren K0V, AV, BV, CV, DV, EV angeschlossen. Durch Ansteuerung der Aktuatoren K0V, AV, BV, CV, DV, EV kann Hydraulikfluid aus der Druckleitung PL selektiv zu den gangbildenden Schaltelementen A, B, C, D, E und der Trennkupplung K0 zugeführt werden, um diese zu schließen. Die Aktuatoren K0V, AV, BV, CV, DV, EV können als direkt gesteuerte elektromagnetisch betätigte Hydraulikventile ausgeführt sein. Alternativ dazu können die Aktuatoren K0V, AV, BV, CV, DV, EV als hydraulisch vorgesteuerte Hydraulikventile ausgeführt sein, denen elektromagnetisch betätigte Vorsteuerventile zugeordnet sind. Die entsprechende Hydraulik ist nur schematisch dargestellt. Zur Ansteuerung der Aktuatoren K0V, AV, BV, CV, DV, EV ist eine elektronische Steuereinheit ECU vorgesehen.
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Das Getriebe G weist einen Ölspeicher SP auf. Der Ölspeicher SP ist räumlich oberhalb des Ölsumpfs SU angeordnet. Der Ölspeicher SP kann beispielsweise durch vom Getrieberadsatz RS abgespritztes Öl befüllt werden. Zum Rückfluss von Öl aus dem Ölspeicher SP in den Ölsumpf SU ist eine Verbindungsleitung UP vorgesehen. In der Verbindungsleitung UP ist ein Ventil V angeordnet, um die Verbindungsleitung UP selektiv abzusperren oder freizugeben. Das Ventil V wird durch die elektronische Steuereinheit ECU gesteuert.
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Das Getriebe G weist mehrere Drehzahlsensoren n2, n3, n4 auf. Der Drehzahlsensor n2 ermittelt die Drehzahl der Antriebswelle GW1. Der Drehzahlsensor n4 ermittelt die Drehzahl der Abtriebswelle GW2. Der Drehzahlsensor n3 ermittelt die Drehzahl jener Welle, welche den Planetenradträger des Planetenradsatzes P1 mit dem Hohlrad des Planetenradsatzes P4 verbindet. Durch die Signale der Drehzahlsensoren n2, n3, n4 kann eine Differenzdrehzahl jedes der gangbildenden Schaltelemente A, B, C, D, E ermittelt werden. Die Signale der Drehzahlsensoren n2, n3, n4 werden der elektronischen Steuereinheit ECU zugeführt; die entsprechende Signalführung ist in 1 nicht dargestellt.
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Zur Ermittlung der Differenzdrehzahl der Trennkupplung K0 wird das Signal des Drehzahlsensors n2 mit einem Signal über die Drehzahl des Verbrennungsmotors VM verglichen. Dem Verbrennungsmotor VM ist ein eigener Drehzahlsensor n1 zugeordnet, dessen Signal einem Verbrennungsmotorsteuergerät ECU2 zugeführt wird. Das Verbrennungsmotorsteuergerät ECU2 ist signalübertragend mit der elektronischen Steuereinheit ECU verbunden, sodass der elektronischen Steuereinheit ECU eine Information über die Drehzahl des Verbrennungsmotors VM zur Verfügung steht.
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Soll nun im Getriebe G gemäß 1 ein Ölstand im Ölsumpf SU ermittelt werden, so wird geprüft ob die Trennkupplung K0 durch den Aktuator K0V derart angesteuert wird, dass die Trennkupplung K0 einen geschlossenen Zustand annimmt. Dieser Steuerungszustand des Aktuators K0V kann beispielsweise anhand einer Stromzufuhr zu einem Elektromagneten des Aktuators K0V ermittelt werden. Liegt ein solcher Zustand des Aktuators K0V vor, so wird geprüft ob die Differenzdrehzahl an der Trennkupplung K0 größer oder gleich einem Grenzwert ist. Ist die Differenzdrehzahl an der Trennkupplung K0 größer oder gleich dem Grenzwert, so wird beispielsweise geprüft ob das gangbildende Schaltelement A durch den Aktuator AV derart angesteuert wird, dass das Schaltelement A einen geschlossenen Zustand annimmt. Dieser Steuerungszustand des Aktuators AV kann anhand einer Stromzufuhr zu einem Elektromagneten des Aktuators AV ermittelt werden. Liegt ein solcher Zustand des Aktuators AV vor, so wird geprüft ob die Differenzdrehzahl am Schaltelement A größer oder gleich einem Grenzwert ist. Ist die Differenzdrehzahl am Schaltelement A größer oder gleich dem Grenzwert, so kann auf einen zu niedrigen Ölstand im Ölsumpf SU rückgeschlossen werden, da ein solcher Zustand deutlich auf eine Unterversorgung der Getriebehydraulik hinweist. Beispielsweise kann der Ölstand im Ölsumpf SU so niedrig sein, dass die Ölpumpe P Luft angesaugt hat.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs für ein Kraftfahrzeug. Das in 2 dargestellte Getriebe G entspricht im Wesentlichem dem in 1 dargestellten Getriebe G. Anstatt der elektrischen Maschine EM und der Trennkupplung K0 ist nun ein Drehmomentwandler TC mit einem Pumpenrad PR, einem Turbinenrad TR und einem Leitrad LR vorgesehen. Das Pumpenrad PR ist mit der Anschlusswelle AN verbunden. Das Turbinenrad TR ist mit der Antriebswelle GW1 des Getrieberadsatzes RS verbunden. Das Leitrad LR ist am Gehäuse GG abgestützt, vorzugsweise über einen in 2 nicht dargestellten Freilauf. Pumpenrad PR, Turbinenrad TR und Leitrad LR wirken in bekannter Weise hydrodynamisch zusammen. Der hydrodynamische Pfad zwischen Pumpenrad PR und Turbinenrad TR kann durch Schließen einer Überbrückungskupplung WK überbrückt werden. Die Überbrückungskupplung WK wird hydraulisch betätigt, und durch einen Aktuator WKV entsprechend angesteuert.
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Soll nun im Getriebe G gemäß 2 ein Ölstand im Ölsumpf SU ermittelt werden, so wird geprüft ob die Überbrückungskupplung WK durch den Aktuator WKV derart angesteuert wird, dass die Überbrückungskupplung WK einen geschlossenen Zustand annimmt. Dieser Steuerungszustand des Aktuators WKV kann beispielsweise anhand einer Stromzufuhr zu einem Elektromagneten des Aktuators WKV ermittelt werden. Liegt ein solcher Zustand des Aktuators WKV vor, so wird geprüft ob die Differenzdrehzahl an der Überbrückungskupplung WK größer oder gleich einem Grenzwert ist. Ist die Differenzdrehzahl an der Überbrückungskupplung WK größer oder gleich dem Grenzwert, so wird geprüft ob beispielsweise das gangbildende Schaltelement A durch den Aktuator AV derart angesteuert wird, dass das Schaltelement A einen geschlossenen Zustand annimmt. Dieser Steuerungszustand des Aktuators AV kann anhand einer Stromzufuhr zu einem Elektromagneten des Aktuators AV ermittelt werden. Liegt ein solcher Zustand des Aktuators AV vor, so wird geprüft ob die Differenzdrehzahl am Schaltelement A größer oder gleich einem Grenzwert ist. Ist die Differenzdrehzahl am Schaltelement A größer oder gleich dem Grenzwert, so kann auf einen zu niedrigen Ölstand im Ölsumpf SU rückgeschlossen werden, da ein solcher Zustand deutlich auf eine Unterversorgung der Getriebehydraulik hinweist. Beispielsweise kann der Ölstand im Ölsumpf SU so niedrig sein, dass die Ölpumpe P Luft angesaugt hat.
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Dieses Verfahren kann angewendet werden, wenn das Getriebe G nach der Montage zum ersten Mal mit Öl befüllt wird, oder wenn im Rahmen einer Wartung des Getriebes G Öl nachgefüllt wird. Dieses Verfahren kann auch während des Betriebs des Getriebes G im Kraftfahrzeug angewendet werden, um beispielsweise einen Olverlust des Getriebes G oder eine Unterfüllung des Ölsumpfs SU im Verhältnis zum Ölstand im Ölspeicher SP zu detektieren. Im letzteren Fall kann bei Detektion einer Unterfüllung des Ölsumpfs SU das Ventil V derart angesteuert werden, dass Öl aus dem Ölspeicher SP durch die Verbindungsleitung UP in den Ölsumpf SU fließt, sodass der Ölstand im Ölsumpf SU wieder angehoben wird.
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Bezugszeichenliste
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- VM
- Verbrennungsmotor
- ECU2
- Verbrennungsmotorsteuergerät
- G
- Getriebe
- GG
- Gehäuse
- ECU
- Elektronische Steuereinheit
- AN
- Anschlusswelle
- EM
- Elektrische Maschine
- K0
- Trennkupplung
- TC
- Drehmomentwandler
- PR
- Pumpenrad
- TR
- Turbinenrad
- LR
- Leitrad
- WK
- Überbrückungskupplung
- RS
- Getrieberadsatz
- GW1
- Antriebswelle
- GW2
- Abtriebswelle
- P1-P4
- Planetenradsatz
- A
- Schaltelement
- B
- Schaltelement
- C
- Schaltelement
- D
- Schaltelement
- E
- Schaltelement
- HCU
- Hydraulische Steuereinheit
- P
- Pumpe
- PL
- Druckleitung
- K0V
- Aktuator
- WKV
- Aktuator
- AV
- Aktuator
- BV
- Aktuator
- CV
- Aktuator
- DV
- Aktuator
- EV
- Aktuator
- V
- Ventil
- SU
- Ölsumpf
- SP
- Ölspeicher
- UP
- Verbindungsleitung
- n1
- Drehzahlsensor
- n2
- Drehzahlsensor
- n3
- Drehzahlsensor
- n4
- Drehzahlsensor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0589507 A2 [0003]
- DE 10129072 A1 [0003]
- DE 102014207805 A1 [0003]
