DE102008040665A1

DE102008040665A1 - Verfahren zur Steuerung der Ölversorgungseinrichtung eines Planeten-Automatgetriebes

Info

Publication number: DE102008040665A1
Application number: DE102008040665A
Authority: DE
Inventors: Oliver Gloge
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2008-07-24
Filing date: 2008-07-24
Publication date: 2010-06-17
Also published as: US8187151B2; US20100018808A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Ölversorgungseinrichtung eines Planeten-Automatgetriebes, die eine mit der Triebwelle eines Verbrennungsmotors (VM) mechanisch in Triebverbindung stehende Hauptölpumpe (HP) und eine über einen steuerbaren Elektromotor antreibbare Zusatzölpumpe (ZP) umfasst, wobei das Automatgetriebe (ATG) Bestandteil eines Parallel-Hybridantriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs mit einer über eine Trennkupplung (K) mit der Triebwelle (2) des Verbrennungsmotors (VM) verbindbaren und permanent mit dem Rotor (4) einer Elektromaschine (EM) in Triebverbindung stehenden Eingangswelle (5) ist. Zur Erzielung einer bedarfsgerechten Ölversorgung des Automatgetriebes (ATG) ist vorgesehen, dass der aktuelle Ölbedarf (P) des Automatgetriebes in Abhängigkeit mindestens eines aktuell erfassten Betriebsparameters bestimmt wird und dass die Förderleistung (P) der Zusatzölpumpe (ZP) durch eine entsprechende Ansteuerung des zugeordneten Elektromotors im Verbrennungs- und Kombinationsfahrmodus unterhalb einer Mindestantriebsdrehzahl der Hauptölpumpe (HP) und im Elektrofahrmodus jeweils mindestens auf den gesamten Ölbedarf und zumindest im Kombinationsfahrmodus oberhalb der Mindestantriebsdrehzahl der Hauptölpumpe (HP) mindestens auf den über die Förderleitung (P) der Hauptölpumpe hinausgehenden Restölbedarf eingestellt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Ölversorgungseinrichtung eines Planeten-Automatgetriebes, die eine mit der Triebwelle eines Verbrennungsmotors mechanisch in Triebverbindung stehende Hauptölpumpe und eine über einen steuerbaren Elektromotor antreibbare Zusatzölpumpe umfasst, die beide druckseitig hydraulisch mit einer mittels eines Hauptdruckventils druckregulierten Hauptdruckleitung in Verbindung stehen, wobei das Automatgetriebe Bestandteil eines Parallel-Hybridantriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs mit einer über eine Trennkupplung mit der Triebwelle des Verbrennungsmotors verbindbaren und permanent mit dem Rotor einer Elektromaschine in Triebverbindung stehenden Eingangswelle ist. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Ölversorgungseinrichtung eines Planeten-Automatgetriebes zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Eine Ölversorgungseinrichtung eines Planeten-Automatgetriebes hat die Aufgabe, während des Betriebs des betreffenden Kraftfahrzeugs einen ausreichend hohen Ölvolumenstrom und einen ausreichend hohen Arbeitsdruck zur Betätigung der Reibschaltelemente, d. h. der Schaltkupplungen und Schaltbremsen, sowie für die Schmierung und Kühlung der beweglichen Bauteile des Automatgetriebes verfügbar zu machen. Hierzu weist eine Ölversorgungseinrichtung üblicherweise mindestens eine Ölpumpe auf, mittels der Hydrauliköl aus einem Vorratsbehälter (Ölsumpf) in eine Hauptdruckleitung und in eine Sekundärdruckleitung förderbar ist. An die unter einem relativ hohen, über ein Hauptdruckventil variabel einstellbaren Arbeitsdruck (Hauptdruck p_HD) stehende Hauptdruckleitung sind die zumeist in einem Ventilblock zusammengefassten Schaltsteuerventile angeschlossen, über welche die Schaltzylinder der Reibschaltelemente zum Einlegen von Gangstufen aus der Hauptdruckleitung druckbefüllt und zum Auslegen von Gangstufen in eine mit der Sekundärdruck leitung oder dem Ölsumpf in Verbindung stehende Drucklosleitung entleert werden. An die unter einem relativ niedrigen Druck (Sekundärdruck p_SD) stehende Sekundärdruckleitung sind die Kühl- und Schmierstellen des Automatgetriebes angeschlossen.
Die Ölpumpe ist üblicherweise als eine sogenannte Konstantpumpe ausgebildet, die pro Umdrehung eines zugeordneten Antriebselementes ein konstantes Ölvolumen fördert. Bekannte Bauarten derartiger Ölpumpen sind die Zahnradpumpe, die Rotorpumpe (Sichelpumpe) und die Flügelzellenpumpe. Die Ölpumpe kann durch eine Triebverbindung mit einer angetriebenen Welle, wie z. B. der Triebwelle des Antriebsmotors oder der Eingangswelle des Automatgetriebes, mechanisch oder durch eine Triebverbindung mit einem zugeordneten Elektromotor elektrisch angetrieben werden. Der Fördervolumenstrom und der erzeugbare Arbeitsdruck der Ölpumpe steigen mit der Drehzahl des antreibenden Bauteils (angetriebene Welle oder Elektromotor) an und sind im Fall des mechanischen Antriebs durch die Drehzahl der betreffenden Welle bestimmt. Im Fall des elektrischen Antriebs sind der Fördervolumenstrom und der erzeugbare Arbeitsdruck dagegen im Rahmen des Regelbereiches des zugeordneten Elektromotors variabel steuerbar. Die dem antreibenden Bauteil zum Antrieb der Ölpumpe entzogene Förderleistung steigt mit dem Fördervolumenstrom und dem ausgangsseitigen Arbeitsdruck an, gegen den der Ölvolumenstrom in eine Druckleitung gepumpt wird.
Aufgrund der in jahrzehntelangem Einsatz ausgereiften Konstruktionen weisen die bekannten Bauarten von Konstantpumpen eine hohe Funktionssicherheit und eine lange Lebensdauer auf. Nachteilig an derartigen Konstantpumpen ist jedoch, dass sie unterhalb einer Mindestantriebsdrehzahl keinen nennenswerten Ölvolumenstrom und keinen hohen Arbeitsdruck erzeugen können, was insbesondere bei abgestelltem Antriebsmotor und bei Fahrzeugstillstand zu einer Unterversorgung des Automatgetriebes mit Hydrauliköl führen kann. Ein weiterer Nachteil bekannter Konstantpumpen besteht darin, dass diese aufgrund einer Auslegung auf eine schon bei niedrigeren Antriebsdrehzahlen verfügbaren hohen Förderleistung bei höheren Antriebsdrehzahlen einen zu hohen Ölvolumenstrom fördern, der dann zu einem hohen Anteil weitgehend ungenutzt abgeleitet werden muss und zu einer Verschlechterung des Getriebewirkungsgrades führt. Es sind daher verschiedene Lösungen zur Verbesserung der Ölversorgung von Automatgetrieben vorgeschlagen worden.
Eine erste bekannte Lösung besteht darin, eine mechanisch angetriebene Ölpumpe verstellbar auszubilden, so dass deren Förderleistung innerhalb eines konstruktiv vorgegebenen Verstellbereichs unabhängig von der Antriebsdrehzahl verändert oder konstant gehalten werden kann. Eine derartige Ölversorgungseinrichtung eines Planeten-Automatgetriebes mit einer mechanisch angetriebenen, verstellbaren Hochdruck-Ölpumpe ist beispielsweise in der DE 600 08 588 T2 beschrieben. Bei dieser Ölversorgungseinrichtung ist vorgesehen, dass die Förderleistung der Hochdruck-Ölpumpe und damit der Arbeitsdruck in der angeschlossenen Hauptdruckleitung mittels eines druckgesteuerten Regelventils geregelt wird, das von dem Arbeitsdruck der Hauptdruckleitung und von dem Arbeitsdruck in einer Sekundärdruckleitung angesteuert wird. Hierzu ist vorgesehen, dass der Arbeitsdruck der Hauptdruckleitung zur inversen Steuerung der Förderleistung der Hochdruck-Ölpumpe über das Regelventil in einen zugeordneten Leistungsstellzylinder geleitet wird. Durch die Verstellbarkeit der Ölpumpe wird zwar eine unnötig hohe Förderleistung und eine damit verbundene Verschlechterung des Getriebewirkungsgrades bei höheren Antriebsdrehzahlen vermieden, der apparative Aufwand für eine derartige Ölpumpe und die zugeordnete Steuerungseinrichtung ist jedoch relativ hoch und dürfte mit einer hohen Störungsanfälligkeit verbunden sein.
Eine weitere bekannte Lösung zur Vermeidung von Förderleistungsproblemen besteht darin, eine einzige Ölpumpe derart anzuordnen und auszurüsten, dass diese bedarfsweise mechanisch über eine Triebwelle des Antriebsstrangs oder über einen zugeordneten Elektromotor angetrieben werden kann. Ein Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs mit einer derartigen Ölversorgungseinrichtung ist beispielsweise aus der DE 199 17 665 A1 bekannt. Dort ist eine Ölpumpe vorgesehen, die an der Triebwelle eines Verbrennungsmotors angeordnet ist, und die durch das Einrücken einer zugeordneten Kupplung durch die Triebwelle des Verbrennungsmotors und bei ausgerückter Kupplung durch einen zugeordneten Elektromotor antreibbar ist. Die Ölpumpe kann auf eine relativ niedrige Förderleistung ausgelegt sein und wird bei höherem Ölbedarf, insbesondere wenn der Verbrennungsmotor abgestellt ist oder mit niedriger Drehzahl läuft, bei geöffneter Kupplung von dem Elektromotor mit erhöhter Antriebsdrehzahl angetrieben.
Ein weiterer Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs mit einer derartigen Ölversorgungseinrichtung ist in der DE 101 60 466 C1 beschrieben. Dort ist eine Ölpumpe vorgesehen, die an der Eingangswelle eines Automatgetriebes angeordnet ist, und die über eine erste Freilaufkupplung mechanisch von der Eingangswelle des Automatgetriebes und über eine zweite Freilaufkupplung von dem Rotor eines zugeordneten Elektromotors antreibbar ist. Der Antrieb der Ölpumpe erfolgt jeweils über das schnellere der beiden Antriebselemente, so dass auch bei Fahrzeugstillstand oder geringer Fahrgeschwindigkeit durch einen entsprechenden Antrieb über den Elektromotor eine ausreichend hohe Förderleistung der Ölpumpe erzielbar ist. Nachteilig an einer derartigen Ölpumpe sind jedoch der technische Aufwand und der Platzbedarf sowie die Störungsanfälligkeit der beiden alternativen Antriebszweige.
Es sind daher auch Ölversorgungseinrichtungen vorgeschlagen worden, die eine mit einer Triebwelle des Antriebsstrangs mechanisch in Triebverbindung stehende Hauptölpumpe und eine über einen steuerbaren Elektromotor antreibbare Zusatzölpumpe umfassen. Eine entsprechende Ölversorgungseinrichtung des Automatgetriebes eines Hybridantriebsstrangs ist in der US 6 692 402 B2 beschrieben. In dem zugeordneten Verfahren zur Steuerung der Zusatzölpumpe ist vorgesehen, dass der Arbeitsdruck in einer Hauptdruckleitung überwacht wird, und dass die Zusatzölpumpe eingeschaltet wird, wenn der Arbeitsdruck aufgrund einer zu geringen Förderleistung der mit der Eingangswelle des Automatgetriebes in Triebverbindung stehenden Hauptölpumpe, insbesondere aufgrund eines schaltungsbedingten Mehrverbrauchs, unter einen ersten Grenzwert fällt. Die Zusatzölpumpe wird wieder abgeschaltet wird, wenn der Arbeitsdruck, insbesondere nach dem Abschluss eines Schaltvorgangs, über einen zweiten Grenzwert steigt. Um dabei eine zu hohe Förderleistung der Zusatzölpumpe und damit einen zu hohen Arbeitsdruck zu vermeiden, wird die Öltemperatur des zu fördernden Hydrauliköls ermittelt und die Antriebsleistung des Elektromotors in Abhängigkeit der Öltemperatur eingestellt, d. h. mit steigender Öltemperatur erhöht und mit sinkender Öltemperatur verringert.
Eine weitere Ölversorgungseinrichtung mit einer mechanisch antreibbaren Hauptölpumpe und einer elektrisch antreibbaren Zusatzölpumpe ist aus der DE 10 2005 013 137 A1 bekannt. Dort ist vorgesehen, dass die mit der Triebwelle des Verbrennungsmotors in Triebverbindung stehende Hauptölpumpe insoweit von der Zusatzölpumpe unterstützt wird, dass diese zumindest im Anfahrbetrieb einen für die Kühlung des Anfahrelementes ausreichenden Ölvolumenstrom fördert. Nachteilig an diesen bekannten Ölversorgungseinrichtungen bzw. Steuerungsverfahren ist, dass die Hauptölpumpe durch den Betrieb der Zusatzölpumpe jeweils nur in bestimmten Betriebszuständen unterstützt bzw. ergänzt wird. Die prinzipiellen Probleme einer unzureichenden Förderleistung der Hauptölpumpe bei geringer Antriebsdrehzahl und einer zu hohen Förderleistung bei hoher Antriebsdrehzahl sind hierdurch jedoch nicht umfassend gelöst.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung einer eine mechanisch antreibbare Hauptölpumpe und eine elektrisch antreibbare Zusatzölpumpe umfassende Ölversorgungseinrichtung eines in einem Parallel-Hybridantriebsstrang angeordneten Planeten-Automatgetriebes vorzuschlagen, mit dem eine bedarfsgerechte Ölversorgung des Automat getriebes erzielbar ist, d. h. eine ausreichend hohe Ölförderleistung bei niedriger Antriebsdrehzahl der Hauptölpumpe erreicht und eine zu hohe Ölförderleistung bei hoher Antriebsdrehzahl der Hauptölpumpe vermieden werden kann.
Des Weiteren soll eine Ölversorgungseinrichtung eines Planeten-Automatgetriebes zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgestellt werden
Die Aufgabe das Steuerungsverfahren betreffend ist in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass der aktuelle Ölbedarf P_{HD_soll} des Automatgetriebes ATG in Abhängigkeit mindestens eines aktuell erfassten Betriebsparameters bestimmt wird, und dass die Förderleistung P_ZP der Zusatzölpumpe ZP durch eine entsprechende Ansteuerung des zugeordneten Elektromotors im Verbrennungs- und Kombinationsfahrmodus unterhalb einer Mindestantriebsdrehzahl (n_HP < n_{HP_min}) der Hauptölpumpe HP und im Elektrofahrmodus jeweils mindestens auf den gesamten Ölbedarf (P_ZP ≥ P_{HD_soll}) und zumindest im Kombinationsfahrmodus oberhalb der Mindestantriebsdrehzahl (n_HP ≥ n_{HP_min}) der Hauptölpumpe HP mindestens auf den über die Förderleistung P_HP der Hauptölpumpe HP hinausgehenden Restölbedarf (P_ZP ≥ ΔP_HD = P_{HD_soll} – P_HP) eingestellt wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 20.
Das erfindungsgemäße Verfahren geht demnach von einer Ölversorgungseinrichtung eines Planeten-Automatgetriebes aus, die in an sich bekannter Weise eine mit der Triebwelle des Verbrennungsmotors VM mechanisch in Triebverbindung stehende Hauptölpumpe HP und eine über einen steuerbaren Elektromotor antreibbare Zusatzölpumpe ZP umfasst, wobei beide Ölpumpen druckseitig hydraulisch mit einer mittels eines Hauptdruckventils druckregulier ten Hauptdruckleitung in Verbindung stehen. Das betreffende Automatgetriebe ATG ist Bestandteil eines Parallel-Hybridantriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, das auch einen Verbrennungsmotor VM und eine Elektromaschine EM umfasst. Die Eingangswelle des Automatgetriebes ist über eine Trennkupplung K mit der Triebwelle des Verbrennungsmotors VM verbindbar und steht permanent mit dem Rotor der Elektromaschine EM in Triebverbindung.
Um nun beim Betrieb dieses Hybridantriebsstrangs eine ausreichende Ölversorgung des Automatgetriebes zu erzielen und zugleich eine wirkungsgradschädliche Überversorgung zu vermeiden, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der aktuelle Ölbedarf des Automatgetriebes ATG, der durch die in die Hauptdruckleitung zu fördernde Soll-Förderleistung P_{HD_soll} gegeben ist, in Abhängigkeit mindestens eines aktuell erfassten Betriebsparameters bestimmt wird, und dass die Förderleistung P_ZP der Zusatzölpumpe ZP durch eine entsprechende Ansteuerung des zugeordneten Elektromotors bedarfsgerecht eingestellt wird.
Da die Hauptölpumpe HP unterhalb ihrer Mindestantriebsdrehzahl (n_HP < n_{HP_min}) bauartbedingt keine nennenswerte Förderleistung P_HP aufweist, d. h. keinen hohen Volumenstrom Q_HP in die Hauptdruckleitung fördern und keinen hohen Arbeitsdruck p_HD in der Hauptdruckleitung aufbauen kann, wird die Zusatzölpumpe ZP im Verbrennungsfahrmodus, in dem bei geschlossener Trennkupplung K nur der Verbrennungsmotor VM im Zug- oder Schubbetrieb läuft, und im Kombinationsfahrmodus, in dem bei geschlossener Trennkupplung K sowohl der Verbrennungsmotor VM im Zug- oder Schubbetrieb läuft als auch die Elektromaschine EM als Motor oder Generator betrieben wird, unterhalb der Mindestantriebsdrehzahl (n_HP < n_{HP_min}) der Hauptölpumpe HP mindestens auf den gesamten Ölbedarf (P_ZP ≥ P_{HD_soll}) des Automatgetriebes ATG eingestellt wird, der im Wesentlichen durch die Summe des von dem Verbrennungsmotor im Zugbetrieb abgegebenen oder im Schubbetrieb aufgenommenen Drehmomentes M_VM und des von der Elektromaschine EM im Motorbetrieb abgegebe nen oder im Generatorbetrieb aufgenommenen Drehmomentes M_EM bestimmt wird.
Dies gilt unabhängig von der Antriebsdrehzahl n_HP der Hauptölpumpe HP auch für den Elektrofahrmodus, in dem nur die Elektromaschine EM als Motor oder Generator betrieben wird, und der Verbrennungsmotor VM bei geöffneter Trennkupplung K abgestellt ist, wobei der gesamte Ölbedarf (P_{HD_soll}) des Automatgetriebes ATG in diesem Fall nur durch das von der Elektromaschine EM im Motorbetrieb abgegebene oder im Generatorbetrieb aufgenommene Drehmoment M_EM bestimmt wird.
Oberhalb der Mindestantriebsdrehzahl (n_HP ≥ n_{HP_min}) weist die Hauptölpumpe HP dagegen eine zumindest für den Verbrennungsfahrmodus ausreichende Förderleistung P_HP auf. Daher ist zumindest im Kombinationsfahrmodus oberhalb der Mindestantriebsdrehzahl (n_HP ≥ n_{HP_min}) der Hauptölpumpe HP vorgesehen, dass die Förderleistung P_ZP der Zusatzölpumpe ZP mindestens auf den über die Förderleistung P_HP der Hauptölpumpe HP hinausgehenden Restölbedarf (P_ZP ≥ ΔP_HD = P_{HD_soll} – P_HP) eingestellt wird, wodurch eine mögliche Unterversorgung aufgrund des zusätzlich von der Elektromaschine EM abgegebenen oder aufgenommenen Drehmomentes M_EM vermieden wird.
Die Hauptölpumpe kann daher relativ leistungsschwach ausgelegt und hinsichtlich ihrer Förderleistung auf die Deckung des durch das abgegebene oder aufgenommene Drehmoment des Verbrennungsmotors oberhalb der Mindestantriebsdrehzahl bedingten Ölbedarfs beschränkt werden.
Gegenüber den bekannten Ölversorgungseinrichtungen und Verfahren zu deren Steuerung bietet das erfindungsgemäße Steuerungsverfahren den Vorteil, das die Hauptölpumpe leistungsschwächer ausgelegt werden kann, da deren Förderschwäche unterhalb der Mindestantriebsdrehzahl sowie eine mögliche Unterversorgung insbesondere im Kombinationsfahrmodus oberhalb der Mindestantriebsdrehzahl durch eine entsprechende Ansteuerung der Zusatzölpumpe durch deren Förderleistung ausgeglichen bzw. kompensiert werden.
Die Soll-Förderleistung P_{ZP_soll} der Zusatzölpumpe ZP, welche die Basis für die tatsächlich an der Zusatzölpumpe ZP bzw. an dem zugeordneten Elektromotor eingestellte Förderleistung P_ZP bildet, wird im Verbrennungs- und Kombinationsfahrmodus unterhalb der Mindestantriebsdrehzahl (n_HP < n_{HP_min}) der Hauptölpumpe HP und im Elektrofahrmodus zweckmäßig als Funktion des über ein Hauptdruckventil in der Hauptdruckleitung einstellbaren Soll-Arbeitsdruckes p_{HD_soll} und des insgesamt in die Hauptdruckleitung zu fördernden Soll-Ölvolumenstroms Q_{HD_soll} bestimmt (P_{ZP_soll} = f(p_{HD_soll}, Q_{HD_soll})).
Dagegen wird die Soll-Förderleistung P_{ZP_soll} der Zusatzölpumpe ZP zumindest im Kombinationsfahrmodus oberhalb der Mindestantriebsdrehzahl (n_HP ≥ n_{HP_min}) der Hauptölpumpe HP als Funktion des über das Hauptdruckventil in der Hauptdruckleitung einstellbaren Soll-Arbeitsdruckes p_{HD_soll} und des über den von der Hauptölpumpe HP aktuell geförderten Ölvolumenstrom Q_HP hinausgehenden Restölvolumenstroms (Q_{ZP_soll} = ΔQ_HD = Q_{HD_soll} – Q_HP) bestimmt (P_{ZP_soll} = f(p_{HD_soll}, ΔQ_HD).
Da der Ölbedarf P_{HD_soll} des Automatgetriebes ATG, d. h. der in der Hauptdruckleitung einzustellende Soll-Arbeitsdruck p_{HD_soll} und der in die Hauptdruckleitung zu fördernde Soll-Ölvolumenstrom Q_{HD_soll}, außerhalb von Schaltvorgängen im Wesentlichen dazu dient, die in der aktuell eingelegten Gangstufe geschlossenen Reibschaltelemente des Automatgetriebes ATG während der Übertragung des aktuellen Drehmomentes M_GE schlupffrei geschlossen zu halten und dabei die bei diesem Druckniveau auftretenden Leckageverluste auszugleichen, wird als wesentlicher Betriebsparameter zur Bestimmung des aktuellen Ölbedarfs P_{HD_soll} das aktuell über die Eingangswelle des Automatgetriebes übertragene Drehmoment M_GE ermittelt, und der Ölbedarf P_{HD_soll} des Automatgetriebes ATG proportional zu dem Betrag des mo mentan übertragenen Drehmomentes M_GE festgelegt (P_{HD_soll} ~ |M_GE|), d. h. der Ölbedarf P_{HD_soll} mit dem im Betrag ansteigenden Drehmoment M_GE entsprechend erhöht und mit dem im Betrag absinkenden Drehmoment M_GE entsprechend verringert (P_{HD_soll} ~ |M_GE|).
Da die genaue Ermittlung eines im Betrag kleinen Drehmomentes M_GE wie auch die Einstellung einer kleinen Förderleistung P_ZP an der Zusatzölpumpe ZP relativ schwierig und regelungstechnisch aufwendig ist, wird der Ölbedarf P_{HD_soll} des Automatgetriebes ATG vorteilhaft, z. B. durch die Vorgabe eines Mindestwertes p_{HD_min} des in der Hauptdruckleitung einzustellenden Soll-Arbeitsdruckes p_{HD_soll} und/oder eines Mindestwertes Q_{HD_min} des in die Hauptdruckleitung zu fördernden Soll-Ölvolumenstroms Q_{HD_soll}, nach unten auf einen Mindestölbedarf P_{HD_min} begrenzt. Dies bedeutet auch, dass bei in Betrieb befindlicher Zusatzölpumpe ZP ebenso die Soll-Förderleistung P_{ZP_soll} der Zusatzölpumpe ZP nach unten auf eine Mindestförderleistung P_{ZP_min} beschränkt wird.
Der Mindestölbedarf P_{HD_min} des Automatgetriebes ATG ist zweckmäßig derart bemessen, dass geschlossene Reibschaltelemente C1, C2, C3, B1, B2 des Automatgetriebes ATG bei einem unterhalb eines vorgegebenen Mindestdrehmomentes M_{GE_min} liegenden, momentan über das Automatgetriebe übertragenen Drehmomentes (|M_GE| < |M_{GE_min}|) schlupffrei geschlossen bleiben. Hierdurch wird erreicht, dass z. B. in so genannten Segelphasen (Vortrieb bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor) oder beim Übergang vom Zugbetrieb in den Schubbetrieb die Reibschaltelemente der aktuell eingelegten Gangstufe geschlossen bleiben und bei einem nachfolgenden Anstieg des übertragenen Drehmomentes M_GE nicht erst durch eine dadurch verursachte Erhöhung des Arbeitsdruckes p_HD in der Hauptdruckleitung aus dem Schlupfbetrieb wieder vollständig geschlossen werden müssen.
Da die Viskosität des Hydrauliköls und damit die Leckageverluste innerhalb der Ölversorgungseinrichtung relativ stark mit der Öltemperatur T_Öl des Hydrauliköls variieren, wird als weiterer Betriebsparameter zur Bestimmung des Ölbedarfs P_{HD_soll} die aktuelle Öltemperatur T_Öl des durch die beiden Ölpumpen HP, ZP geförderten Hydrauliköls ermittelt, und der Ölbedarf P_{HD_soll} bei einer über einer Referenztemperatur T_Ref liegenden Öltemperatur (T_Öl > T_Ref) nach oben und bei einer unter der Referenztemperatur T_Ref liegenden Öltemperatur (T_Öl < T_Ref) nach unten korrigiert.
Da ein Schaltvorgang aufgrund der Befüllung des Stellzylinders mindestens eines Reibschaltelementes einer Zielgangstufe ohne weitere Maßnahmen zu einer vorübergehenden Absenkung des Arbeitsdruckes p_HD in der Hauptdruckleitung führen würde, wodurch z. B. ein anderes, während des Schaltvorgangs geschlossen bleibendes Reibschaltelement vorübergehend in Schlupf geraten könnte, ist bevorzugt vorgesehen, dass der Ölbedarf P_{HD_soll} des Automatgetriebes ATG und damit die Förderleistung P_ZP der Zusatzölpumpe ZP zu Beginn eines Schaltvorgangs erhöht und nach Abschluss des Schaltvorgangs wieder abgesenkt wird. Durch die vorübergehende Erhöhung des Ölbedarfs P_{HD_soll} und damit der Förderleistung P_ZP der Zusatzölpumpe ZP wird unter Beibehaltung des Arbeitsdruckes p_HD der in die Hauptdruckleitung geförderte Ölvolumenstrom Q_HD erhöht oder bei erhöhtem Arbeitsdruck p_HD der in die Hauptdruckleitung geförderte Ölvolumenstrom Q_HD zumindest konstant gehalten, so dass die durch die Befüllung des Reibschaltelementes bedingte Volumenentnahme durch das Hauptdruckventil kompensiert und ein Druckabfall in der Hauptdruckleitung vermieden werden kann.
Da eine Erhöhung des Ölbedarfs P_{HD_soll} bzw. der Förderleistung P_ZP der Zusatzölpumpe ZP zu Beginn eines Schaltvorgangs eine schnelle Reaktion erfordert, ist es zweckmäßig, wenn aus mindestens einem erfassten Betriebsparameter Fahrzustände abgeleitet werden, die einen bevorstehenden Schaltvorgang erwarten lassen, und dass bei einer Ermittlung eines bevorstehenden Schaltvorgangs der Ölbedarf P_{HD_soll} des Automatgetriebes ATG schon vor dem Beginn des Schaltvorgangs erhöht wird. Eine damit verbundene Erhöhung der Förderleistung P_ZP der Zusatzölpumpe ZP kann dann langsamer, d. h. mit einem niedrigeren Gradienten, und demzufolge mit geringerer dynamischer Belastung der Bauteile der Druckversorgungseinrichtung erfolgen.
Beispielsweise kann bei eingelegtem Fahrgang und einer oberhalb einer festgelegten Mindestgeschwindigkeit v_min liegenden Fahrgeschwindigkeit (v_F ≥ v_min) die Fahrpedalstellung und/oder die Änderung der Fahrpedalstellung erfasst werden, und eine oberhalb eines festgelegten Grenzgradienten liegende Erhöhung der Fahrpedalstellung als ein Fahrzustand mit einer bevorstehenden Hoch- oder Rückschaltung interpretiert werden, der eine entsprechende Erhöhung des Ölbedarfs P_{HD_soll} und der Förderleistung P_ZP der Zusatzölpumpe ZP auslöst.
Ebenso kann bei eingelegtem Anfahrgang und einer unterhalb einer festgelegten Mindestgeschwindigkeit v_min liegenden Fahrgeschwindigkeit (v_F < v_min) die Fahrpedalstellung und/oder die Bremspedalstellung oder der Bremspedaldruck erfasst werden, und ein Loslassen des Fahrpedals und/oder eine Betätigung des Bremspedals als ein Fahrzustand mit einem bevorstehenden Schaltvorgang zur Umkehr der Fahrtrichtung (Wechsel von Fahrstufe D auf R oder umgekehrt) interpretiert werden, und eine entsprechende Erhöhung des Ölbedarfs P_{HD_soll} sowie der Förderleistung P_ZP der Zusatzölpumpe ZP auslösen.
Des Weiteren kann bei Fahrzeugstillstand (v_F = 0) und eingelegter Parksperre die Bremspedalstellung erfasst werden, und eine Betätigung des Bremspedals in dieser Situation als ein Fahrzustand mit einem bevorstehenden Schaltvorgang in Form eines Lösens der Parksperre und eines Einlegens eines Anfahrgangs interpretiert werden. Da zum Lösen der Parksperre ein für das Ausrücken der Sperrklinke vorgesehener Stellzylinder und zum Einlegen eines Anfahrgangs die Stellzylinder von mindestens zwei Reibschaltelementen druckbefüllt werden müssen, ist in diesem Fall eine frühzeitige Erhöhung des Ölbedarfs P_{HD_soll} des Automatgetriebes ATG und demzufolge eine entsprechende Erhöhung der Förderleistung P_ZP der Zusatzölpumpe ZP besonders sinnvoll.
Wenn der erwartete Schaltvorgang allerdings nicht erfolgt, also innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne Δt_shift nach der Erhöhung des Ölbedarfs P_{HD_soll} nicht eingetreten ist, sollte der Ölbedarf P_{HD_soll} des Automatgetriebes ATG wieder abgesenkt werden, um eine unnötig hohe Förderleistung P_ZP der Zusatzölpumpe ZP zu vermeiden.
Da aber auch starke Beschleunigungen und Verzögerungen eines Kraftfahrzeugs in der Regel mit einer deutlichen Änderung, insbesondere einer Erhöhung des im Automatgetriebe ATG übertragenen Drehmomentes M_GE führen, die eine schnelle Anpassung des Ölbedarfs P_{HD_soll} und bedarfsweise der Förderleistung P_ZP der Zusatzölpumpe ZP erfordern, ist zweckmäßig ebenfalls vorgesehen, dass aus mindestens einem erfassten Betriebsparameter Fahrzustände abgeleitet werden, die eine bevorstehende starke Beschleunigung oder Verzögerung des Kraftfahrzeugs erwarten lassen, und dass bei einer Ermittlung einer bevorstehenden starken Beschleunigung oder Verzögerung der Ölbedarf P_{HD_soll} des Automatgetriebes ATG schon vor dem Beginn der Beschleunigung oder Verzögerung erhöht wird.
So kann z. B. bei eingelegtem Fahrgang und einer oberhalb einer festgelegten Mindestgeschwindigkeit v_min liegenden Fahrgeschwindigkeit (v_F ≥ v_min) die Fahrpedalstellung und die Bremspedalstellung erfasst werden, und ein Loslassen des Fahrpedals und/oder eine Betätigung des Bremspedals als ein Fahrzustand mit einem bevorstehenden Wechsel vom Zugbetrieb in den Schubbetrieb interpretiert werden, der eine entsprechende Erhöhung des Ölbedarfs P_{HD_soll} und der Förderleistung P_ZP der Zusatzölpumpe ZP auslöst.
Ebenso kann bei eingelegtem Vorwärts-Anfahrgang und einer unterhalb einer festgelegten Mindestgeschwindigkeit v_min liegenden Fahrgeschwindigkeit (v_F < v_min) die Fahrpedalstellung und die Änderung der Fahrpedalstellung erfasst werden, und eine oberhalb einer festgelegten Grenzstellung liegende Fahrpedalstellung und/oder eine oberhalb eines festgelegten Grenzgradienten liegende Erhöhung der Fahrpedalstellung als ein Fahrzustand mit einem bevorstehenden Anfahrvorgang interpretiert werden, und eine entsprechende Erhöhung des Ölbedarfs P_{HD_soll} sowie der Förderleistung P_ZP der Zusatzölpumpe ZP auslösen.
Wenn die erwartete Beschleunigung oder Verzögerung des Kraftfahrzeugs innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne Δt_acc nach der Erhöhung des Ölbedarfs P_{HD_soll} allerdings nicht eingetreten ist, so sollte auch in diesem Fall der Ölbedarf P_{HD_soll} des Automatgetriebes ATG wieder auf den Ausgangswert abgesenkt werden.
Wenn die Zusatzölpumpe in Betrieb ist, d. h. im Verbrennungs- und Kombinationsfahrmodus unterhalb der Mindestantriebsdrehzahl (n_HP < n_{HP_min}) der Hauptölpumpe HP, im Elektrofahrmodus und zumindest im Kombinationsfahrmodus oberhalb der Mindestantriebsdrehzahl (n_HP ≥ n_{HP_min}) der Hauptölpumpe HP, wird deren Förderleistung P_ZP zweckmäßig auf einen Wert eingestellt, der mindestens um einen vorgegebenen Leistungszuschlag ΔP_ZP über der zur Deckung des aktuellen Ölbedarfs P_{HD_soll} des Automatgetriebes ATG erforderlichen Soll-Förderleistung P_{ZP_soll} liegt (P_ZP ≥ P_{ZP_soll} + ΔP_ZP). Durch die dadurch gegebene Erhöhung der Förderleistung P_ZP der Zusatzölpumpe werden Unsicherheiten bei der exakten Ermittlung des Ölbedarfs P_{HD_soll} sowie eine verschleißbedingte Erhöhung von Leckagen berücksichtigt bzw. kompensiert. Zudem wird hierdurch erreicht, dass das Hauptdruckventil, durch das der Arbeitsdruck p_HD in der Hauptdruckleitung geregelt wird, nicht vollständig geschlossen ist, sondern innerhalb seines Regelbereiches arbeiten und einen ausreichenden Ölvolumenstrom für die Versorgung der Kühl- und Schmierstellen des Automatgetriebes ATG in die Sekundärdruckleitung ableiten kann.
Aufgrund der guten Steuerbarkeit der Zusatzölpumpe ZP bzw. des zugeordneten Elektromotors kann die Förderleistung P_ZP der Zusatzölpumpe ZP jeweils kontinuierlich an die aktuell erforderliche Soll-Förderleistung P_{ZP_soll} angepasst werden (P_ZP ~ P_{ZP_soll}). Dies erfordert jedoch eine permanente Regelung der Förderleistung P_ZP der Zusatzölpumpe ZP bzw. der Drehzahl und des Drehmomentes des Elektromotors.
Zur Vereinfachung der Steuerung der Zusatzölpumpe ZP kann daher auch vorgesehen sein, dass die Förderleistung P_ZP der Zusatzölpumpe ZP in festgelegten diskreten Leistungsstufen P_Li an die aktuelle Soll-Förderleistung P_{ZP_soll} angepasst wird, wobei an der Elektromaschine der Zusatzölpumpe ZP jeweils diejenige Leistungsstufe P_Li eingestellt wird, die größer oder gleich der aktuell erforderlichen Soll-Förderleistung P_{ZP_soll} ist (P_ZP = P_Li ≥ P_{ZP_soll}).
Zur optimalen Anwendung des erfindungsgemäßen Steuerungsverfahrens ist die Hauptölpumpe HP bevorzugt auf die Deckung des durch das abgegebene oder aufgenommene Drehmoment |M_VM| des Verbrennungsmotors VM bedingten Ölbedarfs (P_HP = P_{HD_VM}) oberhalb der Mindestantriebsdrehzahl (n_HP > n_{HP_min}) ausgelegt. Die Zusatzölpumpe ZP und der zugeordnete Elektromotor sind hierzu bevorzugt auf die Deckung des im Elektrofahrmodus durch das abgegebene oder aufgenommene Drehmoment |M_EM| der Elektromaschine EM bedingten Ölbedarfs (P_ZP = P_{HD_EM}) und auf die Deckung des Gesamtölbedarfs (P_ZP = P_{HD_soll}) unterhalb der Mindestantriebsdrehzahl (n_HP < n_{HP_min}) der Hauptölpumpe HP sowie des im Kombinationsfahrmodus oberhalb der Mindestantriebsdrehzahl (n_HP ≥ n_{HP_min}) der Hauptölpumpe HP über die Förderleistung P_HP der Hauptölpumpe HP hinausgehenden Restölbedarfs (P_ZP = ΔP_HD = P_{HD_soll} – P_HP) ausgelegt.
Die Zusatzölpumpe ZP und der zugeordnete Elektromotor können innerhalb des Getriebegehäuses des Automatgetriebes ATG angeordnet sein, also vollständig in das Automatgetriebe ATG integriert sein.
Es ist jedoch auch möglich, dass die Zusatzölpumpe ZP und der zugeordnete Elektromotor außerhalb des Getriebegehäuses des Automatgetriebes ATG angeordnet sind, und z. B. außen am Getriebegehäuse oder an der Fahrzeugkarosserie befestigt sind. Dies erfordert zwar einen zusätzlichen Bauraum, bietet aber den Vorteil einer guten Zugänglichkeit für Wartungs- und Reparaturarbeiten.
Zur Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung mit Ausführungsbeispielen beigefügt. In dieser zeigt
1 die erfindungsgemäße Ermittlung der Förderleistung einer elektrischen Zusatzölpumpe im Elektrofahrmodus eines Hybridantriebsstrangs anhand eines Drehmoment-Drehzahl-Diagramms einer Elektromaschine,
2 eine schaltungsbedingte Erhöhung der Förderleistung einer elektrischen Zusatzölpumpe im Elektrofahrmodus des Hybridantriebsstrangs anhand des Drehmoment-Drehzahl-Diagramms nach 1,
3 den Aufbau eines typischen Hybridantriebsstrangs zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
4 den Aufbau einer Ölversorgungseinrichtung eines in einem Hybridantriebsstrang nach 3 angeordneten Automatgetriebes zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Ein Parallel-Hybridantriebsstrang 1 eines Kraftfahrzeugs nach 3 umfasst einen Verbrennungsmotor VM mit einer Triebwelle 2, eine Elektromaschine EM mit einem Stator 3 und einem Rotor 4 und ein Planeten-Automatgetriebe ATG mit einer Eingangswelle 5 und einer Ausgangswelle 6. Die Eingangswelle 5 des Automatgetriebes ATG ist über eine Trennkupplung K und einen eingangsseitigen Drehschwingungsdämpfer 7 mit der Triebwelle 2 des Verbrennungsmotors VM verbindbar und steht permanent mit dem Rotor 4 der Elektromaschine EM in Triebverbindung.
Das Automatgetriebe ATG, das vorliegend beispielhaft dem bekannten Stufenautomatgetriebe 6HP26 aus dem Produktionsprogramm von ZF Friedrichshafen AG entspricht, besteht aus einem eingangsseitigen Teilgetriebe 8 und einem ausgangsseitigen Teilgetriebe 9, die zwischen der Eingangswelle 5 und der Ausgangswelle 6 angeordnet und durch ein selektives Schließen von drei Schaltkupplungen C1, C2, C3 und zwei Schaltbremsen B1, B2 schaltbar sind.
Das eingangsseitige Teilgetriebe 8 ist als ein einfacher Planetenradsatz 10 mit einem Sonnenrad 11, das permanent gegenüber einem Getriebegehäuse 15 festgelegt ist, mit einer Gruppe von Planetenrädern 12, die mit dem Sonnenrad 11 in Verzahnungseingriff stehen und auf einem gemeinsamen Planetenträger 13 drehbar gelagert sind, und mit einem Hohlrad 14, das mit den Planetenrädern 12 kämmt und permanent drehfest mit der Eingangswelle 5 verbunden ist, ausgebildet.
Das ausgangsseitige Teilgetriebe 9 ist als ein Ravigneaux-Radsatz 16 mit einem ersten, radial kleineren Sonnenrad 17, das mit einer ersten Gruppe axial kurzer Planetenräder 18 kämmt, mit einem zweiten, radial größeren Sonnenrad 19, das mit einer zweiten Gruppe axial langer Planetenräder 20 kämmt, die jeweils mit einem der axial kurzen Planetenräder 18 in Verzahnungseingriff stehen, mit einem Planetenträger 21, auf dem die axial kurzen Planetenräder 18 und die axial langen Planetenräder 20 drehbar gelagert sind, und mit einem Hohlrad 22, das mit den axial langen Planetenrädern 20 kämmt und permanent drehfest mit der Ausgangswelle 6 verbunden ist, ausgebildet.
Das radial kleinere Sonnenrad 17 ist mittels der ersten Schaltkupplung C1 selektiv mit dem Planetenträger 13 des eingangsseitigen Teilgetriebes 8 verbindbar. Das radial größere Sonnenrad 19 ist mittels der zweiten Schaltkupplung C2 selektiv mit dem Planetenträger 13 des eingangsseitigen Teilgetriebes 7 verbindbar. Der Planetenträger 21 ist mittels der dritten Schaltkupplung C3 selektiv mit der Eingangswelle 5 verbindbar. Das radial größere Sonnenrad 19 ist mittels der ersten Schaltbremse B1 selektiv gegenüber dem Getriebegehäuse 15 arretierbar. Der Planetenträger 21 ist mittels der zweiten Schaltbremse B2 selektiv gegenüber dem Getriebegehäuse 15 festlegbar. Dieses bekannte Automatgetriebe ATG weist demnach sechs Vorwärts-Gangstufen G1 bis G6 und eine Rückwärts-Gangstufe R auf, die jeweils durch das Schließen von zwei der insgesamt fünf Reibschaltelemente C1, C2, C3, B1, B2 schaltbar sind.
Eine in 4 näher dargestellte Ölversorgungseinrichtung 24 des Automatgetriebes ATG weist eine mit der Triebwelle 2 des Verbrennungsmotors VM mechanisch in Triebverbindung stehende Hauptölpumpe HP und eine über einen steuerbaren Elektromotor 23 antreibbare Zusatzölpumpe ZP auf. Mittels der Hauptölpumpe HP ist Hydrauliköl aus einem Vorratsbehälter 25 (Ölsumpf) über eine Saugleitung 26 und eine mit einem Rückschlagventil 27 versehene Druckleitung 28 in eine Hauptdruckleitung 29 förderbar, wobei der Fördervolumenstrom Q_HP proportional zu der Drehzahl n_VM des Verbrennungsmotors VM ansteigt. Durch eine entsprechende Ansteuerung des Elektromotors 23 kann mittels der Zusatzölpumpe ZP drehzahlunabhängig, d. h. unabhängig von der Drehzahl n_VM des Verbrennungsmotors VM oder der Drehzahl von anderen Triebwellen 5, 6 des Hybridantriebsstrangs 1, bedarfsweise zusätzlich Hydrauliköl in einem parallelen Zweig aus dem Vorratsbehälter 25 über eine zugeordnete Saugleitung 30 und eine mit einem Rückschlagventil 31 versehene Druckleitung 32 in die Hauptdruckleitung 29 gefördert werden.
Der in der Hauptdruckleitung 29 herrschende, relativ hohe Arbeitsdruck p_HD ist über ein Hauptdruckventil 33 regelbar, das vorliegend als ein 2/2-Wege-Magnetregelventil ausgebildet ist und über das überschüssiges Hydrauliköl in eine Sekundärdruckleitung 34 geleitet wird. Zum Ausgleich von Druckschwankungen ist ein Druckspeicher 35 an die Hauptdruckleitung 29 angeschlossen. Zum Schutz der an die Hauptdruckleitung 29 angeschlossenen Steuerventile der Reibschaltelemente C1, C2, C3, B1, B2 vor Überlastung ist zwischen der Hauptdruckleitung 29 und der Sekundärdruckleitung 34 zudem ein Druckbegrenzungsventil 36 angeordnet. Zum Schutz der an die Sekundärdruckleitung 34 mit dem relativ niedrigen Arbeitsdruck p_SD angeschlossenen Kühl- und Schmierstellen des Automatgetriebes ATG ist ein weiteres Druckbegrenzungsventil 37 zwischen der Sekundärdruckleitung 34 und dem drucklosen Ölsumpf 25 angeordnet.
Zur bedarfsgerechten Steuerung des in der Hauptdruckleitung 29 herrschenden Arbeitsdruckes p_HD und der Förderleistung P_ZP der Zusatzölpumpe ZP ist ein Steuergerät 38 vorgesehen, das über eine Sensorleitung 39 mit einem an die Hauptdruckleitung 29 angeschlossenen Drucksensor 40 und über zugeordnete Steuerleitungen 41, 42 mit dem Hauptdruckventil 33 und dem Elektromotor 23 der Zusatzölpumpe ZP in Verbindung steht. Der Ölbedarf P_{HD_soll} des Automatgetriebes ATG, d. h. der in der Hauptdruckleitung 29 einzustellende Arbeitsdruck p_HD und der insgesamt in die Hauptdruckleitung 29 zu fördernde Soll-Ölvolumenstrom Q_{HD_soll} wird im Wesentlichen durch das momentan über das Automatgetriebe ATG bzw. dessen Eingangswelle 5 übertragene Drehmoment M_GE bestimmt. Welcher Anteil der Förderleistung P_{HD_soll} davon über die Zusatzölpumpe ZP erbracht werden muss, hängt vom aktuellen Betriebsmodus des Hybridantriebsstrangs 1 und der aktuellen Förderleistung P_HD der Hauptölpumpe HP ab.
In dem Diagramm der 1 ist der Zusammenhang zwischen dem übertragenem Drehmoment M_GE und der Förderleistung P_ZP der Zusatzölpumpe ZP beispielhaft für den Elektrofahrmodus des Hybridantriebsstrangs 1 veranschaulicht, in dem der Verbrennungsmotor VM bei geöffneter Trennkupplung K abgestellt und somit auch die Hauptölpumpe HP deaktiviert ist. Der unterbrochene Kurvenverlauf gibt den Zusammenhang zwischen dem Drehmoment M_EM der Elektromaschine EM und der Drehzahl n_EM der Elektromaschine EM bzw. der Drehzahl n_GE der mit dem Rotor 4 der Elektromaschine EM drehfest verbundenen Eingangswelle 5 des Automatgetriebes ATG für den Volllastbetrieb der Elektromaschine EM wieder.
Wird das betreffende Kraftfahrzeug im Elektrofahrmodus, d. h. nur mit dem Antriebsmoment M_EM der Elektromaschine EM, unter Volllast angefahren, so ist auch der Ölbedarf P_{HD_soll} des Automatgetriebes ATG durch den unterbrochenen Kurvenverlauf (mit der rechten Skala für P_ZP) gegeben. Da der Verbrennungsmotor VM und die Hauptölpumpe HP im Elektrofahrmodus abgestellt sind, muss der gesamte Ölbedarf P_{HD_soll} des Automatgetriebes ATG durch den Betrieb der Zusatzölpumpe ZP gedeckt werden, so dass die Soll-Förderleistung P_{ZP_soll} der Zusatzölpumpe ZP dem gesamten Ölbedarf P_{HD_soll} des Automatgetriebes ATG entspricht.
Die Soll-Förderleistung P_{ZP_soll} der Zusatzölpumpe ZP wird jedoch zweckmäßig durch die Vorgabe einer Mindestförderleistung P_{ZP_min} nach unten begrenzt, da die genaue Ermittlung eines im Betrag kleinen Drehmomentes M_EM wie auch die Einstellung einer kleinen Förderleistung P_ZP an der Zusatzölpumpe ZP relativ schwierig und regelungstechnisch aufwendig ist. Ebenso wird die Förderleistung P_ZP der Zusatzölpumpe ZP vorteilhaft nicht exakt auf den ermittelten Wert der Soll-Förderleistung P_{ZP_soll} eingestellt, sondern auf einen Wert eingestellt, der mindestens um einen vorgegebenen Leistungszuschlag ΔP_ZP über der zur Deckung des aktuellen Ölbedarfs P_{HD_soll} des Automatgetriebes ATG erforderlichen Soll-Förderleistung P_{ZP_soll} liegt (P_ZP ≥ P_{ZP_soll} + ΔP_ZP).
Der Leistungszuschlag ΔP_ZP stellt eine Steuerungsreserve dar, durch die Unsicherheiten bei der exakten Ermittlung des Ölbedarfs P_{HD_soll} sowie eine verschleißbedingte Erhöhung von Leckagen berücksichtigt bzw. kompensiert werden. Der strichpunktierte Kurvenverlauf in 1 veranschaulicht eine kontinuierliche Anpassung der Förderleistung P_ZP (P_ZP = P_{ZP_soll} + ΔP_ZP), bei der diese entsprechend dem mit zunehmender Drehzahl n_GE sinkenden Drehmoment M_EM reduziert wird.
Zur Vereinfachung der Steuerung der Zusatzölpumpe ZP kann die Anpassung der Förderleistung P_ZP der Zusatzölpumpe ZP an die Soll-Förderleistung P_{ZP_soll} jedoch auch in festgelegten diskreten Leistungsstufen P_Li (P_L1 bis P_L6) erfolgen, wobei an der Elektromaschine der Zusatzölpumpe ZP jeweils diejenige Leistungsstufe P_Li eingestellt wird, die größer oder gleich der aktuell erforderlichen Soll-Förderleistung P_{ZP_soll} zuzüglich der Leistungsreserve ΔP_ZP ist (P_ZP = P_Li ≥ P_{ZP_soll} + ΔP_ZP). Die stufenweise Anpassung der Förderleistung P_ZP der Zusatzölpumpe ZP ist in 1 durch den ununterbrochenen stufenförmigen Kurvenverlauf veranschaulicht.
Wenn während des Anfahrvorgangs eine Hochschaltung zur Erhöhung des Beschleunigungsvermögens erfolgt, so wird die Förderleistung P_ZP der Zusatzölpumpe ZP zur Deckung des durch die Druckbefüllung mindestens eines Reibschaltelementes (C1, C2, C3, B1, B2) bedingten Mehrbedarfs spätestens mit Erreichen der Schaltdrehzahl n_S, d. h. zu Beginn der Schaltung, erhöht und frühestens mit Erreichen der Zieldrehzahl n_Z, also nach dem Ende der Schaltung, wieder abgesenkt. Dieser Vorgang ist in dem Diagramm der 2 mit dem mit Richtungspfeilen markierten strichpunktierten Kurvenverlauf für eine kontinuierliche Anpassung der Förderleistung P_ZP der Zusatzölpumpe ZP und mit dem mit Richtungspfeilen markierten ununterbrochenen Kurvenverlauf für eine stufenweise Anpassung der Förderleistung P_ZP der Zusatzölpumpe ZP dargestellt.

1: Parallel-Hybridantriebsstrang
2: Triebwelle
3: Stator
4: Rotor
5: Eingangswelle
6: Ausgangswelle
7: Drehschwingungsdämpfer
8: Eingangsseitiges Teilgetriebe
9: Ausgangsseitiges Teilgetriebe
10: Planetenradsatz
11: Sonnenrad
12: Planetenrad
13: Planetenträger
14: Hohlrad
15: Getriebegehäuse
16: Ravigneaux-Radsatz
17: Sonnenrad
18: Planetenrad
19: Sonnenrad
20: Planetenrad
21: Planetenträger
22: Hohlrad
23: Elektromotor
24: Druckversorgungseinrichtung
25: Vorratsbehälter, Ölsumpf
26: Saugleitung
27: Rückschlagventil
28: Druckleitung
29: Hauptdruckleitung
30: Saugleitung
31: Rückschlagventil
32: Druckleitung
33: Hauptdruckventil
34: Sekundärdruckleitung
35: Druckspeicher
36: Druckbegrenzungsventil
37: Druckbegrenzungsventil
38: Steuergerät
39: Sensorleitung
40: Drucksensor
41: Steuerleitung
42: Steuerleitung
ATG: Planeten-Automatgetriebe
B1: Schaltbremse, Reibschaltelement von ATG
B2: Schaltbremse, Reibschaltelement von ATG
C1: Schaltkupplung, Reibschaltelement von ATG
C2: Schaltkupplung, Reibschaltelement von ATG
C3: Schaltkupplung, Reibschaltelement von ATG
D: Fahrstufe von ATG
EM: Elektromaschine
G1–G6: Vorwärts-Gangstufe von ATG
HP: Hauptölpumpe
K: Trennkupplung
M: Drehmoment
M_EM: Drehmoment von EM
M_GE: Übertragenes Drehmoment an Eingangswelle von ATG
M_{GE_min}: Mindestdrehmoment an Eingangswelle von ATG
M_VM: Drehmoment von VM
n: Drehzahl
n_GE: Drehzahl von Eingangswelle
n_HP: Antriebsdrehzahl von HP
n_{HP_min}: Mindestantriebsdrehzahl von HP
p: Druck
p_HD: Arbeitsdruck in Hauptdruckleitung, Hauptdruck
p_{HD_min}: Mindest-Arbeitsdruck in Hauptdruckleitung
p_{HD_soll}: Soll-Arbeitsdruck in Hauptdruckleitung, Soll-Hauptdruck
p_SD: Arbeitsdruck in Sekundärdruckleitung, Sekundärdruck
P: Leistung
P_{HD_min}: Mindestölbedarf in Hauptdruckleitung
P_{HD_soll}: Ölbedarf von ATG, Soll-Förderleistung in Hauptdruckleitung
P_HP: Förderleistung von HP
P_Li: Diskrete Leistungsstufe von ZP
P_L1–P_L6: Diskrete Leistungsstufe von ZP
P_ZP: Förderleistung von ZP
P_{ZP_min}: Mindestförderleistung von ZP
P_{ZP_soll}: Soll-Förderleistung von ZP
Q_HD: In die Hauptdruckleitung geförderter Volumenstrom
Q_{HD_min}: Mindest-Ölvolumenstrom gefördert in Hauptdruckleitung
Q_{HD_soll}: Soll-Ölvolumenstrom gefördert in Hauptdruckleitung
Q_HP: Durch HP geförderter Volumenstrom
R: Fahrstufe, Rückwärts-Gangstufe von ATG
T_Öl: Öltemperatur
T_Ref: Referenztemperatur
V_F: Fahrgeschwindigkeit
V_min: Mindestgeschwindigkeit
VM: Verbrennungsmotor
ZP: Zusatzölpumpe
ΔP_HD: Restölbedarf in Hauptdruckleitung
ΔP_ZP: Leistungszuschlag von ZP
ΔQ_HD: Restölvolumenstrom in Hauptdruckleitung
Δt_acc: Zeitspanne für Beschleunigung oder Verzögerung
Δt_shift: Zeitspanne für Schaltvorgang

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 60008588 T2 [0005]
- DE 19917665 A1 [0006]
- DE 10160466 C1 [0007]
- US 6692402 B2 [0008]
- DE 102005013137 A1 [0009]

Claims

Verfahren zur Steuerung der Ölversorgungseinrichtung eines Planeten-Automatgetriebes, die eine mit der Triebwelle (2) eines Verbrennungsmotors (VM) mechanisch in Triebverbindung stehende Hauptölpumpe (HP) und eine über einen steuerbaren Elektromotor (23) antreibbare Zusatzölpumpe (ZP) umfasst, die beide druckseitig hydraulisch mit einer mittels eines Hauptdruckventils (33) druckregulierten Hauptdruckleitung (29) in Verbindung stehen, wobei das Automatgetriebe (ATG) Bestandteil eines Parallel-Hybridantriebsstrangs (1) eines Kraftfahrzeugs mit einer über eine Trennkupplung (K) mit der Triebwelle (2) des Verbrennungsmotors (VM) verbindbaren und permanent mit dem Rotor (4) einer Elektromaschine (EM) in Triebverbindung stehenden Eingangswelle (5) ist, dadurch gekennzeichnet, dass der aktuelle Ölbedarf (P_{HD_soll}) des Automatgetriebes (ATG) in Abhängigkeit mindestens eines aktuell erfassten Betriebsparameters bestimmt wird, und dass die Förderleistung (P_ZP) der Zusatzölpumpe (ZP) durch eine entsprechende Ansteuerung des zugeordneten Elektromotors (23) im Verbrennungs- und Kombinationsfahrmodus unterhalb einer Mindestantriebsdrehzahl (n_HP < n_{HP_min}) der Hauptölpumpe (HP) und im Elektrofahrmodus jeweils mindestens auf den gesamten Ölbedarf (P_ZP ≥ P_{HD_soll}) und zumindest im Kombinationsfahrmodus oberhalb der Mindestantriebsdrehzahl (n_HP ≥ n_{HP_min}) der Hauptölpumpe (HP) mindestens auf den über die Förderleistung (P_HP) der Hauptölpumpe (HP) hinausgehenden Restölbedarf (P_ZP ≥ ΔP_HD = P_{HD_soll} – P_HP) eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Förderleistung (P_{ZP_soll}) der Zusatzölpumpe (ZP) im Verbrennungs- und Kombinationsfahrmodus unterhalb der Mindestantriebsdrehzahl (n_HP < n_{HP_min}) der Hauptölpumpe (HP) und im Elektrofahrmodus als Funktion des Soll-Arbeitsdruckes (p_{HD_soll}) in der Hauptdruckleitung und des insgesamt in die Hauptdruckleitung zu fördernden Soll-Ölvolumenstroms (Q_{HD_soll}) bestimmt wird (P_{ZP_soll} = f(p_{HD_soll}, Q_{HD_soll}).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadu dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Förderleistung (P_{ZP_soll}) der Zusatzölpumpe (ZP) zumindest im Kombinationsfahrmodus oberhalb der Mindestantriebsdrehzahl (n_HP > n_{HP_min}) der Hauptölpumpe (HP) als Funktion des Soll-Arbeitsdruckes (p_{HD_soll}) in der Hauptdruckleitung und des über den von der Hauptölpumpe (HP) aktuell geförderten Ölvolumenstrom (Q_HP) hinausgehenden Restölvolumenstroms (Q_{ZP_soll} = ΔQ_HD = Q_{HD_soll} – Q_HP) bestimmt wird (P_{ZP_soll} = f(p_{HD_soll}, ΔQ_HD)
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als wesentlicher Betriebsparameter das aktuell über die Eingangswelle (5) des Automatgetriebes (ATG) übertragene Drehmoment (M_GE) ermittelt wird, und dass der Ölbedarf (P_{HD_soll}) des Automatgetriebes (ATG) proportional zu dem Betrag des momentan übertragenen Drehmomentes (M_GE) festgelegt wird (P_{HD_soll} ~ |M_GE|).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ölbedarf (P_{HD_soll}) des Automatgetriebes (ATG) nach unten auf einen Mindestölbedarf (P_{HD_min}) begrenzt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Mindestölbedarf (P_{HD_min}) des Automatgetriebes (ATG) derart bemessen ist, dass geschlossene Reibschaltelemente (C1, C2, C3, B1, B2) des Automatgetriebes (ATG) bei einem unterhalb eines vorgegebenen Mindestdrehmomentes (M_{GE_min}) liegenden, momentan über das Automatgetriebe (ATG) übertragenen Drehmomentes (|M_GE| < |M_{GE_min}|) schlupffrei geschlossen bleiben.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, dass als weiterer Betriebsparameter die aktuelle Öltemperatur (T_Öl) des durch die Ölpumpen (HP, ZP) geförderten Hydrauliköls ermittelt wird, und dass der Ölbedarf (P_{HD_soll}) bei einer über einer Referenztemperatur (T_Ref) liegenden Öltemperatur (T_Öl > T_Ref) nach oben und bei einer unter der Referenztemperatur (T_Ref) liegenden Öltemperatur (T_Öl < T_Ref) nach unten korrigiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ölbedarf (P_{HD_soll}) des Automatgetriebes (ATG) zu Beginn eines Schaltvorgangs erhöht und nach Abschluss des Schaltvorgangs wieder abgesenkt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass aus mindestens einem erfassten Betriebsparameter Fahrzustände abgeleitet werden, die einen bevorstehenden Schaltvorgang erwarten lassen, und dass bei einer Ermittlung eines bevorstehenden Schaltvorgangs der Ölbedarf (P_{HD_soll}) des Automatgetriebes (ATG) schon vor dem Beginn des Schaltvorgangs erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei eingelegtem Fahrgang und einer oberhalb einer festgelegten Mindestgeschwindigkeit (v_min) liegenden Fahrgeschwindigkeit (v_F ≥ v_min) die Fahrpedalstellung und/oder die Änderung der Fahrpedalstellung erfasst werden, und dass eine oberhalb eines festgelegten Grenzgradienten liegende Erhöhung der Fahrpedalstellung als ein Fahrzustand mit einer bevorstehenden Hoch- oder Rückschaltung interpretiert wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei eingelegtem Anfahrgang und einer unterhalb einer festgelegten Mindestgeschwindigkeit (v_min) liegenden Fahrgeschwindigkeit (v_F < v_min) die Fahrpedalstellung und/oder die Bremspedalstellung oder der Bremspedaldruck erfasst werden, und dass ein Loslassen des Fahrpedals und/oder eine Betätigung des Bremspedals als ein Fahrzustand mit einem bevorstehenden Schaltvorgang zur Umkehr der Fahrtrichtung interpretiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei Fahrzeugstillstand (v_F = 0) und eingelegter Parksperre die Bremspedalstellung erfasst wird, und dass eine Betätigung des Bremspedals als ein Fahrzustand mit einem bevorstehenden Schaltvorgang in Form eines Lösens der Parksperre und eines Einlegens eines Anfahrgangs interpretiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Ölbedarf (P_{HD_soll}) des Automatgetriebes (ATG) wieder abgesenkt wird, wenn der erwartete Schaltvorgang innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne (Δt_shift) nach der Erhöhung des Ölbedarfs (P_{HD_soll}) nicht eingetreten ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass aus mindestens einem erfassten Betriebsparameter Fahrzustände abgeleitet werden, die eine bevorstehende starke Beschleunigung oder Verzögerung des Kraftfahrzeugs erwarten lassen, und dass bei einer Ermittlung einer bevorstehenden starken Beschleunigung oder Verzögerung der Ölbedarf (P_{HD_soll}) des Automatgetriebes (ATG) schon vor dem Beginn der Beschleunigung oder Verzögerung erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass bei eingelegtem Fahrgang und einer oberhalb einer festgelegten Mindestgeschwindigkeit (v_min) liegenden Fahrgeschwindigkeit (v_F ≥ v_min) die Fahrpedalstellung und die Bremspedalstellung erfasst werden, und dass ein Loslassen des Fahrpedals und/oder eine Betätigung des Bremspedals als ein Fahrzu stand mit einem bevorstehenden Wechsel vom Zugbetrieb in den Schubbetrieb interpretiert wird.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass bei eingelegtem Vorwärts-Anfahrgang und einer unterhalb einer festgelegten Mindestgeschwindigkeit (v_min) liegenden Fahrgeschwindigkeit (v_F < v_min) die Fahrpedalstellung und die Änderung der Fahrpedalstellung erfasst werden, und dass eine oberhalb einer festgelegten Grenzstellung liegende Fahrpedalstellung und/oder eine oberhalb eines festgelegten Grenzgradienten liegende Erhöhung der Fahrpedalstellung als ein Fahrzustand mit einem bevorstehenden Anfahrvorgang interpretiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Ölbedarf (P_{HD_soll}) des Automatgetriebes (ATG) wieder abgesenkt wird, wenn die erwartete Beschleunigung oder Verzögerung des Kraftfahrzeugs innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne (Δt_acc) nach der Erhöhung des Ölbedarfs (P_{HD_soll}) nicht eingetreten ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Betrieb der Zusatzölpumpe (ZP) deren Förderleistung (P_ZP) auf einen Wert eingestellt wird, der mindestens um einen vorgegebenen Leistungszuschlag (ΔP_ZP) über der zur Deckung des aktuellen Ölbedarfs (P_{HD_soll}) des Automatgetriebes (ATG) erforderlichen Soll-Förderleistung (P_{ZP_soll}) liegt (P_ZP ≥ P_{ZP_soll} + ΔP_ZP).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderleistung (P_ZP) der Zusatzölpumpe (ZP) kontinuierlich an die aktuell erforderliche Soll-Förderleistung (P_{ZP_soll}) angepasst wird (P_ZP ~ P_{ZP_soll}).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch ge kennzeichnet, dass die Förderleistung (P_ZP) der Zusatzölpumpe (ZP) in festgelegten diskreten Leistungsstufen (P_Li) an die aktuelle Soll-Förderleistung (P_{ZP_soll}) angepasst wird, wobei an der Elektromaschine der Zusatzölpumpe (ZP) jeweils diejenige Leistungsstufe (P_Li) eingestellt wird, die größer oder gleich der aktuell erforderlichen Soll-Förderleistung (P_{ZP_soll}) ist (P_ZP = P_Li ≥ P_{ZP_soll}).
Ölversorgungseinrichtung eines Planeten-Automatgetriebes zur Anwendung des Verfahrens nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 20, umfassend eine mit der Triebwelle (2) eines Verbrennungsmotors (VM) mechanisch in Triebverbindung stehende Hauptölpumpe (HP) und eine über einen steuerbaren Elektromotor (23) antreibbare Zusatzölpumpe (ZP), die beide druckseitig hydraulisch mit einer mittels eines Hauptdruckventils (33) druckregulierten Hauptdruckleitung (29) in Verbindung stehen, wobei das Automatgetriebe (ATG) Bestandteil eines Parallel-Hybridantriebsstrangs (1) eines Kraftfahrzeugs mit einer über eine Trennkupplung (K) mit der Triebwelle (2) des Verbrennungsmotors (VM) verbindbaren und permanent mit dem Rotor (4) einer Elektromaschine (EM) in Triebverbindung stehenden Eingangswelle (5) ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptölpumpe (HP) auf die Deckung des durch das abgegebene oder aufgenommene Drehmoment (|M_VM|) des Verbrennungsmotors (VM) bedingten Ölbedarfs (P_HP = P_{HD_VM}) oberhalb einer Mindestantriebsdrehzahl (n_HP > n_{HP_min}) ausgelegt ist, und dass die Zusatzölpumpe (ZP) und der zugeordnete Elektromotor (23) auf die Deckung des im Elektrofahrmodus durch das abgegebene oder aufgenommene Drehmoment (|M_EM|) der Elektromaschine (EM) bedingten Ölbedarfs (P_ZP = P_{HD_EM}) und auf die Deckung des Gesamtölbedarfs (P_ZP = P_{HD_soll}) unterhalb der Mindestantriebsdrehzahl (n_HP < n_{HP_min}) der Hauptölpumpe (HP) sowie des im Kombinationsfahrmodus oberhalb der Mindestantriebsdrehzahl (n_HP ≥ n_{HP_min}) der Hauptölpumpe (HP) über die Förderleistung (P_HP) der Hauptölpumpe (HP) hinausgehenden Restölbedarfs (P_ZP = ΔP_HD = P_{HD_soll} – P_HP) ausgelegt sind.
Ölversorgungseinrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzölpumpe (ZP) und der zugeordnete Elektromotor (23) innerhalb des Getriebegehäuses (15) des Automatgetriebes (ATG) angeordnet sind.
Ölversorgungseinrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzölpumpe (ZP) und der zugeordnete Elektromotor (23) außerhalb des Getriebegehäuses (15) des Automatgetriebes (ATG) angeordnet sind.