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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Pumpenantriebseinheit. Die Erfindung betrifft ferner eine elektronische Steuereinheit zur Durchführung eines solchen Verfahrens, eine Pumpenantriebseinheit mit einer solchen elektronischen Steuereinheit sowie ein Kraftfahrzeuggetriebe mit einer solchen Pumpenantriebseinheit.
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Die Patentanmeldung
DE 103 06 418 A1 beschreibt eine Antriebsanordnung für ein Förderaggregat, mit einem Antriebsmotor, einem Hilfsmotor und einem Summiergetriebe. Das Summiergetriebe ist ausgangsseitig mit dem Förderaggregat und eingangsseitig mit dem Antriebsmotor und dem Hilfsmotor verbunden. Zwischen Hilfsmotor und Summiergetriebe ist ein Freilauf angeordnet, welcher ein auf den Hilfsmotor wirkendes Drehmoment aufnimmt. Ohne den Freilauf müsste der Hilfsmotor das erforderliche Stützmoment selbst aufbringen.
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Die Funktionsfähigkeit des Freilaufs ist demnach wesentlich für die Ansteuerung der Antriebsanordnung. Allerdings kann es auch bei einem Freilauf zu Fehlfunktionen kommen. Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Verfahren bereitzustellen, welches den Zustand des Freilaufs zuverlässig ermitteln kann.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Eine weitere Lösung wird durch eine elektronische Steuereinheit mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9, sowie durch eine Pumpenantriebseinheit mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 angegeben. 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 zum Betrieb einer Pumpenantriebseinheit vorgeschlagen. Die Pumpenantriebseinheit dient zum Antrieb einer Pumpe. Die Pumpe ist mittels einer ersten Antriebsquelle und einer zweiten Antriebsquelle antreibbar. Die beiden Antriebsquellen sowie eine Antriebswelle der Pumpe sind mit je einem Element eines Planetenradsatzes verbunden. Es ist ein Freilauf vorgesehen, welcher eine Abtriebswelle der zweiten Antriebsquelle mit einem drehfesten Element verbindet. Das drehfeste Element kann beispielsweise durch ein Gehäuse des Planetenradsatzes gebildet sein.
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Der Freilauf kann eine Freilauf-Stellung und eine Sperr-Stellung einnehmen. Funktioniert der Freilauf ordnungsgemäß, so nimmt der Freilauf in einer ersten Drehrichtung der Abtriebswelle die Freilauf-Stellung, und in einer zweiten Drehrichtung der Abtriebswelle die Sperr-Stellung ein. Erfindungsgemäß wird die zweite Antriebsquelle in jener Drehrichtung angetrieben, die der Sperr-Stellung des Freilaufs entspricht. Abhängig von einer Systemreaktion auf einen solchen Betrieb kann auf einfache Weise detektiert werden, ob der Freilauf ordnungsgemäß funktioniert.
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Vorzugsweise ist ein Sensor zur Drehzahlerfassung der Abtriebswelle vorgesehen. Wenn mittels des Sensors eine Drehzahl in jener Drehrichtung ermittelt wird, die der Sperr-Stellung des Freilaufs entspricht, so wird eine Fehlfunktion des Freilaufs erkannt. Denn wenn der Freilauf ordnungsgemäß funktionieren würde, so könnte die Abtriebswelle bei diesem Betriebszustand keine Drehzahl annehmen.
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Die zweite Antriebsquelle ist vorzugsweise ein Elektromotor, wobei eine Stromaufnahme des Elektromotors überwacht werden kann. Wird bei Antrieb des Elektromotors in jene Drehrichtung, die der Sperr-Stellung des Freilaufs entspricht, eine Stromaufnahme kleiner oder gleich einem Grenzwert erkannt, so wird eine Fehlfunktion des Freilaufs erkannt. Denn wenn der Freilauf ordnungsgemäß funktionieren würde, so würde der Elektromotor bei Null-Drehzahl gegen den sperrenden Freilauf ankämpfen. Ein derartiger Betriebszustand führt zu einer relativ hohen Stromaufnahme im Vergleich zu einem Zustand, in dem der Freilauf fehlerhaft die Freilauf-Stellung anstatt der Sperr-Stellung einnimmt.
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Wenn bei Betrieb der zweiten Antriebsquelle in jener Drehrichtung, die der Sperr-Stellung des Freilaufs entspricht, eine Fehlfunktion des Freilaufs erkannt wird, so wird die zweite Antriebsquelle vorzugsweise in jener Drehrichtung betrieben, die der Freilauf-Stellung des Freilaufs entspricht. Dadurch kann ein Antrieb der Pumpe in Förderrichtung sichergestellt werden.
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Vorzugsweise wird das Verfahren während einer Initialisierung der Pumpenantriebseinheit durchgeführt. Dadurch kann gleich zu Betriebsbeginn der Pumpenantriebseinheit geprüft werden, ob der Freilauf korrekt funktioniert.
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Alternativ oder ergänzend dazu kann das Verfahren während einem Betrieb der ersten Antriebsquelle durchgeführt werden, vorzugsweise abhängig von einem Betriebspunkt der Pumpe.
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Das Verfahren kann bei verschiedenen Pumpen-Anwendungen zum Einsatz kommen. So kann die Pumpe beispielsweise als Ölpumpe ausgebildet sein und zur Ölversorgung von hydraulischen Verbrauchern eines Kraftfahrzeuggetriebes oder eines Verbrennungsmotors dienen.
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Als weitere Lösung der Aufgabe wird eine elektronische Steuereinheit vorgeschlagen, welche zur Durchführung des eingangs beschriebenen Verfahrens eingerichtet ist. Die elektronische Steuereinheit ist vorzugsweise direkt der zweiten Antriebsquelle zugeordnet, und steuert den Betrieb der zweiten Antriebsquelle.
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Als weitere Lösung der Aufgabe wird eine Pumpenantriebseinheit für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen. Die Pumpenantriebseinheit weist einen Elektromotor mit einer Abtriebswelle, einen Sensor zur Ermittlung einer Drehzahl der Abtriebswelle, einen Freilauf zwischen der Abtriebswelle und einem drehfesten Element sowie eine elektronische Steuereinheit auf. Die elektronische Steuereinheit ist dazu eingerichtet den Elektromotor basierend auf einem Signal des Sensors und zumindest einem weiteren Signal anzusteuern, beispielsweise basierend auf einer Soll-Drehzahl des Elektromotors. Die elektronische Steuereinheit ist dabei zur Durchführung des eingangs beschriebenen Verfahrens eingerichtet.
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Die Pumpenantriebseinheit kann Bestandteil eines Kraftfahrzeuggetriebes sein. Ein solches Kraftfahrzeuggetriebe weist eine Ölpumpe auf. Eine Antriebswelle der Ölpumpe ist mittels einer ersten Antriebsquelle und einer zweiten Antriebsquelle antreibbar. Die Antriebswelle der Ölpumpe, die erste Antriebsquelle und die zweite Antriebsquelle sind mit je einem Element eines Planetenradsatzes verbunden. Der Elektromotor der Pumpenantriebseinheit bildet die zweite Antriebsquelle der Ölpumpe.
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Das Kraftfahrzeuggetriebe weist vorzugsweise eine weitere elektronische Steuereinheit auf, die zur Steuerung von Funktionen des Getriebes eingerichtet ist. Beispielsweise steuert die weitere elektronische Steuereinheit die Gangwechsel-Aktuatorik des Getriebes. Die weitere elektronische Steuereinheit steht mit der elektronischen Steuereinheit der Pumpenantriebseinheit in Kommunikationsverbindung, beispielsweise über einen Informations-Bus. Die elektronische Steuereinheit der Pumpenantriebseinheit steuert den Elektromotor basierend auf dem Signal des Sensors und zumindest dem weiteren Signal, wobei die elektronische Steuereinheit der Pumpenantriebseinheit das weitere Signal von der weiteren elektronischen Steuereinheit empfängt.
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Vorzugsweise ist der Elektromotor der Pumpenantriebseinheit mit einem Sonnenrad verbunden, welches ein erstes der Planetenradsatz-Elemente bildet. Die Antriebswelle der Pumpe ist mit einem Planetenträger verbunden, welches ein zweites der Planetenradsatz-Elemente bildet. Die erste Antriebsquelle treibt ein Hohlrad des Planetenradsatzes an, welches ein drittes der Planetenradsatz-Elemente bildet.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand der Figuren detailliert beschrieben. Es zeigen:
- 1 bis 5 je eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs.
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1 zeigt eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeug-Antriebstrangs gemäß einer ersten Ausführungsform. Der Kraftfahrzeug-Antriebstrang weist einen Verbrennungsmotor VM zum Antreiben von Antriebsrädern DW des Kraftfahrzeugs an. Um die Drehzahl- und Drehmomentabgabe-Charakteristik des Verbrennungsmotors VM an die Fahrwiderstände des Kraftfahrzeugs anzupassen, ist zwischen Verbrennungsmotor VM und Antriebsräder DW ein Getriebe G geschaltet. Das Getriebe G weist eine Eingangswelle GW1, einen Getrieberadsatz GS sowie eine Ausgangswelle GW2 auf. Die Eingangswelle GW1 ist über einen Torsionsschwingungsdämpfer TD und einen über eine Kupplung WK überbrückbaren Drehmomentwandler TC mit dem Verbrennungsmotor VM verbunden. Die Ausgangswelle GW2 ist über ein Differentialgetriebe AG mit den Antriebsrädern DW verbunden. Der Getrieberadsatz GS ist dazu eingerichtet verschiedene Übersetzungsverhältnisse zwischen der Eingangswelle GW1 und der Ausgangswelle GW2 bereitzustellen. Dazu können beispielsweise in 1 nicht dargestellte Planetenradsätze und/oder Stirnradstufen zum Einsatz kommen, welche mit Schaltelementen zur Gangbildung zusammenwirken.
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Zur Schmierung und Kühlung von Komponenten des Getriebes G ist ein Hydraulikkreislauf vorgesehen. Werden Elemente des Getriebes G hydraulisch betätigt, beispielsweise die Kupplung WK, so erfolgt diese hydraulische Betätigung ebenso durch den Hydraulikkreislauf. Der Hydraulikkreislauf weist eine Pumpe P auf, welche Öl aus einem Tank T ansaugt und einer hydraulischen Steuereinheit HCU zuführt. In der hydraulischen Steuereinheit HCU wird das Öl aus der Pumpe P bedarfsabhängig an die verschiedenen hydraulischen Verbraucher des Getriebes G verteilt. Zur Steuerung der hydraulischen Steuereinheit HCU ist eine elektronische Steuereinheit TCU vorgesehen.
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Eine Antriebswelle P1 der Pumpe ist mit einem Planetenträger E2 eines Planetenradsatzes RS verbunden. Am Planetenträger E2 sind mehrere Planetenräder EP drehbar gelagert. Die Planetenräder EP kämmen mit einem Hohlrad E3 und mit einem Sonnenrad E1 des Planetenradsatzes RS. Eine am Hohlrad E3 ausgebildete Außenverzahnung kämmt mit einem Zwischenrad ZR. Das Zwischenrad ZR kämmt mit einer Verzahnung, welche drehfest mit einer Eingangsseite des Drehmomentwandler TC verbunden ist. Das Sonnenrad E1 ist mit einer Abtriebswelle WX eines Elektromotors EM2 verbunden, welcher beispielsweise als permanenterregter bürstenloser Gleichstrommotor ausgebildet ist. Zwischen der Abtriebswelle WX und einem drehfesten Element GX ist ein Freilauf F angeordnet.
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Durch einen solchen Aufbau kann die Pumpe P sowohl vom Verbrennungsmotor VM als erste Antriebsquelle als auch vom Elektromotor EM2 als zweite Antriebsquelle in Förderrichtung angetrieben werden. Soll die Pumpe P vom Elektromotor EM2 in Förderrichtung angetrieben werden, so wird von der elektronischen Steuereinheit TCU ein entsprechender Befehl an eine den Elektromotor EM2 steuernde elektronische Steuereinheit ECU übermittelt, beispielsweise eine Soll-Drehzahl des Elektromotors EM2. Der elektronischen Steuereinheit ECU ist ein Drehzahlsensor RLS zugeordnet, welcher Drehrichtung und Drehzahl der Abtriebswelle WX ermittelt. Die elektronische Steuereinheit ECU steuert den Elektromotor EM2 zur Drehung in eine erste Drehrichtung. In der ersten Drehrichtung befindet sich der Freilauf F in seiner Freilauf-Stellung. Durch Vergleich der Soll-Drehzahl mit der vom Drehzahlsensor RLS ermittelten Ist-Drehzahl der Abtriebswelle WX kann die elektronische Steuereinheit ECU die Drehzahl der Abtriebswelle WX regeln. Die Leistungsversorgung der elektronischen Steuereinheit ECU und damit des Elektromotors EM2 erfolgt über ein Fahrzeugbordnetz BAT, welches in 1 schematisch dargestellt ist.
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Wenn der Elektromotor EM2 angetrieben wird während der Verbrennungsmotor VM stillsteht, so wird das Drehmoment an der Welle WX über den Planetenradsatz RS zur Antriebswelle P1 der Pumpe P übertragen. Denn das Widerstandsmoment des Verbrennungsmotors VM ist - unter Berücksichtigung der Stützfaktoren des Planetenradsatzes RS - höher als das Widerstandsmoment der Pumpe P.
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Soll die Pumpe P allein vom Verbrennungsmotor VM in Förderrichtung angetrieben werden, so kann der Elektromotor EM2 lastlos geschaltet werden. Denn das Widerstandsmoment der Pumpe P ist - unter Berücksichtigung der Stützfaktoren des Planetenradsatzes RS - höher als das Widerstandsmoment des lastlos geschalteten Elektromotors EM2, sodass die Abtriebswelle WX in eine zweite, der ersten Drehrichtung entgegengesetzten Drehrichtung belastet wird. In dieser Lastrichtung der Abtriebswelle WX wird der Freilauf F in seiner Sperr-Stellung belastet, sodass eine Drehung der Abtriebswelle WX durch den Freilauf F verhindert wird. Somit kann am Sonnenrad E1 auch bei lastlos geschaltetem Elektromotor EM2 ein Drehmoment abgestützt werden, sodass die Antriebswelle P1 der Pumpe P durch den Verbrennungsmotor VM in Förderrichtung angetrieben werden kann.
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Nimmt der Freilauf F in fehlerhafte Weise keine Sperr-Stellung ein, sondern verbleibt in beiden Drehrichtungen der Abtriebswelle WX in der Freilauf-Stellung, so wird der Elektromotor EM2 durch den Verbrennungsmotor VM in eine zweite Drehrichtung angetrieben, während die Antriebswelle P1 der Pumpe P stillsteht. Ein solcher Zustand soll vermieden werden, denn bei Stillstand der Antriebswelle P1 kann die Pumpe P dem Hydrauliksystem des Getriebes G kein Öl mehr zuführen.
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Um einen solchen fehlerhaften Zustand des Freilaufs F zu detektieren ist vorgesehen, den Elektromotor EM2 in die zweite Drehrichtung anzutreiben. Wird durch den Drehzahlsensor RLS bei einem solchen Betrieb des Elektromotors EM2 eine Drehzahl der Abtriebswelle WX in die zweite Drehrichtung erkannt, so kann zuverlässig auf eine Fehlfunktion des Freilaufs F geschlossen werden. Ergänzend oder alternativ dazu kann die Stromaufnahme des Elektromotors EM2 zur Freilauf-Diagnose herangezogen werden. Denn nimmt der Freilauf F in fehlerhafte Weise nicht die Sperr-Stellung ein, so ist der Aufnahmestrom geringer als wenn der Elektromotor EM2 im Stillstand gegen die Sperr-Stellung des Freilaufs F wirkt.
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Wird nun ein derartiger fehlerhafter Zustand des Freilaufs F erkannt, so wird der Elektromotor EM2 in die erste Drehrichtung betrieben, also jener Drehrichtung welche der eigentlichen Freilauf-Stellung des Freilaufs F entspricht. Dieser Zustand wird während des weiteren Betriebs aufrechterhalten, um einen Antrieb der Pumpen-Antriebswelle P1 in Förderrichtung zu gewährleisten.
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Das eingangs beschriebene Verfahren ist nicht auf einen Antriebsstrang gemäß 1 beschränkt. Dies wird anhand alternativer Antriebsstrang-Ausführungen in 2 bis 5 näher beschrieben.
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2 zeigt eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeug-Antriebstrangs gemäß einer zweiten Ausführungsform, welche im Wesentlichen der ersten Ausführungsform entspricht. Das Getriebe G ist nun als Doppelkupplungsgetriebe ausgebildet, wobei der Verbrennungsmotor VM über eine erste Kupplung DK1 mit einer ersten Getriebeeingangswelle GW11 und über eine zweite Kupplung DK2 mit einer zweiten Getriebeeingangswelle GW12 verbindbar ist. Der Drehmomentwandler TC gemäß der ersten Ausführungsform entfällt. Das Zwischenrad ZR, welches mit der am Hohlrad E3 ausgebildeten Außenverzahnung kämmt, wird eingangsseitig der Kupplungen DK1, DK2 angetrieben. Der Verbrennungsmotor VM bildet somit die erste Antriebsquelle der Pumpe P, und der Elektromotor EM2 die zweite Antriebsquelle der Pumpe P.
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3 zeigt eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeug-Antriebstrangs gemäß einer dritten Ausführungsform, welche im Wesentlichen der ersten Ausführungsform entspricht. Der Verbrennungsmotor VM ist nun mit einer elektrischen Maschine EM verbunden, welche eingangsseitig auf den Drehmomentwandler TC wirkt. Bei einer solchen Antriebsstrang-Konfiguration kann sowohl der Verbrennungsmotor VM als auch die elektrische Maschine EM als erste Antriebsquelle der Pumpe P wirken. Der Elektromotor EM2 bildet die zweite Antriebsquelle der Pumpe P.
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4 zeigt eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeug-Antriebstrangs gemäß einer vierten Ausführungsform, welche im Wesentlichen der dritten Ausführungsform entspricht. Zwischen den Verbrennungsmotor VM und der elektrischen Maschine EM ist nun eine Trennkupplung K0 geschaltet. Durch Öffnen der Trennkupplung K0 kann der Verbrennungsmotor VM vom Antriebsstrang abgekoppelt werden, wenn der Antriebsstrang alleine von der elektrischen Maschine EM angetrieben wird. Ist die Trennkupplung K0 geöffnet, so bildet die elektrische Maschine EM allein die erste Antriebsquelle der Pumpe P. Ist die Trennkupplung K0 geschlossen, so können Verbrennungsmotor VM und elektrische Maschine EM alleine oder gemeinsam die erste Antriebsquelle der Pumpe P bilden.
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5 zeigt eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeug-Antriebstrangs gemäß einer fünften Ausführungsform, welche im Wesentlichen der vierten Ausführungsform entspricht. Der Drehmomentwandler TC gemäß der vierten Ausführungsform entfällt, sodass das Zwischenrad ZR direkt von der Getriebeeingangswelle GW1 angetrieben wird.
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Bezugszeichenliste
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- VM
- Verbrennungsmotor
- AG
- Differentialgetriebe
- DW
- Antriebsrad
- G
- Getriebe
- GW1
- Eingangswelle
- GW11
- Eingangswelle
- GW12
- Eingangswelle
- GW2
- Ausgangswelle
- GS
- Getrieberadsatz
- TD
- Torsionsschwingungsdämpfer
- TC
- Drehmomentwandler
- WK
- Kupplung
- DK1
- Kupplung
- DK2
- Kupplung
- EM
- Elektrische Maschine
- K0
- Trennkupplung
- TCU
- Elektronische Steuereinheit
- HCU
- Hydraulische Steuereinheit
- T
- Tank
- P
- Pumpe
- P1
- Antriebswelle der Pumpe
- ZR
- Zwischenrad
- RS
- Planetenradsatz
- E1
- Sonnenrad
- E2
- Planetenträger
- E3
- Hohlrad
- EP
- Planetenrad
- PU
- Pumpenantriebseinheit
- EM2
- Elektromotor
- WX
- Abtriebswelle
- GX
- Drehfestes Element
- F
- Freilauf
- RLS
- Sensor
- BAT
- Leistungsversorgung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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