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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Betätigung einer Parksperre eines Kraftfahrzeugs mittels eines Hydrauliksystems enthaltend eine abhängig von einer Pumpendrehzahl einen Arbeitsdruck erzeugende, elektrisch betriebene Pumpe, die hydraulisch mit einem Nehmerzylinder verbunden ist, dessen Nehmerzylinderkolben die Parksperre von einer Nulllage über einen vorgegebenen Betätigungsweg zu einer Endlage bei vollständig betätigter Parksperre betätigt.
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Derartige Hydrauliksysteme sind in einem Antriebsstrang, insbesondere in einem Hybridantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs vorgesehen. Beispielsweise können in einem Hybridantriebsstrang eine Brennkraftmaschine und eine Elektromaschine verbunden sein, wobei Brennkraftmaschine und Elektromaschine beispielsweise mittels einer Trennkupplung wie beispielsweise einer Reibungskupplung direkt verbunden oder unabhängig voneinander betreibbar sind. Der Elektromaschine ist beispielsweise ein zwischen deren Rotor und einem Differential mit den Antriebsrädern wirksam angeordnetes Getriebe beispielsweise mit einer einzigen Getriebestufe nachgeschaltet, in dem eine zweite Elektromaschine angeordnet sein kann.
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Das Kraftfahrzeug enthält zur Ausbildung einer Feststellbremse eine Parksperre, die mittels einer formschlüssig in ein Getriebeprofil eingreifenden Parkkralle betätigt wird. Das Hydrauliksystem dient dabei bevorzugt dem Kühlen der Trennkupplung und gegebenenfalls weiteren Getriebekomponenten und der Betätigung der Parksperre und gegebenenfalls der Trennkupplung. Zum Ansaugen und Verteilen von Fluid dient dabei eine elektrisch von einem Elektromotor betriebene Pumpe, beispielsweise eine Reversierpumpe. In die eine Drehrichtung der Pumpe wird das Fluid durch den einen Kühlkreislauf gepumpt, in die andere Drehrichtung wird der benötigte Druck zur Betätigung der Parksperre beziehungsweise der Trennkupplung erzeugt. Mittels schaltbarer Ventile wie beispielsweise 2-Wegeventilen und Sperrventilen wird der Fluidkreislauf gesteuert. Im hybridischen Fahrbetrieb ist die Parksperre vollständig betätigt, im Parkmodus geschlossen. Der Arbeitsdruck zur Beaufschlagung eines Nehmerzylinders zur Betätigung der Parksperre kann mittels eines schaltbaren Sperrventils und/oder eines Rückschlagventils gehalten werden.
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Aus dem Stand der Technik sind Hydrauliksysteme mit einer elektrisch angetriebenen sogenannten Reversierpumpe bekannt. Dabei kann der einen Drehrichtung der Reversierpumpe eine Volumenstromfunktion, wie beispielsweise eine Kühlfunktion, und der anderen Drehrichtung der Reversierpumpe eine Betätigungsfunktion zugeordnet sein. Derartige Hydrauliksysteme und Verfahren zu deren Betrieb sind beispielsweise aus den Druckschriften
DE 10 2018 112 663 A1 ,
DE 10 2018 112 665 A1 , der
DE 10 2018 113 316 A1 und
DE 10 2018 114 789 A1 bekannt. Andere Hydrauliksysteme sind unter anderem aus den Druckschriften
DE 10 2016 213 318 A1 und
WO 2012/113368 A1 bekannt.
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Aufgabe der Erfindung ist die Weiterbildung eines Verfahrens zur Betätigung einer Parksperre mittels eines Hydrauliksystems. Insbesondere ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren vorzuschlagen, bei dem die Parksperre trotz gegebenenfalls auftretenden Störeinflüssen innerhalb der hydraulischen Strecke zwischen Pumpe und Nehmerzylinder zuverlässig betätigbar ist.
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Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Die von dem Anspruch 1 abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen des Gegenstands des Anspruchs 1 wieder.
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Das vorgeschlagene Verfahren dient der Betätigung einer Parksperre mittels eines Hydrauliksystems. Das Hydrauliksystem dient insbesondere in einem Hybridantriebsstrang als smarter Aktor zur Kühlung und Betätigung der Parksperre und gegebenenfalls einer Reibungskupplung des Antriebsstrangs beispielsweise einer Trennkupplung zwischen einer Brennkraftmaschine und einer Elektromaschine. Das Hydrauliksystem enthält eine beispielsweise mittels eines Elektromotors angetriebene, in beide Drehrichtungen steuerbare und Fluid fördernde Pumpe, die in einer ersten Drehrichtung Fluid zu einem ersten Verbraucher, beispielsweise zu einer Trennkupplung zur Kühlung fördert und in einer zweiten Drehrichtung Fluid zu zumindest einem zweiten Verbraucher, beispielsweise der mittels eines Nehmerzylinders bestätigten Parksperre und/oder zu einer mittels eines zweiten Nehmerzylinders betätigten Trennkupplung fördert.
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Der zumindest eine zweite Verbraucher, beispielsweise die beiden Nehmerzylinder, sind mit der Pumpe mit einem Leitungssystem, beispielsweise bestehend aus einer mit der Pumpe verbundenen Hydraulikleitung und zwei wechselweise verbindbaren, zwei zweite Verbraucher versorgende Druckleitungsäste, verbunden, durch welche die Pumpe mit dem zweiten Verbraucher und unter Zwischenschaltung eines schaltbaren Ventils mit einem Reservoir verbunden ist.
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Beispielsweise weist das Leitungssystem einen ersten, eine Parksperre und einen zweiten, eine Reibungskupplung, beispielsweise eine Brennkraftmaschine mit einer Elektromaschine des Hybridantriebsstrangs trennbar verbindende Trennkupplung betätigenden Druckleitungsast auf, wobei die beiden Druckleitungsäste mittels eines zweiten schaltbaren Ventils, beispielsweise eines 4/2-Ventils, wechselweise mit der mit der Pumpe verbundenen Hydraulikleitung verbindbar sind. In dem der Trennkupplung zugeordneten Druckleitungsast kann dem zweiten Ventil das erste, beispielsweise als 2/2-Ventil ausgebildete Ventil nachgeschaltet sein, welches den Druckleitungsast und damit die Hydraulikleitung mit dem Reservoir verbindet. Bei einer derartigen Schaltung ist das zweite Ventil in Richtung des Druckleitungsasts für die Trennkupplung und das erste Ventil gegenüber dem Reservoir offen geschaltet. Auf diese Weise kann während der Vorbefüllung Fluid von dem Reservoir über die Hydraulikleitung und den Druckleitungsast zum Reservoir gepumpt werden.
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Der Aufbau des Hydrauliksystems kann in der Weise erfolgen, dass die Pumpe an jedem der beiden Pumpeneingänge mit einem mittels eines Rückschlagventils gegenüber dem Reservoir rückflussgesicherten Ansaugast versehen ist. Bei einem Betrieb der Pumpe wechselt abhängig von der Drehrichtung der Pumpeneingang, so dass auch die Ansaugäste abhängig von der Drehrichtung wechseln, wobei das Fluid durch Einstellung der Drehrichtung der Pumpe jeweils durch einen der beiden Ansaugäste angesaugt und in die Hydraulikleitung geleitet, das heißt, über den jeweiligen Druckleitungsast dem ersten oder zweiten Verbraucher zugeleitet wird. Die Vorbefüllung kann dabei in zwei Varianten erfolgen. In einer ersten Variante wird über den zweiten Ansaugast Fluid angesaugt und direkt über das zweite Ventil und das zum Reservoir geöffnete Ventil gepumpt. In der zweiten Variante wird die Pumpe in entgegengesetzte Richtung betrieben. Hierbei wird Fluid über den ersten Ansaugast angesaugt und gelangt von dort in das Leitungssystem. Der für die Vorbefüllung unmaßgebliche Anteil wird der Kühlung des ersten Verbrauchers zugeleitet. Der für die Vorbefüllung des Leitungssystems maßgebliche Anteil wird über das zum Reservoir geöffnete Ventil ausgeleitet.
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Zur Durchführung des Verfahrens zur Betätigung der Parksperre wird der hydraulisch mit der Pumpe verbundene beziehungsweise verbindbare Nehmerzylinder abhängig von einer Pumpendrehzahl der Pumpe mit einem Arbeitsdruck beaufschlagt. Hierdurch wird dessen Nehmerzylinderkolben entlang eines Betätigungswegs verlagert und betätigt beispielsweise einen Hebel der Parksperre, so dass diese von einer Nulllage über den vorgegebenen Betätigungsweg zu einer Endlage vollständig betätigt wird. Hierbei wird ausgehend von der Nulllage über den Betätigungsweg zuerst eine absteigende Pumpendrehzahl angelegt, die zu einer abnehmenden Bewegung des Nehmerzylinderkolbens und damit einer entsprechend verlangsamten Bewegung dynamisch in Richtung der sich schließenden Parksperre führt. Um ein Erreichen der Endlage trotz gegebenenfalls auftretender Fluidverluste in der hydraulischen Leitung aufgrund von Leckage, Fertigungstoleranzen, Viskositätsänderungen des Fluids beispielsweise infolge von Temperatureinflüssen und/oder anderen Störeinflüssen sicherzustellen, wird kurz vor Erreichen der Endlage die Pumpendrehzahl wieder ansteigend eingestellt.
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In bevorzugter Weise ist die Parksperre bei nicht mit Arbeitsdruck beaufschlagtem Nehmerzylinder eingelegt und wird über einen zunehmenden Betätigungsweg ausgelegt. Beispielsweise kann bei Erreichen der Endlage die Pumpe abgeschaltet und die Parksperre mittels Rückhaltemitteln im betätigten Zustand gehalten werden. Beispielsweise kann die Parksperre im auf diese Weise betätigten, beispielsweise ausgelegten Zustand dieser während des Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs beispielsweise gegen die Wirkung eines Kraftelements, beispielsweise eines Federelements und/oder dergleichen festgelegt sein und/oder selbsthemmend ausgelegt sein, so dass vom Fahrer und/oder einer Steuereinheit die Parksperre freigegeben und eingelegt wird.
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Die Parksperre kann im nicht betätigten Zustand, das heißt, bei nicht mit dem Arbeitsdruck beaufschlagtem Nehmerzylinder ausgelegt und abhängig vom Arbeitsdruck eingelegt werden. In bevorzugter Weise ist die Parksperre bei nicht mit Arbeitsdruck beaufschlagtem Nehmerzylinder eingelegt und wird über einen zunehmenden Betätigungsweg ausgelegt.
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Die Pumpendrehzahl zur Betätigung der Parksperre wird bis zu einem vorgegebenen, zwischen der Nulllage und der Endlage liegenden Schaltpunkt fallend und zwischen dem Schaltpunkt und der Endlage bis zu einem Grenzwert ansteigend eingestellt. Der Grenzwert der Pumpendrehzahl wird auf einen Wert unter der Anfangsdrehzahl, beispielsweise auf unter 70% der Anfangsdrehzahl, bevorzugt kleiner gleich 50% der Anfangsdrehzahl eingestellt.
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Der Schaltpunkt zur Umschaltung der fallenden Pumpendrehzahl in eine wieder ansteigende Pumpendrehzahl erfolgt beispielsweise bei größer 70%, bevorzugt größer 90% des zurückgelegten Betätigungswegs.
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Der Betätigungsweg kann mittels eines Wegsensors erfasst werden. Hierbei kann der Wegsensor direkt den Weg des Nehmerzylinderkolbens und/oder den Weg eines von dem Nehmerzylinder verlagerten Betätigungsglieds, beispielsweise einer Kolbenstange des Nehmerzylinderkolbens, der Parkkralle der Parksperre oder dergleichen erfasst werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Betätigungsweg mittels einer elektrischen Kenngröße der Pumpe, beziehungsweise des diese antreibenden Elektromotors erfasst werden. Beispielsweise kann der für den Antrieb der Pumpe bereitzustellende elektrische Strom erfasst werden, da der Betätigungsweg und die über diesen notwendige Betätigungskraft einen vorgegebenen Strom benötigt und auf diese Weise der Strom dem Betätigungsweg zugeordnet werden kann.
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Mit anderen Worten ist eine Funktion des Hydrauliksystems, die mechanische Parksperre auszulegen. Dies erfolgt mittels eines innerhalb des Hydrauliksystems angeordneten Nehmerzylinders mit einem Nehmerzylinderkolben. Dieser Nehmerzylinderkolben drückt mittels seiner Kolbenstange auf die Parksperre und legt diese aus. Ein Positionssensor wie Wegsensor an der Parksperre oder innerhalb des Hydrauliksystems ermittelt die aktuelle Ist-Position. Abhängig von dieser wird die Pumpe geregelt. Je näher die Parksperre an der Zielposition wie Endlage ist, umso geringer ist die Pumpendrehzahl. Gemäß dem Stand der Technik wird bei Erreichen der Zielposition die Pumpe abgeschaltet.
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Kommt es aufgrund von Fertigungstoleranzen, Viskositätsänderungen des Fluids wie beispielsweise Öl oder anderen Störgrößen zu erhöhter Leckage an der Pumpe oder im Leitungssystem einschließlich des Nehmerzylinders, wird die Zielposition zur Rückmeldung, dass die Parksperre ausgelegt ist, nicht erreicht. Als Folge dreht die Pumpe permanent weiter, um die Zielposition zu erreichen. Somit fehlt die Rückmeldung einer ausgelegten Parksperre, wodurch alle weiteren Funktionen des Hydrauliksystems wie beispielsweise eine Kühlfunktion unter Drehrichtungsumkehr und/oder dergleichen nicht durchgeführt werden können.
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Gemäß dem erfinderischen Gedanken erfolgt im vorgeschlagenen Verfahren eine Drehzahlanhebung der Pumpendrehzahl ab einem vorgegebenen Betätigungsweg wie Parksperrenpositionsweg.
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In einem vorteilhaften Signalverlauf wird nach abnehmender Pumpendrehzahl ab einem vorgegebenen Schaltweg die Pumpendrehzahl nochmals erhöht, um die erhöhte Leckage bei geringen Drehzahlen auszugleichen. Es erfolgt an einem unmittelbar nachgelagerten Zeitpunkt an der Endlage eine sichere Rückmeldung für einen erfolgreichen Parksperrenauslegevorgang.
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Alternativ zum Positionsweg kann auch der Pumpenstrom der Pumpe herangezogen werden. Da die Parksperre beim Auslegen der Parksperre in den mechanischen Endanschlag fährt, kommt es zu einem Druckanstieg in der Pumpenleitung, wodurch die Stromaufnahme ansteigt. Diese kann auch als erfolgreicher Auslegevorgang verwendet werden. Die erhöhte Pumpendrehzahl wird so gewählt, dass der Parksperrenendanschlag keinen dauerhaften mechanischen Schaden erleidet.
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Die Erfindung wird anhand des in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Diese zeigen:
- 1 einen Hydraulikplan eines Hydrauliksystems
und
- 2 ein Diagramm mit einem Ablauf einer Betätigung einer Parksperre.
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Die 1 zeigt den Hydraulikplan des Hydrauliksystems 1 in schematischer Darstellung. Die zusätzliche Betätigung einer Reibungskupplung ist hier nicht dargestellt. Das Hydrauliksystem 1 enthält die Druckversorgungseinrichtung 2, die hier als Pumpe 3 ausgebildet und von dem Elektromotor 4 angetrieben ist. Der Pumpe 3 ist der Pumpensensor 5 zugeordnet. Mittels der Pumpe 3 wird in dem gezeigten Ausführungsbeispiel Fluid wie Hydraulikmedium, beispielsweise Öl aus dem Reservoir 6 zu der Verzweigung 7 gefördert.
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Im Fluidstrom der Verzweigung 7 nachgeschaltet ist das Ventil 8, beispielsweise ein von einer Steuereinheit gesteuertes Schaltventil angeordnet. Das Ventil 8 ist elektromagnetisch angesteuert und hier in die gezeigte Öffnungsstellung vorgespannt. Über eine Steuerdruckleitung mit dem optionalen hydraulischen Widerstand 9 ist das Ventil 8 steuerungsmäßig mit dem Arbeitsdruck beaufschlagt, der an der Verzweigung 7 anliegt.
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Der nur angedeutete erste hydraulische Verbraucher 10, beispielsweise eine Trennkupplung ist zur Kühlung und/oder Schmierung mit dem Ventil 8 wirksam verbunden. Die Kühlung und/oder Schmierung stellt einen hydraulischen Verbraucher in dem Hydrauliksystem 1 dar. Ein weiterer erster hydraulischer Verbraucher 11 ist lediglich angedeutet.
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Das Hydrauliksystem 1 enthält als weiteren hydraulischen Verbraucher 12 den Nehmerzylinder 13, in dem der Nehmerzylinderkolben 14 entlang des Betätigungswegs s verlagerbar aufgenommen ist. Der Nehmerzylinderkolben 14 ist mittels des Federelements 26 an einer - hier dargestellten - Nulllage des Betätigungswegs s vorgespannt und wird mittels des an dem Nehmerzylinder 13 anliegenden Arbeitsdrucks entlang des Betätigungswegs entgegen der Wirkung des Federelements 26 verlagert.
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Mit dem Nehmerzylinderkolben 14 ist die Kolbenstange 15 verbunden, die Rastausnehmungen aufweist. Der Kolbenstange 15 ist der Wegsensor 17 zugeordnet. Die Kolbenstange 15 wirkt auf einen Betätigungshebel oder dergleichen der an sich nach Stand der Technik ausgebildeten Parksperre 16, die hier nur angedeutet ist.
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Die Parksperre 16 kann beispielsweise ein Parksperrenrad aufweisen, das bei geöffneter Parksperre drehbar ist und bei geschlossener oder gesperrter Parksperre gesperrt ist. Beispielsweise kann die geschlossene Parksperre 16, das heißt beispielsweise in das Parksperrenrad formschlüssig eingreifende Parkklinke mittels der Kolbenstange 15 bei anliegendem Arbeitsdruck ausgeklinkt und damit die Parksperre 16 geöffnet werden.
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Die hier optional gezeigte Rastiervorrichtung 18 enthält das Rastierelement 19, das an dem Rastierkolben 20 angebracht ist. Der Rastierkolben 20 ist in dem Rastierzylinder 21 entgegen der Wirkung des Federelements 27 verlagerbar. Infolge der Vorspannung des Federelements 27 ist der Rastierkolben 20 in dem Rastierzylinder 21 gegen die Kolbenstange 15 vorgespannt.
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Das Rastierelement 19 greift bei entsprechender Verlagerung der Kolbenstange 15 in eine der beiden Rastausnehmungen 28, 29 ein und fixiert damit die Kolbenstange 15 im ein- oder ausgelegten Zustand der Parksperre 16. Zur Freigabe der Kolbenstange 15 wird der Rastierkolben 20 mittels des elektrisch gesteuerten Hubmagneten 22 entgegen der Wirkung des Federelements 27 aus der betreffenden Rastausnehmung 28, 29 verlagert.
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Der Nehmerzylinder 13 kann beispielsweise mittels des Ventils 23, beispielsweise ein elektrisch gesteuertes Schalt- oder Proportionalventil mit dem von der Pumpe 3 bereitgestellten und mit Hilfe des Ventils 8 geschalteten Arbeitsdruck beaufschlagt werden. Der Arbeitsdruck an dem Nehmerzylinder 13 wird durch eine Einstellung der Pumpendrehzahl der Pumpe 3 gesteuert. Zu Beginn des Betätigungsvorgangs der Parksperre 16 - hier zum Öffnen der Parksperre 16 - wird an der Nulllage eine hohe Pumpendrehzahl eingestellt, die bis zu einem vorgegebenen Schaltpunkt nahe der Endlage bei vollständig geöffneter Parksperre 16 abgesenkt wird. Ab dem Schaltpunkt wird die Pumpendrehzahl wieder geringfügig erhöht, um sicherzustellen, dass die Endlage trotz gegebenenfalls vorhandener Störfaktoren, beispielsweise Leckage, Viskositätsänderungen des Fluids, mechanischer Reibung, Fertigungstoleranzen und/oder dergleichen erreicht wird.
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Die 2 zeigt unter Bezug auf das Hydrauliksystem 1 der 1 das Diagramm 100 mit den synchron übereinander liegenden Teildiagrammen I, II, III, IV, die in der Zusammenschau einen Betätigungsvorgang einer Parksperre, beispielsweise der Parksperre 16 der 1 wiedergeben. Das Teildiagramm I zeigt die Pumpendrehzahl n der mittels des Elektromotors 4 entsprechend gesteuerten Pumpe 3 über den hier anhand des Wegsensors 17 erfassten Betätigungsweg s. Zu Beginn des Betätigungsvorgangs wird an der Nulllage NL die Anfangsdrehzahl n(NL) eingestellt und nach einer vorgegebenen Haltezeit beziehungsweise einer vorgegebenen Wegstrecke bis zum Erreichen des Schaltpunkts SP abgesenkt. Bei Erreichen des Schaltpunkts SP wird die Pumpendrehzahl n auf den Grenzwert n(GW) kleiner als die Anfangsdrehzahl n(NL) angehoben, um Schädigungen bei Erreichen der Endlage EL zu vermeiden. Bei Erreichen der Endlage EL wird die Pumpe 3 abgeschaltet und die Parksperre 16 abhängig von deren Design, beispielsweise durch Einrasten des Rastierelements 19 in die Rastausnehmung 28 oder Einrasten einer Parkklinke in ein Parksperrenrad oder dergleichen im betätigten - hier geöffneten - Zustand festgelegt.
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Das Teildiagramm II zeigt den Betätigungsweg s über eine entsprechende Betätigungszeit t während eines Betätigungsvorgangs der Parksperre 16 von der Nulllage NL bis in die Endlage EL.
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Das Teildiagramm III zeigt den Strom i an dem Elektromotor 4 während eines Betätigungsvorgangs der Parksperre über den Betätigungsweg s von der Nulllage NL mit dem Strom i(NL) bis zur Endlage EL. Ab dem Schaltpunkt SP steigt der Strom i auf den Strom i(GW) an. Bei Erreichen der Endlage EL und Erreichen eines Anschlags steigt der Strom - in nicht dargestellter Weise - weiter stark an, so dass durch Auswerten des Stroms i die Endlage EL zusätzlich oder alternativ zu dem Wegsensor 17 erkannt werden kann.
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Das Teildiagramm IV zeigt den Parksperrenzustand der Parksperre 16 über den Betätigungsweg s vom nicht betätigten - hier geschlossenen - Zustand der Parksperre 16 als Pegel 0 und den vollständig betätigten - hier geöffneten - Zustand der Parksperre 16 als Pegel 1.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hydrauliksystem
- 2
- Druckversorgungseinrichtung
- 3
- Pumpe
- 4
- Elektromotor
- 5
- Pumpensensor
- 6
- Reservoir
- 7
- Verzweigung
- 8
- Ventil
- 9
- hydraulischer Widerstand
- 10
- Verbraucher
- 11
- Verbraucher
- 12
- Verbraucher
- 13
- Nehmerzylinder
- 14
- Nehmerzylinderkolben
- 15
- Kolbenstange
- 16
- Parksperre
- 17
- Wegsensor
- 18
- Rastiervorrichtung
- 19
- Rastierelement
- 20
- Rastierkolben
- 21
- Rastierzylinder
- 22
- Hubmagnet
- 23
- Ventil
- 24
- Ventil
- 26
- Federelement
- 27
- Federelement
- 28
- Rastausnehmung
- 29
- Rastausnehmung
- 100
- Diagramm
- EL
- Endlage
- i
- Strom
- i(NL)
- Strom
- i(GW)
- Strom
- NL
- Nulllage
- n
- Pumpendrehzahl
- n(NL)
- Anfangsdrehzahl
- n(GW)
- Grenzwert
- SP
- Schaltpunkt
- s
- Betätigungsweg
- t
- Betätigungszeit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018112663 A1 [0004]
- DE 102018112665 A1 [0004]
- DE 102018113316 A1 [0004]
- DE 102018114789 A1 [0004]
- DE 102016213318 A1 [0004]
- WO 2012113368 A1 [0004]
