DE10051537A1 - Automatisierte Ermittlung der Befüllparameter von Schaltelementen - Google Patents

Abstract

Im Rahmen des Verfahrens zur automatiserten Ermittlung der Schnellbefüllzeit (T_SF) und des Füllausgleichsdrucks (P_FA) von Schaltelementen, deren Befüll- und Anlegevorgang in eine Schnellbefüllphase und eine Füllausgleichsphase aufteilbar ist, werden (T_SF) und (P_FA) durch eine indirekte Messung in einem Durchlauf bestimmt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatisier­ ten Ermittlung der Befüllparameter von Schaltelementen und insbesondere von Getrieben gemäß dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruchs 1.

Derartige Schaltelemente werden insbesondere bei Auto­ matgetrieben eingesetzt, wobei die Schaltelemente hydrau­ lisch betätigt werden. Hydraulisch betätigte Schaltelemente weisen üblicherweise einen in einem Kolbenraum bewegbaren Schaltkolben auf, der an an Lamellenpaket angelegt wird. Um eine gewünschte Schaltung durchführen zu können, muss der im wesentlichen luftgefüllte Kolbenraum mit Öl befüllt wer­ den. Anschliessend wird der Kolben an das Lamellenpaket angelegt.

Üblicherweise wird der oben skizzierte Befüllvorgang eines Schaltelements in eine Schnellfüllphase und eine Füllausgleichsphase aufgeteilt: Im Rahmen der Schnellfüll­ phase wird das Schaltelement mit Öl befüllt und zur Über­ brückung des Lüftspiels verschoben, wohingegen in der Füll­ ausgleichsphase der Kolben mit geringer Last angelegt wird. Folglich ist der Schnellbefülldruck in der Schnellbefüll­ phase höher als der Füllausgleichsdruck in der Füllaus­ gleichsphase.

Es ist bekannt, dass die Schaltqualität von der Quali­ tät des Anlegevorgangs und insbesondere von der Präzision der Abstimmung des Anlegedrucks (Füllausgleichsdrucks), d. h. des Drucks während der Füllausgleichsphase erheblich abhängt. Dies bedeutet, dass die exakte Bestimmung der Pa­ rameter des Befüllvorgangs einen entscheidenden Schritt bei der Abstimmung des Getriebes darstellt.

Jedoch sind die Abstimmparameter von Getrieben inner­ halb einer Serie aufgrund von Fertigungstoleranzen unter­ schiedlich, so dass sich einheitliche Abstimmwerte als pro­ blematisch erweisen.

Außerdem erweisen sich die Werte der Abstimmparameter als zeitabhängig, da Alterungsprozesse sowie Verschleiss die Toleranzen beeinflußen, beispielsweise die Toleranzen des Lüftspiels (Weg des Schaltkolbens zu den Lamellen): Bei einem Lamellenverschleiss nimmt das Lüftspiel zu, so dass die Dauer der Schnellfüllphase verlängert werden muss, um den zusätzlich entstehenden Ölbedarf zu decken.

Eine weitere Schwierigkeit bei der Abstimmung liegt darin, dass weitere Parameter den erforderlichen Wert für den jeweiligen Druck - insbesondere für die Füllaus­ gleichsphase - beeinflussen: So muss für den Fall, dass Tellerfedern verwendet werden, die Tellerfedersteifigkeit sowie die Kolbenreibung berücksichtigt werden: Bei zuneh­ mender Tellerfedersteifigkeit und bei zunehmender Kolben­ reibung muss der Füllausgleichsdruck erhöht werden, um ein exaktes Anlegen des Kolbens an den Lamellen zu gewährlei­ sten.

Die Druckreglerabweichungen stellen eine weitere Stör­ quelle bei der Abstimmung der Befüllparameter dar, so dass auch in diesem Fall eine Korrektur des Füllausgleichsdruc­ kes erforderlich ist.

Demzufolge ist es nicht wünschenswert, die Befüllpara­ meter der Getriebe einer Serie bzw. eines Typs einheitlich abzustimmen, da dies die Schaltqualität bzw. den Schaltkom­ fort der meisten Getriebe negativ beeinflussen wird.

Die WO 97/21943 der Anmelderin offenbart ein Verfahren zur automatisierten Abstimmung des Befüllvorgangs von Schaltelementen, mit dem individuell für jedes Getriebe die Befüllung der einzelnen Elemente von Anfang an entsprechend der Toleranzen der einzelnen Bauteile erfolgt. Hierbei wird vorgeschlagen, die zu bestimmenden Befüllparameter Schnell­ befüllzeit T_SF und Füllausgleichsdruck P_FA iterativ zu ermitteln, wobei die Werte für den Schnellbefülldruck P_SF und die Füllausgleichszeit T_FA vorgegeben werden.

Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, dass die Verfahrensdauer in der Produktion am Bandende relativ lang ist, da bei diesem Verfahren die relevanten Befüllparame­ ter T_SF und P_FA iterativ bestimmt werden und dadurch im Serieneinsatz die Meßdauer undefiniert und lang wird. Die Verfahrensdauer pro Kupplung beträgt beispielsweise 30 Se­ kunden.

Zudem liefert das oben genannte Verfahren keine feste Verfahrensdauer, so dass der Fertigungsablauf nicht exakt vorhersehbar und planbar ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu­ grunde, Verfahren zur automatisierten Ermittlung der Be­ füllparameter von Schaltelementen anzugeben, welche eine erheblich geringere Verfahrensdauer aufweisen.

Des weiteren soll die Verfahrensdauer der Abstimmung der Befüllparameter für jedes Schaltelement fest definiert sein, um so die Fertigungsplanung zu erleichtern.

Zudem soll eine hohe Schaltqualität - schon bei der ersten Schaltung - gewährleistet werden.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentan­ spruchs 1 sowie der Nebenansprüche 2 und 3 gelöst. Weitere Ausgestaltungen und Varianten gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Demnach wird vorgeschlagen, durch eine indirekte Mes­ sung die zu ermittelnden Abstimmwerte zu bestimmen.

Durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise kann die Verfahrensdauer je Kupplung beispielsweise unter 5 Sekunden gedrückt werden. Außerdem ist diese Zeit fest definiert, wodurch die Planbarkeit der Fertigung gewährleistet wird.

Die Anwendung des Verfahrens kann am Bandeprüfstand oder auch bei Servicearbeiten im Fahrzeug erfolgen.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden auch die Fertigungskosten reduziert, da größere Toleranzen von Bau­ teilen, beispielsweise von Kolbenrückstellfedern, die Schaltqualität nicht beeinflußen.

Auch kann das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfin­ dung zur Erkennung von Fehlfunktionen eines Schaltelementes eingesetzt werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.

In diesen stellen dar:

Fig. 1 eine Darstellung des Befüllvorgangs eines Schaltelements als Funktion der Zeit und

Fig. 2 den Druck- und Drehzahlverlauf im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens als Funktion der Zeit.

Fig. 1 zeigt die Aufteilung des Befüllvorgangs eines Schaltelements in eine Schnellfüllphase und eine Füllaus­ gleichsphase: Während der Schnellfüllphase wird das Schal­ telement in der Schnellbefüllzeit T_SF mit Öl unter einem Schnellbefülldruck P_SF befüllt. Anschliessend wird in der Füllausgleichsphase während der Füllausgleichszeit T_FA der Kolben mit geringer Last (Füllausgleichsdruck P_FA) ange­ legt.

Der erste Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens be­ steht darin, dass der Abtrieb des Getriebes festgebremst wird, wobei die Eingangswelle bzw. die Turbinenwelle des Wandlers mit einer definierten Drehzahl (typischerweise 1000 U/min) gedreht wird. Hierbei soll die Temperatur mög­ lichst auf einem definierten Niveau gehalten werden.

Anschliessend wird eine Schnellbefüllung durchgeführt, derart, dass die Kupplung sprungförmig mit einem gewissen Druck befüllt wird, der so hoch ist, dass die Kupplung zu­ verlässig und schnell geschlossen wird. Hierbei wird die Turbinenwelle des Wandlers auf Null verzögert.

Als besonders vorteilhaft hat sich in diesem Fall die Verwendung des regulären Schnellbefülldruckniveaus erwie­ sen. Wenn jedoch in diesem Fall durch das schnelle Schlie­ ßen zu hohe Kupplungsbelastung auftritt, muß dieser Druck abgesenkt werden.

In der Schnellbefüllzeit wird die Kupplung schnell be­ füllt, bis sie zum Anlegen kommt. Gemessen wird im Rahmen des hier vorgestellten Verfahrens die Erkennzeit, d. h. die Zeit bis eine bestimmte vordefinierte Schwelle für den so verursachten Drehzahlabfall unterschritten wird. Diese ge­ messene Zeit entspricht der Erkennzeit 1 in der beigefügten Fig. 2.

Da die Messung bis zum Anlegen der Kupplung läuft, muß von der Erkennzeit 1 (siehe Fig. 2) zurückgerechnet werden, bevorzugterweise durch Abziehen einer Offsetzeit, (Offset 1 gemäß Fig. 2). Die Erkennzeit soll möglichst früh aber auch präzise durch den Drehzahlabfall erkannt werden. Dadurch soll der Einfluß von Schleppmomenten, Massenträgheiten und Reibwerten vermieden werden. Der Drehzahlabfall kann durch eine definierte zu erreichende Differenzdrehzahl dn oder durch das Erreichen eines bestimmten Wertes der ersten oder zweiten Ableitung der Drehzahl (Drehzahlgradient oder Krüm­ mung) oder durch eine zu überschreitende Drehmomentschwelle erkannt werden.

Gemäß einer Variante des hier vorgestellten Verfahrens können zur Ermittlung der Erkennzeit Mustererkennungsver­ fahren, z. B. künstliche neuronale Netze eingesetzt werden.

Die Offsetzeit zur Bestimmung der Füllausgleichszeit wird aus Messungen an vergleichbaren Getrieben in verschie­ denen Toleranzlagen abgeleitet.

Der Temperatureinfluß sowie der Einfluß von Antriebs­ drehzahl wird durch Anpassung der Offsetwerte berücksich­ tigt.

Die Schnellbefüllzeit T_SF ergibt sich dann aus der Erkennzeit durch Abzug der Offsetzeit.

Zur Ermittlung des Füllausgleichsdrucks wird die Kupp­ lung definiert geöffnet. Dies erfolgt bevorzugterweise durch eine Rampe am Ende der Schnellbefüllung (siehe Fig. 2). In dieser Phase steigt die Turbinendrehzahl an.

Mit dem optimalen Füllausgleichsdruck wird die Kupp­ lung so angelegt, dass beim daran anschließenden Befüllen mit Lastübernahme weder ein Stoß (bei zu niedrigem Füllaus­ gleichsdruck) oder zu hohe Verluste und Momenteneinbruch (bei zu hohem Füllausgleichsdruck) auftreten. Zur Bestim­ mung des Füllausgleichsdrucks wird die Kupplung rampenför­ mig so geöffnet, dass aus dem Zeitpunk, an dem die Turbi­ nenwelle erkennbar zu drehen anfängt, der Füllausgleichs­ druck P_FA bestimmbar ist, bei dem das übertragbare Moment gegen Null geht, wie in Fig. 2 schematisch gezeigt. Hierbei wird die Druckrampe mit A bezeichnet. Auch in diesem Fall ist die Einführung einer Offsetzeit notwendig, da die Mes­ sung bis zum vollständigen Öffnungsvorgang durchgeführt wird. Diese Offsetzeit Offset 2 wird, wie die Offsetzeit 1 bei der Bestimmung der Schnellbefüllzeit t_SF, mit ver­ gleichbaren Getrieben in verschiedenen Toleranzlagen fest­ gelegt und zur Ermittlung des entsprechenden Füllaus­ gleichsdruckes von der gemessenen Zeit Erkennzeit 2 abgezo­ gen. Der Füllausgleichsdruck ist der Druck, der dem Zeit­ punkt Erkennzeit 2 - Offset 2 enspricht.

Auch in diesem Fall wird der Temperatureinfluß sowie der Einfluß von Antriebsdrehzahl durch Anpassung der Offsetwerte berücksichtigt.

Gemäß einer Variante der vorliegenden Erfindung wird zur Bestimmung des Füllausgleichsdrucks P_FA der Druck sprungförmig auf Null abgesenkt, derart, dass die Turbinen­ drehzahl möglichst schnell auf den stationären Anfangswert hochlaufen kann.

Anschliessend wird die Kupplung nochmals mit einer Druckrampe geschlossen, deren Steigung so bemessen ist, dass sich die relevanten Einflüsse auf den Füllausgleichs­ druck auch im Drehzahlabfall signifikant auswirken. Ein typischer Wert für die Steigung der Druckrampe (entspricht der Geraden B in Fig. 2) beträgt 1 bar/sec.

Der Füllausgleichsdruck wird während des rampenförmi­ gen Druckanstiegs durch den dadurch bewirkten Drehzahlab­ fall bestimmt. Zu diesem Zweck wird die Zeit Erkennzeit 3 bis zu einem signifikanten Drehzahlabfall gemessen. Der Drehzahlabfall kann auch hier durch eine definierte zu er­ reichende Differenzdrehzahl dn oder durch das Erreichen eines bestimmten Wertes der ersten oder zweiten Ableitung der Drehzahl (Drehzahlgradient oder Krümmung) oder durch das Erreichen einer Drehmomentschwelle erkannt werden. Ge­ mäß einer Variante, können zur Ermittlung der Erkennzeit 3 Mustererkennungsverfahren, z. B. künstliche neuronale Netze eingesetzt werden.

Da die Messung bis zum Schließen der Kupplung läuft, muß von der Erkennzeit 3 zurückgerechnet werden, bevorzug­ terweise durch Abziehen einer Offsetzeit Offset 3. Die Offsetzeit Offset 3 wird aus Messungen an vergleichba­ ren Getrieben in verschiedenen Toleranzlagen abgeleitet. Diese Zeit kann grundsätzlich ein konstanter, temperaturab­ hängiger Wert sein. Zur Verbesserung des Verfahrens kann jedoch die vorher ermittelte Schnellfüllzeit, multipliziert mit einem Verstärkungsfaktor K additiv berücksichtigt wer­ den, so dass für die Offsetzeit Offset 3 gilt:

Offset 3 = t_const + K × t_SF.

Diese Variante zur Bestimmung des Füllausgleichsdrucks ist insbesondere für den Fall von Bedeutung, dass die Ein­ flüsse von Schleppmomenten, Reibwert und weiteren Parame­ tern zu groß sind. Wie bereits für die erste Variante er­ läutert, wird auch in diesem Fall der Temperatureinfluß sowie der Einfluß von Antriebsdrehzahl durch Anpassung der Offsetwerte berücksichtigt.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ein Schaltelement als defekt erkannt werden, wenn bei der Erhö­ hung oder Reduzierung des Drucks keine Drehzahländerung erfolgt oder wenn der ermittelte Befüllparameterwert außer­ halb eines empirisch ermittelten Toleranzbereichs liegt.

Bezugszeichen

T_SF Schnellbefüllzeit
P_SF Schnellbefülldruck
T_FA Füllausgleichszeit
P_FA Füllausgleichsdruck
dn Differenzdrehzahl
t_const Zeitkonstante
K Verstärkungsfaktor

Claims (10)

1. Verfahren zur automatisierten Ermittlung der Schnellbefüllzeit (T_SF) von Schaltelementen, deren Befüll- und Anlegevorgang in eine Schnellbefüllphase und eine Füll­ ausgleichsphase aufteilbar ist, die eine Schnellbefüll­ zeit (T_SF), einen Schnellfülldruck (P_SF), eine Füllaus­ gleichszeit (T_FA) und einen Füllausgleichsdruck (P_FA) als Parameter aufweisen, mit folgenden Schritten:

• - Festbremsen des Getriebeabtriebs, wobei die Eingangs­ welle mit einer definierten Drehzahl dreht,
• - Durchführen einer Schnellbefüllung mit einem vorgege­ benen Schnellbefülldruck (P_SF), derart, dass die Kupplung sprungförmig mit einem gewissen Druck befüllt wird, der so hoch ist, dass die Kupplung zuverlässig und schnell geschlossen wird und Messen der Zeit (Er­ kennzeit 1), bis eine vorgegebene Drehzahl- oder Dreh­ zahlgradientenschwelle oder eine definierte Differenz­ drehzahl (dn) oder eine Drehmomentschwelle erreicht wird,
• - Korrigieren des gemessenen Wertes um einen vorgegebe­ nen Offsetwert (Offsetzeit 1),
• - Ermitteln der Schnellbefüllzeit (T_SF) aus der Erkenn­ zeit 1 durch Abzug der Offsetzeit 1.

2. Verfahren zur automatisierten Ermittlung des Füll­ ausgleichsdrucks (P_FA) von Schaltelementen, deren Befüll- und Anlegevorgang in eine Schnellbefüllphase und eine Füll­ ausgleichsphase aufteilbar ist, die eine Schnellbefüll­ zeit (T_SF), einen Schnellfülldruck (P_SF), eine Füllaus­ gleichszeit (T_FA) und einen Füllausgleichsdruck (P_FA) als Parameter aufweisen, mit folgenden Schritten:

• - Öffnen der Kupplung mit einer Druckrampe und Messen der Zeit (Erkennzeit 2), bis zum Anstieg der Drehzahl oder Abfall des Drehmoments und
• - Ermitteln des Füllausgleichsdruckes (P_FA) aus dem Zeitpunkt, bei dem das übertragbare Moment gegen Null geht, wobei die gemessene Zeit (Erkennzeit 2) um einen vorgegebenen Offsetwert (Offsetzeit 2) korrigiert wird.

3. Verfahren zur automatisierten Ermittlung des Füll­ ausgleichsdrucks (P_FA) von Schaltelementen, deren Befüll- und Anlegevorgang in eine Schnellbefüllphase und eine Füll­ ausgleichsphase aufteilbar ist, die eine Schnellbefüll­ zeit (T_SF), einen Schnellfülldruck (P_SF), eine Füllaus­ gleichszeit (T_FA) und einen Füllausgleichsdruck (P_FA) als Parameter aufweisen, gekennzeichnet durch folgende Schrit­ te:

• - rampenförmiges Erhöhen des Drucks und Messen der Zeit (Erkennzeit 3) bis eine vorgegebene Drehzahl- oder Drehzahlgradientenschwelle oder eine Drehmomentschwel­ le oder eine definierte Differenzdrehzahl (dn) er­ reicht wird,
• - Korrigieren der gemessenen Zeit um einen vorgegebenen Offsetwert (Offset 3) und Bestimmen des Füllaus­ gleichsdrucks zum Zeitpunkt, der sich aus der Diffe­ renz zwischen Erkennzeit 3 und Offset 3 ergibt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, dass sich der Offsetwert (Offset 3) aus einer vorgegebenen Konstanten (t_const) und der Schnellbe­ füllzeit (T_SF) wie folgt ergibt,
Offset 3 = t_const + K × T_SF,
wobei (K) ein Verstärkungsfaktor ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Verstärkungsfaktor (K) den Wert Null annimmt.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermitt­ lung der Erkennzeiten 1, 2 und 3 Mustererkennungsverfahren eingesetzt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, dass zur Ermittlung der Erkennzeiten 1, 2 und 3 künstliche neuronale Netze eingesetzt werden.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Offset­ werte aus Messungen an vergleichbaren Getrieben in ver­ schiedenen Toleranzlagen abgeleitet werden.

9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einfluß von Temperatur und Antriebsdrehzahl durch Anpassung der Offsetwerte berücksichtigt wird.

10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schalte­ lement als defekt erkannt wird, wenn bei der Erhöhung oder Reduzierung des Drucks keine Drehzahländerung erfolgt oder wenn der ermittelte Befüllparameterwert außerhalb eines empirisch ermittelten Toleranzbereichs liegt.