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Steuerung oder Regelung eines automatischen oder automatisierten Getriebes

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Steuern oder Regeln eines automatischen oder automatisierten Getriebes in einem Kraftfahrzeug nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 1 1.

Ein Beispiel für ein automatisiertes Getriebe für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug ist das bekannte Doppelkupplungsgetriebe. Unter den zahlreichen möglichen Bauformen automatischer Getriebe hat sich das Umschlingungsgetriebe als hervorragend geeignet erwiesen.

Ein Getriebe besteht in der Regel aus Mitteln zum Anfahren, zum Beispiel einer Mehrscheiben-Nasskupplung oder einem Wandler, aus Mitteln zum ändern des übersetzungsverhältnisses, wie zum Beispiel Zahnrädern mit verschiedenen Durchmessern oder einem Paar Kegelscheiben mit einer Gliederkette zur Kraftübertragung, und aus Mitteln, die die Einrichtungen zum ändern des übersetzungsverhältnisses verstellen, zum Beispiel hydraulische Aktoren zum Bewegen von Schaltfingern.

Eine äußerst wichtige Rolle beim Betreiben eines Getriebes spielt das öl. Es dient insbesondere als Schmier- und Kühlmittel, als Antikorrosionsmittel und zum Druckaufbau in der Hydraulik. Das öl bestimmt das Betriebsverhalten und die Lebensdauer des Getriebes entscheidend mit.

Die Eigenschaften des öls verändern sich während des Betriebs und der Lebensdauer. Sobald irgendeine Eigenschaft des öls außerhalb eines gewünschten Bereichs liegt, hat das öl sein Nutzlebensdauerende erreicht. Das öl dann weiterzuverwenden, beeinträchtigt die Lebensdauer und das Betriebsverhalten des Getriebes.

Um das zu verhindern, schreiben die Hersteller im Allgemeinen einen Getriebeölwechsel in festen Intervallen vor, meist abhängig von der Kilometerleistung. Bei extremer

Beanspruchung des Getriebes kann aber das Nutzlebensdauerende des öls schon vor dem vorgeschriebenen ölwechselintervall erreicht sein. Gleicherweise fatale Folgen für das

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Betriebsverhalten des Getriebes kann ein Nichtbeachten des vorgeschriebenen Wechselintervalls haben.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Steuerung oder Regelung eines automatischen oder automatisierten Getriebes zu schaffen, das einen sicheren und wirtschaftlichen Betrieb des Getriebes gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Durch das Ermitteln und Auswerten von charakteristischen ölparametem wird es möglich, dass, wenn das öl sein Nutzlebensdauerende erreicht hat, durch gezieltes Steuern oder Regeln bestimmter Getriebeparameter Schaden am Getriebe vermieden wird. Insbesondere sind dies Getriebeparameter, die das übersetzungsverhältnis nicht beeinflussen.

Die ölparameter, die vorzugsweise gemessen werden, sind zum Beispiel der ölstand, die öltemperatur, der öldruck oder der ölzustand. Vorteilhafterweise wird nicht nur ein ölparameter ermittelt, sondern eine Kombination aus mehreren, wie zum Beispiel ölstand und Temperatur.

Das öl beeinflusst auch den Reibwert und damit die Momentenübertragung in der Kupplung. Veränderungen im öl können insbesondere durch änderungen im Kupplungsanpressdruck ausgeglichen werden.

Ein weiterer Getriebeparameter, der von den Eigenschaften des Getriebeöls abhängt, ist die Ansteuerfrequenz und/oder Ansteueramplitude der elektromagnetischen Ventile in der hydraulischen Steuerung des Getriebes. Zum Beispiel liegt die Ansteuerfrequenz vorzugsweise im Bereich von I kHz. Dieser Ansteuerfrequenz wird vorzugsweise ein niederfrequentes Signal, beispielsweise von 50 Hz, überlagert, um ein Kleben der mechanischen Ventilkomponenten zu verhindern. Verändert sich das Fließverhalten des öls im Laufe der Lebensdauer, so muss unter Umständen die überlagerungsfrequenz angepasst werden.

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Speziell in stufenlosen Getrieben, wie dem Umschlingungsgetriebe oder dem Toroidgetriebe, hängt die Kraftübertragung im übersetzungselement, insbesondere den Kegelscheiben bzw. Kegelkörpem von den Eigenschaften des öls ab. Veränderungen im öl werden insbesondere durch Druckänderungen an den Kegelscheiben bzw. Kegelkörpern ausgeglichen.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Getriebe zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Getriebe mit den im Anspruch 1 1 angegebenen Merkmalen.

Das Getriebe umfasst mindestens ein übersetzungselement, einen ölsumpf und eine hydraulische Steuerung. Ein oder mehrere Sensoren im Getriebe messen mindestens einen für das öl charakteristischen ölparameter, wie zum Beispiel die öltemperatur oder den öldruck. Der oder die gemessenen Werte werden in einem Getriebesteuergerät ausgewertet. Basierend auf dieser Auswertung wird mindestens ein Getriebeparameter, wie zum Beispiel der Anpressdruck in der Kupplung gesteuert bzw. geregelt. Das Anfahrelement kann insbesondere eine Kupplung oder ein hydraulischer Wandler sein.

Ein Sensor zum Messen mindestens eines ölparameters kann in der hydraulischen Steuerung des Getriebes angeordnet sein. Vorzugsweise wird dort der öldruck gemessen, der im Bereich von bis zu 80 bar liegt.

In vielen Fällen ist das Getriebesteuergerät außerhalb des Getriebes angeordnet. Dadurch kann das Steuergerät, da es nicht notwendigerweise öldicht sein muss, günstiger hergestellt werden.

Das Getriebesteuergerät kann aber auch im Getriebe angeordnet sein. Das hat den Vorteil, dass eine komplette elektrohydraulische Steuerung als System verbaut, parametrisiert und Verkabelung gespart werden kann. Um noch weiter Bauraum zu sparen, wird vorteilhafterweise der Sensor zum Messen mindestens eines ölparameters am oder im

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Getriebesteuergerät angebracht, wobei dann insbesondere ein Teil der Elektronik, wie zum Beispiel die Spannungsversorgung, gemeinsam genutzt werden kann.

In der nachfolgenden Beschreibung werden die vorteilhaften Merkmale und Einzelheiten der Erfindung in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei sind in einzelnen Varianten beschriebene Merkmale und Zusammenhänge grundsätzlich auf alle Ausführungsbeispiele übertragbar. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Getriebes mit dem Getriebesteuergerät im Getriebe und dem Sensor am Getriebesteuergerät,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Getriebes mit dem Getriebesteuergerät außerhalb des Getriebes und dem Sensor in der hydraulischen Steuerung.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines automatischen oder eines automatisierten Getriebes 1 mit dem Getriebesteuergerät 7 im Getriebe 1 und dem Sensor 6 am Getriebesteuergerät 7. Die Kupplung 2 dient als Anfahrhilfe und überbrückt die Drehzahldifferenz zwischen Motor und Antriebsstrang. Sie ist vorzugsweise als Reibkupplung oder als hydrodynamischer Wandler ausgeführt. Im übersetzungselement 4 geschieht die Motordrehmoment- und die Motordrehzahlwandlung in Abhängigkeit vom Zugkraftbedarf des Kraftfahrzeugs. Die nachfolgenden Ausführungen werden beispielhaft an einem stufenlos verstellbaren Umschlingungsgetriebe deutlich gemacht. Das übersetzungselement 4 in einem Umschlingungsgetriebe besteht im wesentlichen aus einem Kegelscheibenpaar mit Primär- und Sekundärscheiben und einem Stahlband oder einer Gliederkette dazwischen zur Kraftübertragung. Die Primär- und Sekundärscheiben besitzen jeweils eine in der Regel mittels einer Hydraulik axial verschiebbare Kegelscheibenhälfte. Das Stahlband durchläuft zur Drehmoment- und Drehzahlwandlung die verschiedenen Radien auf den jeweiligen Kegelscheiben. Die Welle der Primärscheibe ist als Getriebeeingangswelle mit der Kurbelwelle des Motors verbunden und die Welle der Sekundärscheibe bildet die Getriebeabtriebswelle zum Achsantrieb hin.

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Das Getriebesteuergerät 7 ist in Fig. 1 im Getriebe 1 angeordnet und steht mittels eines Steckers 9 in Verbindung mit Sensoren und/oder anderen Elektronikeinheiten außerhalb des Getriebes. Das Getriebesteuergerät 7 steuert bzw. regelt verschiedene Getriebeparameter, die zum einen das übersetzungsverhältnis beeinflussen bzw. das übersetzungsverhältnis konstant lassen. Insbesondere geschieht diese Steuerung oder Regelung des Getriebes 1 mittels Steuerung oder Regelung des ölflusses und des öldrucks in der hydraulischen Steuerung 3. Die Steuermittel in der hydraulischen Steuerung 3 sind insbesondere elektromagnetische Ventile 8, die ihrerseits wieder, in Fig. 1 nicht gezeigte Verstell- und/oder Anpresszylinder betätigen. Der Getriebeparameter, der im wesentlichen das übersetzungsverhältnis in dem stufenlos verstellbaren Umschlingungsgetriebe bestimmt, ist der Druck auf die axial verschiebbaren Kegelscheibenhälften der Primär- bzw. Sekundärscheiben. Dadurch wird das kraftübertragende Stahlband auf verschiedene Radien der Kegelscheiben gezwungen und das Momenten- und/oder das Drehzahlverhältnis zwischen Antriebs- und Abtriebsseite gezielt verändert. Ein Getriebeparameter, der das übersetzungsverhältnis nicht beeinflusst, ist zum Beispiel der Anpressdruck in der Kupplung 2. Durch die Regelung des Anpressdrucks wird der Schlupf in der Kupplung 2 geregelt und des weiteren kann zum Beispiel mittels einer den Rupfschwingungen entsprechenden Modulation des Anpressdrucks das als sehr störend empfundene Kupplungsrupfen minimiert bzw. eliminiert.

In Fig. 1 ist der Sensor 6 zur Messung eines oder mehrerer ölparameter am Getriebesteuergerät 6 angeordnet und ragt zumindest teilweise in den ölsumpf 5. Es können aber auch mehrere Sensoren 6 verwendet werden. Die ölparameter, die vorzugsweise gemessen werden, sind der ölstand, die öltemperatur und der ölzustand. Ist ein Sensor, wie in Fig. 2 gezeigt, in der hydraulischen Steuerung 3 angeordnet, so kann damit vor allem der öldruck in diesem Teil des Getriebes 1 ermittelt werden.

Der ölstand im ölsumpf 5 wird vorzugsweise mittels eines kapazitiven Sensors 6 gemessen. Ein zu niedriger ölstand kann auf Grund zu geringer Schmierung zu erhöhten

Reibungsverlusten im Getriebe 1 führen. Die damit einhergehende Temperaturerhöhung des

öls wird vorteilhafterweise gleichzeitig mittels eines Temperatursensors 6 gemessen. Der

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Temperatursensor 6 ist in der Fig. 1 in dem den ölstand messenden Sensor 6 integriert, kann aber auch davon getrennt angeordnet sein. Um eine Beschädigung des Getriebes 1 durch überhitzung zu vermeiden, können insbesondere die Maximaldrehzahl und das übertragene Maximalmoment durch das Getriebesteuergerät 7 auf niedrige Werte begrenzt werden.

Die ölzustandsmessung ist vorzugsweise im kapazitiven Sensor 6 integriert. Eine gängige Methode zur Bestimmung des ölzustands ist die Messung der Impedanz des öls bei verschiedenen Frequenzen, wie sie zum Beispiel in der US 6,861,851 B2 beschreiben ist. Ausgehend vom Zustand des frischen öls wird die änderung der Impedanz und daraus der Permittivität des öls über die Zeit gemessen. Daraus lassen sich insbesondere Aussagen treffen über den Verschmutzungsgrad, die Sauerstoffverunreinigung oder die Schaumbildung des öls. All diese Parameter wirken sich negativ auf den Zustand des öls und damit auf die Funktion des Getriebes aus. Ein erhöhter Verschmutzungsgrad zum Beispiel verändert den Reibwert des öls, so dass sowohl der Anpressdruck in der Kupplung 2, als auch der Druck auf die verschiebbaren Kegelscheibenhälften im übersetzungselement 4 angepasst werden, um ein Durchrutschen der Kupplung 2 bzw. des Stahlbandes im übersetzungselement 4 zu verhindern.

Fig. 2 zeigt ein Getriebe 1 wie in Fig. 1, mit dem Unterschied, dass das Getriebesteuergerät 7 außerhalb des Getriebes 1 angeordnet ist und der Sensor 6 zum Messen mindestens eines

ölparameters in der hydraulischen Steuerung untergebracht ist. Der Sensor 6 misst vorzugsweise den öldruck in der hydraulischen Steuerung 3. Der öldruck ist unter anderem abhängig vom Verschmutzungsgrad oder dem Schaumgehalt des öls. Der öldruck bestimmt insbesondere sowohl die Momentenübertragung im übersetzungselement 4 als auch den Schlupf in der Kupplung.

Die verschiedenen ölparameter wie Druck, Temperatur, Füllhöhe oder ölzustand können also in einem oder in mehreren Sensoren einzeln oder in verschiedenen Kombinationen gemessen werden. Es ist vorteilhaft, mehrere ölparameter gleichzeitig zu messen und in eine Plausibilitätsbetrachtung in der Steuerung oder Regelung des Getriebes 1 einfließen zu lassen. So kann beispielsweise das Feststellen einer zu geringen Füllhöhe durch einen Anstieg in der öltemperatur und/oder einen Abfall im öldruck bestätigt werden.

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Es ist durchaus denkbar, dass, wenn Werte der ölparameter außerhalb eines Toleranzbereichs liegen, eine entsprechende Information an den Fahrer ergeht, im Zentralsteuergerät abgelegt wird und bei der nächsten Inspektion ausgelesen werden kann oder gleich per Funk an eine zuständige Wartungseinrichtung weitergegeben wird.

Somit wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung oder Regelung eines automatischen oder automatisierten Getriebes geschaffen, wodurch ein sicherer und wirtschaftlicher Betrieb gewährleistet wird.

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Bezugszeichenliste

1. Getriebe 2. Kupplung

3. hydraulischen Steuerung

4. übersetzungselement

5. ölsumpf

6. Sensor 7. Getriebesteuergerät

8. Ventile

9. Stecker