DE19861448B4

DE19861448B4 - Verfahren zum Überprüfen eines Temperatursensors innerhalb eines Aktors, insbesondere für eine automatisierte Kupplung

Info

Publication number: DE19861448B4
Application number: DE19861448A
Authority: DE
Inventors: Alfons Wagner; Michael Dr. Salecker; Thomas Rammhofer; Jan Grabenstätter
Original assignee: LuK GS Verwaltungs GmbH and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 1997-06-04
Filing date: 1998-05-28
Publication date: 2009-02-05
Anticipated expiration: 2018-05-29

Abstract

Verfahren zum Überprüfen eines Temperatursensors innerhalb eines Aktors, insbesondere für eine automatisierte Kupplung, bei welchem Verfahren der Aktor innerhalb eines Prüfzyklus in einer vorbestimmten zeitlichen Folge durch Beaufschlagung mit geregeltem Strom ein Übertragungsglied um vorbestimmte Wege verstellt und die von dem Temperatursensor während des Prüfzyklus gemessene Temperaturprüfkurve mit einer Temperatursollkurve verglichen wird, die in einem gleichen Prüfzyklus bei in einwandfreiem Zustand befindlichem Temperatursensor gemessen wurde, wobei eine über ein bestimmtes Maß hinausgehende Abweichung zwischen der Temperaturprüfkurve und der Temperatursollkurve als auf einen fehlerhaften Zustand des Temperatursensors hinweisend gewertet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überprüfen eines Temperatursensors innerhalb eines Aktors, insbesondere für eine automatisierte Kupplung.
Die Automatisierung bisher fußbetätigter Kupplungen in Kraftfahrzeugen findet zunehmende Verbreitung. Solche Kupplungen führen einerseits zu einer erheblichen Komfortverbesserung. Andererseits sind sie insbesondere bei automatisierten, bisher von Hand geschalteten Schaltgetrieben unumgänglich und führen dort zum Komfort eines mit herkömmlichem automatischen Getriebe ausgerüsteten Fahrzeugs, allerdings ohne dessen Mehrverbrauch aufzuweisen.
In der Betätigungsübertragung von einem Kupplungsaktor, beispielsweise einem Elektromotor, zur Kupplung selbst befindet sich meist ein Geberzylinder, dessen Geberkolben von dem Aktor betätigt ist, und ein über eine Hydraulikleitung mit dem Geberzylinder verbundener Nehmerzylinder, dessen Nehmerkolben unmittelbar die Kupplung betätigt. Bei tiefen Temperaturen nimmt die kinematische Viskosität des Hydraulikfluids stark zu. Beim Öffnen der Kupplung führte dies zu erhöhten Leitungsdrucken, was bei sehr hoher Leistungsfähigkeit des Aktors bzw. Aktors mit der Gefahr verbunden ist, daß die hydraulischen Komponenten durch unzulässig hohe Leitungsdrucke zerstört werden. Da jedoch die Leistungsfähigkeit des Aktors begrenzt ist, sinkt mit abnehmender Temperatur die Verstellgeschwindigkeit, wodurch mögliche Druckanstiege zu keiner Überbeanspruchung von Komponenten führen.
Beim Schließen der Kupplung muß die Kraft der Kupplungsrückstellfeder Druckverluste in der Leitung zwischen Geberzylinder und Nehmerzylinder kompensieren. Bei tiefen Temperaturen besteht die Gefahr, daß die Druckverluste nicht mehr von der Rückstellkraft kompensiert werden, wodurch im Arbeitsraum des Geberzylinders ein Unterdruck auftritt, der dazu führt, daß sich das aus den beiden Arbeitsräumen und der Leitung bestehende Hydrauliksystem aufpumpt, was zu gravierenden Funktionsfehlern führen kann.
Durch die DE 44 12 973 C2 wird ein Verfahren zur Anpassung einer fühlertypspezifischen Kennlinienfunktion, welche eine theoretische Fühlertemperatur als Funktion des Widerstands darstellt, an die reale Kennlinie eines Widerstandstemperaturfühlers offenbart.
Die DE 39 31 517 C2 sowie DE 39 90 872 C2 offenbaren eine Fail-Safe Vorrichtung für einen Temperatursensor.
Durch die Patent Abstract of Japan JP 03244868 A wird das Durchführen einer Fehleruntersuchung eines Öltemperatursensors offenbart, wenn die Kühlwassertemperatur geringer als ein erster vorgegebener Wert oder höher als ein zweiter vorgegebener Wert ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Überprüfen eines Temperatursensors innerhalb eines Aktors, insbesondere für eine automatisierte Kupplung, anzugeben, mit welchem in einfacher Weise feststellbar ist, ob der Temperatursensor sich in einwandfreiem Funktionszustand befindet.
Der Anspruch 1 kennzeichnet das Verfahren zur Lösung der Erfindungsaufgabe. Mit diesem Verfahren läßt sich die Funktionstüchtigkeit eines Temperatursensors innerhalb eines Aktors, beispielsweise des Kupplungsaktors, feststellen, was für die Betriebszuverlässigkeit der Kupplung wichtig ist, da zu hohe Temperaturen innerhalb des Aktors auf Störungen innerhalb der Kupplung deuten und zu einer Zerstörung des Aktors führen können.
Mit den Merkmalen des Anspruchs 2 wird die Zuverlässigkeit des Verfahrens gemäß Anspruch 1 weiter verbessert.
Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert. Es stellen dar:
1 einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges mit einem Blockschaltbild der Kupplungssteuervorrichtung;
2 eine Detailansicht der Anordnung gemäß 1; und
3 bis 5 Kurven zur Erläuterung der Funktionsweisen der erfindungsgemäßen Verfahren.
Gemäß 1 weist ein Kraftfahrzeug einen Motor, wie eine Brennkraftmaschine, 2 auf, die über eine Kupplung 4 mit einem Getriebe, wie Schaltgetriebe, 6 verbunden ist, das über eine Kardanwelle 8 und ein Differential 10 die Hinterräder 12 antreibt. Zur Abbremsung des Kraftfahrzeugs dient eine Bremsanlage 14 mit einem Bremsgerät 16, das über ein Bremspedal 18 betätigt wird. Es ist nur die Verbindung vom Bremsgerät 16 zu dem linken Vorderrad dargestellt. Es vesteht sich, daß das Bremsgerät 16 mit allen Rädern des Kraftfahrzeugs zusammenwirkt.
Zur Steuerung der Last der Brennkraftmaschine 2 dient ein Fahrpedal 19, das eine Drosselklappe 21 ansteuert. Das Getriebe 6 wird mittels eines Schalthebels 23 geschaltet. Die Kupplung 4 ist automatisiert und wird von einer Betätigungseinheit, wie von einem Aktor, 25 über einen Geberzylinder 27 und einen Nehmerzylinder 29 betätigt. Der Aktor 25 wird von einer Steuereinheit, wie einem elektronischen Steuergerät, 31 aus angesteuert, das einen Mikroprozessor mit zugehörigen Speichern enthält und dessen Eingänge mit verschiedenen Sensoren des Antriebsstrangs verbunden sind, beispielsweise einem Sensor 32 für die Drehzahl der Brennkraftmaschine, einem Sensor 34 zur Erfassung der Raddrehzahl des Fahrzeugs, einem Sensor 36 zur Erfassung eines Schaltwunsches durch Betätigung des Ganghebels 23, einem Sensor 38 zur Erfassung der Stellung der Kupplung 4, einem Sensor 40 für die Stellung des Aktors 25, einem Sensor 42 zur Erfassung der Kühlwassertemperatur, einem Sensor 44 zur Erfassung der Temperatur der Ansaugluft sowie gegebenenfalls weiteren Sensoren. Die Vorrichtung weist eine Ermittlungseinheit zur Ermittlung einer Temperatur auf. Die Temperatur kann eine Außenlufttemperatur, Kühlwassertemperatur, Ansauglufttemperatur oder einer anderen Temperatur sein. Dabei kann eine Temperatur auch aus Daten einer anderen Temperatur unter Zuhilfenahme eines mathematischen Modelles des Fahrzeuges oder der thermischen Strecke zwischen den Bereichen, deren Temperatur verküpft werden.
Der Nehmerzylinder 29 wirkt unmittelbar mit dem Kupplungshebel 48 zusammen, der von einer nicht dargestellten Kupplungsrückstellfeder in seine Ruhelage gedrängt ist, in der die Kupplung 4 vollständig geschlossen ist, d. h. ihr maximales Moment übertragen kann.
2 zeigt die Bauteile der Kupplungsbetätigung in detaillierterer Darstellung. Im Nehmerzylinder 29 arbeitet ein Nehmerkolben 50, der im Inneren des Nehmerzylinders 29 einen Arbeitsraum 52 abgrenzt. Der Nehmerkolben 50 betätigt mittels seiner Kolbenstange 54 unmittelbar den Kupplungshebel 48 (1).
Vom Arbeitsraum 52 führt eine Leitung 56 in den Arbeitsraum 58 des Geberzylinders 27, in dem ein Geberkolben 60 arbeitet, der den Geberzylinder 27 in den Arbeitsraum 58 und einen Ausgleichsraum 62 unterteilt. In der Zylinderwand des Geberzylinders 27 ist eine sog. Schnüffelbohrung 64 ausgebildet, die über eine Leitung 66 mit einem Hydraulikfluidbehälter 68 verbunden ist, der nach außen hin entlüftet ist.
Der Geberkolben 60 weist ein Ventilglied auf, das zusammen mit ihm ein Rückschlagventil 70 bildet, das öffnet, wenn der Druck im Ausgleichsraum 62 den im Arbeitsraum 58 übersteigt. Zur Betätigung der Kolbenstange 72 des Geberkolbens 60 dient ein Kurbeltrieb 74, der von dem als Elektromotor ausgebildeten Aktor 25 angetrieben ist.
Die Positionierung der Anordnung ist folgende:
Der Nehmerkolben 50 befindet sich bei voll geschlossener Kupplung am linken Anschlag, wobei der Arbeitsraum 52 minimal ist und der Geberkolben 60 sich unmittelbar vor der Schnüffelbohrung 64 befindet. Wenn der Geberkolben 60 dann mittels des Aktors 25 weiter nach links bewegt wird, öffnet das Rückschlagventil 70, so daß Hydraulikfluid aus dem Ausgleichsraum 62 in den Arbeitsraum 58 überströmt. Wenn der Geberkolben 60 über die Schnüffelbohrung 64 weiter nach links bewegt wird, wird der Arbeitsraum 58 unmittelbar mit dem Hydraulikfluidbehälter 68 verbunden und das System zuverlässig drucklos. Wird der Geberkolben 60 nun zum Öffnen der Kupplung nach rechts bewegt, so beginnt der Druckaufbau genau in der Stellung, in der der Geberkolben 60 die Schnüffelbohrung 64 überfährt, so daß eine definierte Ausgangsposition bzw. Zuordnung zwischen Geberkolben 60 und damit Stellung des Aktors 25 und der voll geschlossenen Stellung der Kupplung 4 vorliegt. Der Geberkolben 60 wird dann mittels des Aktors 25 so weit nach rechts bewegt, bis die Kuppung vollständig öffnet. Zum Schließen der Kupplung muß der Geberkolben 60 nicht notwendigerweise wieder bis über die Schnüffelbohrung 64 hinwegbewegt werden, wenn beispielsweise die Kupplung gezielt nicht ihr volles Moment übertragen soll, was für viele Betriebszustände vorteilhaft ist. Der Nehmerkolben 50 bewegt sich dann nicht bis in seine Anschlagposition, vielmehr bleiben die Arbeitsräume 58 und 52 auch in Schließstellung der Kupplung unter Druck.
Bei sehr kaltem Hydraulikfluid kann der Zustand eintreten, daß beim Schließen der Kupplung (Bewegung des Geberkolbens 60 nach links mittels des Aktors 25) das dann zähe Hydraulikfluid nicht rasch genug durch die Leitung 56 hindurchströmt, so daß sich im Arbeitsraum 58 ein Unterdruck aufbaut, der zu einer Öffnung des Rückschlagventils 70 führt. Das Systemvolumen (Volumen der Arbeitsräume 52 und 58 zuzüglich des Volumens der Leitung 56) vergrößert sich dann, so daß sich die räumliche Zuordnung zwischen Geberkolben 60 und Nehmerkolben 50 verändert, was aus Gründen der Betätigungsgenauigkeit unerwünscht ist. Damit dieses Aufpumpen nicht geschieht, wird bei kleinen Temperaturen die Bewegungsgeschwindigkeit des Geberkolbens 60 in Schließrichtung der Kupplung verändert, wie in 3 dargstellt. S bedeutet die Strecke, um die der Geberkolben 60 verfahren wird. t bedeutet die Zeit. Dargestellt ist ein Betätigungszyklus, der ausgehend von geschlossener Kupplung die Kupplung zunächst öffnet (Stellung O). Bei hohen Temperaturen erfolgt die anschließende Schließbewegung (strichpunktierte Gerade 1) mit gleicher Geschwindigkeit wie die Öffnungsbewegung. Mit zunehmend niedrigeren Temperaturen erfolgt die Schließbewegung (Gerade 2 und 3) mit zunehmend langsamerer Geschwindigkeit. Diese langsamere Geschwindigkeit bewirkt, daß das Hydraulikfluid die Leitung 56 rasch genug durchströmen kann, damit sich im Arbeitsraum 58 kein Unterdruck aufbaut.
Eine andere Lösung für die bei tiefen Temperaturen auftretende Problematik ist in 4 dargestellt. T stellt die Temperatur dar; h ist der Hub, um den der Geberkolben 60 ausgehend von der Stellung der voll geöffneten Kupplung verfahren wird. SB gibt die Position der Schnüffelbohrung 64 an. Wie ersichtlich, ist der Hub bei geringen Temperaturen immer derart, daß die Schnüffelbohrung überfahren wird, so daß beim nächsten Betätigungszyklus wieder definierte Anfangsbedingungen herrschen. Bei höheren Temperaturen kann mit kleinerem Hub gefahren werden, wodurch es möglich ist, das Moment, das die geschlossene Kupplung überträgt, entsprechend den Betriebsbedingungen zu steuern. Je nach herrschenden Temperaturen oder je nach Auswertung der Signale der Sensoren 38 und 40 (1) kann zwischen Betriebszyklen der Kupplung ein sog. Schnüffelzyklus gefahren werden, bei dem der Geberkolben 60 gezielt über die Schnüffelbohrung 64 hinaus bewegt wird, so daß die definierten Anfangsbedingungen für die Kupplung wieder hergestellt sind. Mit Abnehmen der Temperatur und zunehmendem Hub (geringe Momentenanpassung) erhöht sich die Notwendigkeit, gezielte Schnüffelzyklen einzubauen bzw. beim Schließen der Kupplung den Geberkolben 60 über die Schnüffelbohrung hinaus zu bewegen. Dies ist besonders vorteilhaft unter Verwendung einer Vorrichtung zur Steuerung des von einer automatisierten Kupplung übertragbaren Drehmomentes im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges mit einem Motor und einem Getriebe mit einem Schaltelement zur Auswahl der Getriebeübersetzung und einem Sensor zur Detektion der Getriebeübersetzung, der Motor stellt abtriebsseitig ein steuerbares anstehendes Motormoment zur Verfügung, mit einer von einer Steuereinheit ansteuerbaren Betätigungseinheit, wie Aktor, zur Steuerung des von der Kupplung übertragbaren Drehmomentes, wobei die Steuereinheit das von der Kupplung übertragbare Drehmoment in Abhängigkeit von dem anstehenden Motormoment steuert, mit einer Einrichtung zur Ermittlung einer Temperatur, wobei das Kupplungsmoment innerhalb eines vorgebbaren Toleranzbandes um das anstehende Motormoment gesteuert wird und das Toleranzband abhängig von einer Temperatur ist.
Somit kann eine Überanpressung der Kupplung bei tiefen Temperaturen im Vergleich zu hohen Temperaturen erhöht werden. Eine Momentennachführung als Funktion der Temperatur, das heißt, das das von der Kupplung übertragbare Drehmoment in bezug auf das anstehende Motormoment als Funktion der Temperatur ist besonders vorteilhaft. Es ist beispielsweise bei hohen Temperaturen zweckmäßig, wenn das von der Kupplung übertragbare Drehmoment beispielsweise ein 1.05faches des Motormomentes ist und bei tiefen Temperaturen beispielsweise ein 2faches des Motormomentes ist. Diese Zahlenwerte sind Beispiele, wobei bei hohen Temperaturen ein Bereich von 1.02 bis 1.5 vorteilhaft ist und bei tiefen Temperaturen ein Bereich von 1.5 bis 2.5 vorteilhaft ist. Der Wert der Überanpressung k, mit M_kupplung = k·M_motor, kann als Funtion der Temperatur ansteigen. M_kupplung und M_motor sind das von der Kupplung übertragbare Drehmoment und das anstehende Motormoment.
In einem anderen Ausführungsbeispiel kann es zweckmäßig sein, wenn unterhalb einer Grenztemperatur die Momentennachführung abgeschaltet wird und das von der Kupplung übertragbare Drehmoment auf den maximalen Wert eingestellt wird, die Kupplung somit vollständig eingerückt wird.
Die Temperaturen, ab denen die Betätigungszyklen der Kupplung gemäß den 3 und/oder 4 notwendig sind, hängen von dem Hydraulikfluid und den geometrischen Bedingungen in den Zylindern und der Verbindungsleitung sowie der Rückstellkraft der Kupplung ab und können experimentell ermittelt werden. Zur Bestimmung der Temperatur des Hydraulikfluids sind keine besonderen Sensoren notwendig, wenn die Temperatur nach folgendem Algorithmus bestimmt wird: TFI,i+1 = kMot × Dt × TMot + kLuftDt TLuft + (1-kMot × Dt + kLuft × Dt) TFI,i,wobei Dt ein Zeitintervall i ist, k_Mot und k_Luft empirisch ermittelte Konstanten sind und T_Luft sowie T_Mot jeweils die mittleren Temperaturwerte der Ansauglufttemperatur und der Motortemperatur (angenähert durch die Kühlwassertemperatur) während des jeweiligen Zeitintervalls i sind, T_FI,i+1 die Fluidtemperatur zum Ende des Zeitintervalls i sowie T_FI,i die Fluidtemperatur zu Beginn des Zeitintervalls i ist.
Für die Betriebssicherheit der automatisierten Kupplungsbetätigung ist es vorteilhaft, die Temperatur des meist als Elektromotor ausgebildeten Aktors 25 zu kennen. Dazu ist der Aktor 25 mit einem Temperatursensor 76 (2) ausgerüstet, dessen Ausgangssignal vom Steuergerät 31 mit ausgewertet wird. Zur Überprüfung der Funktionstüchtigkeit des Temperatursensors 76 ist es vorteilhaft, in den jeweils möglichen Betriebszuständen, beispielsweise im Nullgang, den Aktor vom Steuergerät 31 her mit einer Signalfolge gemäß 5a zu beaufschlagen, in der während einer bestimmten Zeitdauer, beispielsweise jeweils 1 s lang die Kolbenstange 72 um einen Weg von 15 mm verfahren werden soll, der mittels des Sensors 40 festgestellt wird. Das Steuergerät regelt den dem Aktor 25 zugeführten Strom derart, daß sich der dargestellte Sollwegverlauf ergibt, wobei die Verfahrdauer jeweils etwa 150 ms beträgt. Die Betätigung des Aktors 25 gemäß 5a führt zu einer Erhöhung der Aktor- bzw. Aktortemperaturen gemäß 5b. Die Temperaturerhöhung während des Zyklus gemäß 5a wird im Steuergerät 31 erfaßt und ausgewertet. Liegt sie außerhalb der punktiert in 5b eingetragenen Plausibilitätsgrenzen, so erfolgt eine Fehleranzeige. Es versteht sich, daß die Solltemperaturänderung (durchgezeichnete Gerade gemäß 5b) empirisch ermittelt wird, wenn sichergestellt ist, daß die Kupplung sich insgesamt in einwandfreiem Funktionszustand befindet. Zur Erhöhung der Aussagesicherheit kann der Strom zusätzlich erfaßt werden, der dem Aktor 25 zugeführt werden muß, damit sich der Betriebszyklus gemäß 5a einstellt. Weicht die Stromaufnahme von der bei in einwandfreiem Zustand der Kupplung ermittelten Stromaufnahme ab, so deutet dies auf einen Fehler im Kupplungssystem oder im Aktor.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer automatisierten Kupplung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs und zeichnet sich beispielsweise dadurch aus, daß der Aktor derart gesteuert wird, daß auch bei tiefen Temperaturen bei einer Bewegung des Geberkolbens in Richtung einer Vergrößerung des Arbeitsraums im Geberzylinder ein durch die Rückstellfeder der Kupplung vermittelter Überdruck im Arbeitsraum erhalten bleibt, so daß bei dieser Bewegung kein Hydraulikfluid vom Arbeitsraum in den Ausgleichsraum überströmt. Bei einem weiteren Verfahren wird der Geberkolben bei tiefen Temperaturen nach jedem Kupplungsbetätigungszyklus über eine Schnüffelbohrung hinaus bewegt, die den Arbeitsraum des Geberzylinders mit einem Flüssigkeitsvorrat verbindet.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des obigen Verfahrens.
Bei tiefen Temperaturen nimmt die kinematische Viskosität und somit die Fluidreibung des Fluidmediums, wie einer Bremsflüssigkeit, die als Hydraulikmedium oder -fluid verwendet wird, stark zu. Mit abnehmender Temperatur führt dies in Abhängigkeit von der GZ-Geschwindigkeit zu einer Zunahme der Druckverluste.
Öffnen der Kupplung:
Beim Öffnen der Kupplung führen Druckverluste zu erhöhten Leitungsdrücken. Wäre die Leistungsfähigkeit des Aktors groß, so würden Leitungsdrücke von über 100 bar den Aktor und die hydraulischen Komponenten zerstören. Da aber die Leistungsfähigkeit des Aktors bei kleineren Werten liegt, fällt die Aktorgeschwindigkeit und somit der Druckverlust ab. Dadurch werden die maximal aufteretenden Leitungsdrücke auf beispielsweise 40 bar begrenzt. Die bei tiefen Temperaturen ansteigenden Leitungsdrücke führen nicht zu einer Überlastung des Aktors.
Schließen der Kupplung:
Beim Schließen der Kupplung muß die Rückstellkraft der Kupplung den Druckabfall in der Leitung kompensieren. Unterhalb einer Fluidtemperatur von beispielsweise –15°C besteht die Gefahr, daß bei maximaler Aktorgeschwindigkeit die Druckverluste nicht mehr von der Rückstellkraft kompensiert werden können. Am Geberzylinder stellt sich Unterdruck ein und das Nachsaugventil öffnet. Falls nicht geschnüffelt wird, pumpt sich das System auf.
Für eine genaue temperaturabhängige Kupplungssteuerung ist es zweckmäßig, wenn die Fluidtemperatur bekannt ist. Ein einfaches Rechenmodell erlaubt eine Berechnung der Fluidtemperatur auf Basis vorhandener Temperatursignale ermöglicht. Bei tiefen Fluidtemperaturen nimmt die kinematische Zähigkeit der Bremsflüssigkeit und somit die Fluidreibung stark zu. Dies führt in Abhängigkeit von der Geberzylinder-Geschwindigkeit zu einer Vergrößerung des Druckverlusts. Es ist bei manchen Ausführungsbeispielen eine temperaturabhängige Kupplungs-steuerung zweckmäßig, weil eine Wasseraufnahme der Bremsflüssigkeit bereits ab einer Fluidtemperatur von –15°C zu Nachsaugproblemen führen kann.
Es werden folgende Fragen behandelt: Wie groß sind die Druckabfälle in der Leitung und im ZA in Abhängigkeit von Temperatur, Aktorgeschwindigkeit und Wasseraufnahme? Besteht die Gefahr, daß beim Öffnen der Kupplung der Aktor und die hydraulischen Komponenten überlastet werden? Ab welcher Temperatur tritt beim Schließen der Kupplung Nachsaugen auf? Welche Maßnahmen sind zu ergreifen, um ein Aufpumpen der hydraulischen Strecke zu verhindern? Wie kann die Fluidtemperatur in Abhängigkeit von bekannten Meßsignalen ermittelt werden?
1. Druckabfall in der hydraulischen Strecke
Da die Reynolds-Zahl in der hydraulischen Strecke klein ist, liegt eine rein laminare Strömung vor. Bei einer laminaren Strömung ist der Druckabfall Δp eine lineare Funktion der mittleren Strömungsgeschwindigkeit v:
Hierbei gilt für den Durchflußwiderstand:
wobei: ν kinematische Zähigkeit der Bremsflüssigkeit, ρ Dichte der Bremsflüssigkeit, l Leitungslänge, d Leitungsdurchmesser
Die hydraulische Strecke wird beispielsweise in zwei Bereiche aufgeteilt:
Strecke außerhalb der Getriebeglocke bestehend aus zwei Gummischläuchen und einer Leitung. Der hier auftretende Durchflußwiderstand wird mit c_Lei bezeichnet.
Strecke innerhalb der Getriebeglocke bestehend aus Leitung und Zentralausrücker. Der hier auftretende Durchflußwiderstand wird mit c bezeichnet.
In der folgenden Tabelle sind die Durchflußwiderstände (d. h. Δp = c·V_GZ) aufgeführt:

T [°C] –40 –35 –30 –20 –15 –10

C_Lei 0,423 0,219 0,127 0,053 0,036 0,026

c 0,082 0,041 0,023 0,009 0,007 0,005
Zwischen der kinematischen Zähigkeit der Bremsflüssigkeit und der Fluidtemperatur T_FI[°C] besteht im wesentlichen folgender Zusammenhang:
Mit A, B und n als vorgebbare Werte.
Hat die Bremsflüssigkeit q_W Gewichtsprozent Wasser aufgenommen, so kommt der Faktor (1 + q_W/C) hinzu. 1/C ist ein vorgebbarer Faktor.
Das Fluid, das sich innerhalb des in der Getriebeglocke liegenden Teils der hydraulischen Strecke befindet, wird stärker erwärmt als das Fluid außerhalb.
2. Öffnen der Kupplung bei tiefen Temperaturen
Beim Öffnen der Kupplung belastet der bei tiefer Temperatur aufgrund zunehmender Fluidreibung wachsende Druckanstieg den Aktor. Wegen der begrenzten Leistungsfähigkeit des Aktors nimmt die Ausrückgeschwindigkeit ab (Leistungsabgabe Aktor ∼ Geberzylinderdruck· Geberzylindergeschwindigkeit). Dem wirkt teilweise entgegen, daß sich bei tiefen Temperaturen die Leistungsfähigkeit des Aktors erhöht.
Am Prüfstand wurde beobachtet, daß der Aktor zwar langsamer läuft, sich aber nicht abschaltet. Obwohl der Durchflußwiderstand mit fallender Temperatur steigt, werden deshalb die Druckverluste aufgrund der Abnahme der Geberzylindergeschwindigkeit begrenzt (Δp = c·v_GZ).
3. Schließen der Kupplung bei tiefen Temperaturen
Nachsaugen tritt beispielsweise bei einem Unterdruck am GZ von p_NS = –0,025 bar auf, wenn das Nachsaugventil öffnet. Dieser Geberzylinderdruck wird dann unterschritten, wenn die absolute Rückstellkraft der Kupplung nicht mehr in der Lage ist, die auftretenden Druckverluste Δp zu überwinden.
Beim Schließen der Kupplung setzt sich die absolute Rückstellkraft F_Rück aus der Ausrück-kraft der Kupplung F_Kup, der Federkraft der Feder im ZA F_F,ZA und der Reibung des ZA F_Reib folgendermaßen zusammen: Rück = FKup – FF,ZA – FReib
Die Rückstellkraft baut am ZA folgenden Druck auf:
Am GZ herrscht der Druck:
Nachsaugen tritt an der Stelle des minimalen Geberzylinderdrucks p_GZ,Min auf. Hierbei hängt, wie aus (4) ersichtlich ist, p_GZ,Min vom Zentralausrückerdruck p_ZA und der Geberzylindergeschwindigkeit v_GZ ab.
Nachsaugen tritt beispielsweise auf wenn gilt: p_GZ,Min = p_NS.
Mit C_NS erhält man mit (2) die Fluidtemperatur ab der Nachsaugen auftritt. Hierbei ist der für Nachsaugen kritischste Fall der, in dem das Fzg. kalt ist (d. h. Fluidtemperatur T_FI = T_Lei = T_ZA).
Unterhalb einer Fluidtemperatur von beispielsweise X°C kann sich das System aufgrund Nachsaugen aufpumpen. Grundsätzlich bestehen zwei Möglichkeiten um Aufpumpen zu vermeiden:
Die Geberzylindergeschwindigkeit wird beim Schließen der Kupplung in Abhängigkeit von der Temperatur so heruntergesetzt, daß kein Nachsaugen auftreten kann.
Die Momentennachführung wird beispielsweise ab X°C abgeschaltet. Hierdurch schließt die Kupplung nach jedem Schaltvorgang vollständig, wodurch die Schnüffelbohrung freigegeben wird und Fluidausgleich stattfinden kann.
Über bekannte Temperatursignale wird auf die Fluidtemperatur geschlossen oder diese berechnet. Folgende für die Fluiderwärmung relevanten Temperaturen stehen beispielsweise über einen CAN-Datenbus zur Verfügung:

• Kühlwassertemperatur T_Kühl
• Ansauglufttemperatur T_An
• Außenlufttemperatur T_Auß

Wie bereits oben erwähnt, kann die hydraulische Strecke in zwei Temperaturbereiche unterteilt sein:
Fluidtemperatur T_Lei außerhalb und Fluidtemperatur T_ZA innerhalb der Getriebeglocke, wobei in der Regel gilt: T_ZA ≥ T_Lei
Nimmt man an, daß T_Lei die alleinige im System herrschende Temperatur ist, liegt man im Hinblick auf die Bestimmung der für das Aufpumpen kritischen Temperaturen auf der sicheren Seite. Hierbei hält sich der Sicherheitsabstand in Grenzen, da die Druckverluste im Bereich von T_ZA nur 15% des gesamten Druckverlusts ausmachen.
Wird das Fluid und die Leitung erwärmt bzw. abgekühlt, so ist der Wärmestrom zwischen Fluid und Umgebung proportional zum Temperaturgradienten zwischen der Umgebungstemperatur T_Um und Fluidtemperatur T_FI (Fluidtemperatur und Temperatur der Leitung ist nahezu gleich): Q . ∼ (TUm – TFI)
Die vom Fluid abgegebene bzw. aufgenommene Wärmemenge hängt von der Masse und der spezifischen Wärmekapazität des Fluids und der Leitung ab:
Für ein hinreichend kleines Zeitintervall Δt = t_i+1 – t_i lautet diese Gleichung vereinfacht:
hierbei ist T Um = (TUm,i+1 + TUm,i)/2 die mittlere Umgebungstemperatur im Zeitintervall Δt
Rechenmodell:
Von der Kühlwasser-, Ansaugluft- und Außentemperatur wird auf die Umgebungstemperatur geschlossen.
Es beeinflußt auch die Motortemperatur T_Mot als erwärmender Anteil und die Lufttemperatur T_Luft (Temperatur der von außen in den Motorraum eindringenden Luft) als abkühlender Anteil die Fluidtemperatur:
Motortemperatur:
In der Warmlaufphase (d. h. mittlere Kühlwassertemperatur T_Kühl > T_Mot,i) steigt die Kühlwassertemperatur relativ schnell an. Die Erwärmung des Motorblocks benötigt sehr viel mehr Zeit. Beim Abkühlen des Motors (d. h. T_Kühl < T_Mot,i) entspricht die Abkühlgeschwindigkeit des Kühlwassers ungefähr der des Motors. Für die mittlere Motortemperatur T Mot = (TMot,i+1 + TMot,i)/2 soll gelten: T Kühl > T Mot,i: T Mot,i+1 = kKühl·Δt·T Kühl + (1-kKühl·Δt)·TMot,i T Kühl ≤ TMot,i: TMot,i+1 = TMot,i
Lufttemperatur:
Mit Lufttemperatur wird die Temperatur der von außen in den Motorraum eindringenden Luft bezeichnet. Diese Temeratur ist in der Regel die Außenlufttemperatur T_Auß, kann aber auch die Ansauglufttemperatur T_An sein. Für die mittlere Lufttemperatur T _Luft soll gelten: T An > T Auß: T Luft = T Auß = (TAuß,i+1 + TAuß,i)/2 T An ≤ T Auß: T Luft = T An (TAn,i+1 + TAn,i)/2
Die Temperatur in der Leitung hängt nicht nur von den auftretenden Temperaturen, sondern auch von der Umströmung der Leitung (also von Fahrzeuggeschwindigkeit, Lüfter ein/aus), ab:
Bei geringer Umströmung: Die gemessene Außenlufttemeratur wird in diesem Fall von der Motorabwärme leicht beeinflußt (je tiefer die Außenlufttemperatur desto größer die Beeinflussung). Da die Ansauglufttemperatur in diesem Fall stark von der Motorabwärme beeinflußt wird, ist T Luft = T Auß .
Die berechnete Fluidtemperatur steigt somit mit der tatsächlich vorhandenen an.
Bei starker Umströmung: Die gemessene Außenlufttemeratur entspricht der wirklichen. Die Ansauglufttemperatur kann bei starker Anströmung sogar unter die Außenlufttemeratur abfallen, d. h. T Luft = T An . Die berechnete Fluidtemperatur fällt somit mit der tatsächlich vorhandenen ab.
Um mit diesen Temperaturen bei möglichst geringem Rechenaufwand ein ausreichend gutes Ergebnis zu erzielen, kann folgender Ansatz aufgestellt werden: (TFI,i+1 – TFI,i) = (TFI,Mot,i+1 – TFI,i) + (TFI,Luft,i+1 – TFI,i) (6)wobei: T_FI,Mot+1 ist T_FI,i+1 (siehe (5)) das sich ergibt wenn T _Um = T _Mot wobei k = k_Mot
T_FI,Luft,i+1 ist T_FI,i+1 (siehe (5)) das sich ergibt wenn T Um = T Luft wobei k = k_Luft (5) in (6):
Für die k-Werte kann beispielsweise angesetzt werden:
Es reicht aus das Rechenmodell zu starten, wenn T_Auß oder T_An unter –10°C fallen.
Startwerte:

TAn > TAuß: TFI,1 = TMot,1 = TAuß TAn ≤ TAuß: TFI,1 = TMot,1 = TAn

Das Rechenmodell kann beispielsweise abgebrochen werden, wenn die Zündung ausgeschaltet ist.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich weiterhin auf die ältere Anmeldung DE 195 04 847 , deren Inhalt ausdrücklich zum Offenbarungsinhalt der vorliegenden Anmeldung gehört.

Claims

Verfahren zum Überprüfen eines Temperatursensors innerhalb eines Aktors, insbesondere für eine automatisierte Kupplung, bei welchem Verfahren der Aktor innerhalb eines Prüfzyklus in einer vorbestimmten zeitlichen Folge durch Beaufschlagung mit geregeltem Strom ein Übertragungsglied um vorbestimmte Wege verstellt und die von dem Temperatursensor während des Prüfzyklus gemessene Temperaturprüfkurve mit einer Temperatursollkurve verglichen wird, die in einem gleichen Prüfzyklus bei in einwandfreiem Zustand befindlichem Temperatursensor gemessen wurde, wobei eine über ein bestimmtes Maß hinausgehende Abweichung zwischen der Temperaturprüfkurve und der Temperatursollkurve als auf einen fehlerhaften Zustand des Temperatursensors hinweisend gewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich der von dem Aktor aufgenommene Strom erfaßt wird und mit dem bei Aufnahme der Temperatursollkurve aufgenommenen Strom verglichen wird.