DE102010016087B4

DE102010016087B4 - System und Verfahren zum Steuern von Fluidflussraten in einem Hydraulikkreis eines Automatikgetriebes

Info

Publication number: DE102010016087B4
Application number: DE102010016087.3A
Authority: DE
Inventors: Steve Anatole Frait
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2009-04-03
Filing date: 2010-03-23
Publication date: 2022-05-12
Anticipated expiration: 2030-03-24
Also published as: CN101858340B; DE102010016087A1; US8182238B2; US20100254828A1; CN101858340A

Abstract

System zum Steuern von Fluidflussraten in einem Hydraulikkreis (10) eines Automatikgetriebes, der eine Pumpe (12) mit variabler Verdrängung als Quelle von Getriebeleitungsdruck sowie ein Hauptregelventil (14) mit einem Ventilschieber (42) aufweist,dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptregelventil (14) dafür eingerichtet ist, in Abhängigkeit vom Getriebeleitungsdruck:- abwechselnd eine Fluidverbindung zwischen dem Getriebeleitungsdruck und einem Drucksensor (54) herzustellen und zu trennen, wobei auf Basis des von dem Drucksensor (54) gefühlten Drucks ein Ausgangssteuersignal (76) für ein Pumpenverdrängungs-Steuerventil (16) erzeugt wird;- wenn der Ventilschieber (42) in einer Position an oder nahe an einem Ende des Hauptregelventils (14) ist, eine Fluidverbindung zwischen dem Drucksensor (54) und einer Ablassöffnung (66) herzustellen; und- wenn sich der Ventilschieber (42) von der vorgenannten Position weg bewegt, die Fluidverbindung zwischen dem Getriebeleitungsdruck und dem Drucksensor (54) nach und nach zu öffnen und die Fluidverbindung zwischen dem Drucksensor (54) und der Ablassöffnung (66) nach und nach zu schließen.

Description

Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zum Steuern von Fluidflussraten in einem Hydraulikkreis eines Automatikgetriebes gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 6.
Ein derartiges System und Verfahren sind aus der US 5 257 960 A bekannt.
Die DE 304 0521 A1 offenbart eine Verstellpumpenregelung, bei der eine Verstellpumpe mittels eines in eine Abgabeleitung der Pumpe geschalteten Drucksensors geregelt wird. Ein Volumenstromsensor setzt den Druck in einen Weg um, der durch einen Wegaufnehmer gemessen wird. Das Messsignal wird an eine Steuereinheit ausgegeben, die dann ein Ventil elektrisch ansteuert, um einen Verstelldruck zu generieren. Der Verstelldruck wirkt auf ein Ventil, das einen Druck auf einen Pumpenverstellaktor der Verstellpumpe freigibt, so dass das Fördervolumen der Pumpe angepasst wird.
Die US 4 468 173 A offenbart ein Drucksteuerventil zum Steuern von hohen und niedrigen Drücken einer Pumpe mit variabler Verdrängung, wobei ein Regelventil mit einer Quelle von Getriebeleitungsdruck, einer Feder, einem Drucksensor und Ablassöffnungen in Verbindung steht. Ein Ventilschieber wird durch die Feder und den Getriebeleitungsdruck sowie diesen entgegenwirkend durch den Pumpendruck verschoben, um Fluidverbindungen zwischen den Komponenten der Steuerung zu schalten.
Die meisten gegenwärtigen Automatikgetriebe verwenden einen Elektromagneten in Verbindung mit einem Regel- und Sperrventil, um Kupplungen und Bremsen unabhängig zu steuern, welche in Eingriff und außer Eingriff gebracht werden, um die Getriebegangverhältnisse herzustellen. Eine Ventilkörpereinrichtung, welche einen Elektromagneten mit einem Regel- und Sperrventil für diese Zwecke aufweist, erfordert viele Schichten, um all die Elektromagneten und Ventile unterzubringen. Ein derartiger Ventilkörper bringt wegen der vielen Ventilkörperschichten Kosten und Baugröße mit sich, und er bringt ferner Hydraulikantwort-Zeitverzögerungen mit sich wegen der vielen Stufen vom Magnetventilausgang zum Hauptregelventileingang und zum Reglerausgang, was gesteuert werden muss. Ferner sind diese Verzögerungen temperaturempfindlich.
Konventionelle Automatikgetriebe verwenden Abzapfströme, um die Hydrauliksteuerungsleistung und die Wiederholbarkeit zu verbessern, aber diese Ströme resultieren in Hydraulikleistungsverlust, welcher Leistungsverlust nachteilig für den Kraftstoffverbrauch ist.
Steuerungen für Pumpen mit variabler Verdrängung werden indirekt gesteuert, was System instabilität mit sich bringen und eine Fluidflussrate liefern kann, die wesentlich höher ist als von dem Getriebe benötigt, wodurch ferner die Kraftstoffeffizienz verringert wird.
Die meisten Getriebe verwenden eine Einweg-Kupplung, um ein synchrones Hochschalten zwischen dem ersten Gang und dem zweiten Gang herzustellen. Eine herkömmliche Einweg-Kupplung ist teuer und bringt internen Widerstand im Getriebe mit sich.
Es besteht in der Industrie ein Bedarf an einer Elektrohydraulik-Steuerung, welche eine Reduzierung der Baugröße des Ventilkörpers erlaubt, welche die Anzahl an Ventilen reduziert, welche den Fahrzeugkraftstoffverbrauch verbessert und welche die Zeitspanne verkürzt, die erforderlich ist, um Gangschaltungen vorzunehmen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Kraftstoffeffizienz des Steuerns von Fluidflussraten in einem Hydraulikkreis eines Automatikgetriebes zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch ein System und ein Verfahren mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bzw. 6 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Ein System zum Steuern von Fluidflussraten in einem Getriebe auf eine Pumpe, die eine variable Verdrängung hat und die eine Quelle von Getriebeleitungsdruck bildet, kann ein Hauptregelventil, welches mit der Quelle von Getriebeleitungsdruck und einem Drucksensor in Verbindung steht, wobei der Drucksensor ein variables Steuersignal erzeugt, dessen Größe oder Wert einen Grad darstellt, bis zu dem Fluidflussanforderungen des Getriebes durch die Quelle von Getriebeleitungsdruck bereitgestellt werden, und ein Steuerventil enthalten, welches einen Druck erzeugt, der die Pumpenverdrängung verändert in Antwort auf die Größe oder Wert des Steuerdrucks.
Bei einem Verfahren zum Steuern einer Getriebepumpe mit variabler Verdrängung kann ein variables Steuersignal erzeugt werden, welches einen Grad darstellt, bis zu dem Fluidflussanforderungen des Getriebes durch die Pumpe erfüllt sind. Ein Steuerdruck wird in Antwort auf das Steuersignal erzeugt. Die Verdrängung der Pumpe wird in Antwort auf den Steuerdruck geändert.
Die Pumpe mit variabler Verdrängung wird durch das Vorsehen eines Drucksensors an einem bestimmten zugeordneten Hydraulikkreis vom Hauptregelventil in geschlossener Schleife gesteuert. Dieser Aufbau entkoppelt die Flusssteuerung, d. h. die Steuerung der Pumpenverdrängung, von der variablen Drucksteuerung, was eine optimierte Flusszufuhr erlaubt, wodurch die Hydraulikeffizienz des Getriebes verbessert wird. Die Steuerung eliminiert den Bedarf an einem großen Abzapfkreis, um die Pumpe zu stabilisieren.
Das Verringern des Pumpenflusses durch Verringern des Abzapfkreisverlusts und das Verbessern der Steuerung der Pumpe erhöht die Kraftstoffeffizienz des Fahrzeugantriebsstrangs, welcher ein Getriebe mit dem Steuersystem aufweist.
Die Pumpe mit variabler Verdrängung belastet die Kraftstoffeffizienz um etwa zwei Prozent. Die Elektrohydrauliksteuerung reduziert das Pumpenflusspotential potentiell um etwa 25 Prozent, was einer Kraftstoffeffizienzverbesserung von etwa 0,5 Prozent entspricht.
Es folgt eine Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Darin zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Hydraulikkreises und eines Steuersystems für ein Automatikgetriebe, zeigend einen Abschnitt des Kreises, der die Steuerung der Pumpenverdrängung betrifft, und
2 ein Schaubild, welches das Verhältnis zwischen dem Getriebeleitungsdruck und dem Druck am Drucksensor darstellt.

Mit Bezug auf die Zeichnung ist in 1 ein Hydraulikkreis 10 für ein Automatikgetriebe dargestellt, der eine hydraulische Flügelzellenpumpe 12 mit variabler Verdrängung, ein Hauptregelventil 14 und ein durch einen Elektromagneten 18 mit variabler Kraft gesteuertes Pumpenverdrängungs-Steuerventil 16 aufweist.
Hydraulikfluid, das die Pumpe 12 verlässt, wird in der Leitung 20 transportiert, um Hydraulikfluid an das Getriebehydrauliksystem zu liefern. Die Leitung 24 transportiert Pumpenverdrängungs-Steuerdruck vom Ventil 16 zur Pumpe 12. Magnetventil-Versorgungsdruck wird in der Leitung 26 zum Ventil 16 und zu einem Ventil 86 transportiert. Wenn der Druck in der Leitung 24 hoch ist, schwenkt der Pumpensteuerring 28 entgegen dem Uhrzeigersinn um den Punkt 30 entgegen der Kraft einer Druckfeder 32. Dieses Schwenken reduziert das Volumen 34, durch welches die Flügel 36 am Pumpenmotor hindurch rotieren, d. h. die Pumpenverdrängung wird verringert, und die Flussrate des die Pumpe 12 verlassenden Fluids wird verringert. Wenn der Druck in der Leitung 24 niedrig ist, schwenkt der Pumpensteuerring 28 im Uhrzeigersinn, wodurch die Pumpenverdrängung vergrößert wird und die Flussrate des die Pumpe 12 verlassenden Fluids vergrößert wird.
Der Getriebeleitungsdruck wird in der Leitung 40 zum rechten Ende des Ventilschiebers 42 des Hauptregelventils 14 transportiert. Druck von einem Leitungsdrucksteuermagnetventil, der in der Leitung 44 zu der linken Seite des Ventilschiebers 42 transportiert wird, und die Kraft einer Druckfeder 46 wirken der von dem Getriebeleitungsdruck auf den Ventilschieber 42 ausgeübten Kraft entgegen.
1 zeigt den Ventilschieber 42 nach links gedrückt, durch die Resultierende dieser Kräfte auf den Ventilschieber, in Richtung zu einer Sättigungs- bzw. Endposition am äußersten linken Ende des Ventils 14, wo die Flussanforderungen der zahlreichen Untersysteme vollständig durch die Pumpe 12 bei deren momentanen Drehzahl und deren momentaner Verdrängung erfüllt sind, wodurch Potential zum Verringern der Pumpenverdrängung vorliegt. Die Bewegung des Ventilschiebers 42 nach rechts in Richtung zu dem rechten Ende des Ventils 14 zeigt an, dass der Fluidflussbedarf nicht durch die momentane Pumpendrehzahl und die momentane Pumpenverdrängung gedeckt ist und dass eine Vergrößerung der Pumpenverdrängung erforderlich ist. Das Ventil 14 steuert die Untersystemflussanforderungen gemäß der folgenden Priorität: 1) Getriebeleitungsdruck, 2.) Drehmomentwandler-Versorgung und 3.) Auslassdruck.
Das Ventil 14 kann abwechselnd die Verbindung zwischen der Leitung 46 und der Leitung 48 herstellen und trennen, welche Getriebefluid an einen Drehmomentwandler 50 liefert. Das Ventil 14 kann abwechselnd die Verbindung zwischen dem Getriebeleitungsdruck in der Leitung 40 und in der Leitung 52 herstellen und trennen, welcher mit dem Drucksensor 54, wie einem Druckfühler oder Druckschalter, in Verbindung steht.
Der Drucksensor 54 erzeugt ein elektronisches Signal 56, welches die Größe des Drucks in der Hydraulikleitung 52 darstellt. 2 ist ein Schaubild, welches die Beziehung zwischen dem Drucksensordruck (0 bis 20,684 Bar), d. h. dem Signal 56, und der Position des Ventilschiebers 42 im Ventil 14 darstellt.
Wenn der Ventilschieber 42 am oder nah beim linken Ende des Ventils 14 ist, schließen die Ringbünde 60, 62 die Leitung 64, und der Ringbund 60 öffnet eine Verbindung zwischen der Leitung 52 und der Ablassöffnung 66, wodurch ein Drucksensordruck von im Wesentlichen Null erzeugt wird. Wenn der Ventilschieber 42 von der Position von 1 aus nach rechts bewegt wird, öffnet der Ringbund 60 teilweise eine Verbindung zwischen der Leitung 64 und der Drucksensorleitung 52 und schließt teilweise die Verbindung zwischen der Drucksensorleitung 52 und der Ablassöffnung 66, wodurch ein Vergrößern des Drucksensordrucks bewirkt wird. Wenn der Drucksensordruck in der Leitung 52 etwa 1,379 Bar erreicht, dann ist die Ablassöffnung 62 vollständig geschlossen.
Danach, wenn der Ventilschieber 42 und der Ringbund 60 sich weiter nach rechts bewegen, steigt der Drucksensordruck rapide an, da die Verbindung zwischen der Leitung 64 und der Leitung 52 noch kompletter geöffnet wird, bis sie bei einem Drucksensordruck gleich dem angeforderten Getriebeleitungsdruck, der von dem Ventil 16 resultiert, vollständig geöffnet ist. Das Drucksensorsignal 56 stellt die Größe dieser Druckänderungen am Drucksensor 54 dar.
1 illustriert eine elektronische Steuervorrichtung 70, die eine zentrale Prozesseinheit (CPU) 72 und einen elektronischen Speicher 74 aufweist, welcher Steueralgorithmen enthält, die darin in kodierter Form und von der CPU lesbar gespeichert ist. Das Drucksensorsignal 56 wird von der Steuervorrichtung 70 als Eingang empfangen, und die Druckgröße, die es darstellt, wird während der Durchführung der Algorithmen dazu verwendet, um ein variables Ausgangssteuersignal 76 zu erzeugen, das dem Elektromagneten 18 mit variabler Kraft zugeführt wird. Das Pumpenverdrängungs-Steuerventil 16 verwendet den Magnetventilversorgungsdruck in der Leitung 26 und die Betätigung des Elektromagneten 18 durch das elektrische Stromsignal 76, um die Größe des Pumpenverdrängungs-Drucks, der in der Leitung 24 zu der Pumpe 12 transportiert wird, zu steuern. Die Pumpenverdrängung wird vergrößert und verkleinert in Antwort auf die Größe des Signals 56, das von dem Drucksensor 54 erzeugt wird.
Ein Verfahren zum Steuern einer Getriebepumpe mit variabler Verdrängung kann weist folgende Schritte aufweisen: (a) Erzeugen eines variablen Steuersignals, welches einen Grad darstellt, bis zu welchem Fluidflussanforderungen des Getriebes von der Pumpe erfüllt sind, (b) Erzeugen eines Steuerdrucks in Antwort auf das Steuersignal und (c) Ändern der Verdrängung der Pumpe in Antwort auf den Steuerdruck.
Schritt (a) kann ferner aufweisen: Bereitstellen eines Hauptregelventils, welches variable Fluidverbindungen zwischen einer Druckquelle, einem Drucksensor und einer Ablassöffnung öffnet und schließt, wobei der Drucksensor das Steuersignal erzeugt. Die Druckquelle kann eine Quelle von Getriebeleitungsdruck sein.
Der Schritt (b) kann ferner aufweisen: Konvertieren des Steuersignals in Pulsweitenmodulations-Spannung, Aufbringen der Spannung auf einen Elektromagneten mit Pulsweitenmodulation und variabler Kraft und Verwenden des Elektromagneten, um ein Pumpenverdrängungs-Steuerventil zu betätigen und um den Steuerdruck zu erzeugen.
Der Schritt (b) kann auch aufweisen: Konvertieren des Steuersignals in einen variablen elektrischen Strom, Aufbringen des Stroms auf einen Elektromagneten mit variabler Kraft und Verwenden des Elektromagneten, um ein Pumpenverdrängungs-Steuerventil zu betätigen und um Pumpenverdrängungs-Steuerdruck zu erzeugen. Hierbei kann das Pumpenverdrängungs-Steuerventil einen Magnetventil-Versorgungsdruck und das Magnetventil verwenden, um den Pumpenverdrängungs-Steuerdruck zu erzeugen.
Ein anderes Verfahren zum Steuern einer Getriebepumpe mit variabler Verdrängung kann folgende Schritte ausweisen: (a) Bereitstellen einer Pumpe mit variabler Verdrängung und Bereitstellen einer Quelle von Getriebeleitungsdruck, (b) Bereitstellen eines Hauptregelventils, das mit der Quelle von Getriebeleitungsdruck und einem Drucksensor in Verbindung steht, wobei der Drucksensor ein variables Steuersignal erzeugt, dessen Größe einen Grad repräsentiert, bis zu welchem Fluidflussanforderungen des Getriebes von der Quelle von Getriebeleitungsdruck erfüllt sind, (c) Erzeugen eines Steuerdrucks in Antwort auf das Steuersignal und (d) Ändern der Verdrängung der Pumpe in Antwort auf das Steuersignal. Hierbei kann der Schritt (b) aufweisen: Bereitstellen eines Hauptregelventils, welches einen Ventilschieber aufweist, der in einer Kammer bewegbar ist in Antwort auf eine Kraft, welche von einer Getriebeleitungsdrucksteuerung erzeugt wird und welcher eine Kraft entgegenwirkt, die vom Druck der Quelle von Getriebeleitungsdruck erzeugt wird, wobei die Position des Ventilschiebers in der Kammer das Öffnen und Schließen von Fluidverbindungen zwischen der Quelle von Getriebeleitungsdruck, einem Drucksensor und einer Ablassöffnung bestimmt. Der Schritt (b) kann auch aufweisen: Bereitstellen eines Hauptregelventils, das variable Fluidverbindungen zwischen der Druckquelle, dem Drucksensor und einem Ablassventil öffnet und schließt, wobei der Drucksensor das Steuersignal erzeugt; hierbei kann die Druckquelle eine Quelle von Getriebeleitungsdruck sein. Der Schritt (c) kann aufweisen: Konvertieren des Steuersignals in einen variablen elektrischen Strom, Aufbringen des Stroms auf einen Elektromagneten mit variabler Kraft und Verwenden des Elektromagneten, um ein Pumpenverdrängungs-Steuerventil zu betätigen und den Steuerdruck zu erzeugen. Der Schritt (c) kann auch aufweisen: Konvertieren des Steuersignals in eine Pulsweitenmodulations-Spannung, Aufbringen der Spannung auf einen Elektromagneten mit Pulsweitenmodulation und variabler Kraft und Verwenden des Elektromagneten, um ein Pumpenverdrängungs-Steuerungsventil zu betätigen und um den Steuerdruck zu erzeugen. Das Pumpenverdrängungs-Steuerventil kann Magnetventil-Versorgungsdruck und das Magnetventil dazu verwenden, um den Steuerdruck zu erzeugen.

Claims

System zum Steuern von Fluidflussraten in einem Hydraulikkreis (10) eines Automatikgetriebes, der eine Pumpe (12) mit variabler Verdrängung als Quelle von Getriebeleitungsdruck sowie ein Hauptregelventil (14) mit einem Ventilschieber (42) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptregelventil (14) dafür eingerichtet ist, in Abhängigkeit vom Getriebeleitungsdruck: - abwechselnd eine Fluidverbindung zwischen dem Getriebeleitungsdruck und einem Drucksensor (54) herzustellen und zu trennen, wobei auf Basis des von dem Drucksensor (54) gefühlten Drucks ein Ausgangssteuersignal (76) für ein Pumpenverdrängungs-Steuerventil (16) erzeugt wird; - wenn der Ventilschieber (42) in einer Position an oder nahe an einem Ende des Hauptregelventils (14) ist, eine Fluidverbindung zwischen dem Drucksensor (54) und einer Ablassöffnung (66) herzustellen; und - wenn sich der Ventilschieber (42) von der vorgenannten Position weg bewegt, die Fluidverbindung zwischen dem Getriebeleitungsdruck und dem Drucksensor (54) nach und nach zu öffnen und die Fluidverbindung zwischen dem Drucksensor (54) und der Ablassöffnung (66) nach und nach zu schließen.
System gemäß Anspruch 1, wobei das Hauptregelventil (14) aufweist: eine Kammer, die mit der Quelle von Getriebeleitungsdruck, einer Leitung (44) von einer Leitungsdrucksteuerung (86, 88), dem Drucksensor (54) und der Ablassöffnung (66) in Verbindung steht, wobei die Kraft einer Druckfeder der von dem Getriebeleitungsdruck auf den Ventilschieber (42) ausgeübten Kraft entgegenwirkt, wobei der Ventilschieber (42) in der Kammer bewegbar ist in Antwort auf die Summe der Kräfte, die von der Leitungsdrucksteuerung (86, 88) und der Druckfeder erzeugt werden, und entgegen der Kraft, die von dem Getriebeleitungsdruck erzeugt wird, wobei die Position des Ventilschiebers (42) in der Kammer das Öffnen und Schließen der Fluidverbindungen zwischen der Quelle von Getriebeleitungsdruck, dem Drucksensor (42) und der Ablassöffnung (66) bestimmt.
System gemäß Anspruch 1, wobei der Drucksensor (42) ein Druckwandler ist.
System gemäß Anspruch 1, wobei das Pumpenverdrängungs-Steuerventil (16) mit einer Magnetventilversorgungsdruck-Leitung (26) in Verbindung ist und von einem Elektromagneten (18) betätigt wird.
System gemäß Anspruch 1, ferner aufweisend eine Steuervorrichtung (70), die eingerichtet ist, um das Ausgangssteuersignal (76) für das Pumpenverdrängungs-Steuerventil (16) in Antwort auf ein Drucksensorsignal (56) des Drucksensors (54) zu erzeugen.
Verfahren zum Steuern von Fluidflussraten in einem Hydraulikkreis (10) eines Automatikgetriebes, der eine Pumpe (12) mit variabler Verdrängung als Quelle von Getriebeleitungsdruck sowie ein Hauptregelventil (14) mit einem Ventilschieber (42) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptregelventil (14) in Abhängigkeit vom Getriebeleitungsdruck: - abwechselnd eine Fluidverbindung zwischen dem Getriebeleitungsdruck und einem Drucksensor (54) herstellt und trennt, wobei auf Basis des von dem Drucksensor (54) gefühlten Drucks ein Ausgangssteuersignal (76) für ein Pumpenverdrängungs-Steuerventil (16) erzeugt wird; - wenn der Ventilschieber (42) in einer Position an oder nah einem Ende des Hauptregelventils (14) ist, eine Fluidverbindung zwischen dem Drucksensor (54) und einer Ablassöffnung (66) herstellt; und - wenn sich der Ventilschieber (42) von der vorgenannten Position weg bewegt, die Fluidverbindung zwischen dem Getriebeleitungsdruck und dem Drucksensor (54) nach und nach öffnet und die Fluidverbindung zwischen dem Drucksensor (54) und der Ablassöffnung (66) nach und nach schließt.
Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei das Ausgangssteuersignal (76) in eine Pulsweitenmodulations-Spannung umgewandelt wird, die einem Elektromagneten (18) zugeführt wird, der verwendet wird, um das Pumpenverdrängungs-Steuerventil (16) zu betätigen.