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Die
Erfindung betrifft eine Steuerung nach dem Oberbegriff von Patentanspruch
1.
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Herkömmliche
Steuerungen für
stufenlose Kraftfahrzeug-Getriebe, üblicherweise
auch als CVT-Steuerungen bezeichnet, stellen den Sollarbeitspunkt
des Getriebes, der einer Soll-Motordrehzahl
oder einer Soll-Getriebeübersetzung
entspricht, als Funktion des Fahrpedalwerts oder des resultierenden
Soll-Motordrehmoments
ein. Die Steuerung enthält
meistens zwei Stellkennlinien: eine, die für einen ökonomischen, d.h. kraftstoffsparenden,
Betrieb und eine andere, die für
einen fahrleistungsorientierten, sportlichen Betrieb des Kraftfahrzeugs
ausgelegt ist. Die letztere bewirkt bei gleicher Fahrpedalstellung
höhere
Motordrehzahlen – entsprechend
einer kleineren Übersetzung
-, so dass dem Fahrer eine größere Motordrehmoment-
oder Fahrpedalreserve zur Verfügung
steht. Dabei muss der Fahrer das Fahrpedal bei gleicher Motorleistung
nicht soweit auslenken wie bei einer Steuerung mit der Stellkennlinie
für ökonomischen
Betrieb.
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Bekannt
ist gattungsgemäß ein System
zum automatischen Verstellen der Übersetzung eines stufenlosen
Getriebes, bei dem die Verstellung mit einer bestimmten Geschwindigkeit
getätigt
wird (
DE 196 11 431
A1 ). Diese Verstellgeschwindigkeit wird abhängig von
Betriebsparametern – wie
die Änderungsgeschwindigkeit
der Drosselklappe oder des Fahrpedals, ein Fahrer charakterisierende
Typwert oder die Längsbeschleunigung des
Kraftfahrzeugs – bestimmt.
Als Beispiel wird ein "kraftstoffverbrauchsoptimierter" Fahrertyp genannt.
Die Getriebeeingangssolldrehzahl kann fahrertypisch ausgewählt oder
korrigiert werden, und sie wird anschließend in einem Block gefiltert
und als Sollgröße einem Übersetzungsregler
zugeleitet.
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Bei
einem bekannten Verfahren zum Steuern eines stufenlosen automatischen
Kraftfahrzeug-Getriebes (WO 00/25042 A1) wird die Übersetzung
des Getriebes in Abhängigkeit
von einer die Motorleistung charakterisierenden Größe und einer
die Fahrzeuggeschwindigkeit charakterisierenden Größe anhand
von abgespeicherten Stellkennlinien automatisch eingestellt. Bei
einigen kurzfristig auftretenden Fahrsituationen ist eine kurzzeitige
dynamische Korrektur vorgesehen. Über die Realisierung einer
derartigen dynamischen Kurzzeitbeeinflussung ist jedoch keine Aussage
gemacht.
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Aus
der Druckschrift
DE
196 02 033 A1 ist ein Verfahren zur Regelung stufenloser
Getriebe von Kraftfahrzeugen bekannt, bei dem die Verstelldynamik
des Getriebes mit Hilfe einer Filterung in einer Drehzahlführung festgelegt
wird.
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Stufenlose
Getriebe können
nicht im Stand verstellt werden. Daher ist es erforderlich, dass
die gewünschte
Anfahrübersetzung
vor dem Fahrzeugstillstand eingestellt wird. Das Einstellen dieser Anfahrübersetzung
wird dadurch erschwert, dass die maximale Verstellgeschwindigkeit
der Getriebe bei niedrigen Drehzahlen stark begrenzt ist, aber gleichzeitig
zur Optimierung des Gesamtwirkungsgrades häufig mit sehr niedrigen Drehzahlen
gefahren wird. Das hat zur Folge, dass insbesondere bei niedrigen Geschwindigkeiten
eine Verstellung nur bei einer schnellen Reaktion der Drehzahlführung Erfolg
hat.
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Mit
einer bekannten Vorrichtung zum Verstellen der Übersetzung eines zwischen Fahrzeugmotor und
Antriebsrädern
angeordneten und in seiner Übersetzung
stufenlos verstellbaren Getriebes (
DE 197 43 058 A1 ) soll die Aufgabe gelöst werden,
die Anfahrübersetzung
am Ende einer Bremsung sicher zu erreichen, ohne den eigentlichen
Bremsvorgang zu verlängern.
Das Getriebe weist auf eine Primär- und
eine Sekundärseite
sowie wenigstens einen erste Sensor zum Erfassen der Drehzahl der
Primärseite.
Mittel sind vorgesehen, mit denen ein Verzögerungszustand des Fahrzeugs
vorgegebenen Ausmaßes
festgestellt und in Reaktion auf diesen Verzögerungszustand die Motordrehzahl – abhängig von
der erfassten Drehzahl der Primärseite – eingestellt
wird. Dazu wird während
des Verzögerungs-
bzw. Bremsvorgangs die Eingangsdrehzahl eines zwischengeschalteten
Wandlers, also die Motorausgangsdrehzahl, so geregelt, dass sie
gleich der Wandlerausgangsdrehzahl, also der Getriebeeingangsdrehzahl ist.
Dies kann aber aus physikalischen Gründen nur dadurch erreicht werden,
dass eine Wandlerüberbrückungskupplung
vorhanden ist und diese geschlossen wird.
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Der
Erfindung liegt das Problem zu Grunde, die Schwierigkeiten beim
Anfahren von Kraftfahrzeugen mit stufenlosen Getrieben zu überwinden.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Steuerung nach Patentanspruch 1 gelöst. Durch den Schaltungsblock
der Steuerung wird der Sollarbeitspunkt abhängig von dem Beschleunigungsverhalten
des Fahrzeugs als eine minimale Motordrehzahl oder eine minimale
Getriebeübersetzung
vorgegeben. Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, dass sie eine
Verstellung in die Anfahrübersetzung
bis zum Fahrzeugstillstand gewährleistet.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter ansprüchen niedergelegt.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung erläutert.
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Es
zeigen:
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1 ein
Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Getriebesteuerung,
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2 eine
Schaltungsanordnung zum Bestimmen eines statischen Sollarbeitspunktes,
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3 eine
Diagrammdarstellung der Grundcharakteristik eines in einer erfindungsgemäßen Getriebesteuerung
verwendeten mehrstufigen Filters,
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4 eine
Diagrammdarstellung eines typischen Verlaufes der Motordrehzahl über der
Zeit bei schneller Rücknahme
des Fahrpedals und
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5 eine
Diagrammdarstellung eines typischen Verlaufes der Motordrehzahl über der
Zeit bei Bremsmanövern.
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Die
Struktur einer erfindungsgemäßen Steuerung 1 eines
automatischen CVT-Getriebes 2, im Folgenden als Getriebesteuerung 1 bezeichnet,
ist aus dem Blockschaltbild von 1 ersichtlich.
Sie enthält
eine Anzahl nachfolgend beschriebener Schaltungsbestandteile, die
auch als Programmblöcke
realisiert sein können,
und die im Folgenden vereinfachend jeweils als "Block" bezeichnet werden. Bei den einzelnen
Blöcken
sind in Klammern die – weitgehend
englischsprachigen – Bezeichnungen angegeben,
die für
Programmbeschreibungen benutzt werden.
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Die
Getriebesteuerung 1 enthält:
- – ein erstes
Fuzzy-System 3 (fuzzy-classificator) zum Bestimmen des
Fahrstils oder Fahrerwerts, also der aktuellen Fahrleistungsorientierung
des Fahrers, und des aktuellen Fahrwiderstands, also der Steigung
der Fahrstrecke und/oder der Beladung,
- – ein
zweites Fuzzy-System 4 (driving situation detection) zum
Erkennen der aktuellen Fahrsituation,
- – eine
Adaptions- und Identifikationsschaltung 5 (online adaption),
- – eine
Stellkennlinien enthaltende oder erzeugende Kennfeldschaltung 6 (static
engine speed setpoint lines) zum Bestimmen eines statischen Sollarbeitspunktes
in Abhängigkeit
von der Fahrpedalstellung und von der Fahrzeuggeschwindigkeit,
- – einen
Block 7 (stepped mode (automatic)), durch den die Motordrehzahl
mit der Fahrgeschwindigkeit gekoppelt werden und damit einen Stufenbetrieb
realisiert werden kann,
- – einen
Block 8 (tip function (manual)) zum Umsetzen direkter manueller
Eingriffe des Fahrers,
- – einen
Block 9 (driving mode selection) zum Auswählen eines
Fahrprogramms,
- – einen
Block 10 (selection, combination), der abhängig von
den Ausgangssignalen der Blöcke 6, 7, 8 und 9 durch
Auswahl und Überlagerung
einen Sollarbeitspunkt auswählt
(gewählter
Arbeitspunkt),
- – einen
Block 11 – im
folgenden auch als dynamische Steuerung (dynamic controller) bezeichnet – zur dynamischen
Anpassung des gewählten
Sollarbeitspunktes an die aktuelle Fahrsituation.
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Die
dynamische Steuerung 11 weist dabei einen Block 12 (dynamic
corrections) auf, durch den eine Korrektur des gewählten Sollarbeitspunkts
abhängig
von Signalen, welche die aktuelle Fahrsituation charakterisieren,
möglich
ist. Des Weiteren kann durch die dynamische Steuerung 11 auch
die Verstelldynamik der Getriebeübersetzung
oder der Drehzahl gezielt beeinflusst und an die aktuelle Fahrsituation
angepasst werden.
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Hierzu
werden vom Block 12 abhängig
von den die Fahrsituation charakterisierenden Signalen Parameterwerte
für ein
in einem Block 13 enthaltenes, vorzugsweise mehrstufiges,
Filter bestimmt. Der Block 13 wird auf Grund seiner Funktion
im folgenden auch als Drehzahlführung
bezeichnet. Vorteilhaft werden in den Blöcken 12 und 13 auch
die Ausgangswerte des ersten Fuzzy-Systems 3 berücksichtigt.
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Weitere
Einzelheiten zu den Schaltungsbestandteilen oder Programmblöcken sind
aus dem Stand der Technik zu entnehmen. So ist zum Beispiel aus
der älteren
Anmeldung
DE 197 36 406.3 bekannt,
wie ein manueller Modus der Getriebesteuerung erkannt wird und wie
die Rückkehr
in einen automatischen Modus erfolgt. Die Adaptions- und Identifikationsschaltung
5 (online
Adaption) ist in der Druckschrift
DE 197 52 623 A1 ausführlich erläutert. Die mögliche Kopplung
der Motordrehzahl mit der Fahrgeschwindigkeit und der damit realisierte „virtuelle" Stufenbetrieb durch
den Block
7 ist in der eingangs erwähnten Druckschrift WO 00/25042
A1 ausführlich
beschrieben.
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Über Mehrfachsignalleitungen
oder Datenbusse 14 und 15 werden den Fuzzy-Systemen 3 und 4 die
Signale von mehreren hier nicht dargestellten Sensoren zugeführt (siehe
auch 2). Vorteilhaft werden dem zweiten Fuzzy-System 4 auch
die Ausgangssignale des ersten Fuzzy-Systems 3 zugleitet und
dort für
die Fahrsituationserkennung ausgewertet. Über eine Signalleitung 16 gelangen
zu den Blöcken 5, 6, 8 und 9 manuell
eingegebene Befehle des Fahrers: ein Tip "+" zum "virtuellen" Hochschalten, d.h.
zum Erhöhen
der Übersetzung,
und ein Tip "-" zum "virtuellen" Rückschalten
oder Verkleinern der Übersetzung.
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2 gibt
einen Überblick über die
bislang vereinfacht dargestellte Kennfeldschaltung
6, wobei eine Überlagerung
der Stellkennlinie für
einen konstanten Fahrpedalwert dargestellt ist. Die von dem ersten
Fuzzy-System
3 gelieferten Fahrer- und Fahrwiderstandswerte werden einem
Filter
20 mit variabler Struktur zugeführt, durch das die Fahrer-
und Fahrwiderstandswerte abhängig
von der aktuellen Fahrsituation – angedeutet durch eine Signalleitung
21 – unterschiedlich
stark Tiefpass gefiltert werden. Der Aufbau des ersten Fuzzy-Systems
3,
die von ihm ausgewerteten Sensorsignale und die erzeugten Ausgangssignale
sind in der Druckschrift
EP
0 576 703 A1 beschrieben. Die gefilterten Werte werden dann
einer Kennfeld-Überlagerungsschaltung
22 zugeführt. In
der Kennfeldüberlagerungsschaltung
22 werden
zunächst
ein ökonomischer
und ein sportlicher Motorarbeitspunkt mit Hilfe des gefilterten
Fahrerwertes durch lineare Interpolation zwischen den Arbeitspunkten überlagert.
Daraus resultiert ein fahrerbewerteter Arbeitspunkt. Beispielhaft
sei angenommen, dass das Fahrpedal die Drosselklappe direkt steuert.
Für diesen
Fall wird entlang der Motormomentenkennlinie für den konstanten Fahrpedalwert
interpoliert. Die gleiche Überlagerung
wird analog mit Hilfe des gefilterten Fahrwiderstandswertes für den Motorarbeitspunkt
aus der Fahrwiderstandserkennung und dem fahrerbewerteten Arbeitspunkt durchgeführt. Diese
Art der Überlagerung
in der Kennfeld-Überlagerungsschaltung
22 wird
zum Beispiel in der oben genannten älteren Anmeldung
DE 197 52 623 A1 detailliert
beschrieben.
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Die
Getriebesteuerung 1 passt somit ihr Schaltverhalten kontinuierlich
an den Fahrstil des Fahrers und an die Belastungssituation des Fahrzeugs
an, indem sie mit den von dem ersten Fuzzy-System 3 berechneten
Werten für
das Fahrerverhalten und den Fahrwiderstand oder Belastungszustand
in der Überlagerungsschaltung 22 durch eine
Interpolation zwischen verschiedenen Kennfeldern eine Sollmotordrehzahl
oder eine korrespondierende Getriebeübersetzung, d.h. einen sozusagen virtuellen
Gang auswählt.
Diese Sollmotordrehzahl oder Sollübersetzung wird auch als statischer
Arbeitspunkt bezeichnet.
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Ist
der Fahrer mit dem Schaltverhalten des Fahrzeugs nicht einverstanden,
so hat er wie erwähnt die
Möglichkeit, über eine '-'-Taste eines Eingabeorgans durch den
Block 10 (siehe
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1)
einen "virtuellen" Gang zurück zu schalten
und über
eine '+'-Taste einen "virtuellen" Gang hoch zu schalten
(tip function (manual)).
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Durch
den Schaltungsblock 7 kann die Getriebeübersetzung wie in der Druckschrift
WO 00/25042 detailliert beschrieben als gestufte Abweichung von
einer Sollmotordrehzahl eingestellt werden und somit die für den Fahrer
gewohnte Kopplung der Motordrehzahl an die Fahrzeuggeschwindigkeit realisiert
werden.
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Der
vom Block 10 ausgegebene „ausgewählte Sollarbeitspunkt", der sich für den Fall
dass die Blöcke 7, 8 und 9 nichts
weiteres vorgeben, nicht vom Ausgangssignal der Kennfeldschaltung 6,
also vom statischen Sollarbeitspunkt, unterscheidet, wird in der
dynamischen Steuerung 11 in einen dynamischen Sollarbeitspunkt
umgesetzt. Dazu wird der ausgewählte
Sollarbeitspunkt zunächst
dem Block 12 (dynamic corrections) zugeführt. In
diesem wird abhängig
von Signalen, die die momentane Fahrsituation charakterisieren,
entschieden, ob eine dynamische Korrektur des gewählten Sollarbeitspunktes notwendig
ist. Für
die die Fahrsituation charakterisierenden Signale sind in 1 lediglich
beispielhaft die Längs-
und Querbeschleunigung, der Antriebs- und Bremsschlupf, die Fahrpedaldynamik,
ein Wunschbremsmoment und die Fahrzeugbeschleunigung eingetragen.
Die dynamische Korrektur kann dabei durch eine aktive Veränderung
des ausgewählten Sollarbeitspunktes,
also der ausgewählten
Soll-Motordrehzahl oder Soll-Getriebeübersetzung,
und/oder durch Festlegen von Parameterwerten für das in der Drehzahlführung 13 enthaltene
mehrstufige Filter, wodurch die Verstelldynamik der Getriebeübersetzung
oder der Drehzahl beeinflusst wird. Das mehrstufige Filter ist dabei
strukturvariabel und kann abhängig
von Filterparametern beispielsweise ein Integrator- oder ein PT1-Verhalten nachbilden.
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Die
Grundcharakteristik einer derartigen mehrstufigen Filterung in der
Drehzahlführung 13 ist aus 3 ersichtlich.
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Dabei
sind mögliche
Verläufe
des statischen Arbeitspunktes mit gestrichelten Linien und mögliche Verläufe des
dynamischen Arbeitspunktes mit durchgezogenen Linien dargestellt.
Bei großen
Sollarbeitspunktänderungen,
wie sie zum Beispiel bei einem Ampelstart oder einem Überholvorgang
auftreten, reagiert das System spontan mit einer schnellen Drehzahlanpassung.
Das rasche Ansprechen auf Leistungsanforderungen des Fahrers kann
zusätzlich durch
eine schnelle Klassifikation des Fahrers durch das erste Fuzzy-System 3 und
entsprechende Berücksichtigung
in der Drehzahlführung 13 unterstützt werden.
Bei moderaten Leistungsanforderungen reagiert das System mit einer
langsamen kontinuierlichen Drehzahlanpassung. Auf diese Weise wird
auch das für
stufenlose Getriebe typische, als "Motorrollereffekt" bekannte, Konstanthalten der Motordrehzahl bei
Beschleunigung des Kraftfahrzeugs vermieden. Vorteilhaft wird der
Hub der kontinuierlichen Drehzahlanpassung in Abhängigkeit
vom Fahrerwert variiert, um der subjektiven Wahrnehmung der Fahrzeugbeschleunigung
in Abhängigkeit
vom Motorverhalten entgegen zu kommen. Die leichten Knicke in den
Kennlinien der dynamischen Arbeitspunkte zeigen deutlich die Zeitpunkte
der Umschaltung der Filterstruktur.
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Basierend
auf dieser Grundcharakteristik kann die Drehzahlführung 13 durch
Vorgabe von speziellen Parameterwerten für das mehrstufige Filter durch
den Block 12 aktiv beeinflusst werden. Hierzu werden im
Block 12 Signale, die die aktuelle Fahrsituation charakterisieren,
ausgewertet und im Bedarfsfall entsprechende Filterparameter erzeugt,
die eine an die aktuelle Fahrsituation optimal angepasste Verstelldynamik
der Drehzahl oder der Getriebeübersetzung
sicher stellen. Wie bereits erwähnt
kann der ausgewählte
Sollarbeitspunkt abhängig
von der aktuellen Fahrsituation durch den Block 12 auch
aktiv geändert
werden.
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Im
folgenden sind beispielhaft drei Fahrsituationen beschrieben, in
denen eine dynamische Korrektur durch den Block 12 durchgeführt wird:
- 1. Bei schneller Fahrpedalrücknahme (fast off) oder bei
Verzögerungsmanövern wird
ein starkes Absinken der Motordrehzahl durch Vorgabe entsprechender
Filterparameter verhindert. 4 zeigt
eine typische Fahrsituation, bei der das Fahrpedal schnell zurückgenommen
wird, um nach wenigen Sekunden wieder zu beschleunigen. Auf Grund
der Situationserkennung wird die Motordrehzahl nicht bis auf den
niedrigen statischen Sollarbeitspunkt zurückgeführt, sondern angepasst an die
Fahrzeugverzögerung
und vorteilhaft auch an die Sportlichkeit des Fahrers langsam abgesenkt.
Hierzu werden vom Block 12 entsprechende Filterparameter
für das
mehrstufige Filter in der Drehzahlführung 13 vorgegeben.
In diesem Fall wird also nicht der gewählte Sollarbeitspunkt, sondern
lediglich die Verstelldynamik gezielt beeinflusst. Durch das langsame
Absenken der Motordrehzahl kann der Fahrer am Ende der Verzögerungsphase
unter Vermeidung eines "Motorrollereffekts" wieder zügig beschleunigen.
- 2. Bremswünsche
des Fahrers können
durch Verändern
der Getriebeübersetzung
aktiv unterstützt werden.
Durch Schätzung
des Wunschbremsmoments des Fahrers durch das zweite Fuzzy-System 4 und
Weiterleitung eines entsprechenden Signals an den Block 12 kann
das Wunschbremsmoment des Fahrers exakt eingestellt und geregelt
werden. Durch einfache Änderungen
der Fuzzy-Regelbasis können
verschiedene Bremscharakteristiken während der Kalibrationsphase eingestellt
werden. So wird beispielsweise sportlichen Fahrern bei Bremsmanövern in
der Ebene eine Erhöhung
der Motordrehzahl ermöglicht,
um danach wieder zügiger
beschleunigen zu können. 5 zeigt
einen charakteristischen Verlauf einer derartigen Bremsunterstützung. Sobald
der Fahrer das Bremspedal betätigt,
wird in Abhängigkeit vom
Fahrwiderstand oder der Steigung und dem Fahrerwert die Motordrehzahl
zur Unterstützung der
Betriebsbremse kontinuierlich erhöht, während der aus den Kennlinien
abgeleitete statische Sollarbeitspunkt auf niedrigem Niveau verbleibt und
somit nicht zur Unterstützung
des Fahrerwun sches beitragen würde.
In diesem Fall wird also durch den Block 12 aktiv eine
vom gewählten
Sollarbeitspunkt abweichende Soll-Drehzahl oder Soll-Übersetzung
(dynamischer Sollarbeitspunkt) an die Drehzahlführung 13 weitergegeben.
Im Bedarfsfall kann der dynamische Übergang vom gewählten Sollarbeitspunkt
zum neuen dynamischen Sollarbeitspunkt durch Ausgabe entsprechender
Filterparameter festgelegt werden.
- 3. Bevor die Sollgetriebeübersetzung
aus den Vorgaben einer Sollmotordrehzahl berechnet werden kann,
muss noch berücksichtigt
werden, dass einige stufenlose Getriebe nicht im Stand verstellt werden
können.
Daher ist es zwingend erforderlich, dass die gewünschte Anfahrübersetzung
vor dem Fahrzeugstillstand eingestellt wird. Das Einstellen dieser
Anfahrübersetzung
wird dadurch erschwert, dass die maximale Verstellgeschwindigkeit
der Getriebe bei niedrigen Drehzahlen stark begrenzt ist, aber gleichzeitig
zur Optimierung des Gesamtwirkungsgrades häufig mit sehr niedrigen Drehzahlen
gefahren wird. Das hat zur Folge, dass insbesondere bei niedrigen
Geschwindigkeiten eine Verstellung nur bei einer schnellen Reaktion
der Drehzahlführung 13 Erfolg
hat. Zu dieser schnellen Reaktionsfähigkeit trägt eine Schnell-Stop-Erkennung bei. Sie
beobachtet das Beschleunigungsverhalten des Fahrzeugs und gibt daraus
eine minimale Motordrehzahl – und damit
Getriebeübersetzung – vor. Diese
wird wiederum von der Drehzahlführung 13 eingestellt, damit
eine Verstellung in die Anfahrübersetzung bis
zum Fahrzeugstillstand gewährleistet
ist.
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Aufgrund
der oben genannten Begrenzung der Verstellgeschwindigkeiten von
einigen Getrieben werden nach der Berechnung der Sollgetriebeübersetzung
nochmals diese Grenzen in einem Verstelldynamik-Begrenzungsmodul überprüft. Dabei
betrachten diese Begrenzungen sowohl die Getriebeübersetzung
selbst als auch deren Ableitungen, um Schwingungen des nachgeschalteten Übersetzungsreglers
zu vermeiden.
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Aufgrund
der allgemeinen Schnittstellen kann das System für verschiedene stufenlose Getriebetypen
eingesetzt werden und bietet durch sein modulares Design eine flexible
Anpassbarkeit für
verschiedene Anforderungsprofile.