DE19641074A1 - Temperaturbestimmung einer Reibschlußverbindung - Google Patents
Temperaturbestimmung einer ReibschlußverbindungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Temperaturbe
stimmung einer Reibschlußverbindung, insbesondere einer
Anfahr- oder Schaltkupplung oder Bremse eines Getriebes.
Bei derartigen Reibschlußverbindungen wird durch Relativ
drehung zweier Reibflächen Reibungswärme erzeugt. Diese
Wärme wird durch einen Kühlmittelfluß, insbesondere Getrie
beöl abgeführt. Die direkte Temperaturmessung an der Reib
schlußverbindung ist sehr aufwendig, insbesondere bei Kupp
lungen, bei denen beide Hälften drehbar sind. Die indirekte
Temperaturmessung über das abströmende Kühlmittel ist eben
falls sehr aufwendig. Darüber hinaus ist es sehr schwierig,
einen Temperaturmeßfühler nahe genug an den drehenden Tei
len der Reibschlußverbindung unterzubringen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfah
ren zur Temperaturbestimmung einer Reibschlußverbindung zu
schaffen, bei dem die Temperatur nicht gemessen werden muß,
sondern rechnerisch bestimmt werden kann.
Diese Aufgabe wird mit einem, auch die kennzeichnenden
Merkmale des Hauptanspruchs aufweisenden, gattungsgemäßen
Verfahren gelöst.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die
aktuelle Temperatur durch die Integration der Differential
gleichung
berechnet,
mit der Zeitkonstante
mit der Zeitkonstante
und dem Verstärkungsfaktor
wobei die Symbole bezeichnen:
TR Temperatur der Reibschlußverbindung
t Zeit
TK,zu Temperatur des Kühlmittels beim Zulauf = Umge bungstemperatur der Reibschlußverbindung
Δω Relativwinkelgeschwindigkeit der beiden Hälften der Reibschlußverbindung
MÜ Übertragungsdrehmoment der Reibschlußverbindung
CR absolute Wärmekapazität der Reibschlußverbindung
cK relative Wärmekapazität des Kühlmittels
ρ Dichte des Kühlmittels
Φ Kühlmittelvolumendurchfluß
α relative Wärmeübergangskonstante an der Grenz fläche Reibschlußverbindung-Kühlmittel
A Fläche der Grenzfläche Reibschlußverbin dung-Kühlmittel.
TR Temperatur der Reibschlußverbindung
t Zeit
TK,zu Temperatur des Kühlmittels beim Zulauf = Umge bungstemperatur der Reibschlußverbindung
Δω Relativwinkelgeschwindigkeit der beiden Hälften der Reibschlußverbindung
MÜ Übertragungsdrehmoment der Reibschlußverbindung
CR absolute Wärmekapazität der Reibschlußverbindung
cK relative Wärmekapazität des Kühlmittels
ρ Dichte des Kühlmittels
Φ Kühlmittelvolumendurchfluß
α relative Wärmeübergangskonstante an der Grenz fläche Reibschlußverbindung-Kühlmittel
A Fläche der Grenzfläche Reibschlußverbin dung-Kühlmittel.
Diese Gleichung läßt sich folgendermaßen herleiten:
Der Reibschlußverbindung wird für den Fall, daß ihre beiden Hälften aufeinander gleiten, Energie in Form von Reibungs wärme zugeführt und Wärmeenergie durch ein Kühlmittel, vor zugsweise Getriebeöl abgeführt. Im nicht stationären Fall - d. h. Reibungswärmeenergiezufuhr ist ungleich Wärmeenergie abfuhr durch Kühlmittel - führt dies zu einer Änderung der Wärmeenergie der Reibschlußverbindung. Der Energieerhal tungssatz läßt sich folgendermaßen formulieren:
Der Reibschlußverbindung wird für den Fall, daß ihre beiden Hälften aufeinander gleiten, Energie in Form von Reibungs wärme zugeführt und Wärmeenergie durch ein Kühlmittel, vor zugsweise Getriebeöl abgeführt. Im nicht stationären Fall - d. h. Reibungswärmeenergiezufuhr ist ungleich Wärmeenergie abfuhr durch Kühlmittel - führt dies zu einer Änderung der Wärmeenergie der Reibschlußverbindung. Der Energieerhal tungssatz läßt sich folgendermaßen formulieren:
mit
PR an der Reibschlußverbindung verrichtete Reibleistung,
PK Kühlleistung.
PR an der Reibschlußverbindung verrichtete Reibleistung,
PK Kühlleistung.
Die an der Reibschlußverbindung verrichtete Reibleistung
PR ist das Produkt aus Relativwinkelgeschwindigkeit Δω der
beiden Hälften der Reibschlußverbindung und ihrem Übertra
gungsdrehmoment MÜ
PR = ΔωMÜ (2)
Die Kühlleistung PK führt zu einer Erwärmung des Kühlmit
tels
PK = cKρΦ(TK,ab-TK,zu) (3)
mit
TK,ab Temperatur des Kühlmittels beim Ablauf von der Reibschlußverbindung.
TK,ab Temperatur des Kühlmittels beim Ablauf von der Reibschlußverbindung.
Dabei ist der Wärmeübergang an der Grenzfläche zwischen
Reibschlußverbindung und Kühlmittel gegeben durch
PK = αA(TR-<TK<) (4)
mit
<TK< mittlere Temperatur des Kühlmittels beim Wärme übertrag.
<TK< mittlere Temperatur des Kühlmittels beim Wärme übertrag.
Die mittlere Temperatur des Kühlmittels beim Wärmeübertrag
wird als das arithmetische Mittel der Zu- und Abflußtempe
ratur angesetzt:
Gleichung (5) in (4) eingesetzt ergibt:
Gleichung (6) nach TK,ab aufgelöst ergibt:
Einsetzen von Gleichung (6′) in (3) eliminiert die unbe
kannte Temperatur des Kühlmittels beim Ablauf von der Reib
schlußverbindung TK,ab:
Auflösen nach PK ergibt:
Gleichung (2) und (7′) in (1) eingesetzt gibt folgende Dif
ferentialgleichung:
Der Term
hat dabei die Bedeutung einer Zeitkonstante
τ und der Term
die Bedeutung eines
Verstärkungsfaktors K. Mit diesen beiden Abkürzungen er
hält man obige Differentialgleichung:
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
wird die Relativwinkelgeschwindigkeit Δω der beiden Hälf
ten der Reibschlußverbindung als Differenz der absoluten
Winkelgeschwindigkeiten der Primär- und Sekundärseite die
ser Reibschlußverbindung berechnet. Dabei wird die die Pri
mär- bzw. Sekundärwinkelgeschwindigkeit jeweils als Produkt
der Winkelgeschwindigkeit eines im Antriebsstrang auf der
Primär- bzw. Sekundärseite dieser Reibschlußverbindung be
findlichen Bauteils und dem Übersetzungsverhältnis zwischen
jeweils diesem Bauteil und der Primär- und Sekundärseite
dieser Reibschlußverbindung bestimmt. Die Winkelgeschwin
digkeit wird dabei jeweils mittels eines Drehzahlsensors
gemessenen.
Vorteilhafterweise wird die Motordrehzahl als Drehzahl
eines Bauteils auf der Primärseite der Reibschlußverbindung
und die Getriebeabtriebsdrehzahl als Drehzahl eines Bau
teils auf der Sekundärseite der Reibschlußverbindung heran
gezogen.
Das Übertragungsdrehmoment der Reibschlußverbindung
wird vorzugsweise anhand von dem Druck im Stellzylinder der
Reibschlußverbindung ermittelt. Da die Stellkolbenfläche
bekannt ist, ebenso wie die Fläche und der Reibungskoeffi
zienten der Reibschlußverbindung, kann die Reibungskraft
der Reibschlußverbindung berechnet werden. Multipliziert
mit dem mittleren Radius der Reibschlußverbindung ergibt
sich damit das Übertragungsdrehmoment der Reibschlußverbin
dung.
Vorzugsweise wird obige Differentialgleichung für die
aktuelle Temperatur mittels eines Digitalrechners berech
net. Vorteilhafterweise wird zur Berechnung der aktuelle
Temperatur das Runge-Kutta-Verfahren angewendet.
In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Er
findung wird die aktuelle Temperatur mittels eines Analo
grechners berechnet.
Vorzugsweise ist das Getriebesteuerungsprogramm von
dem Ergebnis der Temperaturberechnung abhängig. Durch eine
Verringerung der Schalthäufigkeit bei hohen Temperaturen
wird die Reibschlußverbindung thermisch entlastet und kann
sich wieder abkühlen. Bei hohen Temperaturen der Reib
schlußverbindung wird vorzugsweise der Ablauf des Last
schaltvorgangs in der Weise abgeändert, daß die thermische
Belastung der Reibschlußverbindung abnimmt. Dies bedeutet,
daß bei hohen Fahrgeschwindigkeiten die Reibschlußverbin
dung schnell geschlossen wird und bei niedrigen Fahrge
schwindigkeiten schnell geöffnet wird. Das führt zwar zu
einem ruppigen Schaltverhalten und mangelndem Schaltkom
fort, entlastet aber die Reibschlußverbindung thermisch.
Zwar ist dabei das Übertragungsdrehmoment und damit die
Reibleistung für kurze Zeit noch höher, aber die gesamte
Reibungswärme, d. h. das Integral der Reibleistung ist in
folge kürzere Schaltzeiten, d. h. Zeiten, in denen die
Kupplung schleift, geringer. Bei geringen Fahrgeschwindig
keiten, bei denen zwar das Übertragungsdrehmoment klein
ist, aber die Kupplung permanent schleift, und damit eine
hohe Reibungswärme anfällt, wird die Reibschlußverbindung
vorteilhafterweise schnell geöffnet.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
werden die Zeitkonstante τ und der Verstärkungsfaktor K in
Abhängigkeit von im Versuch ermittelten Funktionalen des
Kühlmittelvolumendurchflusses Φ bestimmt.
Claims (13)
1. Verfahren zur Temperaturbestimmung einer Reib
schlußverbindung, insbesondere einer Kupplung oder Bremse
eines Getriebes, bei der durch Relativdrehung zweier Reib
flächen Reibungswärme erzeugt wird und diese Wärme durch
einen Kühlmittelfluß abgeführt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
ausgehend von einer Umgebungstemperatur der Reibschlußver
bindung ihre aktuelle Temperatur durch Integration der Tem
peraturänderung berechnet wird, die proportional zur Diffe
renz aus Reibungsleistung und Wärmeabfuhr ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die aktuelle Temperatur durch die Integration der Differen
tialgleichung
berechnet wird,
mit der Zeitkonstante und dem Verstärkungsfaktor wobei die Symbole bezeichnen:
TR Temperatur der Reibschlußverbindung
t Zeit
TK,zu Temperatur des Kühlmittels beim Zulauf = Umge bungstemperatur der Reibschlußverbindung
Δω Relativwinkelgeschwindigkeit der beiden Hälften der Reibschlußverbindung
MÜ Übertragungsdrehmoment der Reibschlußverbindung
CR absolute Wärmekapazität der Reibschlußverbindung
cK relative Wärmekapazität des Kühlmittels
ρ Dichte des Kühlmittels
Φ Kühlmittelvolumendurchfluß
α relative Wärmeübergangskonstante an der Grenz fläche Reibschlußverbindung-Kühlmittel
A Fläche der Grenzfläche Reibschlußverbindung-Kühl mittel.
mit der Zeitkonstante und dem Verstärkungsfaktor wobei die Symbole bezeichnen:
TR Temperatur der Reibschlußverbindung
t Zeit
TK,zu Temperatur des Kühlmittels beim Zulauf = Umge bungstemperatur der Reibschlußverbindung
Δω Relativwinkelgeschwindigkeit der beiden Hälften der Reibschlußverbindung
MÜ Übertragungsdrehmoment der Reibschlußverbindung
CR absolute Wärmekapazität der Reibschlußverbindung
cK relative Wärmekapazität des Kühlmittels
ρ Dichte des Kühlmittels
Φ Kühlmittelvolumendurchfluß
α relative Wärmeübergangskonstante an der Grenz fläche Reibschlußverbindung-Kühlmittel
A Fläche der Grenzfläche Reibschlußverbindung-Kühl mittel.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Relativwinkelgeschwindigkeit Δω der beiden Hälften der
Reibschlußverbindung als Differenz der absoluten Winkelge
schwindigkeiten der Primär- und Sekundärseite dieser Reib
schlußverbindung berechnet wird, wobei die die Primär- bzw.
Sekundärwinkelgeschwindigkeit jeweils als Produkt der mit
tels jeweils eines Drehzahlsensors gemessenen Winkelge
schwindigkeit eines im Antriebsstrang auf der Primär- bzw.
Sekundärseite dieser Reibschlußverbindung befindlichen Bau
teils und dem Übersetzungsverhältnis zwischen jeweils die
sem Bauteil und der Primär- und Sekundärseite dieser Reib
schlußverbindung bestimmt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
als Drehzahl eines Bauteils auf der Primärseite der Reib
schlußverbindung die Motordrehzahl und als Drehzahl eines
Bauteils auf der Sekundärseite der Reibschlußverbindung die
Getriebeabtriebsdrehzahl herangezogen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Übertragungsdrehmoment der Reibschlußverbindung anhand
von dem Druck im Stellzylinder bei bekannter Stellkolben
fläche der Reibschlußverbindung und der Abmessung sowie des
Reibungskoeffizienten der Reibschlußverbindung ermittelt
wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
die aktuelle Temperatur mittels eines Digitalrechners be
rechnet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß
die aktuelle Temperatur nach dem Runge-Kutta-Verfahren be
rechnet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
die aktuelle Temperatur mittels eines Analogrechners be
rechnet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Getriebesteuerungsprogramm von dem Ergebnis der Tempe
raturberechnung abhängig ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Getriebesteuerungsprogramm bei hohen Temperaturen der
Reibschlußverbindung die Schalthäufigkeit verringert.
11. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Getriebesteuerungsprogramm bei hohen Temperaturen der
Reibschlußverbindung den Ablauf des Lastschaltvorgangs in
der Weise abändert, daß die thermische Belastung der Reib
schlußverbindung abnimmt.
12. Verfahren nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Getriebesteuerungsprogramm bei hohen Temperaturen der
Reibschlußverbindung diese bei hohen Fahrgeschwindigkeiten
schnell schließt und bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten
schnell öffnet.
13. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Zeitkonstante τ und der Verstärkungsfaktor K in Abhän
gigkeit von im Versuch ermittelten Funktionalen des Kühl
mittelvolumendurchfluß Φ bestimmt werden.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1996141074 DE19641074C2 (de) | 1996-10-04 | 1996-10-04 | Verfahren zur Temperaturbestimmung einer Reibschlußverbindung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1996141074 DE19641074C2 (de) | 1996-10-04 | 1996-10-04 | Verfahren zur Temperaturbestimmung einer Reibschlußverbindung |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19641074A1 true DE19641074A1 (de) | 1998-04-09 |
DE19641074C2 DE19641074C2 (de) | 2003-12-04 |
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ID=7807936
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1996141074 Expired - Fee Related DE19641074C2 (de) | 1996-10-04 | 1996-10-04 | Verfahren zur Temperaturbestimmung einer Reibschlußverbindung |
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