DE10235433B4 - Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur eines Fluids, insbesondere einer Getriebeöltemperatur - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur eines Fluids, insbesondere eines Getriebeöls, in Abhängigkeit eines theoretisch ermittelten Widerstandswertes einer Spule eines elektromagnetischen Antriebssystems beschrieben. Es wird ein Istwert eines Spulenstromes, ein theoretischer Wert eines Spulenstromes und eine Spulenstromdifferenz zwischen dem Istwert und dem theoretischen Wert ermittelt. Der theoretisch ermittelte Widerstandswert der Spule, der zur Ermittlung des theoretischen Wertes des Spulenstromes verwendet wird, wird in Abhängigkeit der Spulenstromdifferenz derart adaptiert, daß diese minimiert wird. Eine Temperatur der Spule wird aus dem adaptierten, theoretisch ermittelten Widerstandswert der Spule bestimmt und die Temperatur des Fluids wird in Abhängigkeit der Temperatur der Spule bestimmt. Bei der Vorrichtung zur Bestimmung der Getriebeöltemperatur ist ein resistiver Sensor in ein elektromagnetisches Antriebssystem eines hydraulischen Steuersystems eines Getriebes integriert.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur eines Fluids, insbesondere einer Getriebeöltemperatur.
• Im allgemeinen kann bei gasförmigen und flüssigen Meßmedien problemlos an allen Ortspunkten eine Temperaturbestimmung mittels Messung durchgeführt werden. Bei den am häufigsten eingesetzten Temperatursensoren ist ein unmittelbarer Kontakt des Sensors mit dem Meßmedium erforderlich, damit er möglichst genau die Temperatur des Mediums annimmt. Für spezielle Fälle sind jedoch auch berührungslose Temperatursensoren im Einsatz, welche die Temperatur eines Körpers oder Mediums aufgrund der von ihm ausgesandten Wärmestrahlung bestimmen.
• Ein Temperatursensor soll diese Abhängigkeit im allgemeinen möglichst fehlerfrei wiedergeben, d. h., er soll möglichst unverfälscht die lokale Verteilung der Temperatur sowie ihre zeitliche Änderung wiedergeben.
• Bei Temperaturmessungen in Kraftfahrzeugen wird in der Praxis fast ausschließlich die Temperaturabhängigkeit von elektrischen Widerstandsmaterialien mit positivem oder negativem Temperaturkoeffizienten als Berührungsthermometer genutzt. Dabei erfolgt eine Umsetzung der Widerstandsänderung in eine analoge Spannung überwiegend durch Ergänzung eines temperaturneutralen oder gegensinnig abhängigen Widerstands zu einem Spannungsteiler.
• Derartige Temperatursensoren bzw. sogenannte resistive Sensoren sind temperaturabhängige elektrische Widerstände in vorzugsweise drahtgewickelter Form, sinterkeramischer Form, Folienform, dünn- und dickschichttechnischer Form oder monokristalliner Form. Üblicherweise werden sie zur Umsetzung in ein spannungsanaloges Signal mit einem Festwiderstand zu einem Spannungsteiler ergänzt oder aber mit eingeprägtem Strom gespeist.
• Aus der DE 199 15 471 A1 ist eine Vorrichtung zur Messung der Temperatur eines Getriebeöles mit einem Temperatursensor bekannt, der mit den Getriebeöl in Kontakt tritt und außerhalb eines Ölsumpfes in einem Getriebegehäuse angeordnet ist.
• An der Oberseite eines Getriebegehäuses ist ein Getriebesteller vorgesehen, der in das Getriebegehäuse eingelassen ist. Der Getriebesteller enthält sowohl die Getriebeelektronik als auch die Schaltaktuatorik. An der Unterseite des Getriebestellers befindet sich außerhalb des Ölsumpfes der Temperatursensor. Von einem Zahnrad wird im Getriebegehäuse Öl aus einem Ölsumpf herum geschleudert, welches auf den Temperatursensor trifft und somit mit diesem in Kontakt tritt. In einer Auswerteelektronik, beispielsweise in dem Getriebesteller, wird die Temperatur des Getriebeöls über den Temperatursensor ausgewertet.
• Nachteilig dabei ist jedoch, daß mittels dieses Temperatursensors, der außerhalb des Ölsumpfes angeordnet ist, eine Getriebeöltemperatur nicht exakt ermittelt werden kann, da er nicht von dem Getriebeöl umspült wird. Eine Anordnung des Temperatursensors im einem Bereich, in welchem der Temperatursensor in direktem Kontakt mit dem Getriebeöl treten würde, ist aufgrund des geringen Bauraumangebotes nicht möglich.
• Aus der EP 0 414 052 A1 ist eine Anordnung zum Messen einer Wicklungstemperatur einer elektrischen Maschine bekannt, bei welcher dem die elektrische Maschine versorgenden Netz Messwechselspannungsquellen in Serie geschaltet werden. Hierbei werden der Netzspannung nicht netzfrequente, bekannte Spannungskomponenten hinzuaddiert, welche einen Strom mit diesen Frequenzen durch die Wicklungen der elektrischen Maschine erzeugen, der als Maß für deren Leitwert und somit deren Temperatur dient.
• Die DE 37 12 525 C1 offenbart eine Vorrichtung zur berührungslosen Messung der Temperatur eines Brennkraftmaschinenventils, bei welcher im Bereich eines Ventilsitzes eine Spule mit nach außen führenden Anschlüssen vorgesehen ist. Bei einer entsprechenden Bestromung der Spule werden temperaturabhängig Wirbelströme im Bereich des Ventils induziert, welche die elektrische Leitfähigkeit der Spule beeinflussen. Durch Auswertung der Leitfähigkeit kann somit auf die Temperatur im Bereich der induzierten Wirbelströme geschlossen werden
• Aus der DE 197 15 716 A1 ist ein Stromsteuersystem für eine Linearmagnetspule, die zum Steuern eines Öldruckes in einem Fahrzeug-Automatikgetriebe dient, offenbart, bei welchem in einer Berechnungsschaltung ein realer Widerstandswert der Spule bestimmt wird und dieser in einer Vergleichschaltung mit einem abgespeicherten Widerstandswert verglichen wird, woraufhin in einer Korrekturschaltung der abgespeicherte Widerstandswert in Abhängigkeit des Ergebnisses der Vergleicherschaltung korrigiert wird. Die Bestimmung des realen Widerstands in der Berechnungsschaltung kann hierbei auf Grundlage eines Sollstromwertes und eines Ausgangsspannungswertes erfolgen, wodurch kein Öltemperatursensor benötigt wird und wodurch die Linearmagnetspule in Abhängigkeit von dem realen Widerstandswert stets mit dem richtigen Strom angesteuert werden kann, um einen Schaltstoß zu verhindern.
• Die DE 43 34 595 C1 offenbart eine Steuerung für ein Kraftfahrzeug mit einem automatischen Getriebe, aufweisend eine Getriebesteuerung und eine Motorsteuerung, welche über einen Temperatursensor zur Bestimmung einer Getriebeöltemperatur verfügt, der mit einer Messstelle in dem Getriebe durch ein gut wärmeleitendes Metallteil verbunden ist.
• Aus der DE 195 04 650 C1 ist eine Einrichtung zur Erfassung der Temperatur eines Getriebeteils einer Automatikgetriebeanordnung bekannt, welche neben einem Getriebesteuergerät einen Temperatursensor und einen Anlaßsperrschalter aufweist, wobei der Temperatursensor und der Anlaßsperrschalter an eine gemeinsame, zum Getriebesteuergerät führenden Signalleitung angeschlossen sind, wodurch Verkabelungsaufwand eingespart wird.
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur eines Fluids, insbesondere einer Getriebeöltemperatur bereitzustellen, mittels welchen eine Getriebeöltemperatur exakt bestimmbar ist und kein zusätzlicher Bauraum benötigt wird.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
• Durch die Adaption eines theoretisch ermittelten Widerstandswertes der Spule eines elektromagnetischen Antriebssystems wird erreicht, daß der Verlauf des Istwertes des Spulenstromes nahezu identisch über ein Model in Echtzeit nachgebildet wird, und Abweichungen des Istwertes des Spulenstromes vom theoretisch ermittelten Wert des Spulenstromes während des Betriebes des elektromagnetischen Antriebssystems ausgeglichen werden.
• Bei der Verwendung eines elektromagnetischen Antriebssystems in einem Getriebe in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, ist der theoretische Widerstandswert der Spule mittels der Adaption in Abhängigkeit des jeweilig aktuell vorliegenden Betriebszustandes genau bestimmbar und es kann auf einfache Art und Weise aus dem adaptierten theoretischen Widerstandswert der Spule eine Temperatur der Spule bzw. eine Spuleninnentemperatur ermittelt werden. Aus der Kenntnis der Spuleninnentemperatur und der der Spule zugeführten elektrischen Leistung ist die Getriebeöltemperatur bestimmbar, da sich zwischen der Spule und dem die Spule bzw. das elektromagnetische Antriebssystem umspülende Getriebeöl ein thermisches Gleichgewicht einstellt.
• Darüber hinaus ist von Vorteil, daß elektromagnetische Antriebssysteme, die meist an schwer zugänglichen Stellen eines Automatgetriebes bauraumoptimiert direkt in das Getriebe implementiert sind, unmittelbar von dem Getriebeöl nahe des Ölsumpfes umspült werden, wodurch eine Getriebeöltemperatur mit einer wesentlich höheren Genauigkeit bestimmbar ist als dies mit bisher eingesetzten Temperatursensoren der Fall ist.
• Dadurch, daß bei einer Vorrichtung zur Bestimmung einer Getriebeöltemperatur mit einem resistiven Sensor der resistive Sensor in ein elektromagnetisches Antriebssystem eines hydraulischen Steuerungssystems eines Getriebes integriert ist, ist eine Getriebeöltemperatur selbst an schwer zugänglichen Bereichen des Getriebes exakt bestimmbar. Dabei ist es besonders vorteilhaft, daß die Getriebeöltemperatur auch an solchen Stellen des Getriebes, an welchen für herkömmliche Temperatursensoren kein Bauraum zur Verfügung steht, bestimmt werden kann.
• Weiterhin besteht vorteilhafterweise die Möglichkeit mit der über das Verfahren nach der Erfindung präzise ermittelbaren Temperatur T des Getriebeöles, eine Steuerung von Getriebefunktionen in Abhängigkeit des jeweilig vorliegenden Betriebszustandes, der wesentlich von der damit korrespondierenden Temperatur des Getriebeöles charakterisiert ist, zu optimieren.
• Dies ergibt sich aus der Tatsache, daß sich in Abhängigkeit der Temperatur des Getriebeöles die Viskosität des Getriebeöles und damit auch das Zeitverhalten von Systemfunktionen, welche die Getriebesteuerung betreffen, erheblich verändern. Derartige Funktionen stellen beispielsweise die Stromregelung elektrohydraulischer Stellglieder oder auch übergeordnete Schaltfunktionen eines Getriebes dar, wobei Schaltelemente bzw. Kupplungen eines Getriebes hydraulisch betätigt werden, und wobei die hydraulische Betätigung und das Zeitverhalten derartiger Kupplungen entscheidend von der Ölviskosität und damit von der Temperatur des Getriebeöles abhängen. Über die genaue Kenntnis der Getriebeöltemperatur besteht vorteilhafterweise wiederum die Möglichkeit, die vorbezeichneten Getriebesteuerfunktionen über entsprechende Adaptionsroutinen an den tatsächlichen Betriebszustand des Getriebes anzupassen.
• Weitere Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispiel.
• In der Zeichnung sind mehrere Blockschaltbilder eines Verfahrens zur Bestimmung einer Getriebeöltemperatur dargestellt, welche in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert werden.
• Es zeigt:
• 1 ein Blockschaltbild eines elektromagnetischen Antriebssystems mit einer Adaption eines Spulenwiderstandes sowie einer in Abhängigkeit des adaptierten Spulenwiderstandes bestehenden Stromregelung des Spulenstromes und
• 2 ein Blockschaltbild eines Teils eines Detektors und
• 3 eine Darstellung einer Systemgleichung eines elektrischen Teilsystems.
• Die 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Verfahrens zum Bestimmen einer Temperatur eines Fluids mit einem elektromagnetischen Antriebssystem 1, an welchem eine Spannung u_ist angelegt ist. Dabei fließt ein Istwert eines Spulenstromes i_ist durch eine nicht näher dargestellte Spule des als Proportionaldruckregelventil ausgebildeten elektromagnetischen Antriebssystems 1.
• Mittels derartiger Proportionaldruckregelventile bzw. elektrohydraulischer Stellglieder wird aus dem generierten elektrischen Strom i_ist ein dazu proportionaler hydraulischer Druck an hydraulischen Verbrauchern eingestellt. Das Proportionaldruckregelventil 1 ist in bekannter Art und Weise mit einer Spule und einem über ein magnetisches Feld der Spule längsbeweglich betätigbaren Anker ausgebildet. Das später beschriebene Verfahren zum Bestimmen einer Temperatur eines Fluids mit dem Proportionaldruckregelventil ist in gleicher Weise auch für elektromechanische Stellglieder anwendbar.
• Beim Anlegen der Spannung u_ist an der Spule bildet sich im Eisenkreis der Spule ein magnetischer Fluß aus, welcher sich über den Anker und einen zwischen der Spule und dem Anker ausgebildeten Arbeitsluftspalt schließt. Auf den Anker wirkt dabei eine elektromagnetische Kraft in Axialrichtung, die bei Proportionalmagneten in weiten Teilen proportional zum anliegenden Erregerstrom und unabhängig von der Ankerposition ist. Durch die Stellung des Ankers wird die Größe des variablen Blendenquerschnitts, welche dem Spalt zwischen Ventilsitz und Anker entspricht und die Verbindung zum Tank bildet, variiert und damit die Durchflußmenge eines Fluids oder Hydrauliköles eingestellt.
• Elektrohydraulische sowie elektromechanische Stellglieder werden zur Steuerung von Automatikgetrieben als Schnittstelle zwischen einem elektrischen Signalkreis und einem hydraulischen Leitungskreis von elektrohydraulischen Systemen eingesetzt. Dabei ist beispielsweise beim Einsatz in einem Getriebe in der Regel für jeden zu schaltenden Gang zur Vorwärtsfahrt und Rückwärtsfahrt eines Kraftfahrzeugs eine Kupplungs- oder Bremseinheit vorgesehen, die in der Regel hydraulisch betätigt wird.
• Zur Realisierung der Gangwechsel hat ein elektrohydraulisches System eines Automatikgetriebes nun die Aufgabe, in Abhängigkeit eines Fahrzustandes und einer Vorgabe eines Fahrers die Kupplungen und Bremsen des Automatgetriebes den Anforderungen entsprechend anzusteuern, so daß ein gewünschter Gang eingelegt wird. Dabei wird das Proportionaldruckregelventil, über welches ein Steuerdruck für die Schaltelemente des Automatgetriebes ausgegeben wird, von dem Getriebeöl umspült.
• Zur Bestimmung einer Getriebeöltemperatur ist parallel zu dem realen Stromkreis des elektromagnetischen Antriebssystems 1 eine Rechnereinheit 2 geschaltet, über welche anhand der an dem realen elektromagnetischen Antriebssystem 1 anliegenden Spannung u_ist ein theoretischer Wert i_theo des Spulenstromes berechnet wird. Die Berechnung des theoretischen Wertes i_theo des Spulenstromes wird über ein lineares Modell bestimmt. Bei der Berechnung des theoretischen Wertes i_theo des Spulenstromes werden im Gegensatz zum realen System des elektromagnetischen Antriebssystems 1 Bewegungen eines Ankers im Inneren der Spule, die Störungen im Verlauf des Istwertes i_ist des Spulenstromes durch eine von der Ankerbewegung erzeugte Gegeninduktion L_g bewirken, nicht berücksichtigt, wodurch das Normalverhalten exakt abgebildet wird.
• Beide Systeme, d. h. das reale Antriebssystem 1 und das lineare Modell, bestimmen in Abhängigkeit der Spannung u_ist den Spulenstrom i_ist bzw. i_theo, wobei sich die ermittelten Stromstärken in der Hinsicht unterscheiden, daß bei dem gemessenen Istwert i_ist des elektromagnetischen Antriebssystems 1 die Gegeninduktion L_g als Störung auf dessen Verlauf auswirkt.
• Bei dem Verfahren zur Bestimmung einer Getriebeöltemperatur werden die physikalischen Zusammenhänge ausgewertet. Das Ohmsche Gesetz beschreibt einen linearen Zusammenhang zwischen der Spannung u und der Stromstärke i. Aus dem Verhältnis der Spannung u zu der Stromstärke i_ist für einen Anfangswert der Widerstandsbestimmung eine grobe Schätzung des aktuellen Wertes des Widerstandes ableitbar. Darüber hinaus ist der Widerstand R der Spule temperaturabhängig, und es besteht ebenso ein linearer Zusammenhang zwischen dem Widerstand der Spule und der Temperatur der Spule.
• Dabei ergibt sich ein temperaturabhängiger Wert R_sp(T) des Spulenwiderstandes gemäß der Formel R_sp(T) = R_sp_0·(1 + α·(T_sp – T_sp_0)) mit R_sp_0 als ein bekannter Bezugswiderstand bei der Bezugstemperatur T_sp_0. Mit α ist der Temperaturkoeffizient des elektrischen Widerstandes im Rechnungsansatz enthalten, wobei dieser das Verhältnis der relativen Änderung des Widerstandes in Bezug zur Temperaturänderung wiedergibt.
• Vorteilhafter Weise wird aus dem theoretisch ermittelten Widerstandswert R_sp der Spule eine Spulentemperatur T_sp und damit die Öltemperatur bestimmt. Der Widerstandswert R_sp wird an ein nicht näher dargestelltes Diagnosemodul weitergeleitet. Die Spuleninnentemperatur T_sp wird über einen später ausführlich beschriebenen und in einem in 2 dargestellten Blockschaltbild enthaltenen Beobachterregler 9 adaptierten Widerstandswert R_sp bestimmt, wobei von der Spuleninnentemperatur T_sp auf eine Temperatur T des in der Umgebung des elektromagnetischen Antriebssystems vorhandenen Hydrauliköls eines Automatgetriebes geschlossen wird. In erster Näherung wird die Temperatur T des Hydrauliköls der Spuleninnentemperatur gleichgesetzt, da während eines Betriebes eines Automatgetriebes sich wenigstens annähernd zwischen dem Hydrauliköl und dem elektromagnetischen Antriebssystem ein thermisches Gleichgewicht einstellt. Das Vorliegen eines thermischen Gleichgewichtes wird insbesondere auch dadurch begünstigt, daß das elektromagnetische Antriebssystem von dem Hydrauliköl umspült wird, wodurch die Spuleninnentemperatur T_sp jeweils an die Temperatur T des Hydrauliköls angeglichen wird.
• Selbstverständlich liegt es im Ermessen des Fachmanns die Temperatur des Getriebeöls T aus der Spuleninnentemperatur T_sp über geeignete Zwischenschnitte zu bestimmen. Durch die Zwischenschnitte können beispielsweise physikalische Gegebenheiten beim Wärmeübergang von dem Getriebeöl zur Spule und umgekehrt, welche beispielsweise durch Materialien des Proportionaldruckregelventils bestimmt werden, berücksichtigt werden.
• Die Temperaturermittlung der Spulentemperatur T_sp und der Temperatur T des Getriebeöls ist in 1 stark schematisiert durch einen Funktionsblock 26 dargestellt, wobei die Temperaturermittlung aus dem adaptierten Widerstandswert R_sp der Spule insbesondere dann von Vorteil ist, wenn aufgrund von beengten Bauräumen eine Anordnung eines separaten Temperatursensors nicht möglich ist.
• Die Spuleninnentemperatur T_sp in Abhängigkeit des theoretischen und auch adaptierten Widerstandswertes R_sp erfolgt über den vorbeschriebenen linearen Zusammenhang zwischen dem temperaturabhängigen theoretischen Widerstandswert R_sp (T) der Spule und der Spuleninnentemperatur T_sp der Spule, wobei der theoretische und auch adaptierte Widerstandswert R_sp dem thermischen theoretischen Widerstandswert R_sp (T) gleichgesetzt wird.
• In 1 ist die Rechnereinheit 2 als Funktionsblock mit verschiedenen Eingangs- und Ausgangsgrößen dargestellt. Der Istwert i_ist des Spulenstromes stellt dabei eine Eingangsgröße für die Rechnereinheit 2 dar und dient ferner zur Bestimmung einer Regelabweichung i_ab in Bezug zu dem Erregerstrom i_anreg, der eine Sollwertvorgabe einer nicht näher dargestellten elektrischen Getriebesteuereinrichtung ist. Eine Abweichung bzw. eine Regelabweichung i_ab kann sich beispielsweise durch eine von einem Bordnetz eines Kraftfahrzeuges abgegebene Versorgungsspannung ergeben, wenn diese zu niedrig ist, um die Sollwertvorgabe i_anreg zu erreichen. Die Regelabweichung i_ab stellt wiederum eine Eingangsgröße eines Stromreglers 24 dar, der in Abhängigkeit der Regelabweichung i_ab einen entsprechenden Istwert der Spulenspannung u_ist zum Ausgleichen der Regelabweichung i_ab einstellt. Der Stromregler 24 ist vorliegend ein Softwarebaustein, wobei es selbstverständlich im Ermessen des Fachmannes liegt, den Stromregler in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles alternativ auch als ein separates elektronisches Bauteil auszuführen.
• Der Stromkreis des elektromagnetischen Antriebssystems 1 bzw. der elektromagnetische Aktuator wird mit einem korrigierten bzw. adaptierten Istwert der Spulenspannung u_ist angesteuert, woraufhin sich in der Spule ein Spulenstrom i_ist einstellt, der der Sollwertvorgabe i_anreg entspricht. Die Sollwertvorgabe i_anreg entspricht einem Wert, der mit einem gewünschten Ereignis korrespondiert, welches von dem elektromagnetischen Antriebssystem 1 in dem Getriebe eingestellt werden soll. Dies kann beispielsweise ein Schließvorgang einer mit einem Hydrauliksystem eines Getriebes hydraulisch angesteuerten Kupplung sein, eines automatisierten Getriebes oder eines Automatikgetriebes sein, wenn der elektromagnetische Aktuator ein elektrohydraulisches Stellglied ist, mittels dem ein gewünschter Druckverlauf eingestellt wird.
• Der Stromregler 24 bzw. eine Reglereinstellung des Stromreglers 24 wird in Abhängigkeit verschiedener Parameter durchgeführt. Einer dieser Parameter ist der Widerstand der Spule R_sp des elektromagnetischen Antriebssystems 1. Mit dem vorbeschriebenen Adaptionsverfahren zur theoretischen Abbildung des realen Spulenwiderstandes R_sp wird vorteilhafterweise über die Kopplung des Stromreglers 24 mit der Rechnereinheit 2 ein gleichbleibendes Sollverhalten des Stromreglers während sich ändernder Betriebszustände des elektromagnetischen Antriebssystems 1 erzielt. Der Parameter ”Spulenwiderstand” des Stromreglers 24 wird dem realen System des elektromagnetischen Antriebssystems 1 betriebszustandabhängig angeglichen, so daß eine optimale Stromregelung der Spule durch den Stromregler 24 gewährleistet ist.
• Diese Vorgehensweise ist in 1 durch einen Funktionsblock 25 dargestellt, in welchem in Abhängigkeit des theoretischen Widerstandswertes der Spule R_sp, der an den jeweilig aktuellen Betriebszustand des elektromagnetischen Antriebssystems 1 adaptiv angepaßt ist, die optimalen Stromreglerparameter für den Stromregler 24 bestimmt werden.
• Damit ist gewährleistet, daß die Sollwertvorgabe i_anreg der Getriebesteuereinrichtung, die beispielsweise zur Einstellung eines gewünschten Druckverlaufes von der Getriebesteuereinrichtung ausgegeben wird, exakt umgesetzt wird und bei Abweichungen innerhalb sehr kurzer Regelzeiten nachgeregelt werden kann.
• In 2 ist ein Blockschaltbild eines Detektors 3 der Rechnereinheit 2 dargestellt, mittels welchem anhand des Istwertes i_ist des Spulenstromes, des Istwertes u_ist der Spulenspannung sowie einer Spannung einer Stromquelle u_bat das Residuum i_res des Spulenstromes, der theoretische Wert i_theo des Spulenstromes sowie der Widerstandswert R_sp der Spule bestimmt wird.
• Durch die anliegende Spannung u_bat der Spannungsquelle bzw. einer Bordnetzspannung eines Kraftfahrzeuges und dem Tastverhältnis u_ist, welches mit einem Filter 4 gefiltert wird, wird die Spannung u_theo für das lineare Modell berechnet.
• Nach der Ermittlung der theoretischen Spannung u_theo wird in einem Funktionsblock 5 über ein empirisch ermitteltes Kennfeld ein Abgleich des theoretischen Wertes u_theo durchgeführt. Der sich daraus ergebende Wert der Spannung u_anp wird zur Bestimmung des theoretischen Wertes i_theo des Spulenstromes verwendet, wobei der theoretische Wert i_theo der Spulenspannung über die Systemgleichung des elektrischen Teilsystems bestimmt wird, die in dem Blockschaltbild gemäß 3 in dem mit dem Bezugszeichen 6 näher bezeichneten Bereich grafisch dargestellt ist.
• Der theoretische Wert i_theo des Spulenstromes wird in dem Funktionsblock 7 des Blockschaltbildes mit dem Istwert i_ist des Spulenstromes verglichen, und gleichzeitig wird das Residuum i_res bestimmt, welches einen Ausgangswert des Detektors 3 darstellt. Des weiteren wird das Residuum i_res einem Schalter 8 als Eingangssignal zugeführt. Der Schalter 8 wird in Abhängigkeit einer vorgegebenen Schwelle, die vorzugsweise ca. 50 mA betragen kann, in Abhängigkeit vom Istwert i_ist des Spulenstromes geschaltet. Dabei wird das Residuum i_res bei Überschreiten der Schwelle des Schalters 8 auf einen Funktionsblock 9 bzw. den Beobachterregler durchgeleitet. Unterschreitet der Wert des Istwerts i_ist des Spulenstromes die vorgegebene Schwelle des Schalters 8, wird dem Funktionsblock 9 die Konstante „Null”, welche in einem Funktionsblock 10 abgelegt ist, durchgeleitet.
• Der Schalter 8 hat somit nur zwei Stellungen, die in Abhängigkeit der Schwelle des Schalters geschaltet werden. Somit erfolgt in Abhängigkeit des Residuums i_res bzw. der Differenz zwischen dem Istwert i_ist des Spulenstromes und des theoretischen Wertes i_theo des Spulenstromes eine Änderung des zur Ermittlung des theoretischen Wertes i_theo des Spulenstromes verwendeten theoretisch ermittelten Widerstandswertes R_sp der Spule. Diese Verfahrensschritte sind in dem unter dem Bezugszeichen 11 gekennzeichneten Bereich des Blockschaltbildes der 2 näher dargestellt.
• Über den Beobachterregler 9 wird der theoretische Widerstandswert R_sp der Spule in Form eines I-Reglers dem realen elektromagnetischen Antriebssystem 1 angepaßt, wobei damit insbesondere dem Phänomen Rechnung getragen wird, daß sich der ohmsche Spulenwiderstand während des Betriebes mit der Zunahme der Spuleninnentemperatur T_sp und der Dauer der Bestromung ändert. Ohne Anpassung würde sich eine Abweichung des Istwertes i_ist des Spulenstromes und des theoretischen Wertes i_theo des Spulenstromes ergeben, was mit zunehmender Betriebsdauer des elektromagnetischen Antriebssystems 1 zu einer Abweichung bei der theoretischen Abbildung des Betriebszustandes des elektromagnetischen Antriebssystems 1 führen würde.
• Der Beobachterregler 9 ist dabei derart ausgestaltet, daß Einflüsse der Gegeninduktion L_g, welche durch die Bewegung des Ankers verursacht werden, bei der Anpassung des theoretisch ermittelten Widerstandswertes der Spule nicht berücksichtigt werden. Das bedeutet, daß über den Beobachterregler 9 nur langsame anhaltende Abweichungen zwischen dem Istwert i_ist des Spulenstromes und des theoretischen Wertes i_theo des Spulenstromes, welche über das Residuum i_res erkannt werden, Berücksichtigung finden, während die schnellen Änderungen in Folge der Gegeninduktion für beispielsweise eine Diagnose eines Betriebszustandes bzw. Betriebsverhaltens des elektromagnetischen Antriebssystems Verwendung finden.
• Der Beobachterregler 9 in Kombination mit dem Schalter 8 bewirkt, daß bei nur geringen Istwerten i_ist des Spulenstromes eine Regelung des theoretischen Widerstandswertes R_sp der Spule unterbleibt. Werden jedoch Ströme beobachtet, welche größer als die Schwelle des Schalters 8 ist, wird der Widerstandswert R_sp über den Beobachterregler 9 nachgeregelt. Dies erlaubt einen entsprechend feinfühligen Beobachterregler zu schaffen, da insbesondere bei einem Abfallen des Spulenstromes i_ist der Beobachterregler 9 abgeschaltet wird und der Wert des Residuums i_res bei Erreichen eines Minimalwertes des Istwertes i_ist des Spulenstromes auf Null gesetzt wird. Damit wird erreicht, daß der Beobachterregler 9 jederzeit den richtigen Anfangswert hat und im unbestromten Zustand bzw. bei niedrigen Spulenströmen keine Regelung des theoretischen Widerstandes der Spule durchführt, womit die Regelstrecke wesentlich stabiler wird.
• Um eine Anpassung des theoretischen Widerstandswertes R_sp der Spule in Abhängigkeit des jeweilig vorliegenden Betriebszustandes des elektromagnetischen Antriebssystems 1 in der entsprechenden Art und Weise vorzunehmen, erfolgt bei der Bestimmung des Residuums i_res in dem Funktionsblock 7 eine Vorzeichenumkehr des Residuums i_res, so daß das lineare Modell jederzeit in die „richtige” Richtung, d. h. durch Erhöhung oder Erniedrigung des theoretischen Widerstandswertes R_sp der Spule, angepaßt wird.
• Ein Funktionsblock 12 repräsentiert den Startwert bzw. den Bezugswiderstand R_sp_0, der bei einer Inbetriebnahme des elektromagnetischen Antriebssystems 1 als Startwert des theoretischen Widerstandswertes R_sp der Spule zur Ermittlung des theoretischen Wertes i_theo des Spulenstromes verwendet wird. Mit zunehmender Regelung durch den Beobachterregler 9 wird in dem Funktionsblock 13 die Anpassung des Bezugswiderstandes R_sp_0 über die Ausgangswerte des Beobachterreglers 9 durchgeführt.
• Der angepaßte theoretische Widerstandswert R_sp der Spule wird einem Funktionsblock 14 als Eingangssignal zugeführt, welcher als weiteres Eingangssignal den theoretischen Wert i_theo des Spulenstromes erhält. Aus diesen beiden Eingangssignalen wird eine Regelspannung u_regel ermittelt, die wiederum einem Funktionsblock 15 als Eingangssignal zugeführt wird. Die Regelspannung u_regel wird wiederum zur Anpassung der zur Bestimmung des theoretischen Wertes i_theo des Spulenstromes verwendeten angepaßten Spannung u_anp verwendet.
• Mit der vorbeschriebenen Vorgehensweise der Nachführung des theoretischen Widerstandswertes R_sp der Spule ist eine kontinuierliche Bestimmung des Widerstandes R_sp sowie der Temperatur T_sp der Spule im Gegensatz zu stationären Auswertemethoden möglich, da über den Beobachterregler 8 nur langsame Änderungen in dem elektromagnetischen Antriebssystem 1, wie beispielsweise die Temperatureinflüsse, ausgeregelt werden.
• Dazu kann vorzugsweise durch die Auswertung des nachgeführten Widerstandswertes R_sp und mit Hilfe eines gleitenden Mittelwertes, welcher auf Schwankungen des Beobachterreglers 9 abgestimmt ist, ein geglätteter kontinuierlicher Widerstandswert der Spule zur Verfügung gestellt werden. Anhand dieses Wertes oder auch des nicht geglätteten theoretisch ermittelten Widerstandswertes R_sp der Spule kann somit auch die Spuleninnentemperatur T_sp mit der Gleichung für den Warmwiderstand berechnet werden.
• Darüber hinaus wird mit dem beschriebenen Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur eines Fluids eine Online-Adaption des theoretisch ermittelten Widerstandswertes des Spulenstromes durch den Beobachterregler dahingehend möglich, daß anhand einer permanenten in Echtzeit durchgeführten Rückführung der Differenz i_res aus dem gemessenen Istwert i_ist des Spulenstromes und des theoretisch ermittelten bzw. des simulierten Ausgangssignals i_theo des Spulenstromes eine Anpassung an die realen Systemparameter vorgenommen wird.
• Für Anwendungsfälle, bei welchen ein separater Temperatursensor in einer für eine Getriebeöltemperaturermittlung günstigen Position aufgrund eines ausreichend vorhandenen Bauraums vorgesehen werden kann, kann das vorbeschriebene Verfahren zur Ermittlung einer Getriebeöltemperatur über ein elektromagnetisches Antriebssystem eines Getriebes dazu verwendet werden, einen derartigen Sensor bzw. dessen Signal auf Plausibilität zu überprüfen. Darüber hinaus kann der Temperatursensor bei einem Funktionsausfall ersetzt werden, wobei dann die für die Getriebesteuerfunktionen erforderliche Temperaturermittlung des Getriebeöls mit dem erfindungsgemäßen Verfahren in Verbindung mit einem elektromagnetischen Antriebssystem oder einem Drucksteller des Getriebes alleine durchgeführt wird.
• Der Gegenstand nach der Erfindung ist nicht nur auf die Ermittlung einer Getriebeöltemperatur beschränkt. Die Erfindung kann in allen Bereichen Anwendung finden, wo ein elektromagnetisches Antriebssystem mit einem Fluid derart in Kontakt steht, daß von der über das vorgestellte Verfahren bestimmten Spuleninnentemperatur auf die Fluidtemperatur geschlossen werden kann.
• Bezugszeichenliste

1

elektromagnetisches Antriebssystem

2

Rechnereinheit

3

Detektor

4

Filter

5

Funktionsblock

6

Bereich

7

Funktionsblock

8

Schalter

9, 10

Funktionsblock

11

Bereich

12–15

Funktionsblock

24

Stromregler

25, 26

Funktionsblock

I

Bereich

II

Bereich

i

Stromstärke

i_ab

Regelabweichung

i_anreg

Erregerstrom, Sollwertvorgabe

i_ist

Istwert des Spulenstromes

i_res

Residuum, Differenz des Spulenstromes

i_schw_u

untere Schwelle

i_schw_o

obere Schwelle

i_theo

theoretischer Wert des Spulenstromes

L

Induktivität

L_g

Gegeninduktion

R

Widerstand

R_sp

theoretischer Widerstandswert der Spule

R_sp_0

Bezugswiderstandswert

R_sp(T)

temperaturabhängiger Widerstandswert der Spule

u

Spannung

u_anp

angepaßte Spannung

u_bat

Bordnetzspannung

u_ist

Istwert der Spulenspannung

u_regel

Regelspannung

u_theo

theoretisch ermittelte Spannung

t

Zeit

T

Temperatur eines Getriebeöls

T_sp

Spuleninnentemperatur

T_sp_0

Bezugstemperatur

α

Temperaturkoeffizient

Claims (6)

1. Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur eines Fluids, insbesondere eines Getriebeöls, in Abhängigkeit eines theoretisch ermittelten Widerstandswertes einer Spule eines elektromagnetischen Antriebssystems, wobei ein Istwert (i_ist) eines Spulenstromes, ein theoretischer Wert (i_theo) eines Spulenstromes und eine Spulenstromdifferenz (i_res) zwischen dem Istwert (i_ist) und dem theoretischen Wert (i_theo) ermittelt werden, wobei der theoretisch ermittelte Widerstandswert (R_sp) der Spule, der zur Ermittlung des theoretischen Wertes (i_theo) des Spulenstroms verwendet wird, derart in Abhängigkeit der Spulenstromdifferenz (i_res) adaptiert wird, daß diese minimiert wird, wobei eine Temperatur (T_sp) der Spule aus dem adaptierten theoretisch ermittelten Widerstandswert (R_sp) der Spule bestimmt wird, und wobei die Temperatur (T) des Fluids in Abhängigkeit der Temperatur (T_sp) der Spule bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Adaption des theoretisch ermittelten Widerstandwertes (R_sp) oberhalb eines Betrages eines Schwellwertes eines Schalters (8) erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der theoretische Wert des Spulenstromes (i_theo) in Abhängigkeit einer Induktivität (L) der Spule bestimmt wird, wobei eine durch eine Bewegung eines im Inneren der Spule befindlichen Ankers erzeugte Gegeninduktion (L_g) unberücksichtigt bleibt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Startwert des theoretischen Widerstandswertes (R_sp) der Spule ein Bezugswiderstandswert (R_sp_0) bei einer Bezugstemperatur eingesetzt wird, der in einem Kennfeld einer elektrischen Steuereinrichtung abgelegt ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Adaption des theoretischen Widerstandswertes (R_sp) der Spule über einen Beobachterregler (8) erfolgt, der den Widerstandswert (R_sp) in Form eines I-Reglers einem realen Widerstandswert der Spule anpaßt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abbildung von Einflüssen einer Gegeninduktion auf den Istwert (i_ist) des Spulenstromes auf den theoretischen Wert (i_theo) des Spulenstromes durch den Beobachterregler (8) unterbleibt.

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