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DE10043423B4 - Verfahren zur Erfassung der Temperatur des Öles im Sumpf eines Getriebes - Google Patents

Verfahren zur Erfassung der Temperatur des Öles im Sumpf eines Getriebes Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Erfassung der Temperatur des Öles im Sumpf eines Getriebes mit einem Temperatursensor und einer das Signal desselben auswertenden Steuerungselektronik, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatursensor im Gehäuse der Steuerungselektronik angeordnet ist, daß das Gehäuse der Steuerungselektronik an einer Leitung angeordnet ist, die von dem durch eine Pumpe dem Sumpf entnommenen Öl durchströmt wird, wobei zwischen dem in der Leitung fließenden Öl und dem Gehäuse ein Wärmeübergang erfolgt, wodurch eine Temperatur (TSteuerungsbox) im Gehäuse der Steuerungselektronik erzeugt wird, die vom Temperatursensor erfaßt wird und ein Maß für die Temperatur (TSumpf) des Öles im Sumpf darstellt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung der Temperatur des Öles im Sumpf eines Getriebes nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • Es ist bekannt, die Temperatur des Öles an bestimmten Positionen im Getriebe, beispielsweise auch im Sumpf, mit der Hilfe von Temperatursensoren zu messen. Dies macht es erforderlich, Kabel zwischen dem Temperatursensor und dem Ort einer zugeordneten Steuerungselektronik zu verlegen. Ein Problem besteht dabei darin, daß eine derartige Temperaturerfassung relativ aufwendig und daher teuer und zudem auch störanfällig ist.
  • Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 41 24 722 A1 ist eine Einrichtung und ein Verfahren zum Schutz einer Reibungskupplung von thermischer Überlastung bekannt. Dabei wird so verfahren, dass aus der aus Drehzahldifferenz und übertragenem Drehmoment berechneten Reibleistung eine momentane Temperatur der Kupplung nach einem mathematischen Modell berechnet und dann mit Schwellenwerten verglichen wird. Von dem Resultat dieses Vergleiches hängt das Freigabesignal für ein Ventil für die Beaufschlagung des Kupplungsstellgliedes ab. Das europäische Patent EP 06 97 080 B1 offenbart ein Getriebesteuersystem für ein Kraftfahrzeug mit einem teilweise mit Öl gefüllten Gehäuse, in dem elektrische, mechanische und/oder hydraulische Steuermittel angeordnet sind. Weiterhin ist innerhalb des Gehäuses eine Steuerelektronik vorgesehen, welche zumindest teilweise von Öl umgeben ist. Ein Verfahren zur kalorischen Messung der Verlustleistung eines Getriebes ist aus der DE 31 08 242 A1 bekannt. Bei diesem Verfahren wird das Getriebe wärmeisoliert und die aus der Verlustleistung resultierende Wärme vorzugsweise über das Getriebeöl mit Hilfe einer Wärmesenke, insbesondere eines Wärmetauschers abgeführt. Bei Veränderung des Betriebeszustandes des Getriebes ändert sich auch die anfallende Verlustleistung und damit die abzutransportierende Wärmemenge. Schließlich offenbart die EP 0 646 779 B1 eine Vorrichtung zur Darstellung des Bildes der durch ein elektrisches Heizelement verursachten Erwärmung.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein Verfahren zur Erfassung der Temperatur des Öles im Sumpf eines Getriebes zu schaffen, das vergleichsweise kostengünstig und wenig störanfällig ist.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Erfassung der Temperatur des Öles im Sumpf eines Getriebes mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
  • Der wesentliche Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß im Gegensatz zu dem erläuterten Stand der Technik keine Verlegung von elektrischen Kabeln zwischen einem Temperatursensor im Bereich des Ölsumpfes und einer Steuerungselektronik erforderlich ist, weil bei der vorliegenden Erfindung der Temperatursensor direkt auf der Platine einer Steuerungselektronik angeordnet sein kann. Durch den Entfall der Kabelverlegung wird eine vergleichsweise kostengünstige und einfache Temperaturerfassung ermöglicht. Die relativ aufwendige Montage eines Temperatursensors im Sumpf kann entfallen. Vorteilhafter Weise ist die Störanfälligkeit des vorliegenden Verfahrens zur Erfassung der Sumpftemperatur in Getrieben sehr gering.
  • Besonders bevorzugt erfolgt der Wärmeübergang zwischen der Leitung und einer Fläche des Gehäuses der Steuerungselektronik, die von dem die Leitung durchströmenden Öl benetzt wird. Dabei bestehen das Gehäuse und die Leitung vorteilhafter Weise aus einem gut wärmeleitenden Material, zweckmäßiger Weise aus Metall. Insbesondere besteht das Gehäuse aus Aluminium.
  • Um ein für die Auswertung besonders geeignetes Signal zu erhalten, wird das vom Temperatursensor erhaltene Signal durch ein Filter, zweckmäßiger Weise durch ein PT1 Filter geglättet.
  • Besonders vorteilhaft ist es, die erfaßte Temperatur des Sumpfes durch einen Korrekturanteil zu korrigieren, der das Auftreten einer plötzlichen Verlustwärme berücksichtigt, durch die die Temperatur im Sumpf schnell erwärmt wird. Insbesondere wird der Korrekturanteil aus der an einer Naßkupplung entstehenden Verlustleistung an diskreten Zeitpunkten errechnet. Der Wert der errechneten Verlustleistung wird durch ein Filter, insbesondere ein PT1 Filter geglättet, um eine besonders vorteilhafte Auswertung zu ermöglichen.
  • Bei der Berechnung der Temperatur des Öles im Sumpf werden zur Vereinfachung des Verfahrens bevorzugt die folgenden Annahmen getroffen. Das aus dem Sumpf über die Pumpe und die Leitung geförderte Öl erreicht das Gehäuse der Steuerungselektronik ohne Temperaturänderungen und/oder die Temperaturen im Gehäuse sind gleich groß und/oder der Wärmeübergangsgradient zwischen Leitung und Gehäuse ist konstant.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren wird besonders vorteilhaft zum Schutz einer Kupplung herangezogen, wobei bei höheren Stahltemperaturen der Kupplung das Kupplungssollmoment durch einen Schutzanteil korrigiert wird, um ein höheres Kupplungssollmoment zu simulieren, um ein schnelleres Schließen der Kupplung zu bewirken. Der Schutzanteil wird dabei aus der nach der Erfindung erfaßten Temperatur des Öles im Sumpf ermittelt. Um ein sicheres Schließen der Kupplung zu erreichen, wird der nach der Erfindung erfaßte Temperaturwert integriert. Um ein zu frühes Eintreten der Schutzfunktion zu verhindern, wird bei einer bevorzugten Ausführungsform ein den Temperaturwert integrierender Integrator erst nach Ablauf einer Totzeit aktiviert, wobei die Totzeit vorteilhaft eine Funktion der erfaßten Temperatur sein kann. Dadurch wird erreicht, daß nach mehreren Anfahrten eines Kraftfahrzeuges wegen der steigenden Stahltemperaturen die Totzeit kleiner wird.
  • Im folgenden werden die Erfindung und deren Ausgestaltungen im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert. Es zeigen.
  • 1 in schematischer Darstellung die wichtigen Getriebekomponenten zur Erläuterung des Verfahrens;
  • 2 ein Blockschaltbild zur Erläuterung der Berechnung der Sumpftemperatur und
  • 3 ein Blockschaltbild zur Anwendung der Temperaturerfassung.
  • Zu der Erfindung führten die folgenden Überlegungen. Da die Temperaturerfassung mit einem Temperatursensor, der im Bereich des Ölsumpfes eines Getriebes angeordnet ist, wegen der erforderlichen Verlegung von elektrischen Kabeln zwischen dem Ort des Temperatursensors im Sumpf und dem Ort der zugehörigen Steuerungselektronik relativ aufwendig und daher kostenintensiv sowie auch störanfällig ist, wurde es im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung als wünschenswert empfunden, den Temperatursensor direkt in der Steuerungselektronik, vorzugsweise auf einer Platine derselben anzuordnen. Dies würde eine elegante Möglichkeit darstellen, Informationen über die Temperatur des Öles im Ölsumpf eines Getriebes zu erhalten, wobei bei der Realisierung dieser Idee eine Leitungsverlegung zwischen dem Ölsumpf und der Steuerungselektronik vollständig entfallen könnte.
  • Um jedoch die Temperatur des Öles im Sumpf eines Getriebes indirekt im Bereich der Steuerungselektronik erfassen beziehungsweise berechnen zu können, muß der Zusammenhang zwischen der Temperatur des Öles im Ölsumpf und der Temperatur in der Steuerungselektronik bekannt sein. Die Erfindung schlägt daher ein Verfahren zur Temperaturerfassung vor, bei dem der Temperatursensor im Bereich der Steuerelektronik angeordnet und das von der Pumpe aus dem Sumpf geförderte Öl an der Steuerungselektronik vorbeigeführt wird, wobei ein konvektiver Wärmeübergang zwischen dem Öl und der Steuerungselektronik stattfindet.
  • In der 1 ist der schematisch dargestellte Sumpf eines Getriebes mit 1 bezeichnet. Durch eine Pumpe 2 wird Öl aus dem Sumpf 1 über eine Leitung 3 gefördert. An der Leitung 3 ist das Gehäuse 4 einer Steuerungselektronik ange ordnet. Das Gehäuse und die Leitung 3 bestehen aus einem wärmeleitenden Material, vorzugsweise einem Metall, insbesondere aus Aluminium.
  • Dem Sumpf 1 wird Öl über eine Leitung 5 zugeführt, wobei das durch die Leitung 5 zugeführte Öl beispielsweise durch die Verlustleistung PVerlust einer schematisch dargestellten Naßkupplung 6 und/oder wenigstens eines anderen Elementes, das beim Betrieb Verlustwärme erzeugt, erwärmt wird.
  • Im Gehäuse 4 der Steuerungselektronik, vorzugsweise auf der darin vorgesehenen Platine, befindet sich ein Temperatursensor 7, der in der 1 schematisch dargestellt ist.
  • Damit nun durch den Temperatursensor 7 die Temperatur des aus dem Sumpf 1 durch die Pumpe 2 über die Leitung 3 geförderten Öles aus dem in der Leitung 3 an dem Gehäuse 4 der Steuerungselektronik vorbei fließenden Volumenstrom errechnet werden kann, wird für das Gehäuse 4 eine Wärmekapazität (m·c)Steuerungsbox angesetzt. Der Wärmeübergang am Gehäuse 4 wird maßgeblich von der vom Ölvolumenstrom benetzten Fläche A des Gehäuses 4 und dem dort herrschenden Wärmeübergangskoeffizienten α bestimmt.
  • Für das vorliegende Erfassungsverfahren werden vorzugsweise folgende Annahmen getroffen:
    • a) Das aus dem Sumpf 1 über die Pumpe 2 und die Leitung 3 geförderte Öl erreicht das Gehäuse 4 der Steuerungselektronik ohne nennenswerte Temperaturänderungen.
    • b) Die Temperaturen im Gehäuse 4 der Steuerungselektronik sind annähernd gleich groß.
    • c) Der Wärmeübergangskoeffizient α hängt grundsätzlich von der Geschwindigkeit des vorbei fließenden Öls ab. Für die Temperaturerfassung wird ein konstanter Wärmeübergangskoeffizient α angesetzt, mit dem sich alle Betriebszustände zufriedenstellend abdecken lassen.
  • Mit diesen Annahmen gilt für die Temperaturänderung an beziehungsweise in dem Gehäuse 4 der Steuerungselektronik: dTSteuerungsbox·(m·c)Steuerungsbox = (TSumpf – TSteuerungsbox)·(A·α)Steuerungsbox·dt (1)
  • Nach der Temperatur des Öles im Sumpf 1 aufgelöst ergibt sich: TSumpf = TSteuerungsbox + k1·TSteuerungsbox mit k1 = (m·cA·α )Steuerungsbox (2)
  • Gemäß 2 wird das Ausgangssignal TSteuerungsbox des Temperatursensors 7 einem Filter 8, vorzugsweise einen PT1-Filter, zugeführt, der das Signal TSteuerungsbox glättet. Das Ausgangssignal des Filters 8 wird zum einen direkt auf den Summierpunkt 14 gegeben, und zum anderen an ein Differenzierglied 9 angelegt. Das von diesem erzeugte Signal T·Steuerungsbox, das den Gradienten des durch das Filter 8 gefilterten Wertes der vom Sensor 7 erfaßten Temperatur TSteuerungsbox darstellt, wird mit dem Faktor k1 = ( m·c / A·α) in einem Multiplizierglied 10 multipliziert. Das Ausgangssignal des Multipliziergliedes 10 wird auf den Summierpunkt 14 gegeben. An diesem wird dann ein der Temperatur des Sumpfes 1 entsprechendes Signal TSumpf erzeugt.
  • Im allgemeinen wird bei langsamen Änderungen der Temperatur TSumpf des Öles im Sumpf 1 diese durch den nach der Gleichung (2) berechneten Wert gut wiedergegeben. Wenn jedoch kurzfristig hohe Verlustleistungen, zum Beispiel in der Naßkupplung 6 bei Vollastanfahrten auftreten, können sich jedoch noch größere Abweichungen ergeben. Aus diesem Grunde wird erfindungsgemäß vorzugsweise ein zusätzlicher additiver Korrekturanteil für die Sumpftemperatur erzeugt, der proportional zu der auftretenden Verlustleistung PVerlust ist. Somit ergibt sich aus der Gleichung (2) die folgende Gleichung (3): TSumpf = TSteuerungsbox + k1·TSteuerungsbox + k2·PVerlust (3)
  • Die Verlustwärme PVerlust ist ein reiner Rechenwert, der aus vorbestimmten Signalen, die beispielsweise an der Naßkupplung 6 in der Form von Drehzahlwerten an diskreten Zeitpunkten mit entsprechenden Sensoren gewonnen werden, berechnet wird. Die genannten Drehzahlen sind ein Maß für den Schlupf der Naßkupplung 6 und geben somit Auskunft über die Schlupfleistung, die wiederum ein Maß für die in der Form von Wärme an das Öl in der Leitung 5 abgegebene Verlustleistung ist.
  • Das Signal, das den an diskreten Zeitpunkten errechneten Werten der Verlustleistung PVerlust entspricht, wird wieder über ein Filter 12, inbesondere ein PT1-Filter gegeben, das das Signal PVerlust glättet. Durch das Filter 12 wird auch die physikalische Realität nachgebildet, weil sich bei der Nachbildung einer sich sprunghaft ändernden Größe eine exponentiell ändernde Funktion ergibt, die durch das Filter 12 wiedergegeben wird.
  • Das Ausgangssignal des Filters 12 wird in einem Multiplizierglied 13 mit dem Faktor k2 multipliziert, der zuvor durch entsprechende Messungen bei ausgewählten Belastungsfällen ermittelt wird. Das Ausgangssignal des Multipliziergliedes 13 wird auf den Summierpunkt 14 gegeben, an dessen Ausgang dann das korrigierte, für die Temperatur TSumpf des Öles im Sumpf 1 charakteristische Signal anliegt.
  • Als Filter 8 und 12 eignen sich insbesondere PT1-Filter, die relativ einfach zu realisieren sind und in der Steuerungselektronik relativ wenig Speicherplatz beanspruchen. Prinzipiell können jedoch auch andere Filter, beispielsweise PT2-Filter verwendet werden.
  • Die 3 zeigt einen bevorzugten Anwendungsfall für die nach dem vorangehend beschriebenen Verfahren ermittelte Temperatur TSumpf.
  • Um eine Schutzfunktion zu erzeugen, die die Kupplung 6 vor einer Überhitzung schützt, kann die Erfassung der Temperatur TSumpf nach der vorliegenden Erfindung als Basis für eine gezielte Energieeinleitung in die Kupplung 6 und zur Bestimmung der Stahltemperatur dienen. Da die vom Temperatursensor 7 in der Steuerungselektronik erfaßte Temperatur TSteuerungsbox die Verlustleistung PVerlust an den Stahllamellen der Kupplung 6 umfaßt, kann zur Entlastung der Kupplung 6 das Kupplungssollmoment dahingehend verändert werden, daß bei höheren Temperaturen der Stahllamellen ein höheres Sollmoment vorgegeben wird, so daß die Kupplung 6 schneller geschlossen wird.
  • Das genannte erhöhte Sollmoment wird gemäß 3 dadurch erzeugt, daß zu dem tatsächlich bestehenden Sollmoment, das von der Steuerungselektronik aus Tabellen beziehungsweise Kennlinien 11 ermittelt wird, ein von der erfaßten Temperatur TSteuerungsbox abhängiger Wert beziehungsweise Schutzanteil hinzuaddiert wird.
  • Um ein sicheres Schließen der Kupplung 6 zu gewährleisten wird der aus der Temperatur TSteuerungsbox ermittelte Momentenwert vorzugsweise über einen Integrator 15 gegeben, so daß er über der Temperatur stark ansteigt und die Kupplung 6 bei hohen Stahltemperaturen schneller geschlossen wird.
  • Um zu verhindern, daß die Schutzfunktion bei einer normalen Anfahrt zu früh eintritt, wird der Integrator 15 erst nach Ablauf einer vorgebenen Zeit ttot nach Beginn der Anfahrt aktiviert.
  • Besonders bevorzugt wird die genannte Zeit ttot von der erfaßten Temperatur TSteuerungsbox abhängig gemacht, die ein Maß für die Temperatur der Stahllamellen ist. Dadurch kann zum Beispiel berücksichtigt werden, daß bei mehreren Anfahrten hintereinander wegen der steigenden Stahltemperaturen die Kupplung 6 jeweils schneller geschlossen werden muß. Die Zeit ttot bis zur Aktivierung des Integrators 15 wird also kleiner.

Claims (15)

  1. Verfahren zur Erfassung der Temperatur des Öles im Sumpf eines Getriebes mit einem Temperatursensor und einer das Signal desselben auswertenden Steuerungselektronik, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatursensor im Gehäuse der Steuerungselektronik angeordnet ist, daß das Gehäuse der Steuerungselektronik an einer Leitung angeordnet ist, die von dem durch eine Pumpe dem Sumpf entnommenen Öl durchströmt wird, wobei zwischen dem in der Leitung fließenden Öl und dem Gehäuse ein Wärmeübergang erfolgt, wodurch eine Temperatur (TSteuerungsbox) im Gehäuse der Steuerungselektronik erzeugt wird, die vom Temperatursensor erfaßt wird und ein Maß für die Temperatur (TSumpf) des Öles im Sumpf darstellt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeübergang über eine von dem durchströmenden Öl benetzte Fläche der Leitung auf das Gehäuse erfolgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse und die Leitung aus einem wärmeleitenden Material, insbesondere Metall, bestehen.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse aus Aluminium besteht.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Temperatursensor als Maß für die Temperatur des Sumpfes erfasste Temperaturwert (TSteuerungsbox) durch ein Filter geglättet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Filter ein PT1-Filter verwendet wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Berücksichtigung einer schnellen Erwärmung des Öles im Sumpf durch eine plötzlich auftretende Verlustleistung (PVerlust) ein Korrekturanteil erzeugt wird, der der Verlustleistung (PVerlust) entspricht und zur Korrektur der ermittelten Temperatur (TSumpf) des Öles im Sumpf herangezogen wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrekturanteil aus der an einer Naßkupplung entstehenden Verlustleistung (PVerlust) aus Drehzahlwerten der Naßkupplung an diskreten Zeitpunkten errechnet wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die errechnete Verlustleistung (PVerlust) durch ein Filter geglättet wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Filter ein PT1-Filter verwendet wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung der Temperatur (TSumpf) des Öles im Sumpf die folgenden Annahmen getroffen werden: a) Das aus dem Sumpf über die Pumpe und die Leitung geförderte Öl erreicht das Gehäuse der Steuerungselektronik ohne Temperaturänderungen und/oder b) die Temperaturen im Gehäuse der Steuerungselektronik sind gleich groß und/oder c) es wird ein konstanter oder variabler Wärmeübergangskoeffizient (α) zwischen Leitung und Gehäuse angesetzt.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Entlastung einer Naßkupplung bei höheren Stahltemperaturen derselben das Kupplungssollmoment durch einen Schutzanteil dahingehend korrigiert wird, daß bei höheren Stahltemperaturen ein höheres Kupplungssollmoment vorgegeben wird, um ein schnelleres Schließen der Naßkupplung zu erreichen, wobei der Schutzanteil aus der vom Temperatursensor erfaßten Temperatur (TSteuerungsbox) ermittelt wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Temperatursensor erfaßte Temperatur (TSteuerungsbox) durch einen Integrator integriert wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrator nach Beginn einer Anfahrt eines Kraftfahrzeuges erst nach Ablauf einer vorgegebenen Totzeit (ttot) aktiviert wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Totzeit eine Funktion der Temperatur (TSteuerungsbox) des Temperatursensors ist.
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