DE102024207002A1

DE102024207002A1 - Verfahren zur Erkennung einer Fehlerleckage in einem pneumatischen Stellsystem eines Getriebes und Steuergerät zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102024207002A1
Application number: DE102024207002.5A
Authority: DE
Inventors: Alain Tierry Chamaken Kamde; Tobias MAYERHOFER
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2024-07-25
Filing date: 2024-07-25
Publication date: 2026-01-29

Abstract

Verfahren zur Erkennung einer Fehlerleckage in einem pneumatischen Stellsystem eines Getriebes, das einen Stellerraum (16) und Schaltzylinder (10, 11, 12) aufweist, die über Schaltventile (23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23e, 23f) mit dem Stellerraum (16) gekoppelt sind. Dann, wenn erkannt wird, dass im Stellsystem eine Fehlerleckage vorliegt, wird zur Erkennung, ob die Fehlerleckage an einem Schaltventil (23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23e, 23f) vorliegt, welches bei der Druckluftversorgung des bei der Ausführung der Schaltung aktiven Schaltzylinders (10, 11, 12) aktiv ist, folgendes ausgeführt: Bestimmen einer über das jeweilige aktive Schaltventil strömenden Ist-Luftmasse und einer Soll-Luftmasse sowie Vergleichen der Ist-Luftmasse mit der Soll-Luftmasse. Bestimmen einer Ist-Kolbengeschwindigkeit des bei der Ausführung der Schaltung aktiven Schaltzylinders sowie Vergleichen der Ist-Kolbengeschwindigkeit mit einer Soll-Kolbengeschwindigkeit. Bestimmen eines Ist-Druckgradienten in der bei der Ausführung der Schaltung zu füllenden Druckkammer des bei der Ausführung der Schaltung aktiven Schaltzylinders sowie Vergleichen des Ist-Druckgradienten mit einem Soll-Druckgradienten. Dann, wenn die Ist-Luftmasse größer als die Soll-Luftmasse ist, und dann, wenn die Ist-Kolbengeschwindigkeit kleiner als die Soll-Kolbengeschwindigkeit ist, und dann, wenn der Ist-Druckgradient kleiner als der Soll-Druckgradient ist, Erkennen, dass die Fehlerleckage an dem Schaltventil (23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23e, 23f) vorliegt, welches bei der Druckluftversorgung des bei der Ausführung der Schaltung aktiven Schaltzylinders (10, 11, 12) aktiv ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung einer Fehlerleckage in einem pneumatischen Stellsystem eines Getriebes. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Steuergerät zur Durchführung des Verfahrens.
Aus der Praxis ist es bekannt, dass Schaltelemente eines Getriebes, so zum Beispiel Schaltzylinder eines Getriebes, mit Hilfe eines pneumatischen Stellsystems angesteuert werden. Ein derartiges pneumatisches Stellsystem verfügt über ein Luftreservoir, das über mindestens ein Hauptschaltventil mit einem Stellerraum des Stellsystems gekoppelt ist. Ausgehend vom Stellerraum des Stellsystems ist jeder Schaltzylinder über jeweils mindestens ein Schaltventil mit Luft versorgbar. Fehlerleckagen im Stellsystem bzw. im Getriebe können dazu führen, dass die Schaltzylinder nicht mehr ordnungsgemäß betätigt werden können, wodurch es unter Umständen nicht mehr möglich ist, im Getriebe Schaltungen zuverlässig auszuführen. Dies kann unter Umständen einen totalen Stillstand eines das Getriebe umfassenden Fahrzeugs zur Folge haben. Es ist daher von Wichtigkeit, eine gegebenenfalls auftretende Fehlerleckage in einem pneumatischen Stellsystem eines Getriebes zuverlässig zu ermitteln, um abhängig hiervon gegebenenfalls eine Ersatzreaktion einzuleiten, so zum Beispiel einen geänderten Schaltungsablauf, um die Einsatzbereitschaft des Fahrzeugs aufrecht zu erhalten.
DE 10 2011 075 168 A1 offenbart ein Verfahren zur Erkennung einer Leckage in einer Stellvorrichtung einer druckmittelbetätigten Kupplung bekannt, wobei nach diesem Stand der Technik der Stellweg eines Kolbens des Stellzylinders über die Zeit bei geöffneter Kupplung und geschlossenen Ventilen ermittelt und daraus der Grad der Leckage des Stellzylinders über der Zeit bestimmt wird.
DE 10 2015 210 668 A1 offenbart ein weiteres Verfahren zur Erkennung einer Fehlerleckage in einem pneumatischen Stellsystem eines Getriebes.
DE 10 2021 208 552 B3 offenbart ein Verfahren zum Bestimmen von Drücken in Schaltzylindern eines pneumatischen Stellsystem eines Getriebes.
Obwohl bereits Verfahren bekannt sind, mithilfe derer eine Fehlerleckage in einem pneumatischen Stellsystem eines Getriebes, insbesondere an einem Stellzylinder des Stellsystems, erkannt werden kann, ist es bislang nicht möglich, eine Fehlerleckage an einem Schaltventil, über welches der Stellzylinder mit dem Stellerraum des pneumatischen Stellsystems gekoppelt ist, zu erkennen. Es besteht Bedarf an einem Verfahren zur Erkennung einer Fehlerleckage in einem pneumatischen Stellsystem eines Getriebes, mithilfe dessen es möglich ist, an den Schaltventilen des Stellsystems eine Fehlerleckage zu erkennen. Ferner besteht Bedarf an einem Steuergerät zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein neuartiges Verfahren und Steuergerät zur Erkennung einer Fehlerleckage in einem pneumatischen Stellsystem eines Getriebes und ein Steuergerät zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, welches eine Fehlerleckage-Erkennung an Schaltventilen des pneumatischen Stellsystems zulässt.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und ein Steuergerät gemäß Patentanspruch 10 gelöst.
Erfindungsgemäß werden dann, wenn erkannt wird, dass im pneumatischen Stellsystem eine Fehlerleckage vorliegt, zur Erkennung, ob die Fehlerleckage an einem Schaltventil vorliegt, welches bei der Druckluftversorgung des bei der Ausführung der Schaltung aktiven Schaltzylinder aktiv ist, folgende Maßnahmen ausgeführt:

Bestimmen einer über das jeweilige aktive Schaltventil fließenden Ist-Luftmasse und einer Soll-Luftmasse für das jeweilige Schaltventil, sowie Vergleichen der Ist-Luftmasse mit der Soll-Luftmasse.

Bestimmen einer Ist-Kolbengeschwindigkeit des bei der Ausführung der Schaltung aktiven Schaltzylinders sowie Vergleichen der Ist-Kolbengeschwindigkeit mit einer Soll-Kolbengeschwindigkeit.
Bestimmen eines Ist-Druckgradienten in der bei der Ausführung der Schaltung zu füllenden Druckkammer des bei der Ausführung der Schaltung aktiven Schaltzylinders sowie Vergleichen des Ist-Druckgradienten mit einem Soll-Druckgradienten.
Dann, wenn die Ist-Luftmasse größer als die Soll-Luftmasse ist, und dann, wenn weiterhin die Ist-Kolbengeschwindigkeit kleiner als die Soll-Kolbengeschwindigkeit ist, und dann, wenn weiterhin der Ist-Druckgradient kleiner als der Soll-Druckgradient ist, Erkennen, dass die Fehlerleckage an dem Schaltventil vorliegt, welches bei der Druckluftversorgung des bei der Ausführung der Schaltung aktiven Schaltzylinder aktiv ist.
Mit der Erfindung ist es zuverlässig möglich, bei Erkennen einer Leckage in einem pneumatischen Stellsystem zu überprüfen, ob an einem Schaltventil, über welches ein Schaltzylinder mit dem Stellerraum gekoppelt ist, die Fehlerleckage vorliegt. So kann die Fehlerleckage im Stellsystem genauer lokalisiert werden.
Vorzugweise werden die über das jeweilige aktive Schaltventil fließende Ist-Luftmasse und die Soll-Luftmasse für das jeweilige aktive Schaltventil jeweils berechnet. Dies ist besonders bevorzugt, um zu überprüfen, ob eine erkannte Fehlerleckage an einem Schaltventil vorliegt.
Vorzugweise wird der Ist-Druckgradient in der bei der Ausführung der Schaltung zu füllenden Druckkammer des bei der Ausführung der Schaltung aktiven Schaltzylinders aus der Ableitung des Ist-Drucks in der bei der Ausführung der Schaltung zu füllenden Druckkammer nach der Zeit ermittelt, wobei der Soll-Druckgradient in der bei der laufenden Schaltungsausführung zu füllenden Druckkammer des jeweiligen Schaltzylinders steuerungsseitig vorgegeben wird. Auch dies ist besonders bevorzugt, um zu überprüfen, ob eine erkannte Fehlerleckage an einem Schaltventil vorliegt.
Vorzugweise wird die Ist-Kolbengeschwindigkeit des bei der Ausführung der Schaltung aktiven Schaltzylinders aus der Ableitung der Ist-Kolbenposition nach der Zeit ermittelt, wobei die Ist-Kolbenposition gemessen wird. Die Soll-Kolbengeschwindigkeit des bei der Ausführung der Schaltung aktiven Schaltzylinders wird steuerungsseitig vorgegeben wird. Auch dies dient der Überprüfung, ob die erkannte Fehlerleckage an einem Schaltventil vorliegt.
Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

1 ein Blockschaltbild eines pneumatischen Stellsystems eines Getriebes.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Steuergerät zur Erkennung einer Fehlerleckage in einem pneumatischen Stellsystem eines Getriebes bei laufender Schaltungsausführung.
1 zeigt stark schematisiert ein Blockschaltbild eines pneumatischen Schaltsystems eines als Gruppengetriebe ausgebildeten Getriebes eines Kraftfahrzeugs.
So zeigt 1 Schaltzylinder 10, 11 und 12, nämlich einen Schaltzylinder 11 für eine sogenannte Hauptgruppe des Gruppengetriebes, einen Schaltzylinder 10 für eine sogenannte Vorschaltgruppe des Gruppengetriebes und einen Schaltzylinder 12 für eine sogenannte Nachschaltgruppe des Gruppengetriebes. Die Vorschaltgruppe wird auch als Splitter und die Nachschaltgruppe auch als Bereichsgruppe bezeichnet.
Jeder Schaltzylinder 10, 11, 12 verfügt über einen Kolben 13, 14 bzw. 15, der im jeweiligen Schaltzylinder 10, 11, 12 verschiebbar ist, um Schaltungen in der jeweiligen Gruppe des Gruppengetriebes auszuführen.
Der jeweilige Schaltzylinder 10, 11, 12 kann ausgehend von einem Stellerraum 16 des Getriebes mit Druckmittel, nämlich Druckluft, versorgt werden, wobei hierzu vom Stellerraum 16 Druckluftleitungen 17, 18 bzw. 19, 20 bzw. 21, 22 in Richtung auf den jeweiligen Schaltzylinder 10, 11, 12 führen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel führen zu jedem Schaltzylinder 10, 11, 12 jeweils zwei Druckluftleitungen 17, 18 bzw. 19, 20 bzw. 21, 22, um Druckkammern des jeweiligen Schaltzylinders 10, 11, 12 mit Druckluft zu versorgen. In jede der Druckluftleitungen 17 bis 22 ist dabei jeweils ein Ventil bzw. Schaltventil 23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f integriert.
Soll zum Beispiel zur Ausführung einer Schaltung der Schaltzylinder 10 in 1 von links nach rechts bewegt werden, so wird einer auf der linken Seite des Kolbens 13 angeordneten Druckkammer des Schaltzylinders 10 über die Druckluftleitungen 17 und das Schaltventil 23a Druckluft ausgehend vom Stellerraum 16 zugeführt, ferner wird von einer auf der rechten Seite des Kolbens 13 angeordneten Druckkammer des Schaltzylinders 10 über die Druckluftleitungen 18 und das Schaltventil 23b Druckluft abgeführt, insbesondere in die Umgebung abgelassen. Die auf der linken Seite des Kolbens 13 angeordneten Druckkammer des Schaltzylinders 10 ist dann die für die Schaltungsausführung über das aktiv Schaltventil 23a zu füllende Druckkammer des Schaltzylinders 10.
Beim Verlagern eines Kolbens 13, 14, 15 wird demnach in eine der Druckkammer des jeweiligen Schaltzylinders 10,11, 12 Druckluft eingeführt, aus der anderen Druckkammer des jeweiligen Schaltzylinders 10,11, 12 wird Druckluft abgeführt.
Der Druck in einer für die Schaltungsausführung zu füllenden Druckkammern eines Schaltzylinders 10, 11, 12 wird nachfolgend als p_2i bezeichnet, wobei i=23a, 23b, 23c, 23d, 23e, oder 23f ist und demnach für dasjenige Schaltventil 23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f steht, über welches der für die jeweilige Schaltungsausführung zu füllenden Druckkammer des jeweiligen Schaltzylinders 10, 11, 12 Druckluft ausgehend vom Stellerraum 16 zugeführt wird.
Im Stellerraum 16 herrscht der Druck p₁.
Der Stellerraum 16 kann ausgehend von einem Vorratsbehälter 24, der auch als Druckkessel bezeichnet wird, mit Druckluft versorgt werden. Vom Vorratsbehälter 24 führen Druckluftleitungen 25, 26 in Richtung auf den Stellerraum 16, um abhängig von der Stellung von Hauptschaltventilen 27a, 27b, die in diese Druckluftleitungen 25, 26 integriert sind, Druckluft ausgehend von Vorratsbehälter 24 in den Stellerraum 16 zu fördern.
Im Stellerraum 16 ist ein Drucksensor 28 verbaut, mithilfe dessen der Druck p₁ im Stellerraum 16 messtechnisch erfasst werden kann. Ein mithilfe des Drucksensors 28 messtechnisch erfasster Ist-Druck p₁ im Stellerraum 16 kann mit einem gewünschten Soll-Druck verglichen werden, um abhängig von einer Abweichung zwischen dem Ist-Druck und dem Soll-Druck die Hauptschaltventile 27a, 27b zur Regelung des Drucks im Stellerraum 16 anzusteuern.
Mit jedem Schaltzylinder 10, 11, 12 wirkt ein Positionssensor 29 zusammen. Mithilfe des jeweiligen Positionssensors 29 kann eine jeweilige Ist-Position x des jeweiligen Kolbens 13, 14, 15 des jeweiligen Schaltzylinder 10, 11, 12 messtechnisch erfasst werden, insbesondere die Ist-Kolbenposition x_i des Kolbens 13, 14, 15 des bei der Ausführung der Schaltung aktiven Schaltzylinders 10, 11, 12 in der über das jeweilige aktive Schaltventil 23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f zu füllenden Druckkammer des jeweiligen aktiven Schaltzylinders 10, 11, 12.
Bei Ausführung einer Schaltung über das pneumatische Stellsystem der 1 kann grundsätzlich überprüft werden, ob im pneumatischen Stellsystem eine Fehlerleckage vorliegt. Dies kann zum Beispiel wie in der DE 10 2011 075 168 A1 oder auch wie in der DE 10 2015 210 668 A1 offenbart, erfolgen. Bei der hier vorliegenden Erfindung geht es nun darum, dass dann, wenn erkannt wird, dass im pneumatischen Stellsystem eine Fehlerleckage vorliegt, zu ermitteln, ob die Fehlerleckage an einem der Schaltventile 23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f vorliegt, nämlich an einem Schaltventil, welches bei der Druckluftversorgung des bei der Schaltungsausführung aktiven Schaltzylinders 10, 11, 12 aktiv ist, über welches also der für die Schaltungsausführung zu füllenden Druckkammer des jeweiligen Schaltzylinders 10, 11, 12 Druckluft zugeführt wird.
Hierzu wird zunächst eine über das jeweilige aktive Schaltventil 23a, 23b, 23c, 23d, 23e und 23f fließende Ist-Luftmasse bestimmt, ebenso eine Soll-Luftmasse für das jeweilige Schaltventil 23a, 23b, 23c, 23d, 23e bzw. 23f. Die Ist-Luftmasse wird mit der Soll-Luftmasse verglichen.
Ferner wird eine Ist-Kolbengeschwindigkeit des bei der Ausführung der Schaltung aktiven Schaltzylinders 10, 11, 12 und damit des jeweiligen Kolbens 13, 14, 15 desselben ermittelt und mit einer Ist-Kolbengeschwindigkeit verglichen.
Ferner wird ein Ist-Druckgradient in der bei der Ausführung der Schaltung mit Druckluft zu füllenden Druckkammer des bei der Ausführung der Schaltung aktiven Schaltzylinders 10, 11 bzw. 12 ermittelt und mit einem Soll-Druckgradienten verglichen.
Dann, wenn die Ist-Luftmasse größer als die Soll-Luftmasse ist, und dann, wenn weiterhin die Ist-Kolbengeschwindigkeit kleiner als die Soll-Kolbengeschwindigkeit ist, und dann, wenn weiterhin der Ist-Druckgradient kleiner als der Soll-Druckgradient ist, wird erkannt, dass die Fehlerleckage an dem Schaltventil 23a, 23b, 23c, 23d, 23e bzw. 23f vorliegt, welches bei der Druckluftversorgung des bei der Ausführung der Schaltung aktiven Schaltzylinders 10, 11, 12 aktiv ist.
Die über das jeweilige aktive Schaltventil 23a, 23b, 23c, 23d, 23e bzw. 23f fließende Ist-Luftmasse wird vorzugsweise berechnet.
Die über das jeweilige aktive Schaltventil 23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f fließende Ist-Luftmasse wird vorzugsweise mit folgenden Formeln berechnet: $m_{i - I S T} (k) = m_{i - I S T} (k - 1) + {\dot{m}}_{i} (k) * T S$ ${\dot{m}}_{i} (k) = ψ_{m a x} (k) * \sqrt{1 - (\frac{(\frac{(p_{2 i} (k - 1))}{p_{1} (k)}) - b}{1 - b})}$ $ψ_{m a x} (k) = C * p_{1} (k) * ρ * \sqrt{(\frac{T (k)}{T_{0}})}$ $C (k) = \frac{K * α_{D} * Q * ψ_{m a x} (k) * \sqrt{(2 * R_{s} * T_{0})}}{p_{0}}$ $i = 23 a,23 b,23 c,23 d,23 e o d e r 23 f$ wobei

mi-IST: die über das jeweilige aktive Schaltventil (23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f) fließende Ist-Luftmasse ist,
ṁi: der Massestrom über das jeweilige aktive Schaltventil (23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f) ist,
p1: der im Stellerraum (16) herrschende Druck ist,
p2i: der Ist-Druck in der bei der Ausführung der Schaltung über das jeweilige aktive Schaltventil (23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f) zu füllenden Druckkammer des bei der Ausführung der Schaltung aktiven Schaltzylinders (10, 11, 12) ist,
b: ein für die Schaltventile (23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f) gültiges kritisches Druckverhältnis ist,
ψMAX: ein für die Schaltventile (23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f) gültiger maximaler Massestrom ist,
C: ein für die Schaltventile (23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f) gültiger pneumatischer Leitwert ist,
p: die Luftdichte ist,
T0: die absolute Lufttemperatur im Normzustand ist,
T: die aktuelle Lufttemperatur ist,
K: ein für die Schaltventile (23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f) gültiger Adaptionsfaktor ist,
αD: ein für die Schaltventile (23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f) gültiger pneumatischer Korrekturfaktor ist,
RS: die speizische Gaskonstante von Luft ist,
p0: ein Luftdruck der Luft im Normzustand ist,

Q: der Ventilquerschnitt des jeweiligen aktiven Schaltventils (23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f) ist,
TS: die Abtastzeit ist,
k: der aktuelle Abtastzeitpunkt ist,
k-1: der vorherige Abtastzeitpunkt ist.

Ferner wird die Soll-Luftmasse für das jeweilige Schaltventil 23a, 23b, 23c, 23d, 23e bzw. 23f vorzugsweise berechnet.
Die Soll-Luftmasse für das jeweilige aktive Schaltventil 23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f wird vorzugsweise mit folgenden Formeln berechnet: $m_{i - S O L L} (k) = m_{d, i} - m_{0, i} (k)$ $m_{0 i} (k) = \frac{p_{2 i} (k) * V_{0 i}}{R_{s} * T (k)}$ $m_{d, i} = ρ * V_{M A X, i}$ $V_{M A X, i} = A_{i} * (l_{M A X, i} - l_{M I N, i}) + V_{0 i}$ $i = 23 a,23 b,23 c,23 d o d e r 23 e$ wobei

mi-SOLL: die Soll-Luftmasse für das jeweilige aktive Schaltventil (23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23e, 23f) ist,
p2i: der Ist-Druck in der bei der Ausführung der Schaltung über das jeweilige aktive Schaltventil (23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f) zu füllenden Druckkammer des bei der Ausführung der Schaltung aktiven Schaltzylinders (10, 11, 12) ist,
V0i: das Volumen der bei Ausführung der Ausführung der Schaltung über das aktive Schaltventil (23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f) zu füllenden Druckkammer des bei der Ausführung der Schaltung aktiven Schaltzylinders (10, 11, 12) ist,

Rs: eine spezifische Gaskonstante von Luft ist,
T: die aktuelle Lufttemperatur ist,
p: die Luftdichte ist,
Ai: die aktive Kolbenfläche des bei der Ausführung der Schaltung aktiven Schaltzylinders (10, 11, 12) in der über das jeweilige aktive Schaltventil (23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f) zu füllenden Druckkammer desselben ist,
IMAX,i: ein maximaler Schaltweg des bei der Ausführung der Schaltung aktiven Schaltzylinders (10, 11, 12) in der über das jeweilige aktive Schaltventil (23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f) zu füllenden Druckkammer desselben ist,
IMIN,i: ein minimaler Schaltweg des bei der Ausführung der Schaltung aktiven Schaltzylinders (10, 11, 12) in der über das jeweilige aktive Schaltventil (23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f) zu füllenden Druckkammer desselben ist,
k: der aktuelle Abtastzeitpunkt ist.

Der in den obigen Formeln benötigte Ist-Druck in der bei der laufenden Schaltungsausführung mit Druckmittel zu füllenden Druckkammer des jeweiligen bei der Ausführung der Schaltung aktiven Schaltzylinders 10, 11, 12 wird mit folgenden Formeln ermittelt: $p_{2 i} (k) = \frac{(m_{i} (k - 1) + (C * ρ * p_{1} (k) * \sqrt{\frac{T (k)}{T_{0}}}) * \sqrt{{(\frac{(\frac{(p_{2 i} (k - 1))}{p_{1} (k)}) - b_{c}}{(1 - b_{c})})}^{2}} * T S * R * T (k))}{V_{i} (k)}$ $V_{i} (k) = V_{i 0} + A_{i} * x_{i} (k)$ $i = 23 a,23 b,23 c,23 d,23 e o d e r 23 f$ wobei

p2i: der Ist-Druck in der bei der Ausführung der Schaltung über das jeweilige aktive Schaltventil (23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f) zu füllenden Druckkammer des bei der Ausführung der Schaltung aktiven Schaltzylinders (10, 11, 12) ist,

mi: die Luftmasse in der bei der Ausführung der Schaltung über das jeweilige aktive Schaltventil (23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f) zu füllenden Druckkammer des bei der Ausführung der Schaltung aktiven Schaltzylinders (10, 11, 12) ist,
C: ein für die Schaltventile (23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f) gültiger pneumatischer Leitwert ist,
p: die Luftdichte ist,
p1: der im Stellerraum (16) herrschende Druck ist,
T: die Lufttemperatur ist,
T0: die Lufttemperatur im Normzustand ist,
bc: das kritische Druckverhältnis ist,
TS: die Abtastzeit ist,
R: die spezifische Gaskonstante ist,
k: der aktuelle Abtastzeitpunkt ist,
k-1: der vorherige Abtastzeitpunkt ist,
Vi: das aktive Volumen in der bei der Ausführung der Schaltung über das jeweilige aktive Schaltventil (23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f) zu füllenden Druckkammer des jeweiligen des bei der Ausführung der Schaltung aktiven Schaltzylinders (10, 11, 12) ist,
Vi0: das aktive Volumen in der bei der Ausführung der Schaltung über das jeweilige aktive Schaltventil (23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f) zu füllenden Druckkammer des bei der Ausführung der Schaltung aktiven Schaltzylinders (10, 11, 12) zum Beginn der Schaltungsausführung ist,
Ai: die aktive Kolbenfläche des bei der Ausführung der Schaltung aktiven Schaltzylinders (10, 11, 12) in der über das jeweilige aktive Schaltventil (23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f) zu füllenden Druckkammer desselben ist,
xi: die gemessene Ist-Kolbenposition des Kolbens des bei der Ausführung der Schaltung aktiven Schaltzylinders (10, 11, 12) in der über das jeweilige aktive Schaltventil (23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f) zu füllenden Druckkammer desselben.

Die berechnete Ist-Luftmasse wird mit der berechneten Soll-Luftmasse verglichen.
Dann, wenn die über das jeweilige aktive Schaltventil 23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23e strömenden Ist-Luftmasse größer als die Soll-Luftmasse desselben ist, ist die erste von drei notwendigen Bedingungen erfüllt, bei deren Vorliegen die Fehlerleckage an dem Schaltventil 23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f erkannt wird, welches bei der Druckluftversorgung des bei der Ausführung der Schaltung aktiven Schaltzylinders 10, 11 bzw. 12 aktiv ist.
Dann, wenn die Ist-Kolbengeschwindigkeit des bei der Ausführung der Schaltung aktiven Schaltzylinders 10, 11, 12 kleiner als die Soll-Kolbengeschwindigkeit ist, ist die zweite von drei notwendigen Bedingungen erfüllt, bei deren Vorliegen die Fehlerleckage an dem Schaltventil 23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f erkannt wird, welches bei der Druckluftversorgung des bei der Ausführung der Schaltung aktiven Schaltzylinders 10, 11 bzw. 12 aktiv ist. Bei der Soll-Kolbengeschwindigkeit handelt um einen steuerungsseitig vorgegebenen, empirisch ermittelten Soll-Wert, der konstant ist. Die Ist-Kolbengeschwindigkeit wird aus der über den jeweiligen Positionssensor 29 des jeweiligen Schaltzylinders 10, 11 bzw. 12 gemessenen Ist-Kolbenposition ermittelt, nämlich durch Ableitung der gemessenen Ist-Kolbenposition nach der Zeit.
Dann, wenn der Ist-Druckgradient in der bei der Ausführung der Schaltung über das jeweilige aktive Schaltventil 23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23e zu füllenden Druckkammer des bei der Ausführung der Schaltung aktiven Schaltzylinders 10, 11, 12 kleiner als der Soll-Druckgradient ist, ist die dritte von drei notwendigen Bedingungen erfüllt, bei deren Vorliegen die Fehlerleckage an dem Schaltventil 23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f erkannt wird, welches bei der Druckluftversorgung des bei der Ausführung der Schaltung aktiven Schaltzylinders 10, 11 bzw. 12 aktiv ist. Beim Soll-Druckgradienten handelt es sich ebenso wie bei der Soll-Kolbengeschwindigkeit um einen steuerungsseitig vorgegebenen, empirisch ermittelten Soll-Wert, der im Steuergerät hinterlegt ist. Der Ist-Druckgradient in der bei der Ausführung der Schaltung mit Druckluft zu füllenden Druckkammer des bei der Ausführung der Schaltung aktiven Schaltzylinders 10, 11 bzw. 12 wird aus der Ableitung des Ist-Drucks in der bei der Ausführung der Schaltung mit Druckluft zu füllenden Druckkammer nach der Zeit ermittelt, wobei der Ist-Druck wie oben angegeben berechnet wird.
Dann, wenn alle oben genannten drei Bedingungen gemeinsam erfüllt sind, wird dann, wenn eine Fehlerleckage in einem pneumatischen Stellsystem des Getriebes erkannt wird, diese Fehlerleckage demjenigen Schaltventil zugeordnet, welches bei der Druckluftversorgung des bei der Ausführung der Schaltung aktiven Schaltzylinders aktiv ist, welches also der bei der Schaltungsausführung mit Druckmittel zu füllenden Druckkammer des aktiven Schaltzylinders 10, 11, 12 Druckluft zuführt.
Dann, wenn an einem Schaltventil 23a, 23b, 23c, 23d, 23e bzw. 23f eine Leckage erkannt wird, wird das jeweilige Schaltventil 23a, 23b, 23c, 23d, 23e bzw. 23f vorzugsweise über eine definierte Zeitspanne abgeschaltet und danach wieder eingeschaltet. Hierdurch sollen Ventildichtungen des jeweiligen Schaltventils Zeit zu einer Erholung gegeben werden, um so die Dichtheit am jeweiligen Schaltventil wiederherzustellen.
Sollte trotzdem nachfolgend an dem jeweiligen Schaltventil 23a, 23b, 23c, 23d, 23e bzw. 23f wieder eine Fehlerleckage auf die oben beschriebene Art und Weise erkannt werden, so kann eine Fehlermeldung generiert werden oder ein geänderter Schaltungsablauf vorgegeben werden, an dem zur Erhöhung der Einsatzbereitschaft des Fahrzeugs das jeweilige Schaltventil nicht mehr beteiligt ist.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Steuergerät, welches eingerichtet ist, das oben beschriebene Verfahren automatisch auszuführen. Bei diesem Steuergerät handelt es sich insbesondere um ein elektronisches Getriebesteuergerät, welches über hardwareseitige und softwareseitige Mittel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verfügt. Zu den hardwareseitigen Mitteln zählen insbesondere Datenschnittstellen, um mit den an der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beteiligten Baugruppen, Daten auszutauschen, so zum Beispiel mit dem Drucksensor 28 und den Positionssensoren 29. Ferner zählen zu den hardwareseitigen Mitteln ein Prozessor zur Datenverarbeitung und ein Speicher zur Datenspeicherung. Zu den softwareseitigen Mitteln zählen Programmbausteine, die im Steuergerät zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens hinterlegt sind.
Bezugszeichen

10: Schaltzylinder
11: Schaltzylinder
12: Schaltzylinder
13: Kolben
14: Kolben
15: Kolben
16: Stellerraum
17: Druckmittelleitung
18: Druckmittelleitung
19: Druckmittelleitung
20: Druckmittelleitung
21: Druckmittelleitung
22: Druckmittelleitung
23a: Schaltventil
23b: Schaltventil
23c: Schaltventil
23d: Schaltventil
23e: Schaltventil
23f: Schaltventil
24: Vorratsbehälter
25: Druckmittelleitung
26: Druckmittelleitung
27a: Hauptschaltventil
27b: Hauptschaltventil
28: Drucksensor
29: Positionssensor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10 2011 075 168 A1 [0003, 0031]
DE 10 2015 210 668 A1 [0004, 0031]
DE 10 2021 208 552 B3 [0005]

Claims

Verfahren zur Erkennung einer Fehlerleckage in einem pneumatischen Stellsystem eines Getriebes, wobei das Stellsystem einen Stellerraum (16) und Schaltzylinder (10, 11, 12) aufweist, wobei in dem Stellerraum (16) ein erster Druck herrscht, wobei der Stellerraum (16) über mindestens jeweils ein Schaltventil (23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23e, 23f) mit den Schaltzylindern (10, 11, 12) gekoppelt ist, wobei bei Ausführung einer Schaltung im Getriebe überwacht wird, ob im pneumatischen Stellsystem eine Fehlerleckage vorliegt, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn erkannt wird, dass im pneumatischen Stellsystem eine Fehlerleckage vorliegt, zur Erkennung, ob die Fehlerleckage an einem Schaltventil (23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23e, 23f) vorliegt, welches bei der Druckluftversorgung des bei der Ausführung der Schaltung aktiven Schaltzylinders (10, 11, 12) aktiv ist, folgende Maßnahmen ausgeführt werden: Bestimmen einer über das jeweilige aktive Schaltventil (23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23e) strömenden Ist-Luftmasse und einer Soll-Luftmasse für das jeweilige Schaltventil (23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23e, 23f) sowie Vergleichen der Ist-Luftmasse mit der Soll-Luftmasse, Bestimmen einer Ist-Kolbengeschwindigkeit des bei der Ausführung der Schaltung aktiven Schaltzylinders (10, 11, 12) sowie Vergleichen der Ist-Kolbengeschwindigkeit mit einer Soll-Kolbengeschwindigkeit, Bestimmen eines Ist-Druckgradienten in der bei der Ausführung der Schaltung zu füllenden Druckkammer des bei der Ausführung der Schaltung aktiven Schaltzylinders (10, 11, 12) sowie Vergleichen des Ist-Druckgradienten mit einem Soll-Druckgradienten, dann, wenn die Ist-Luftmasse größer als die Soll-Luftmasse ist, und dann, wenn die Ist-Kolbengeschwindigkeit kleiner als die Soll-Kolbengeschwindigkeit ist, und dann, wenn weiterhin der Ist-Druckgradient kleiner als der Soll-Druckgradient ist, Erkennen, dass die Fehlerleckage an dem Schaltventil (23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23e, 23f) vorliegt, welches bei der Druckluftversorgung des bei der Ausführung der Schaltung aktiven Schaltzylinders (10, 11, 12) aktiv ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die über das jeweilige aktive Schaltventil (23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23e, 23f) fließende Ist-Luftmasse und die Soll-Luftmasse für das jeweilige aktive Schaltventil (23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f) berechnet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die über das jeweilige aktive Schaltventil (23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23e, 23f) fließende Ist-Luftmasse mit folgenden Formeln berechnet wird: $m_{i - I S T} (k) = m_{i - I S T} (k - 1) + {\dot{m}}_{i} (k) * T S$ ${\dot{m}}_{i} (k) = ψ_{m a x} (k) * {\sqrt{1 - (\frac{\frac{(p_{2 i} (k - 1))}{p_{1} (k)} - b}{1 - b})}}^{2}$ $ψ_{m a x} (k) = C * p_{1} (k) * ρ * \sqrt{(\frac{T (k)}{T_{0}})}$ $C (k) = \frac{K * α_{D} * Q * ψ_{m a x} (k) * \sqrt{(2 * R_{s} * T_{0})}}{p_{0}}$ $i = 23 a,23 b,23 c,23 d,23 e o d e r 23 f$ wobei m_i-IST die über das jeweilige aktive Schaltventil (23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f) fließende Ist-Luftmasse ist, ṁ_i der Massestrom über das jeweilige aktive Schaltventil (23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f) ist, p₁ der im Stellerraum (16) herrschende Druck ist, p_2i der Ist-Druck in der bei der Ausführung der Schaltung über das jeweilige aktive Schaltventil (23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f) zu füllenden Druckkammer des bei der Ausführung der Schaltung aktiven Schaltzylinders (10, 11, 12) ist, b ein für die Schaltventile (23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f) gültiges kritisches Druckverhältnis ist, ψ_MAX ein für die Schaltventile (23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f) gültiger maximaler Massestrom ist, C ein für die Schaltventile (23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f) gültiger pneumatischer Leitwert ist, p die Luftdichte ist, T₀ die absolute Lufttemperatur im Normzustand ist, T die aktuelle Lufttemperatur ist, K ein für die Schaltventile (23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f) gültiger Adaptionsfaktor ist, α_D ein für die Schaltventile (23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f) gültiger pneumatischer Korrekturfaktor ist, Rs die speizische Gaskonstante von Luft ist, p₀ ein Luftdruck der Luft im Normzustand ist, Q der Ventilquerschnitt des jeweiligen aktiven Schaltventils (23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f) ist, TS die Abtastzeit ist, k der aktuelle Abtastzeitpunkt ist, k-1 der vorherige Abtastzeitpunkt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Luftmasse für das jeweilige aktive Schaltventil (23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f) mit folgenden Formeln berechnet wird: $m_{i - S O L L} (k) = m_{d, i} - m_{0, i} (k)$ $m_{0 i} (k) = \frac{p_{2 i} (k) * V_{0 i}}{R_{s} * T (k)}$ $m_{d, i} = ρ * V_{M A X, i}$ $V_{M A X, i} = A_{i} * (l_{M A X, i} - l_{M I N, i}) + V_{0 i}$ $i = 23 a,23 b,23 c,23 d o d e r 23 e$ wobei m_i-SOLL die Soll-Luftmasse für das jeweilige aktive Schaltventil (23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23e, 23f) ist, p_2i der Ist-Druck in der bei der Ausführung der Schaltung über das jeweilige aktive Schaltventil (23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f) zu füllenden Druckkammer des bei der Ausführung der Schaltung aktiven Schaltzylinders (10, 11, 12) ist, V_0i das Volumen der bei Ausführung der Ausführung der Schaltung über das aktive Schaltventil (23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f) zu füllenden Druckkammer des bei der Ausführung der Schaltung aktiven Schaltzylinders (10, 11, 12) ist, Rs eine spezifische Gaskonstante von Luft ist, T die aktuelle Lufttemperatur ist, p die Luftdichte ist, A_i die aktive Kolbenfläche des bei der Ausführung der Schaltung aktiven Schaltzylinders (10, 11, 12) in der über das jeweilige aktive Schaltventil (23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f) zu füllenden Druckkammer desselben ist, I_MAX,i ein maximaler Schaltweg des bei der Ausführung der Schaltung aktiven Schaltzylinders (10, 11, 12) in der über das jeweilige aktive Schaltventil (23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f) zu füllenden Druckkammer desselben ist, I_MIN,i ein minimaler Schaltweg des bei der Ausführung der Schaltung aktiven Schaltzylinders (10, 11, 12) in der über das jeweilige aktive Schaltventil (23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f) zu füllenden Druckkammer desselben ist, k der aktuelle Abtastzeitpunkt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ist-Druckgradient in der bei der Ausführung der Schaltung zu befüllenden Druckkammer des bei der Ausführung der Schaltung aktiven Schaltzylinders (10, 11, 12) aus der Ableitung des Ist-Drucks in der bei der Ausführung der Schaltung zu befüllenden Druckkammer nach der Zeit ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ist-Druck in der bei der Ausführung der Schaltung mit Druckmittel zu befüllenden Druckkammer des jeweiligen bei der Ausführung der Schaltung aktiven Schaltzylinders (10, 11, 12) mit folgenden Formeln ermittelt wird: $p_{2 i} (k) = \frac{(m_{i} (k - 1) + (C * ρ * p_{1} (k) * \sqrt{\frac{T (k)}{T_{0}}}) * \sqrt{1 - {(\frac{(\frac{p_{i} (k - 1)}{p_{1} (k)}) - b_{c}}{(1 - b_{c})})}^{2}} * T S * R * T (k))}{V_{i} (k)}$ $V_{i} (k) = V_{i 0} + A_{i} * x_{i} (k)$ wobei p_2i der Ist-Druck in der bei der Ausführung der Schaltung über das jeweilige aktive Schaltventil (23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f) zu füllenden Druckkammer des bei der Ausführung der Schaltung aktiven Schaltzylinders (10, 11, 12) ist, m_i die Luftmasse in der bei der Ausführung der Schaltung über das jeweilige aktive Schaltventil (23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f) zu füllenden Druckkammer des bei der Ausführung der Schaltung aktiven Schaltzylinders (10, 11, 12) ist, C ein für die Schaltventile (23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f) gültiger pneumatischer Leitwert ist, p die Luftdichte ist, p₁ der im Stellerraum (16) herrschende Druck ist, T die Lufttemperatur ist, T₀ die Lufttemperatur im Normzustand ist, b_c das kritische Druckverhältnis ist, TS die Abtastzeit ist, R die spezifische Gaskonstante ist, k der aktuelle Abtastzeitpunkt ist, k-1 der vorherige Abtastzeitpunkt ist, V_i das aktive Volumen in der bei der Ausführung der Schaltung über das jeweilige aktive Schaltventil (23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f) zu füllenden Druckkammer des jeweiligen des bei der Ausführung der Schaltung aktiven Schaltzylinders (10, 11, 12) ist, V_i0 das aktive Volumen in der bei der Ausführung der Schaltung über das jeweilige aktive Schaltventil (23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f) zu füllenden Druckkammer des bei der Ausführung der Schaltung aktiven Schaltzylinders (10, 11, 12) zum Beginn der Schaltungsausführung ist, A_i die aktive Kolbenfläche des bei der Ausführung der Schaltung aktiven Schaltzylinders (10, 11, 12) in der über das jeweilige aktive Schaltventil (23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f) zu füllenden Druckkammer desselben ist, x_i die gemessene Ist-Kolbenposition des Kolbens des bei der Ausführung der Schaltung aktiven Schaltzylinders (10, 11, 12) in der über das jeweilige aktive Schaltventil (23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f) zu füllenden Druckkammer desselben.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Soll-Druckgradient in der bei der laufenden Schaltungsausführung mit Druckmittel zu befüllenden Druckkammer des jeweiligen bei der Ausführung der Schaltung aktiven zweiten Schaltzylinders (10, 11, 12) steuerungsseitig vorgegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ist-Kolbengeschwindigkeit des bei der Ausführung der Schaltung aktiven Schaltzylinders (10, 11, 12) aus der Ableitung der Ist-Kolbenposition nach der Zeit ermittelt wird, wobei die Ist-Kolbenposition gemessen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Kolbengeschwindigkeit des bei der Ausführung der Schaltung aktiven Schaltzylinders (10, 11, 12) steuerungsseitig vorgegeben wird.
Steuergerät eines Getriebes, mit Mitteln zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9.