DE102021128821A1

DE102021128821A1 - Verfahren zur Berechnung einer Fluidmenge

Info

Publication number: DE102021128821A1
Application number: DE102021128821.5A
Authority: DE
Inventors: Michael Brunner
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2021-11-05
Filing date: 2021-11-05
Publication date: 2023-05-11

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Berechnung einer Fluidmenge in einem System, das einen Fluidsumpf und eine elektrische Fluidpumpe aufweist, bei dem- an der elektrischen Fluidpumpe zum Zeitpunkt t1eine Soll-Drehzahl angefordert wird, worauf hin sich diese beim Fördern von Fluid mit einer Ist-Drehzahl dreht,- ein Rückfluss von Fluid in den Fluidsumpf berechnet wird,- eine Diagnose-Drehzahlschwelle festgelegt wird, die unterhalb der Soll-Drehzahl der Fluidpumpe liegt und/oder bei dem eine Diagnose-Stromschwelle festgelegt wird, die unterhalb einer Ist-Stromaufnahme der Fluidpumpe beim Fördern von Fluid liegt,- ein Zeitpunkt t2erfasst wird, an welchem die Ist-Drehzahl der Fluidpumpe die Diagnose-Drehzahlschwelle überschreitet und/oder an welchem die Ist-Stromaufnahme die Diagnose-Stromschwelle unterschreitet,- eine Zeitspanne t2- t1und die in dieser Zeitspanne von der Fluidpumpe geförderte Fluidmenge abzüglich des Rückflusses berechnet und daraus die vorhandene Fluidmenge ermittelt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Berechnung einer Fluidmenge in einem geschlossenen System. Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug mit einem Getriebe, einem Getriebeölsumpf und einer Getriebeölpumpe sowie mit einer Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Aus der WO 2012/177815 A1 ist ein Verfahren zur Kontrolle eines Öl- oder Hydraulikflüssigkeitsstandes in einem Speicher bekannt, bei welchem eine elektrische Öl- bzw. Hydraulikflüssigkeitspumpe hinsichtlich ihrer Stromaufnahme überwacht und eine geringere Stromaufnahme mit einer Luftansaugung gleichgesetzt wird, woraus geschlossen werden kann, dass ein Öl- bzw. Hydraulikflüssigkeitsstand in dem Speicher zu niedrig ist.
Aus der WO 2016/184846 A1 ist ebenfalls ein Verfahren zur Überwachung eines Füllstandes in einem Hydrauliksystem bekannt, bei welchem bei einer Hydraulikpumpe eine Ist-Drehzahl und eine Referenzdrehzahl bei jeweils gleicher Stromaufnahme verglichen wird. Ist die Ist-Drehzahl größer als die Referenzdrehzahl kann daraus geschlossen werden, dass die Hydraulikpumpe Luft ansaugt und damit ein zu geringer Stand an Öl- bzw. Hydraulikflüssigkeit vorhanden ist.
In modernen Kraftfahrzeugen muss insbesondere zur Einhaltung von Umweltstandards gewährleistet werden, dass insbesondere umweltschädliche Flüssigkeiten, wie beispielsweise Getriebeöl, nicht unbemerkt austreten. Neben der Umweltproblematik besteht bei einem unbemerkten Austritt von insbesondere Getriebeöl zudem auch die Gefahr eines Getriebeschadens aufgrund mangelhafter Schmierung. Dies kann wiederum zu hohen Reparaturkosten führen. Um daher einen unerwünschten Getriebeölaustritt zu detektieren, sollten in regelmäßigen Abständen eine Füllmenge bzw. ein Getriebeölfüllstand gemessen und geprüft werden. Dies kann außerhalb von hierfür vorgesehenen Inspektionsintervallen auch automatisiert mit beispielsweise einer Ölstandssensorik erfolgen, was jedoch nicht unerhebliche zusätzliche Kosten erzeugt.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, ein Verfahren zur Berechnung einer Fluidmenge in einem geschlossenen System anzugeben, welches insbesondere auf eine bislang hierfür eingesetzte Füllstandsensorik verzichten kann.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine Fluidmenge in einem System, beispielsweise eine Getriebeölmenge in einem Getriebe eines Kraftfahrzeugs, dadurch zu berechnen, dass eine Fluidpumpe zum Fördern des Fluides unter Berücksichtigung anderer Parameter derart betrieben wird, dass sie irgendwann Luft ansaugt. Durch die dabei in einer vordefinierten Zeitspanne geförderte Fluidmenge und unter Berücksichtigung eines eventuell vorhandenen Rückflusses ist es möglich, eine Fluidmenge zu berechnen, ohne dass hierfür eine aufwendige und damit auch komplexe und teure Füllstandssensorik erforderlich ist. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Messung einer Fluidmenge in einem geschlossenen System, weist das System einen Fluidsumpf, beispielsweise einen Getriebeölsumpf, eine das Fluid benötigende Komponente, beispielsweise ein Getriebe, sowie eine Fluid aus dem Fluidsumpf pumpende elektrische Fluidpumpe auf. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst an der elektrischen Fluidpumpe zum Zeitpunkt t₁ ein Soll-Drehzahl angefordert. Fördert die Fluidpumpe nun Fluid, so dreht sich die Fluidpumpe bzw. deren Förderrad mit einer Ist-Drehzahl, die einer von Eigenschaften des Fluides abhängigen maximal möglichen Drehzahl entspricht, wobei die Ist-Drehzahl kleiner oder gleich der Soll-Drehzahl ist. Die Soll-Drehzahl wäre dabei diejenige Drehzahl, die die Fluidpumpe beim Bestromen ohne Fördern von Fluid aufweisen würde. Durch das Fördern von Fluid ergibt sich jedoch ein Widerstand, welcher die Ist-Drehzahl unter die Soll-Drehzahl drückt. Zugleich wird auch ein Rückfluss von Fluid in den Fluidsumpf, beispielsweise von Getriebeöl aus dem Getriebe erfasst. Nun wird eine Diagnose-Drehzahlschwelle festgelegt, die unterhalb der Soll-Drehzahl der Fluidpumpe liegt und/oder es wird eine Diagnose-Stromschwelle festgelegt, die unterhalb einer Ist-Stromaufnahme der Fluidpumpe beim Fördern von Fluid liegt. Die Diagnose-Drehzahlschwelle stellt dabei eine Grenze dar, die üblicherweise oberhalb der Ist-Drehzahl und unterhalb der Soll-Drehzahl der Fluidpumpe liegt und einen Übergang von einer Fluidförderung (Flüssigkeitsförderung) zu einer Luftförderung anzeigt. Die Diagnose-Stromschwelle wiederum zeigt ebenfalls einen Übergang von einer Fluidförderung (Flüssigkeitsförderung) zu einer Luftförderung an, da die Stromaufnahme der Fluidpumpe während der Fluidförderung (Flüssigkeitsförderung) deutlich höher ist als während einer Förderung von Luft. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nun ein Zeitpunkt t₂ erfasst, an welchem die Ist-Drehzahl der Fluidpumpe die zuvor beschriebene Diagnose-Drehzahlschwelle überschreitet und/oder an welchem die Ist-Stromaufnahme die Diagnose-Stromschwelle unterschreitet. Sowohl das Überschreiten der Diagnose-Drehzahlschwelle als auch das Unterschreiten der Diagnose-Stromschwelle deutet darauf hin, dass die Fluidpumpe kein Fluid, das heißt keine Flüssigkeit mehr fördert, sondern bereits Luft ansaugt. Anschließend wird eine Zeitspanne t₂ - t₁ und die in dieser Zeitspanne von der Fluidpumpe geförderte Fluidmenge abzüglich des von der Komponente in den Fluidsumpf zurückgeflossenen Rückflusses berechnet und daraus die vorhandene Fluidmenge ermittelt. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es somit unabhängig von beispielsweise Füllstandssensoren möglich, eine Füllmenge in einem geschlossenen System, beispielsweise in einem Getriebe, einfach, zuverlässig und schnell zu ermitteln. Wird dabei die Diagnose-Stromschwelle zur Ermittlung des Zeitpunktes t₂ herangezogen, ist diese entsprechend des aktuell fließenden Stroms über den Strommittelwert zu setzen, um externe Einflussfaktoren (z.B. Fluidtemperatur) bestmöglichst korrigieren und eine genaue Messung der vorhandenen Fluidmenge durchführen zu können. Dies hat den Vorteil, dass auch bei Temperaturschwankungen und dadurch geänderter Stromaufnahmen sich die Diagnose-Stromschwelle zur Abschaltung dynamisch mit ändert. Somit liegt die Abschaltschwelle immer definiert unter der aktuellen Stromaufnahme. Bei einer festen Abschaltschwelle könnte es bei Stromschwankungen zu fehlerhaften Abschaltungen kommen, oder die Abschaltung deutlich später erfolgen als gewünscht. Generell empfiehlt es sich vor der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens einmal den kompletten Fluidsumpf leer zu saugen, um eine reproduzierbare Fluidmengenerfassung zu gewährleisten.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann auch die Soll-Drehzahl soweit abgesenkt werden, dass die Ist-Drehzahl die Soll-Drehzahl erreicht, wobei dann nur noch das Unterschreiten der Diagnose-Stromschwelle genutzt werden kann, um zu erfassen, dass die Fluidpumpe kein Fluid, das heißt keine Flüssigkeit mehr fördert, sondern bereits Luft ansaugt. Aus Akustikgründen kann diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens jedoch vorteilhaft sein.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Eigenschaft des Fluids eine Temperatur erfasst und berücksichtigt. Wird beispielsweise das erfindungsgemäße Verfahren bei einem Getriebe eines Kraftfahrzeugs nach längerer Fahrt durchgeführt, so weist das Getriebeöl eine deutlich veränderte Viskosität im Vergleich zu kaltem Getriebeöl auf, was bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfasst werden muss, da sich sowohl die Ist-Drehzahl der Fluidpumpe als auch deren Stromaufnahme bei heißem oder kaltem Getriebeöl unterscheiden. Durch die Berücksichtigung der Temperatur des Fluides und der damit einhergehenden Eigenschaften des Fluides, wie beispielsweise der Viskosität, kann das erfindungsgemäße Verfahren äußerst genaue Werte liefern.
Zweckmäßig wird bei einem Unterschreiten des Grenzwertes der vorhandenen und erfassten Fluidmenge ein Signal erzeugt. Das erfindungsgemäße Verfahren dient in erster Linie zur Erfassung von Leckagen und zur Bestimmung eines Füllstands in geschlossenen Fluidsystemen, wozu die Fluidmenge turnusmäßig berechnet bzw. ermittelt wird. Wird nun bei dem erfindungsgemäßen Verfahren festgestellt, dass die Fluidmenge sinkt, so ist hierfür ein Grenzwert festgelegt, der eine Grenze für eine Leckage darstellt. Selbstverständlich ist dabei denkbar, dass die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelte Fluidmenge variieren kann, insbesondere beispielsweise aufgrund von äußeren Einflussfaktoren, wie ein ebener Abstellplatz eines Kraftfahrzeuges, eine Temperatur des Fluides oder eine sonstige Spezifikation des Fluides, weshalb geringe Abweichungen oberhalb des Grenzwertes nicht anzeigewürdig sind. Der vordefinierte Grenzwert hingegen zeigt eine eindeutige Grenze auf, bei der bei einem Unterschreiten von einer unerwünschten Leckage auszugehen und dadurch eine entsprechende Kontrolle durchzuführen ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung insbesondere zur Erfassung einer Getriebeölmenge in einem Kraftfahrzeug eingesetzt. Die Erfassung einer Getriebeölmenge kann bislang oftmals nur über ein Schauglas abgelesen werden, wozu das Kraftfahrzeug jedoch unter Umständen mit einer Hebebühne angehoben werden muss, was vergleichsweise aufwendig ist. Um ein automatisches Erfassen der Getriebeölmenge zu ermöglichen, kann somit das erfindungsgemäße Verfahren genutzt werden, ohne hierfür eine aufwendige und damit auch teure Füllstandssensorik einsetzen zu müssen.
Zweckmäßig werden eine Neigung, insbesondere ein Nickwinkel oder ein Rollwinkel, berücksichtigt. Wird das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise zur Erfassung einer Getriebeölmenge in einem Kraftfahrzeug eingesetzt, ist es für den Erhalt von validen Ergebnissen erforderlich, dass das Kraftfahrzeug beispielsweise eben abgestellt ist. Über eine ebene Abstellposition gibt ein Nickwinkel bzw. ein Rollwinkel Auskunft, der über für diesen Fall ohnehin vorhandene Sensoren problemlos erfassbar ist. Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass bei einem Überschreiten eines vordefinierten Nickwinkels bzw. eines vordefinierten Rollwinkels das Verfahren nicht durchgeführt wird, da es ansonsten falsche Ergebnisse liefern kann. Auch wiederum ist denkbar, dass zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Abstellzeit und ein Ist-Volumenstrom erfasst werden und das erfindungsgemäße Verfahren ausschließlich dann durchgeführt wird, wenn sich eine vordefinierte Abstellzeit (Parkzeit) sowie ein Ist-Volumenstrom für eine gewisse Zeit im zulässigen Bereich befinden. Ein Ist-Volumenstrom von 0 l/min muss für eine vorgegebene Zeit vorliegen. Zur Sicherstellung eines abgestellten Kraftfahrzeugs kann beispielsweise bei Hyprid- und Elektrofahrzeugen der Status des Ladevorgangs (z.B. über den Ladesteckerstatus) herangezogen werden. Damit das Verfahren nicht mehrfach bei jeder Fahrt gestartet wird, kann dieses auch nach Überschreiten einer definierten Kilometerschwelle gestartet werden.
Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, ein Kraftfahrzeug mit einem Getriebe, einem Getriebeölsumpf und einer Getriebeölpumpe sowie mit einer Einrichtung zur Durchführung des in den vorherigen Absätzen beschriebenen Verfahrens zur Erfassung einer Getriebeölmenge anzugeben. Durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens in beispielsweise einem Kraftfahrzeug zur Erfassung einer Getriebeölmenge können hierfür bislang erforderliche, teure und auch komplexe Füllstandssensoren entfallen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich somit die Getriebeölmenge zumindest turnusmäßig automatisiert und damit sowohl verschmutzungsfrei als auch für einen technischen Laien problemlos überwachen.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs ist die Einrichtung zur Erfassung einer Abstellzeit des Kraftfahrzeugs und/oder der Fluidpumpe vor dem Starten des Verfahrens ausgebildet. Um eine möglichst genaue und von äußeren Einflussfaktoren unabhängige Erfassung der Getriebeölmenge zu ermöglichen, sollten stets gleiche Ausgangsbedingungen beim Start des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt werden, wozu beispielsweise eine vordefinierte Abstellzeit bzw. Parkzeit vor Durchführung des Verfahrens gehört. Wird nämlich beispielsweise das Kraftfahrzeug bewegt, so ist das Getriebeöl noch in unterschiedlichsten Komponenten des Getriebes, beispielsweise in einzelnen Ölkanälen und in einem Ölbunker, vorhanden und würde dadurch die berechnete bzw. ermittelte Getriebeölmenge verfälschen. Durch das Einhalten einer vordefinierten Abstellzeit von beispielsweise wenigen Minuten vor dem Starten des erfindungsgemäßen Verfahrens kann gewährleistet werden, dass ausreichend viel Getriebeöl aus dem Getriebe bzw. einem Getriebeölbunker zurück in den Getriebeölsumpf gelaufen ist. Ist das Kraftfahrzeug beispielsweise als Hybrid- oder Elektrofahrzeug ausgebildet, so kann auch eine Zeit während einem Laden zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens genutzt werden. Wann das Hybrid- bzw. Elektrofahrzeug geladen wird, lässt sich dabei vergleichsweise einfach detektieren, sofern beispielsweise eine Energieübertragung von außerhalb an eine Kraftfahrzeugbatterie, beispielsweise über Induktion oder ein Kabel erfolgt. In einem bevorzugten Fall erfasst somit die Einrichtung die Zeit beim Laden und startet beispielsweise das erfindungsgemäße Verfahren nach zehnminütiger Ladezeit. Die Daten können über eine Over-The-Air-Schnittstelle über ein Backend der OEMs gesammelt und auf Servern verarbeitet werden. Auch bekannt unter Predictive-Maintenance. Über eine Anzeige im Kombiinstrument wird der Fahrer dann darauf hingewiesen, den Ölstand in der Werkstatt prüfen zu lassen, bevor es zu einer Mangelschmierung im Fahrzeug kommt.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs ist eine Kommunikationseinrichtung vorgesehen, welche spezifische Messwerte der einzelnen Steuergeräte, wie die Getriebeölmenge, drahtlos an ein Backend übermittelt. Über dieses lassen sich die gesammelten Messwerte sehr leicht für die weitere Verarbeitung aufbereiten. Insbesondere die drahtlose Übermittlung ermöglicht eine kontinuierliche Überwachung der im Getriebe befindlichen Getriebeölmenge und bietet zugleich die Möglichkeit, beispielsweise mittels einer externen Software, die bei einer Werkstatt bzw. einem Fahrzeughersteller installiert ist, eine entsprechende Hinweismeldung an einen Nutzer bzw. eine Nutzerin des Kraftfahrzeugs zu übermitteln, sofern mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens eine zu geringe Getriebeölmenge ermittelt wird.
Zusätzlich oder alternativ kann im Kraftfahrzeug auch eine Anzeigeeinrichtung, beispielsweise ein Display, zur Anzeige der vorhandenen Getriebeölmenge vorgesehen sein. Hierbei ist denkbar, dass das Verfahren stets im Hintergrund abläuft und über die Anzeigeeinrichtung lediglich dann ein entsprechendes Signal erzeugt wird, sofern die Getriebeölmenge einen vordefinierten Grenzwert unterschreitet und dadurch auf eine Leckage zu schließen ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei dem in den vorherigen Absätzen beschriebenen Kraftfahrzeug selbstverständlich nicht nur im Bereich eines Getriebes und eines Getriebeölsumpfes, sondern auch bei anderen Flüssigkeiten, wie beispielsweise einem Motoröl oder Hydraulikflüssigkeiten, eingesetzt werden.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Die einzige 1 zeigt eine Pumpendrehzahl bzw. einen Strom in Abhängigkeit der Zeit bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Entsprechend der 1 ist ein Schaubild dargestellt, bei welchem auf der Ordinate eine Ölpumpendrehzahl n in Umdrehungen je Minute [rpm] sowie ein Strom I in Ampere [A]aufgetragen sind. Über die Abszisse ist die Zeit t in Millisekunden [ms] aufgetragen. Mittels einer durchgehenden Linie mit Dreiecken ist eine Soll-Drehzahl der Ölpumpe dargestellt, wobei die Ölpumpe generell auch als Fluidpumpe ausgebildet sein kann. Über die Zeitachse ist zunächst bis zu einem Zeitpunkt t₁ eine Vorbereitungsphase dargestellt, bei welcher die Fluidpumpe abgeschaltet ist und damit die Soll-Drehzahl Null beträgt. Auch ein aktuell von der Fluidpumpe abgenommener Strom, welcher als Ist-Strom mit einer gekreuzten Linie bezeichnet ist, beträgt in der Vorbereitungsphase Null. Auch die Ist-Drehzahl, die mit durchgezogener Linie dargestellt ist, beträgt aufgrund der stehenden Fluidpumpe in der Vorbereitungsphase Null.
Im Folgenden soll nun das erfindungsgemäße Verfahren zur Berechnung einer Fluidmenge in einem System beschrieben werden, welches einen Fluidsumpf, eine das Fluid benötigende Komponente und eine Fluid aus dem Fluidsumpf pumpende elektrische Fluidpumpe umfasst. Der Fluidsumpf ist dabei gemäß der 1 beispielsweise als Getriebeölsumpf ausgebildet sein, während die das Fluid benötigende Komponente als Getriebe und die elektrische Fluidpumpe als elektrische Ölpumpe bzw. Getriebeölpumpe ausgebildet sind.
In der Vorbereitungsphase bis zum Zeitpunkt t₁ ist noch ein initialer Drehzahlimpuls gezeigt, um den Fluidsumpf vor Beginn des Verfahrens leer zu saugen.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nun an der elektrischen Fluidpumpe zum Zeitpunkt t₁ die Soll-Drehzahl eingestellt, das heißt die Fluidpumpe wird aktiviert, woraufhin sich diese beim Fördern von Fluid, beispielsweise Öl, mit einer Ist-Drehzahl (durchgezogene Linie) dreht, die einer von den Eigenschaften des Fluides, beispielsweise des Öls, abhängigen maximal möglichen Drehzahl entspricht. Die Ist-Drehzahl liegt dabei üblicherweise unterhalb der Soll-Drehzahl, was dadurch begründet ist, dass die Soll-Drehzahl lediglich eine fiktive Größe ohne nennenswerten Widerstand darstellt, während die Ist-Drehzahl aufgrund des durch die Fluidpumpe geförderten Öls nicht nur zeitverzögert, sondern üblicherweise auch unterhalb der Soll-Drehzahl liegt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nun zusätzlich ein Rückfluss von Fluid in den Fluidsumpf, beispielsweise von Öl in den Getriebeölsumpf, berechnet oder erfasst. Über die Pumpendrehzahl und dem daraus resultierenden Ölvolumenstrom wird die Ölmenge berechnet (Integration des Volumenstroms). Vor Durchführung des Verfahrens wird zunächst noch eine Diagnose-Drehzahlschwelle (punktierte Linie mit Kreisen) festgelegt, die unterhalb der Soll-Drehzahl der Fluidpumpe und oberhalb der Ist-Drehzahl mit Öl liegt. Die Diagnose-Drehzahlschwelle kann durch die max. mögliche Drehzahl zu diesem Betriebspunkt (Öltemperatur) bestimmt werden. Zusätzlich oder alternativ kann auch eine Diagnose-Stromschwelle (punktierte Linie) festgelegt werden, die unterhalb der Ist-Stromaufnahme im Betriebe der Fluidpumpe und nach Erreichen deren Ist-Drehzahl mit Öl liegt. Die Diagnose-Stromschwelle kann zusätzlich zum Drehzahlkriterium verwendet werden, oder auch ohne Drehzahlkriterium zum Einsatz kommen. Dabei ist der Vorteil, dass die Soll-Drehzahl auf einen deutlich niedrigeren Wert gelegt werden kann und hierdurch die Geräusche der Pumpe im Stillstand deutlich reduziert werden können. Hierbei kann die Soll-Drehzahl soweit herabgesetzt werden, dass diese von der Ist-Drehzahl erreicht wird. Dabei kann ein Übergang zum Luftsaugen zum Zeitpunkt t₂ nur noch über das Stromkriterium erfolgen. Die Fluidpumpe müsste jedoch länger laufen.
Da die Fluidpumpe mehr Fluid aus dem Fluidsumpf ansaugt, als in diesen zurückfließt, führt dies zwangsläufig irgendwann zu einer Luftansaugung, welche gemäß dem Diagramm in der 1 zum Zeitpunkt t₂ erreicht ist. Am Zeitpunkt t₂ bzw. kurz danach wechselt nun die Ist-Drehzahl mit Öl (durchgezogene Linie) aufgrund der Luftansaugung zur Ist-Drehzahl ohne Öl (gestrichelte Linie) und überschreitet die Diagnose-Drehzahlschwelle (punktierte Linie mit Kreisen), wodurch erkannt wird, dass nun eine Luftförderung vorliegt. Zusätzlich oder alternativ kann eine derartige Luftförderung zum Zeitpunkt t₂ auch daran erkannt werden, dass der Ist-Strom (Linie mit Kreuzen) die Diagnose-Stromschwelle (punktierte Linie) unterschreitet, da die Stromaufnahme der Fluidpumpe durch das nunmehr Fördern von Luft absinkt. Dies ist durch den verringerten Widerstand bei der Luftförderung im Vergleich zur Fluidförderung bedingt. An den Zeitpunkt t₂ schließt sich nun die Abschaltphase an.
Nun wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Zeitspanne t₂ - t₁ sowie die in dieser Zeitspanne von der Fluidpumpe geförderte Fluidmenge abzüglich eines in den Fluidsumpf zurück geflossenen Anteils (Rückfluss) berechnet und daraus die vorhandene Fluidmenge ermittelt. Der Rückfluss muss hierbei abgezogen werden, da es sich hierbei um einen in den Komponenten oder beispielsweise einem Ölbunker lagernden Anteil an Fluid bzw. Öl handelt. Nachdem ein Luftsaugen erkannt wurde, wird ein Korrekturwert für das rückfließende Fluid bzw. Öl über Zeit, ein Korrekturwert für Ölablagerungen in Bunkern, ein Korrekturwert zur Ölausdehnung über Temperatur, ein Korrekturwert über Roll- und Nickwinkel, ein Korrekturwert auf Basis des gemessenen Füllstands in der Berechnung berücksichtigt.
Um eine möglichst genaue Erfassung der vorhandenen Fluidmenge, beispielsweise der vorhandenen Getriebeölmenge, zu ermöglichen, müssen die Eigenschaften des Fluides, wie beispielsweise dessen Temperatur erfasst und berücksichtigt werden, da die Temperatur beispielsweise Einfluss auf die Viskosität des zu fördernden Fluides und damit auch Einfluss auf die Fördermenge bzw. die zum Fördern des Fluides erforderliche Stromaufnahme hat. Auch spezifische Ölwerte (z.B. Ölausdehnungskoeffizient) sollten berücksichtigt werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann zudem ein Signal erzeugt werden, sofern ein Unterschreiten eines Grenzwertes der vorhandenen Fluidmenge ermittelt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren kann dabei insbesondere zur Erfassung einer Getriebeölmenge in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden, wobei bei einem derartigen Einsatz zusätzlich auch noch eine ebene Stellung des Kraftfahrzeuges durch beispielsweise erfassen und berücksichtigen eines Nickwinkels bzw. eines Rollwinkels berücksichtigt werden muss.
Ebenfalls von der Erfindung mit umschlossen sein soll ein Kraftfahrzeug mit einem Getriebe, einem Getriebeölsumpf und einer elektrischen Getriebeölpumpe sowie mit einer Einrichtung zur Durchführung des in den vorherigen Absätzen beschriebenen Verfahrens unter Erfassung einer Getriebeölmenge. Dabei startet die Einrichtung das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise ausschließlich dann, sofern das Kraftfahrzeug zuvor eine vordefinierte Zeit stillsteht, beispielsweise parkt oder bei einem Elektrofahrzeug lädt, um ein zuverlässiges Rückfließen von Getriebeöl in den Getriebeölsumpf zu ermöglichen.
Das Kraftfahrzeug kann auch eine Kommunikationseinrichtung aufweisen, die mit der Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens kommunizierend verbunden und zugleich zur drahtlosen Übermittelung der Getriebeölmenge ausgebildet ist. Hierdurch ist eine Fernüberwachung der Getriebeölmenge des Kraftfahrzeugs, beispielsweise durch eine Servicestation oder einen Hersteller, möglich. Auch kann das Kraftfahrzeug eine Anzeigeeinrichtung, beispielsweise ein Display, aufweisen, an welcher die vorhandene Getriebeölmenge oder zumindest ein Unterschreiten einer unbedingt erforderlichen Getriebeölmenge zur Verhinderung von Getriebeschäden angezeigt wird. Über eine Diagnoseroutine können über den Werkstatttester die Getriebeölfüllstandsberechnung gestartet und so die Arbeitsschritte im Kundendienst deutlich vereinfacht werden. Daten werden dabei Over-The-Air an ein Backend des OEMs geschickt und dort zentral über einen Server ausgewertet und im Bedarfsfall dem Kunden über die Anzeigeeinrichtung (Kombiinstrument) im Kraftfahrzeug angezeigt.
Dabei ist selbstverständlich klar, dass das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug mit der Einrichtung auch andere Flüssigkeiten ohne aufwendige und bislang hierfür erforderliche Füllstandssensorik berechnen und überwachen kann.
Der große Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs liegt somit darin, dass eine Überwachung beispielsweise einer Getriebeölmenge und dabei eine Leckageüberwachung ohne weitere aufwendige und teure Sensorik möglich ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2012177815 A1 [0002]
WO 2016184846 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Berechnung einer Fluidmenge in einem System, das einen Fluidsumpf, eine das Fluid benötigende Komponente und eine Fluid aus dem Fluidsumpf pumpenden elektrische Fluidpumpe aufweist, bei dem - an der elektrischen Fluidpumpe zum Zeitpunkt t₁ eine Soll-Drehzahl angefordert wird, worauf hin sich diese beim Fördern von Fluid mit einer Ist-Drehzahl dreht, die einer von Eigenschaften des Fluides abhängigen maximal möglichen Drehzahl entspricht, wobei die Ist-Drehzahl kleiner oder gleich der Soll-Drehzahl ist, - ein Rückfluss von Fluid in den Fluidsumpf berechnet oder erfasst wird, - eine Diagnose-Drehzahlschwelle festgelegt wird, die unterhalb der Soll-Drehzahl der Fluidpumpe liegt und/oder bei dem eine Diagnose-Stromschwelle festgelegt wird, die unterhalb einer Ist-Stromaufnahme der Fluidpumpe beim Fördern von Fluid liegt, - ein Zeitpunkt t₂ berechnet oder erfasst wird, an welchem die Ist-Drehzahl der Fluidpumpe die Diagnose-Drehzahlschwelle überschreitet und/oder an welchem die Ist-Stromaufnahme die Diagnose-Stromschwelle unterschreitet, - eine Zeitspanne t₂ - t₁ und die in dieser Zeitspanne von der Fluidpumpe geförderte Fluidmenge abzüglich des Rückflusses berechnet und daraus die vorhandene Fluidmenge ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Eigenschaften des Fluides eine Temperatur erfasst und berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Unterschreiten eines Grenzwertes der vorhandenen Fluidmenge ein Signal erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zur Berechnung oder Erfassung einer Getriebeölmenge in einem Kraftfahrzeug eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Neigung, insbesondere ein Nickwinkel und ein Rollwinkel, und/oder diverse Ablagerungen in einem Ölreservoir berücksichtigt werden.
Kraftfahrzeug mit einem Getriebe, einem Getriebeölsumpf und einer elektrischen Getriebeölpumpe sowie mit einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche und zur Berechnung oder Erfassung einer Getriebeölmenge.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erfassung einer Abstellzeit des Kraftfahrzeugs und/oder der Fluidpumpe vor dem Starten des Verfahrens ausgebildet ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kommunikationseinrichtung vorgesehen ist, die mit der Einrichtung kommunizierend verbunden und die zur drahtlosen Übermittlung der vorhandenen Getriebeölmenge ausgebildet ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzeigeeinrichtung, insbesondere ein Display, zur Anzeige der vorhandenen Getriebeölmenge vorgesehen ist.