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TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG UND STAND DER TECHNIK
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 zum Kühlen von Getriebefluid in einem Getriebe, das angeordnet ist, um ein Drehmoment von einem Antriebsmotor und einer Antriebswelle zu übertragen, ein Kraftfahrzeug, das eine derartige Anordnung umfasst, und ein Verfahren zum Steuern einer derartigen Anordnung. Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt, das Computerprogrammcode umfasst, um ein Verfahren gemäß der Erfindung umzusetzen, und eine elektronische Steuereinheit.
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Um den Abrieb zu reduzieren und folglich die Betriebsdauer von diversen Bauteilen in einem Getriebe zu verlängern, werden diese Bauteile unter Verwendung von Getriebefluid geschmiert. Das Fluidsystem in einem Getriebe in einem Kraftfahrzeug umfasst gewöhnlich eine Fluidpumpe in Form einer Rotor-Verdrängerpumpe, die mit einer Drehwelle in dem Getriebe verbunden ist, um dadurch angetrieben zu werden, wodurch der Pumpenrotor der Fluidpumpe angetrieben wird, um sich mit der gleichen Drehzahl wie die Antriebswelle zu drehen. Das Getriebefluid wird aus einer Fluidwanne auf dem Boden des Getriebes durch die Fluidpumpe angesaugt, um über Fluidleitungen in das Getriebe eingespeist zu werden, wonach das Getriebefluid zurück in die Fluidwanne läuft. Reibungswärme wird in Lagern und anderen Getriebebauteilen, wie etwa Zahnrädern, erzeugt, wenn sich eine oder mehrere Wellen in dem Getriebe drehen, und diese Bauteile müssen gekühlt werden, um den Verschleiß zu reduzieren und dadurch ihre Betriebsdauer zu verlängern. Das notwendige Kühlen von diversen Bauteilen in dem Getriebe erfolgt anhand des umlaufenden Getriebefluids. Das Getriebefluid kann in einem Fluidkühler anhand von Wärmeaustausch mit einem Kühlmedium, das durch den Fluidkühler fließt, gekühlt werden, um die Kühlkapazität des Getriebefluids zu verbessern.
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Die Getriebefluidtemperatur muss in einem geeigneten Temperaturbereich gehalten werden, so dass das Getriebefluid den gewünschten Kühleffekt in dem Getriebe bereitstellen und dabei gleichzeitig eine Viskosität aufweisen kann, die angesichts der Schmiereigenschaften des Fluids angemessen ist. Die Viskosität des Getriebefluids ist temperaturabhängig und nimmt mit steigender Temperatur ab. Falls die Getriebefluidtemperatur unangemessen hoch wird, kann sich das Getriebe überhitzen, wobei die Fluidviskosität sogar dermaßen abnehmen kann, dass das Fluid viel zu leicht fließt und keinen zufriedenstellenden Schmiereffekt mehr bereitstellt, was zu einem Risiko mechanischer Zwischenfälle und einer reduzierten Betriebsdauer der diversen Bauteile in dem Getriebe führt. Eine hohe Fluidtemperatur führt auch zu einer schnelleren Zersetzung des Getriebefluids. Falls die Getriebefluidtemperatur unangemessen niedrig wird, kann die Fluidviskosität so hoch werden, dass die Reibungsverluste in dem Getriebe höher als normal werden, wobei sogar eine erhöhte Förderleistung benötigt wird, um das langsam fließende Fluid durch die Schmierkanäle in dem Getriebe zu pumpen.
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Für den Fall, dass das Getriebe in einem Kraftfahrzeug angeordnet ist, um das Drehmoment von einem Antriebsmotor des Fahrzeugs auf die Antriebsräder des Fahrzeugs zu übertragen, kann der Fluidkühler mit einem Kühlmedium in Form von Kühlfluid in einem Kühlkreis, der mit dem Antriebsmotor oder der Umgebungsluft verbunden ist, versorgt werden. Für den Fall von Umgebungsluft wird ein Luftstrom durch den Fluidkühler durch den Gegenwind und/oder anhand eines Gebläses generiert.
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein neues und vorteilhaftes Mittel zum Steuern des Kühlens von Getriebefluid in einem Getriebe zu erreichen, das angeordnet ist, um das Drehmoment von einem Antriebsmotor auf eine Antriebswelle zu übertragen.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe anhand einer Anordnung erfüllt, welche die in Anspruch 1 definierten Merkmale aufweist.
Die Anordnung gemäß der Erfindung umfasst Folgendes:
- - eine Kühlvorrichtung zum Kühlen des Getriebefluids anhand von Wärmeaustausch mit einem Kühlmedium, das durch die Kühlvorrichtung fließt,
- - eine Fluidleitung, die mit einer Fluidwanne, die auf dem Boden des Getriebes angeordnet ist, und mit der Kühlvorrichtung verbunden ist, damit das Getriebefluid von der Fluidwanne über die Fluidleitung und durch die Kühlvorrichtung eingespeist werden kann, um dann zurück in die Fluidwanne zu fließen,
- - eine Fluidpumpe zum Generieren einer Strömung von Getriebefluid durch die Fluidleitung, und
- - eine elektronische Steuervorrichtung zum Steuern der Förderleistung der Fluidpumpe.
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Die elektronische Steuervorrichtung ist derart ausgebildet, dass sie in Abhängigkeit von der vorherrschenden Temperatur des Getriebefluids die Fluidpumpe gemäß einem von einer Vielzahl von verschiedenen auswählbaren Steuerzuständen steuert, wobei die Steuerzustände mindestens folgende umfassen:
- - einen ersten Steuerzustand, in dem die elektronische Steuervorrichtung ausgebildet ist, um zu bewirken, dass die Fluidpumpe ausgeschaltet bleibt oder mit minimaler Förderleistung läuft,
- - einen zweiten Steuerzustand, in dem die elektronische Steuervorrichtung ausgebildet ist, um zu bewirken, dass die Fluidpumpe mit einer Förderleistung läuft, die einem variablen Sollwert entspricht, wobei die elektronische Steuervorrichtung ausgebildet ist, um diesen variablen Sollwert in Abhängigkeit von den Werten der vorherrschenden Strömung und der vorherrschenden Temperatur des Kühlmediums, das durch die Kühlvorrichtung fließt, und der vorherrschenden Temperatur des Getriebefluids einzustellen, und
- - einen dritten Steuerzustand, in dem die elektronische Steuervorrichtung ausgebildet ist, um zu bewirken, dass die Fluidpumpe mit einer hohen Förderleistung betätigt wird, die eine Fluidströmung zum maximalen Kühlen des Getriebefluids in der Kühlvorrichtung erzeugt.
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Bei der Anordnung gemäß der Erfindung werden die Förderleistung der Fluidpumpe und wiederum die Fluidströmung durch die Kühlvorrichtung in Abhängigkeit von der vorherrschenden Fluidtemperatur, der vorherrschenden Strömung und der vorherrschenden Temperatur des Kühlmediums, das durch die Kühlvorrichtung fließt, reguliert. Somit ist es möglich, das Kühlen des Getriebefluids auf energetisch günstige Weise in Abhängigkeit von dem vorherrschenden Kühlungsbedarf und der Kühlleistung, die gerade von dem Kühlmedium bereitgestellt wird, das durch die Kühlvorrichtung fließt, anzupassen. Das Kühlmedium kann ein Fluid, wie etwa ein Kühlfluid in einem Kühlkreis, der mit einem Antriebsmotor verbunden ist, oder ein Gas, wie etwa Luft, sein.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Anordnung einen Elektromotor zum Antreiben der Fluidpumpe, wobei die elektronische Steuervorrichtung derart ausgebildet ist, dass sie die Förderleistung der Fluidpumpe steuert, indem sie die Drehzahl des Elektromotors steuert. Somit kann die Lösung gemäß der Erfindung relativ einfach umgesetzt werden.
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Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, dass:
- - die elektronische Steuervorrichtung ausgebildet ist, um die Fluidpumpe gemäß dem ersten Steuerzustand zu steuern, wenn die elektronische Steuervorrichtung Informationen empfängt, die angeben, dass die vorherrschende Temperatur des Getriebefluids niedriger als ein unterer Grenzwert ist, und
- - die elektronische Steuervorrichtung ausgebildet ist, um die Fluidpumpe gemäß dem dritten Steuerzustand zu steuern, wenn die elektronische Steuervorrichtung Informationen empfängt, die angeben, dass die vorherrschende Temperatur des Getriebefluids höher als ein oberer Grenzwert ist.
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Dies verhindert, dass das Getriebefluid eine zu niedrige oder zu hohe Temperatur erreicht, und gleichzeitig keine Energie unnötig verbraucht wird, um die Fluidpumpe anzutreiben, falls die Getriebefluidtemperatur so niedrig ist, dass keine Kühlung des Fluids erwünscht ist.
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Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, dass:
- - die elektronische Steuervorrichtung auch ausgebildet ist, um zusätzlich zu der vorherrschenden Temperatur des Getriebefluids auch das Vorzeichen des Antriebsmotor-Drehmoments bei der Auswahl eines Steuerzustands zu berücksichtigen, und
- - die elektronische Steuervorrichtung ausgebildet ist, um die Fluidpumpe gemäß dem dritten Steuerzustand zu steuern, wenn die elektronische Steuervorrichtung Informationen empfängt, die angeben, dass das Antriebsmotor-Drehmoment zur gleichen Zeit negativ ist, wenn sich die vorherrschende Temperatur des Getriebefluids zwischen den unteren und oberen Grenzwerten befindet.
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Dies ermöglicht die Verwendung der überschüssigen Energie, die von dem Antriebsmotor während einer Motorbremsung bereitgestellt wird, zum Antreiben der Fluidpumpe mit einer hohen Förderleistung, so dass zeitweilig eine Kühlleistung generiert wird, die größer als der vorherrschende Kühlbedarf ist, um somit einen zeitweiligen Kühlpuffer in dem Getriebefluid zu erstellen. Unter Verwendung dieses Kühlpuffers ist es möglich, die Fluidpumpe später mit einer reduzierten Förderleistung anzutreiben, was zu einem reduzierten Energieverbrauch zum Antreiben der Fluidpumpe führt.
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Gemäß einem Beispiel zum besseren Verständnis der Erfindung ist die elektronische Steuervorrichtung ausgebildet, um die Fluidpumpe gemäß dem zweiten Steuerzustand zu steuern, wenn die elektronische Steuervorrichtung Informationen empfängt, die angeben, dass das Antriebsmotor-Drehmoment zur gleichen Zeit positiv ist, wenn die vorherrschende Temperatur des Getriebefluids niedriger als der obere Grenzwert und höher als ein mittlerer Grenzwert, der zwischen dem unteren Grenzwert und dem oberen Grenzwert liegt, ist. Ein derartiges Einbeziehen eines zusätzlichen Grenzwertes ermöglicht eine feinere Steuerung der Fluidpumpe und somit eine weitere Reduzierung des Energieverbrauchs, um die Fluidpumpe anzutreiben.
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Andere vorteilhafte Merkmale der Anordnung gemäß der Erfindung werden in den übrigen Ansprüchen und der nachstehenden Beschreibung vorgelegt.
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Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug, das die in Anspruch 5 definierten Merkmale aufweist, wobei das Kraftfahrzeug eine Anordnung von der Art gemäß der Erfindung zum Kühlen von Getriebefluid umfasst.
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Eine Ausführungsform des Kraftfahrzeugs gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass:
- - die elektronische Steuervorrichtung ausgebildet ist, um die Fluidpumpe gemäß dem dritten Steuerzustand zu steuern, wenn die elektronische Steuervorrichtung Informationen empfängt, die angeben, dass die vorherrschende Temperatur des Getriebefluids höher als ein oberer Grenzwert ist, und
- - der obere Grenzwert variabel ist, wodurch die elektronische Steuervorrichtung ausgebildet ist, um den oberen Grenzwert in Abhängigkeit von Informationen über die vorherrschenden Betriebsbedingungen für das Kraftfahrzeug und/oder Informationen über die geschätzten zukünftigen Betriebsbedingungen für das Kraftfahrzeug zu bestimmen.
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In einer Situation, in welcher der aktuelle Kühlbedarf und der Kühlbedarf, der für das Getriebe in unmittelbarer Zukunft vorweggenommen wird, relativ gering sind, z.B. während des Fahrens in einem hohen Gang auf einer Straße ohne starkes Gefälle, kann man das Getriebefluid auf einem etwas höheren Temperaturpegel lassen, ohne das Risiko des Überhitrens des Getriebes, im Vergleich zu einer Situation, in welcher der Kühlbedarf für das Getriebe relativ hoch ist oder bald sein wird. Der Energieverbrauch zum Betreiben der Fluidpumpe kann dadurch reduziert werden, dass der obere Grenzwert in einer Situation, in welcher der aktuelle Kühlbedarf für das Getriebe und der Kühlbedarf für das Getriebe in unmittelbarer Zukunft als relativ niedrig angesehen werden, zeitweilig angehoben wird.
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Andere vorteilhafte Merkmale des Kraftfahrzeugs gemäß der Erfindung werden in den nicht unabhängigen Ansprüchen und der nachstehenden Beschreibung vorgelegt.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren, das die in Anspruch 8 definierten Merkmale aufweist, zum Steuern einer Anordnung zum Kühlen von Getriebefluid in einem Getriebe, das angeordnet ist, um das Drehmoment von einem Antriebsmotor auf eine Antriebswelle zu übertragen.
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Andere vorteilhafte Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in der nachstehenden Beschreibung vorgelegt.
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Erfindungsgemäß kann das Getriebefluid ein Getriebeöl sein. Entsprechend ist in diesem Fall die Fluidleitung eine Ölleitung, die Fluidwanne eine Ölwanne und die Fluidpumpe eine Ölpumpe. Alternativ oder zusätzlich kann das Kühlmedium ein Kühlfluid oder ein Kühlöl sein.
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Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogramm, das die in Anspruch 9 definierten Merkmale aufweist, ein Computerprogrammprodukt, das die in Anspruch 10 definierten Merkmale aufweist, und eine elektronische Steuereinheit, welche die in Anspruch 11 definierten Merkmale aufweist.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsformen und mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
- 1 ein Blockdiagramm einer Anordnung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
- 2 ein Blockdiagramm einer Anordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
- 3 ein Blockdiagramm einer Anordnung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung,
- 4 ein Blockdiagramm einer Anordnung gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung,
- 5 ein Blockdiagramm einer Anordnung gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung,
- 6 ein Blockdiagramm einer elektronischen Steuereinheit zum Umsetzen eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 7 ein Ablaufschema, das ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung abbildet,
- 8 ein Ablaufschema, das ein Verfahren gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung abbildet, und
- 9 ein Ablaufschema, das ein Verfahren gemäß einer anderen alternativen Ausführungsform der Erfindung abbildet.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
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1 bildet sehr schematisch ein Kraftfahrzeug 1 mit einem Satz Antriebsräder 2, einem Satz Nicht-Antriebsräder 3, einem Getriebe 4, einer Antriebswelle 5 für Übertragen des Drehmoments zwischen dem Getriebe 4 und den Antriebsrädern 2 und einem Antriebsmotor 6 zum Antreiben der Antriebsräder ab. Der Antriebsmotor 6 kann beispielsweise aus einer Verbrennungskraftmaschine oder einem Elektromotor bestehen. Das Drehmoment kann auf herkömmliche Art und Weise über das Getriebe 4 und die Antriebswelle 5 von dem Antriebsmotor 6 auf die Antriebsräder 2 übertragen werden, um das Kraftfahrzeug 1 fortzubewegen. Eine Abtriebswelle 8 des Antriebsmotors 6 kann anhand einer Kupplungsvorrichtung 7 mit einer Antriebswelle 9 des Getriebes 4 in Energie übertragende Verbindung und Trennung gebracht werden.
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Das Getriebe 4 ist mit diversen Bauteilen, wie etwa Lagern und Zahnrädern, ausgestattet, die im Betrieb geschmiert und gekühlt werden müssen, wenn sich eine oder mehrere Wellen in dem Getriebe drehen. Eine Fluidwanne 11 zum Aufnehmen von Getriebefluid ist auf dem Boden des Getriebes 4 angeordnet. Die Fluidwanne 11 ist über eine Fluidleitung 12 mit Fluidkanälen 13 in dem Getriebe verbunden, damit das Getriebefluid von der Fluidwanne 11 in die Fluidkanäle 13 eingespeist werden kann, um die Bauteile 10 in dem Getriebe 4 zu schmieren und zu kühlen. Nach seinem Durchgang durch die Fluidkanäle 13 läuft das Getriebefluid in die Fluidwanne 11 zurück.
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Der Antriebsmotor 6 wird anhand einer elektronischen Motorsteuereinheit 14 gesteuert, die ausgebildet ist, um unter anderen Aufgaben die Drehzahl des Antriebsmotors zu regulieren.
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Das abgebildete Kraftfahrzeug 1 umfasst ferner ein Kühlsystem 20 mit einem Kühlkreis 21 zum Kühlen des Antriebsmotors 6 anhand von Kühlfluid, das in dem Kühlkreis fließt, bevorzugt in Form von Wasser mit optionalen Frostschutzmitteln, wie etwa Glykol. Eine Kühlfluidpumpe 22 in Form einer Rotor-Verdrängerpumpe ist in den Kühlkreis 21 eingekoppelt, um das Kühlfluid in dem Kühlkreis umlaufen zu lassen. Zudem ist ein Kühler 23 in Form beispielsweise eines herkömmlichen Kühlfluidkühlers in den Kühlkreis 21 eingekoppelt, um das Kühlfluid zu kühlen. Der Kühler 23 umfasst einen Kühlfluideinlass 24a, der mit einem Kühlfluidauslass 25b des Antriebsmotors 6 über eine erste Leitung 26 des Kühlkreises verbunden ist, und einen Kühlfluidauslass 24b, der mit einem Kühlfluideinlass 25a des Antriebsmotors 6 über eine zweite Leitung 27 des Kühlkreises verbunden ist. Bei dem abgebildeten Beispiel ist die Kühlfluidpumpe 22 in der zweiten Leitung 27 angeordnet. Die erste Leitung 26 ist mit der zweiten Leitung 27 über eine dritte Leitung 28 des Kühlkreises verbunden. Die dritte Leitung 28 ist angeordnet, damit das Kühlfluid von dem Kühlfluidauslass 25b des Antriebsmotors zu dem Kühlfluideinlass 25a des Antriebsmotors zurückkehren kann, ohne dass das Kühlfluid durch den Kühler 23 geht. Das Kühlfluid läuft zwischen dem Kühlfluideinlass 25a und dem Kühlfluidauslass 25b über Kühlfluidkanäle (nicht gezeigt) im Innern des Antriebsmotors um und absorbiert dabei Wärme von dem Antriebsmotor. Ein Thermostat 29 ist in dem Verbindungspunkt zwischen der ersten Leitung 26 und der dritten Leitung 28 angeordnet. Der Thermostat führt in Abhängigkeit von der Temperatur des Kühlfluids das Kühlfluid, das aus dem Antriebsmotor 6 fließt, zu dem Kühler 23, damit es darin gekühlt wird, bevor das Kühlfluid an den Antriebsmotor 6 oder über die dritte Leitung 28 direkt zurück an den Antriebsmotor 6 zurückgegeben wird, ohne durch den Kühler 23 zu gehen. Ein Speichertank 30 ist mit dem Kühlkreis 21 auf herkömmliche Art und Weise verbunden, um temperaturabhängige Volumenänderungen des Kühlfluids zu berücksichtigen.
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Das Kühlfluid, das durch den Kühler 23 fließt, wird anhand von Luft gekühlt, die durch den Gegenwind gegen den Kühler geblasen wird, wenn das Kraftfahrzeug 1 fährt. Das abgebildete Kühlsystem 20 umfasst auch ein Gebläse 31, das ausgebildet ist, um je nach Bedarf einen ergänzenden Luftstrom durch den Kühler 23 zu generieren. Dieses Gebläse 31 kann mit der Verbrennungskraftmaschine 6 verbunden sein, um durch diese betätigt zu werden, wenn der Gegenwind zu gering ist, um einen Luftstrom durch den Kühler 23 zu erreichen, der in Bezug auf die notwendige Kühlung der Kühlfluid ausreichend ist. Wenn das Gebläse 31 in Betrieb ist, ist der Luftstrom durch den Kühler 23 somit sowohl von dem Gegenwind als auch von der Drehzahl des Gebläses 31 abhängig.
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Das Kraftfahrzeug 1 umfasst eine Anordnung 40 zum Kühlen des Getriebefluids in dem Getriebe 4. Die Anordnung 40 umfasst eine Kühlvorrichtung 41 zum Kühlen des Getriebefluids über einen Wärmeaustausch mit einem Kühlmedium, das durch die Kühlvorrichtung 41 fließt. Bei der in 1 abgebildeten Ausführungsform ist die Kühlvorrichtung 41 in den Kühlkreis 21 eingekoppelt und derart ausgebildet, dass das Kühlfluid, das in dem Kühlkreis umläuft, durch die Kühlvorrichtung fließt, wobei die Kühlvorrichtung 41 als Wärmetauscher ausgelegt ist, der auf seiner primären Seite mit dem zu kühlenden Getriebefluid und der auf seiner sekundären Seite mit dem Kühlfluid versorgt wird. In diesem Fall besteht das Kühlmedium somit aus Kühlfluid.
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Eine Fluidleitung 42 ist mit der Fluidwanne 11 in dem Getriebe 4 und mit der Kühlvorrichtung 41 verbunden, damit das Getriebefluid von der Fluidwanne 11 über die Fluidleitung 42 durch die Kühlvorrichtung 41, um darin gekühlt zu werden, und dann zurück zum Getriebe 4, wo das Getriebefluid wieder zurück in die Fluidwanne 11 fließen kann, geführt werden kann. Eine Fluidpumpe 43 in Form einer Rotor-Verdrängerpumpe ist in der Fluidleitung 42 angeordnet, um eine Strömung von Getriebefluid durch diese hindurch zu generieren. Die Förderleistung der Fluidpumpe 43 wird anhand einer elektronischen Steuervorrichtung 44 gesteuert.
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Die elektronische Steuervorrichtung 44 ist ausgebildet, um in Abhängigkeit von der vorherrschenden Temperatur des Getriebefluids die Fluidpumpe 43 nach einem von einer Vielzahl von verschiedenen auswählbaren Steuerzuständen zu steuern, wobei die Steuerzustände mindestens folgende umfassen:
- - einen ersten Steuerzustand, in dem die elektronische Steuervorrichtung 44 ausgebildet ist, um zu bewirken, dass die Fluidpumpe 43 ausgeschaltet bleibt oder mit minimaler Förderleistung läuft,
- - einen zweiten Steuerzustand, in dem die elektronische Steuervorrichtung 44 ausgebildet ist, um zu bewirken, dass die Fluidpumpe 43 mit einer Förderleistung läuft, die einem variablen Sollwert entspricht, wobei die elektronische Steuervorrichtung 44 ausgebildet ist, um den variablen Sollwert in Abhängigkeit von den Werten für die vorherrschende Strömung und die vorherrschende Temperatur des Kühlmediums, das durch die Kühlvorrichtung 41 fließt, und die vorherrschende Temperatur des Getriebefluids zu steuern, und
- - einen dritten Steuerzustand, in dem die elektronische Steuervorrichtung 44 ausgebildet ist, um zu bewirken, dass die Fluidpumpe 43 mit einer hohen Förderleistung läuft, die eine Fluidströmung zum maximalen Kühlen des Getriebefluids in der Kühlvorrichtung 41 erzeugt.
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Die elektronische Steuervorrichtung 44 ist ausgebildet, um die Messwerte bezüglich der vorherrschenden Temperatur des Getriebefluids von einem Temperatursensor 45 zu empfangen, der angeordnet ist, um die Temperatur des Getriebefluids zu messen. Der Temperatursensor 45 kann beispielsweise angeordnet sein, um die Temperatur des Getriebefluids in der Fluidwanne 11 zu messen, wie in 1 abgebildet.
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Die elektronische Steuervorrichtung 44 ist angeordnet, um die Messwerte bezüglich der vorherrschenden Temperatur des Kühlmediums von einem Temperatursensor 46 zu empfangen, der ausgebildet ist, um die Temperatur des Kühlmediums zu messen. Der Temperatursensor 46 kann beispielsweise angeordnet sein, um die Temperatur des Kühlmediums in einem Leitungsabschnitt des Kühlkreises 21 zwischen der Kühlfluidpumpe 22 und der Kühlvorrichtung 41 zu messen, wie in 1 abgebildet.
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Bei der in 1 abgebildeten Ausführungsform ist die Strömung des Kühlmediums, das durch die Kühlvorrichtung 41 fließt, von der Drehzahl der Kühlfluidpumpe 22 abhängig. Für den Fall, dass die Kühlfluidpumpe 22 durch den Antriebsmotor 6 auf herkömmliche Art und Weise, z.B. über einen Antriebsriemen, angetrieben wird, ist die Drehzahl der Kühlfluidpumpe 22 von der Drehzahl des Antriebsmotors 6 abhängig. In diesem Fall kann die elektronische Steuervorrichtung 44 ausgebildet sein, um Informationen bezüglich der Drehzahl des Antriebsmotors von der Motorsteuereinheit 14 zu empfangen und somit die vorherrschende Strömung des Kühlmediums, das durch die Kühlvorrichtung fließt, basierend auf den Drehzahlinformationen zu bestimmen.
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Bei der in 1 abgebildeten Ausführungsform umfasst die Anordnung 40 einen Elektromotor 47 zum Antreiben der Fluidpumpe 43, wobei die elektronische Steuervorrichtung 44 ausgebildet ist, um die Förderleistung der Fluidpumpe 43 zu steuern, indem sie die Drehzahl des Elektromotors 47 steuert.
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Das Kraftfahrzeug 1 kann eine getrennte Fluidpumpe 15 umfassen, um Getriebefluid von der Fluidwanne 11 den zuvor erwähnten Fluidkanälen 13 in dem Getriebe 4 zuzuführen, wie in 1 abgebildet. Die Fluidpumpe 15 kann beispielsweise mit einer Drehwelle 16 in dem Getriebe 4 verbunden sein, um von dieser angetrieben zu werden. Die Welle 16 ist eine Welle, die ausgebildet ist, um sich immer zu drehen, wenn sich die Antriebswelle und/oder die Abtriebswelle des Getriebes dreht, und kann beispielsweise eine seitliche Welle oder eine Hauptwelle des Getriebes 4 sein. In diesem Fall bleibt die Strömung von Getriebefluid durch die Fluidkanäle, die benötigt wird, um die Bauteile 10 in dem Getriebe zu schmieren und zu kühlen, bestehen, selbst wenn die Fluidpumpe 43 ausgeschaltet ist, und die elektronische Steuervorrichtung 44 kann folglich ausgebildet sein, um die Fluidpumpe 43 auch in dem zuvor erwähnten ersten Steuerzustand ausgeschaltet zu lassen.
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Bei der in 2 abgebildeten Ausführungsform ist die Kühlvorrichtung 41 mit den zuvor erwähnten Fluidkanälen 13 in dem Getriebe 4 verbunden, wodurch die Fluidpumpe 43 für das Zuführen von Getriebefluid zu den Fluidkanälen verantwortlich ist. In diesem Fall bleibt die Strömung von Getriebefluid durch den Fluidkanal 13, die benötigt wird, um die Bauteile 10 in dem Getriebe 4 zu schmieren und zu kühlen, nicht bestehen, wenn die Fluidpumpe 43 ausgeschaltet wird, und die elektronische Steuervorrichtung 44 must folglich ausgebildet werden, um zu bewirken, dass die Fluidpumpe 43 in allen Steuerzuständen angetrieben wird, wenn auch mit stark reduzierter Förderleistung in dem ersten Steuerzustand. Die Ausführungsform gemäß 2 stimmt ansonsten mit der Ausführungsform gemäß 1 überein.
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Die in 3 abgebildete Ausführungsform entspricht der in 2 abgebildeten Ausführungsform mit der Ausnahme, dass die Fluidpumpe 43' in diesem Fall eine Pumpe mit variabler Verdrängung ist, die angeschlossen und angeordnet ist, um durch eine Drehwelle 16 in dem Getriebe 4 angetrieben zu werden. Die Welle 16 ist eine Welle, die ausgebildet ist, um sich immer zu drehen, wenn sich die Antriebswelle und/oder Abtriebswelle des Getriebes dreht, und kann beispielsweise eine seitliche Welle oder eine Hauptwelle des Getriebes 4 sein. Die Verdrängung der Fluidpumpe 43' wird auf eine Art und Weise, die an sich bekannt ist, anhand einer Betätigungsvorrichtung 48 reguliert, wodurch die elektronische Steuervorrichtung 44 ausgebildet ist, um die Förderleistung der Fluidpumpe 43' zu steuern, indem sie die Verdrängung der Fluidpumpe über die Betätigungsvorrichtung 48 steuert.
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Die in 4 abgebildete Ausführungsform entspricht der in 2 abgebildeten Ausführungsform mit der Ausnahme, dass die Fluidpumpe 43 in diesem Fall angeordnet ist, um von einer Drehwelle 16 in dem Getriebe 4 über eine Viskokupplung 49 mit einem verstellbaren Kupplungsgrad angetrieben zu werden, wobei die elektronische Steuervorrichtung 44 ausgebildet ist, um die Förderleistung der Fluidpumpe 43 zu steuern, indem sie den Kupplungsgrad der Viskokupplung 49 auf an sich bekannte Art und Weise steuert. Die Welle 16 ist eine Welle, die ausgebildet ist, um sich immer zu drehen, wenn sich die Antriebswelle und/oder die Abtriebswelle des Getriebes dreht, und kann beispielsweise eine seitliche Welle oder Hauptwelle des Getriebes 4 sein. Drehmoment und Leistung werden in der Viskokupplung 49 anhand von Flüssigkeit in engen Spalten zwischen einem ersten Kupplungsteil, der mit der Drehwelle 16 des Getriebes 4 verbunden ist, und einem zweiten Kupplungsteil, der mit einer Antriebswelle der Fluidpumpe 43 verbunden ist, übertragen. Durch Variieren der Fluidmenge in dem Raum zwischen den beiden Kupplungsteilen ist es möglich, den Kupplungsgrad der Viskokupplung 49 zu variieren und dadurch das Drehmoment, das von der Viskokupplung übertragen wird, und die Drehzahl zu variieren.
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Die in 5 abgebildete Ausführungsform entspricht der in 1 abgebildeten Ausführungsform mit der Ausnahme, dass die Kühlvorrichtung 41' in diesem Fall in Verbindung mit dem Kühlfluidkühler 23 angeordnet ist, so dass ein kühlender Luftstrom hindurch fließen kann. Bei dieser Ausführungsform ist es somit ein Kühlmedium in Form von Umgebungsluft, das verwendet wird, um das Getriebefluid in der Kühlvorrichtung 41' zu kühlen. Das Getriebefluid, das durch die Kühlvorrichtung 41' fließt, wird somit durch die Luft gekühlt, die der Gegenwind gegen die Kühlvorrichtung 41' bläst, wenn das Kraftfahrzeug 1 fährt. Bei dem abgebildeten Beispiel ist ein Gebläse 31 angeordnet, um je nach Bedarf einen ergänzenden Luftstrom durch den Kühlfluidkühler 23 und die Kühlvorrichtung 41' zu generieren. Wenn das Gebläse 31 in Betrieb ist, ist der Luftstrom durch die Kühlvorrichtung 41' somit sowohl von dem Gegenwind, d.h. der Schnelligkeit des Kraftfahrzeugs, als auch von der Drehzahl des Gebläses 31 abhängig. In diesem Fall ist die elektronische Steuervorrichtung 44 ausgebildet, um Informationen über die Schnelligkeit des Kraftfahrzeugs und die Drehzahl des Gebläses, z.B. von der Motorsteuereinheit 14, zu empfangen, und um die vorherrschende Strömung des Kühlmediums, das durch die Kühlvorrichtung 41' fließt, basierend auf den Informationen zu bestimmen. Die elektronische Steuervorrichtung 44 ist ferner ausgebildet, um die Messwerte bezüglich der vorherrschenden Temperatur des Kühlmediums von einem Temperatursensor 46', der angeordnet ist, um die Temperatur der Umgebungsluft zu messen, zu empfangen.
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Wie zuvor angemerkt, ist die elektronische Steuervorrichtung 44 ausgebildet, um den zuvor erwähnten Sollwert der Förderleistung in Abhängigkeit von den folgenden Variablen zu bestimmen: der vorherrschenden Strömung und der vorherrschenden Temperatur des Kühlmediums und der vorherrschenden Temperatur des Getriebefluids. Dies kann entweder anhand eines vorbestimmten Berechnungsmodells oder anhand von Suchtabellen erfolgen. Das Berechnungsmodell oder die Suchtabellen sind ausgelegt, so dass der Sollwert, der von der elektronischen Steuervorrichtung 44 bestimmt wird, einer Förderleistung entspricht, die mit Bezug auf die Variablen optimiert ist, was zum vorteilhaften Kühlen des Getriebefluids auf energetisch günstige Art und Weise führt, um somit zu vermeiden, dass die Fluidpumpe 43, 43' mit einer unnötig hohen und energieintensiven Förderleistung funktioniert, die sich in einem oberen Leistungsbereich befindet, so dass eine Erhöhung der Förderleistung und somit eine Erhöhung der Fluidströmung durch die Kühlvorrichtung 41, 41' nur zu einer geringfügigen Erhöhung der Kühlleistung führen würde. Diese Lösung basiert auf der Tatsache, dass die Kühlleistung, die durch die Kühlvorrichtung 41, 41' generiert wird, mit der Zunahme der Fluidströmung durch die Kühlvorrichtung erheblich ansteigt, wonach die Kühlleistung mit zusätzlich gesteigerter Fluidströmung nur sehr langsam zunimmt. Wenn man vermeidet, dass die Fluidpumpe 43, 43' mit einer Förderleistung läuft, die in den oberen Leistungsbereich fällt, ist es möglich, die Energiemenge zu reduzieren, die verbraucht wird, um die Fluidpumpe anzutreiben, wodurch der Energie- oder Kraftstoffverbrauch des Antriebsmotors 6 reduziert wird.
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Die elektronische Steuervorrichtung 44 kann anhand einer einzigen elektronischen Steuereinheit in dem Kraftfahrzeug 1 umgesetzt werden, wie es in 1 bis 5 abgebildet ist. Die elektronische Steuervorrichtung 44 könnte jedoch alternativ anhand von zwei oder mehreren zusammenarbeitenden elektronischen Steuereinheiten des Kraftfahrzeugs umgesetzt werden.
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7 bis 9 zeigen Ablaufschemata, die diverse Ausführungsformen eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung abbilden. Bei allen abgebildeten Ausführungsformen steuert die elektronische Steuervorrichtung 44 die Fluidpumpe 43, 43':
- - gemäß einem ersten Steuerzustand, wobei die Fluidpumpe ausgeschaltet ist oder mit minimaler Förderleistung läuft, wenn die vorherrschende Temperatur T des Getriebefluids niedriger als unterer Grenzwert Tlower ist, und
- - gemäß einem dritten Steuerzustand mit hoher Förderleistung, wenn die vorherrschende Temperatur T des Getriebefluids höher als ein oberer Grenzwert Tupper ist.
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Bei der in 7 abgebildeten Ausführungsform werden nur die zuvor erwähnten oberen und unteren Grenzwerte Tlower, Tupper auf die Getriebefluidtemperatur angewendet, und in diesem Fall steuert die elektronische Steuervorrichtung 44 die Fluidpumpe 43, 43' gemäß dem zweiten Steuerzustand mit einer optimierten Förderleistung, wenn die vorherrschende Temperatur T des Getriebefluids auf einem Wert zwischen dem unteren Grenzwert Tlower und dem oberen Grenzwert Tupper liegt.
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Zusätzlich zu der vorherrschenden Temperatur T des Getriebefluids kann die elektronische Steuervorrichtung 44 auch derart ausgebildet sein, dass sie das Vorzeichen des Antriebsmotor-Drehmoments bei der Auswahl eines Steuerzustands berücksichtigt, wie beispielsweise in den Ablaufschemata in 8 und 9 abgebildet. In diesem Fall ist die elektronische Steuervorrichtung 44 ausgebildet, um Informationen über das vorherrschende Drehmoment des Antriebsmotors 6 von der Motorsteuereinheit 14 zu empfangen.
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Bei den Ausführungsformen gemäß 8 und 9 wird zusätzlich zu den zuvor erwähnten oberen und unteren Grenzwerten Tlower, Tupper auch ein dritter Grenzwert Tbetween für die Getriebefluidtemperatur verwendet, wobei der dritte Grenzwert Tbetween einen Wert aufweist, der zwischen den unteren und oberen Grenzwerten Tlower, Tupper liegt. Bei den in 8 und 9 abgebildeten Ausführungsformen steuert die elektronische Steuervorrichtung 44 die Fluidpumpe 43, 43':
- - gemäß einem dritten Steuerzustand mit einer hohen Förderleistung, wenn das Antriebsmotor-Drehmoment zur gleichen Zeit negativ ist, wenn die vorherrschende Temperatur T des Getriebefluids zwischen den unteren und oberen Grenzwerten Tlower, Tupper liegt,
- - gemäß dem zweiten Steuerzustand mit einer optimierten Förderleistung, wenn das Antriebsmotor-Drehmoment positiv ist und die vorherrschende Temperatur T zur gleichen Zeit zwischen dem mittleren Grenzwert Tbetween und dem oberen Grenzwert Tupper liegt, und
- - gemäß dem ersten Steuerzustand, wobei die Fluidpumpe 43, 43' ausgeschaltet ist oder mit minimaler Förderleistung läuft, wenn das Antriebsmotor-Drehmoment positiv ist und die vorherrschende Temperatur T des Getriebefluids zur gleichen Zeit zwischen dem unteren Grenzwert Tlower und dem mittleren Grenzwert Tbetween liegt.
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Die vorstehenden Grenzwerte Tlower, Tbetween, Tupper können vorbestimmte konstante Werte sein, die in Abhängigkeit von den Eigenschaften des Getriebefluids verwendet werden. Als typisches Beispiel könnten die folgenden Werte verwendet werden: Tlower = 90 °C, Tbetween = 100°C und Tupper = 110°C.
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Einer oder mehrere der Grenzwerte Tlower, Tbetween, Tupper, die verwendet werden, und insbesondere der obere Grenzwert Tupper, könnte(n) alternativ einen variablen Wert aufweisen, der durch die elektronische Steuervorrichtung 44 in Abhängigkeit von Informationen über die vorherrschenden und/oder geschätzten zukünftigen Betriebsbedingungen für das Kraftfahrzeug 1 bestimmt wird. Diese Informationen könnten beispielsweise die Umgebungstemperatur, die Motorleistung des Antriebsmotors 6, die Gangeinstellung des Getriebes 4, das Gesamtgewicht (d.h. das Gewicht der relevanten Fahrzeugkombination und seiner Ladung), die Topografie usw. betreffen. Die Topografie kann anhand eines Neigungsmessers in dem Kraftfahrzeug 1 oder anhand von kartografischen Daten und eines Positionsbestimmungssystems, wie etwa GPS (GPS = Globales Positionsbestimmungssystem) bestimmt werden. Die elektronische Steuervorrichtung 44 kann beispielsweise ausgebildet sein, um basierend auf diesen Informationen und im Voraus bestimmten Kriterien zu bestimmen, ob die Betriebsbedingungen den Betriebsbedingungen für leichteren Betrieb mit relativ geringem vorweggenommenem Kühlbedarf für das Getriebe 4 in unmittelbarer Zukunft oder für stärkeren Betrieb mit relativ hohem vorweggenommenem Kühlbedarf für das Getriebe 4 in unmittelbarer Zukunft entsprechen. In einer Situation mit leichterem Betrieb ist eine höhere Getriebefluidtemperatur im Vergleich zu einer Situation mit stärkerem Betrieb zulässig.
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Bei der in 9 abgebildeten Ausführungsform wendet die elektronische Steuervorrichtung 44 einen variablen oberen Grenzwert Tupper an, wodurch die elektronische Steuervorrichtung 44 in Abhängigkeit von Informationen über die vorherrschenden und/oder geschätzten zukünftigen Betriebsbedingungen für das Kraftfahrzeug 1 den oberen Grenzwert Tupper auf einen ersten Wert T1 in Verbindung mit den Betriebsbedingungen, von denen angenommen wird, dass sie einem leichteren Betrieb entsprechen, und auf einen zweiten Wert T2 in Verbindung mit den Betriebsbedingungen, von denen angenommen wird, dass sie einem stärkeren Betrieb entsprechen, einstellt. Der erste Wert T1 ist höher als der zweite Wert T2, und die Größenordnung dieser Werte T1, T2 wird in Abhängigkeit von den Eigenschaften des verwendeten Getriebefluids eingestellt. Als typisches Beispiel könnten die folgenden Werte verwendet werden: T1 = 120 °C und T2 = 110 C.
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Es ist natürlich auch möglich, eine größere Anzahl von Grenzwerten und Steuerzuständen als zuvor beschrieben zu verwenden, um dadurch eine noch präzisere Steuerung der Förderleistung der Fluidpumpe 43, 43' zu erreichen.
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Computerprogrammcode zum Umsetzen eines Verfahrens gemäß der Erfindung ist entsprechend in einem Computerprogramm enthalten, das in den internen Speicher eines Computers eingegeben werden kann, wie etwa den internen Speicher einer Steuereinheit eines Kraftfahrzeugs. Ein derartiges Computerprogramm wird entsprechend über ein Computerprogrammprodukt, das ein Speichermedium für computerlesbare Daten enthält, zugeführt, wobei das Computerprogrammprodukt auf dem Datenspeichermedium gespeichert ist. Das Datenspeichermedium ist beispielsweise ein optisches Datenspeichermedium in Form einer CD-ROM, einer DVD usw., ein magnetisches Datenspeichermedium in Form einer Festplatte, einer Diskette, einer Kassette usw., oder ein Flash-Speicher oder ein Speicher nach Art eines ROM, PROM, EPROM oder EEPROM.
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6 bildet sehr schematisch eine elektronische Steuereinheit 50 ab, die Ausführungsmittel 51, wie etwa eine Zentraleinheit (CPU), zum Ausführen von Computer-Software umfasst. Die Ausführungsmittel 51 kommunizieren mit einem Speicher 52, z.B. nach Art eines RAM, über einen Datenbus 53. Die Steuereinheit 50 umfasst auch ein Datenspeichermedium 54, z.B. in Form eines Flash-Speichers oder eines Speichers nach Art eines ROM, PROM, EPROM oder EEPROM. Die Ausführungsmittel 51 kommunizieren mit dem Datenspeichermittel 54 über den Datenbus 53. Ein Computerprogramm, das Computerprogrammcode enthält, um ein Verfahren gemäß der Erfindung umzusetzen, z.B. gemäß einer der in 7 bis 9 abgebildeten Ausführungsformen, ist auf dem Datenspeichermedium 54 gespeichert.
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Die Anordnung und das Verfahren gemäß der Erfindung sind insbesondere zur Verwendung in einem schweren Kraftfahrzeug, wie etwa einem Bus, einem Traktor oder einem Lastkraftwagen, gedacht, sie könnten jedoch auch in einem Schiff, einem Kraftwerk oder einer anderen Einrichtung verwendet werden.
