Systems eines Getriebesystems

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung von Schäden und Verschleiß eines tribologischen Systems eines Getriebesystems, welches ein Getriebe und eine Kupplung umfasst, die in einem Getriebeöl geführt werden, wobei eine Getriebetemperatur und eine Anzahl von Schaltungen des Getriebes gemessen und einem mathematischen Modell zugeführt werden.

In Kraftfahrzeugen werden Getriebesysteme verwendet, welche ein Getriebe und eine Kupplung umfassen, die gemeinsam in einem Getriebeöl gelagert sind. Bei der Betätigung des Getriebesystems kommt es durch Verschleiß der mechanischen Bestandteile zu Ablagerungen in dem Getriebeöl. Darüber hinaus tritt eine temperaturabhängige Oxidation des Getriebeöls auf. Aus diesen Gründen ist es notwendig, das Getriebeöl zu wechseln. Dies geschieht in vorgegebenen Zeitintervallen. Das hat den Nachteil, dass das Getriebeöl entweder zu zeitig oder zu spät gewechselt wird. Der frühzeitige Wechsel des Getriebeöls ist kostenaufwändig und führt zu viel Abfall, welcher die Umgebung belastet. Ein zu später Wechsel des Getriebeöls kann zu einem Getriebeschaden infolge des Gebrauchs eines abgenutzten Getriebeöls führen. Ein Funktionsverlust des Getriebes führt zu Unzufriedenheit des Fahrzeugnutzers und zu einer schlechten Marktakzeptanz.

Aus der US 8,050,814 B2 ist ein Verfahren zur Ermittlung der verbleibenden Lebensdauer von Getriebeöl bekannt, bei welchem die Lebensdauer des Getriebeöls aus der Anzahl der Schaltungen des Getriebes sowie aus einer Ermittlung einer Getriebetemperatur vorausberechnet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Reduzierung von Schäden und Verschleiß eines tribologischen Systems des Getriebesystems anzugeben, bei welchem die Lebensdauer des Getriebeöls erhöht wird und immer der richtige Zeitpunkt zum Wechsel des Getriebeöls gefunden wird. Erfindungsgemäß ist die Aufgabe dadurch gelöst, dass durch das, das tribologische Getriebesystem abbildende mathematische Abnutzungsmodell ein Abnutzungsfaktor berechnet wird, in dessen Abhängigkeit ein Betriebszustand des Getriebesystems zur Reduzierung der Abnutzung des Getriebesystem verändert wird. Dies hat den Vorteil, dass mittels dieses tribologischen Abnutzungsmodells in Echtzeit der durch das Getriebesystem an dem Getriebeöl auftretende Schaden während des normalen Gebrauchs des Getriebesystems bestimmt werden kann. Durch die Anpassung des Betriebszustandes des Getriebesystems an den aktuellen Abnutzungszustand wird die Lebensdauer des Getriebeöls verlängert und außerdem die zuverlässige Funktion des Gesamtsystems beibehalten.

Vorteilhafterweise wird ein Verschleißfaktor aus mehreren Einzelverschleißergebnissen einer Vielzahl von Schaltungen des Getriebes bestimmt, der zur Bildung des Abnutzungsfaktors mit einem Temperaturfaktor zusammenführt wird. Das tribologische Abnutzungsmodell, umfassend in dem Getriebeöl gelagerte Getriebe und Kupplung, und betrachtet dabei nicht nur das Reibmaterial, sondern auch die Temperaturverhältnisse im Getriebesystem. Durch die Erfassung des Einzelverschleißergebnisses wird eine besonders genaue Ermittlung des Verschleißfaktors möglich, wodurch der Zustand der Verunreinigung des Getriebeöls besonders gut bestimmt werden kann.

In einer Ausgestaltung werden der Verschleißfaktor eines Gesamtverschleißmoduls und der Temperaturfaktor eines Temperaturbestimmungsmoduls zur Bestimmung des Abnutzungsfaktors gewichtet in einer Summe zusammengefasst. Diese Wichtung hat den Vorteil, dass Bezug auf das konkret angewendete Getriebesystem genommen werden kann und somit ein korrekter Abnutzungsfaktor ermittelt werden kann.

In einer Variante wird das Einzelverschleißergebnis zur Wiedergabe des auftretenden Verschleißes während einer einzelnen Gangschaltung des Getriebes berechnet. Somit wird jeder Schaltvorgang einzeln bewertet, woraus sich ein genauer Abnutzungsfaktor ergibt. In einer Weiterbildung wird das Einzelverschleißergebnis in Abhängigkeit mindestens eines aktuellen Betriebsparameters des Getriebesystems bestimmt, wobei die Einzelverschleißergebnisse eines Ganges zu einer Gangverschleißsumme zusammenge- fasst werden und aus den einzelnen Gangverschleißsummen eine Gesamtverschleißsumme gebildet wird, aus welcher der Verschleißfaktor abgeleitet wird. Durch diese differenzierte Verschleißbetrachtung lassen sich Rückschlüsse auf den Verschleiß bei einer einzelnen Schaltung genauso wie bei mehreren Schaltungen abgeleitet werden können.

In einer Variante wird die, für jeden einzelnen Gang ausgegebene Gangverschleißsumme mit einem Stellgliedgrenzwert verglichen, wobei bei einer Überschreitung des Stellgliedgrenzwertes ein Getriebestellgliedprofil verschoben wird. Damit werden auch Verschleißeffekte des mechanisch betätigten Stellgliedes der Kupplung bei der Bestimmung des Abnutzungsfaktors betrachtet.

In einer Ausführungsform werden eine Ölsumpftemperatur und/oder eine Kupplungstemperatur und/oder eine Kühlwassertemperatur eines Verbrennungsmotors als Eingangsgrößen des Temperaturbestimmungsmoduls verwendet. Da durch diese unterschiedlichen Temperaturen eine Vielzahl das Getriebesystem beeinflussende Temperaturen berücksichtigt werden, lässt sich hieraus eine zuverlässige temperaturabhängige Degradation des Getriebeöls ermitteln.

Vorteilhafterweise wird der Abnutzungsfaktor mit mehreren, eine unterschiedliche Größe aufweisenden Abnutzungsschwellwerten verglichen, wobei jedem Abnutzungsschwellwert eine Maßnahme zur Änderung des Betriebszustandes des Getriebesystems zugeordnet ist, welche bei Überschreitung des jeweiligen Abnutzungsschwellwertes ausgelöst wird. Basierend auf dem ermittelten Schadensmodellstatus können bestimmte Betriebszustände verändert werden, wie beispielsweise eine Leistungsbegrenzung, eine Verschiebungsreduktion oder ein Momenteneingriff. Die Ausführung dieser Betriebszustände erlaubt eine schnellere Erholung des tribologischen Getrie- besystems.

In einer Ausgestaltung wird der Abnutzungsfaktor einer temperaturabhängigen Regenerationsberechnung zugeführt wird, wobei ein regenerierter Abnutzungsfaktor ermittelt wird. Die Einführung der Regeneration des Getriebesystems, welche vorteilhafterweise die Erholung bei einer vorliegenden Untertemperatur oder einer Übertemperatur des Gesamtsystems zulässt, vervollständigt das Abnutzungsmodell.

Vorteilhafterweise wird der regenerierte Abnutzungsfaktor mit mehreren, unterschiedlich großen Schwellwerten verglichen, wobei jedem Schwellwert die Maßnahme zur Änderung des Betriebszustandes des Getriebes oder ein Hinweis für einen Getriebeölwechsel zugeordnet ist, welche bei Überschreitung des Schwellwertes ausgelöst werden. Aufgrund dieses Vergleiches kann das Abnutzungsmodell auf den aktuellen Status des tribologischen Systems reagieren, indem beispielsweise ein spezifisches Serviceintervall für das Getriebesystem eingestellt wird.

Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.

Es zeigt:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem tribologischen Abnutzungsmodell eines Getriebesystems

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Verbesserung der Genauigkeit des Getriebeaktors,

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens für die Implementation

tribologischen Schadensschutzstrategie,

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Einstellung einer

tribologischen Abnutzungsschutzstrategie. ln Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem Abnutzungsmodell eines tribolgischen Getriebesystems dargestellt. Unter einem tribologischen System ist eine Beschreibung von Reibung, der Berechnung und Messung von Reibungskoeffizienten, dem Verschleiß und der erforderlichen Schmierung zwischen aufeinander einwirkenden, in Relativbewegung befindlichen Oberflächen zu verstehen. Das Abnutzungsmodell weist ein Einzelverschleißmodul 100 auf, dessen Ausgangssignal einem Gesamtverschleißmodul 200 zugeführt wird. Der durch das Gesamtverschleißmodul 200 ausgegebene Verschleißfaktor 50 wird in einem Summa- tionspunkt 600 mit einem Temperaturfaktor 70 zusammengeführt. Dieser Temperaturfaktor 70 wird aus einem Temperaturmodul 500 berechnet, dem verschiedene Eingangsgrößen zugrunde liegen. Zu den möglichen Eingangsgrößen gehören die Öl- sumpftemperatur 7, die geschätzte Kupplungstemperatur 60, eine Solldrehzahl 3 einer Getriebeeingangswelle, eine Istdrehzahl 4 der Getriebeeingangswelle sowie eine Kühlmitteltemperatur 8 eines s Verbrennungsmotors.

In dem Summationspunkt 600 werden der Verschleißfaktor 50 und der Temperaturfaktor 70 vor der Summenbildung gewichtet, wodurch ein Abnutzungsfaktor 90 gewonnen wird.

Das Einzelverschleißmodul 100 bestimmt die Abnutzung des Getriebesystems bei einer einzelnen Gangschaltung des Getriebes. Als Eingangswerte einer Einzelverschleißberechnung 1 10 werden beispielsweise ein Schleppmoment 1 der Kupplung, eine Geschwindigkeit 2 des Verbrennungsmotors, die Solldrehzahl 3 der Getriebeeingangswelle 3, die Istdrehzahl 4 der Getriebeeingangswelle 4, der Zielgang 5 und die Kraft 6, die zum Einlegen eines Ganges 6 notwendig ist, eingegeben. Als Ergebnis erhält man eine Schaltenergie 10 und eine Schaltleistung 20 jeweils für einen einzelnen Gangeinlegevorgang. Die Schaltleistung 10 und die Schaltleistung 20 stellen gemeinsam mit der Ölsumpftemperatur 7 die Eingangssignale einer Verschleißberechnung 120 dar. Das Ergebnis der Verschleißberechnung 120 ist eine Abnützung, welche bei einem einzigen Schaltvorgang für einen einzigen Gang auftritt. Dieser Abnutzungswert 30 wird nun dem Gesamtverschleißmodul 200 zugeführt. Aus den, für die einzelnen Gänge durch das Einzelverschleißmodul 100 ermittelten Abnutzungswerten 31 , 32, 33, 34 wird jeweils eine Gangverschleißsumme 210, 21 1 , 212, 213 aller Schaltvorgänge eines Ganges und die damit verbundenen Abnutzungserscheinungen bestimmt. Somit gibt es eine Gangverschleißsumme 210 für die Schaltung eines ersten Ganges, eine Gangverschleißsumme 21 1 für die Schaltung eines zweiten Ganges, eine Gangverschleißsumme 212 für die Schaltung eines dritten Ganges und eine Gangverschleißsumme 213 für die Schaltungen eines vierten Ganges. Das Modell kann jeweils entsprechend des vorhandenen Getriebes an die zugehörige Anzahl der Gänge angepasst werden. Die Gangverschleißsummen 210, 21 1 , 212, 213 werden in einem Gesamtsummenmodul 220 für alle Gänge zufassend bewertet und eine Gesamtverschleißsumme 40 bestimmt, die einer Gesamtverschleißbewertung 400 zugeführt wird. In dieser Gesamtverschleißbewertung 400 wird die Gesamtverschleißsumme 40 ausgewertet und in Abhängigkeit von dieser Auswertung der Verschleißfaktor 50 bestimmt. Dieser Verschleißfaktor 50 wird, wie schon erläutert, in dem Summationspunkt 600 mit dem Temperaturfaktor 70 zusammengefasst.

Optional besteht hier noch die Möglichkeit, weitere Eingangsgrößen bei der gewichteten Summenbildung im Summationspunkt 600 zu berücksichtigen. Zu solchen Faktoren können ein Initialfaktor 81 für ein neuwertiges Getriebesystem, ein Zeitfaktor 82, ein Laufzeitfaktor 83 eines mechanischen Lagers, ein Pumpenfaktor 84 oder ein Ölwechselfaktor 85 gehören.

Der Summationspunkt 600 ermittelt aus allen Eingangsgrößen den Abnutzungsfaktor 90, welcher einen temporären Schaden, den die Schaltvorgänge und die Temperaturänderungen des Getriebesystems hervorrufen, beschreibt.

Dieser Abnutzungsfaktor 90 kann im Weiteren einem Regenerationsprozess 700 unterworfen werden, bei welchem betrachtet wird, inwieweit eine vorhandene Über- oder Untertemperatur die Funktion des Getriebesystems unter tribologischen Gesichtspunkten verändert. Ausgangswert dieses Regenerationsprozesses 700 ist ein regene- rierter Abnutzungsfaktor 95, der eine Aussage über die Lebensdauer des tribologischen Systems und somit des Getriebeöls trifft.

Neben der Auswertung des Abnutzungsfaktors 90 und des regenerierten Abnutzungsfaktors 95 können auch durch Einzelergebnisse dieses Berechnungsmodells Maßnahmen angestoßen werden, welche die Lebensdauer des Getriebeöls erhöhen. Wie in Fig. 1 gezeigt, kann festgestellt werden, welche der, in dem Gesamtverschleißmodul 200 gebildeten Gangverschleißsummen 210, 21 1 , 212, 213 auf eine Veränderung eines Getriebeaktor-Verschiebeprofils hinweisen. Zu diesem Zweck wird ein Abnutzungsfehler des Getriebeaktors mit einem Grenzbereich verglichen (Fig. 2). Liegt dieses Vergleichsergebnis 340 außerhalb des Grenzbereiches, ist eine Justierung des Getriebeaktorprofils notwendig (Schritt 350). Ist dies nicht der Fall, so wird der Getriebeaktor unverändert weiter genutzt (Schritt 800).

Das Ausführungsbeispiel in Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Implementation einer tribologischen Schadensschutzstrategie unter Verwendung des Abnutzungsfaktors 90. Wie schon erläutert, verdeutlicht dieser Abnutzungsfaktor 90 eine temporäre Abnutzung, die durch Änderung einzelner Betriebszustände des Getriebesystems geändert werden kann. Dabei wird zunächst der Abnutzungsfaktor 90 mit einem ersten Abnutzungsschwellwert G1 verglichen. Ist der Abnutzungsfaktor 90 größer als G1 , wird im Schritt 410 die Kupplungsenergie auf ein Minimum reduziert, was bedeutet, dass die Kupplung entweder geschlossen oder geöffnet wird. Ist dies nicht der Fall, so wird in einem weiteren Schritt geprüft, ob der Abnutzungsfaktor 90 größer als ein Abnutzungsschwellwert G2 ist. Ist dies der Fall, so wird die Kühlung des Getriebeöls unabhängig von anderen Einflussfaktoren erhöht (Schritt 420). Wird der Abnutzungsschwellwert G2 nicht überschritten, so wird weiter untersucht, ob der Abnutzungsfaktor 90 den nächsten Abnutzungsschwellwert G3 übersteigt. Ist dies der Fall, wird im Schritt 430 ein Schaltprofil der Kupplung verändert, um die Reibungsenergie der Kupplung zu reduzieren. Ist der Abnutzungsfaktor kleiner als der Abnutzungsschwellwert G3, so wird die normale Operation (Schritt 800), wie sie eingestellt ist, weitergeführt. Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Implementierung einer tribologischen Abnutzungsschutzstrategie. Zu diesem Zweck wird der regenerierte Abnutzungsfaktor 95 ausgewertet. Ist der regenerierte Abnutzungsfaktor 95 größer als ein Schwellwert W1 , so wird im Schritt 440 ein Alarm zur Auswechslung des Getriebeöls ausgegeben. Ist dies nicht der Fall, so wird im Weiteren der regenerierte Abnutzungsfaktor 95 mit dem Schwellwert W2 verglichen. Ist der regenerierte Abnutzungsfaktor größer als der Schwellwert W2, so wird der Alarm für einen Ölwechsel vorbereitet (Schritt 450). Ist der regenerierte Abnutzungsfaktor 95 kleiner als der Schwellwert W2 wird ein Vergleich mit einem Schwellwert W3 vorgenommen. Ist der regenerierte Abnutzungsfaktor 95 größer als der Schwellwert W3, wird ein Kupplungsmoment verkleinert, um Energie zu sparen (Schritt 460). Ist dies nicht der Fall, wird der regenerierte Abnutzungsfaktor 95 mit dem Schwellwert W4 verglichen. Ist der regenerierte Abnutzungsfaktor 95 größer als der Schwellwert W4, wird im Schritt 470 die Kupplungseinstellung geändert, um NVH-kritische Situationen zu verhindern. Unter NVH- kritischen Situationen sollen im Weiteren Situationen mit überhöhtem Geräusch, Vibrationen und Rauheit im Kraftfahrzeug verstanden werden.

Ist auch dieser Schwellwert W4 nicht überschritten, so wird der regenerierte Abnutzungswert 95 mit einem weiteren Schwel I wert W5 verglichen, bei dessen Überschreitung eine Synchronisierungsleistung im Getriebe verschoben wird, um Synchronisie- rungsenergie und somit den Verschleiß zu reduzieren (Schritt 480). Ist dies nicht der Fall, so wird der normale Betrieb des Getriebesystems aufrechterhalten (Schritt 800).

Die ausgeführten Maßnahmen dienen dazu, reibungskritische Fahrbereiche zu vermeiden.

Die beschriebene Lösung ermöglicht eine Kalkulation des Schadens und der Abnutzung des Getriebeöls, so dass ein Optimum zwischen Beständigkeit und Funktion des tribologischen Getriebesystems für jedes Fahrzeug individuell eingestellt werden kann. Das Konzept besteht in der Integration von temperaturbasiertem Schaden und verschleißbedingten Kontaminierungen des Getriebeöls, wodurch sowohl auf einen kurzfristigen temporären Schaden als auch auf eine Langzeitabnutzung geschlossen werden kann.

Das erläuterte Modell kann besonders bei Doppelkupplungssystemen, welche in Getriebeöl laufen, eine Hilfe sein. Dabei wird die Funktionalität des nasslaufenden Doppelkupplungssystems verbessert.

Bezuqszeichenliste Schleppmoment der Kupplung

Geschwindigkeit des Verbrennungsmotors Solldrehzahl einer Getriebeeingangswelle Istdrehzahl einer Getriebeeingangswelle

Zielgang

Kraft zum Einlegen eines Ganges

Ölsumpftemperatur

Kühlmitteltemperatur eines Verbrennungsmotors Schaltenergie

Schaltleistung

Abnutzungswert

Abnutzungswert

Abnutzungswert

Abnutzungswert

Abnutzungswert

Gesamtverschleißsumme

Verschleißfaktor

geschätzte Kupplungstemperatur

Temperaturfaktor

Initialfaktor

Zeitfaktor

Laufzeitfaktor

Pumpenfaktor

Ölwechselfaktor

Abnutzungsfaktor

regenerierter Abnutzungsfaktor

Einzelverschleißmodul

Einzelverschleißberechnung

Verschleißberechnung

Gesamtverschleißmodul Gangverschleißsunnnne Gangverschleißsunnnne Gangverschleißsunnnne Gangverschleißsunnnne Stellgliedgrenzwert

Gesamtverschleißbewertung Temperaturmodul

Summationspunkt

Regenerationprozess