DE102004052317A1

DE102004052317A1 - Verfahren zur Steuerung eines stufenlosen Umschlingungsgetriebes

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Publication number: DE102004052317A1
Application number: DE200410052317
Authority: DE
Inventors: Jochen Dipl.-Ing. Birkle; Uwe Dr. Duhr
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2004-10-28
Filing date: 2004-10-28
Publication date: 2006-05-04

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines stufenlosen Umschlingungsgetriebes (1). Um einen wirkungsgradoptimalen Betrieb realisieren sowie Getriebeölwechsel- und Getriebereparaturzeitpunkte bestimmen zu können, sieht das Verfahren folgende Verfahrensschritte vor: DOLLAR A - Einstellen oder Feststellen eines Konstantfahrbetriebspunktes mit einem konstanten Übersetzungsverhältnis (i_v), DOLLAR A - Bestimmen der am Primärvariator (10) wirksamen Anpresskraft (F1) und der am Sekundärvariator (11) wirksamen Anpresskraft (F2) bei diesem Übersetzungsverhältnis, DOLLAR A - Berechnen eines Verhältniswertes (FpFs) von der Anpresskraft (F1) am Primärvariator (10) zu der Anpresskraft (F2) am Sekundärvariator (11), DOLLAR A - Abspeichern des aktuellen Verhältniswertes (FpFs), DOLLAR A - Vergleichen des aktuellen Verhältniswertes (FpFs) mit wenigstens einem älteren Verhältniswert (FpFs), DOLLAR A - Ableiten von Steuerungsgrößen für den Betrieb des Umschlingungsgetriebes (1) aus der zeitlichen Veränderung des Verhältniswertes (FpFs) DOLLAR A - und Verwenden der Steuerungsgrößen zur Steuerung des Betriebes des Umschlingungsgetriebes (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines stufenlosen Umschlingungsgetriebes gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Stufenlos ihr Übersetzungsverhältnis ändernde Umschlingungsgetriebe sind hinsichtlich ihres grundsätzlichen Aufbaus hinlänglich bekannt und seit vielen Jahren in Serienkraftfahrzeugen verbaut. Wie die einzige beigefügte Figur zeigt, weist ein solches Kraftfahrzeug üblicherweise einen Antriebsstrang mit einer Brennkraftmaschine 2 auf, deren Kurbelwelle 3 über eine Anfahrkupplung 4 mit einer Getriebeeingangswelle 5 des Umschlingungsgetriebes 1 antriebswirksam verbindbar ist.

Auf der Getriebeeingangswelle 5 ist ein sogenannter Primärvariator 10 angeordnet, der eine drehfest und axial unverschiebbar mit dieser Welle 5 verbundene Kegelscheibe 6 sowie eine drehfeste und axialverschiebbare Kegelscheibe 7 aufweist, wobei letztere mittels eines hydraulisch betätigbaren Aktuators 19 axialverschiebbar ist.

Auf einer Getriebeabtriebswelle 12 ist ein Sekundärvariator 11 angeordnet, der ebenfalls eine drehfeste und axial unverschiebbare Kegelscheibe 9 sowie eine drehfeste und axial verschiebbare Kegelscheibe 8 aufweist. Diese Kegelscheibe 8 ist mittels eines Aktuators 20 in Richtung zur feststehenden Kegelscheibe 9 axial verschiebbar. Der zweite Aktuator 20 ist ebenfalls druckmittelbetätigbar ausgebildet. Es ist jedoch auch möglich, dass nur einer der beiden Aktuatoren beispielsweise als Kolben-Zylinder-Anordnung ausgebildet ist, während der andere Aktuator eine Druckfeder ist. Sofern die Aktuatoren 19, 20 aktive Aktuatoren sind, also beispielsweise druckmittelbetätigbar, so sind diese zum Empfang von Steuerungssignalen über gestrichelt dargestellte Steuerungsleitungen 22, 23 mit einem Getriebesteuerungsgerät 17 verbunden.

Die Getriebeabtriebswelle 12 sieht mit ihrem variatorfernen Ende mit einem Differentialgetriebe 13 in Antriebsverbindung, von dem Achsantriebswellen 14 abzweigen, mit denen Fahrzeugantriebsräder 15 antreibbar sind.

Bekanntermaßen erzeugt der Aktuator 19 am Primärvariator 10 eine Anpresskraft F1, mit der die axial bewegbare Kegelscheibe 7 gegen ein Umschlingungsmittel 16 gedrückt wird, welches den Primärvariator 10 und den Sekundärvariator 11 antriebstechnisch miteinander verbindet. Dieses Umschlingungsmittel 16 kann beispielsweise als Schubgliederband, als Kette oder aber auch einfach als Riemen ausgebildet sein.

Darüber hinaus erzeugt der Aktuator 19 an dem Primärvariator 10 auch eine Kraft, mit der die axial verschiebbare Kegelscheibe 7 des Primärvariators 10 zur Einstellung des aktuell gewünschten Übersetzungsverhältnisses soweit gegen die feststehende Kegelscheibe 6 verschiebbar ist, dass das Umschlingungsmittel 16 auf einer dieser Getriebeübersetzung entsprechenden Laufspur auf den Kegelscheiben 6, 7, 8, 9 gelangt.

Dagegen erzeugt der Aktuator 20 an dem Sekundärvariator 11 üblicherweise lediglich eine solche Anpresskraft F2, die ein Durchrutschen des Umschlingungsmittels zwischen den beiden Kegelscheiben 8, 9 des Sekundärvariators 11 verhindert, also eine rutschfreie Drehmomentübertragung an diesem Variator ermöglicht.

Die beiden Anpresskräfte F1 und F2 setzen sich bekanntermaßen jeweils aus der Summe der Kräfte aus dem hydraulischen Druck im Aktuator 19 bzw. 20, dem dynamischen Druck durch die Ölrotation in der mitrotierenden Kolben-Zylinder-Anordnung des jeweiligen Aktuators und dem Druck aus einer Federvorspannkraft bezogen auf die druckbeaufschlagte Fläche zusammen.

Zu beachten ist beim Betrieb eines derartigen stufenlosen Umschlingungsgetriebes 1, dass dieses nach Möglichkeit immer in demjenigen Betriebspunkt betrieben wird, in dem der Triebstrang sein Wirkungsgradoptimum hat. Dieser Betriebspunkt wird unter anderem bestimmt durch einen Drehmoment-Übertragungsbeiwert μ, der beispielsweise die Schmiereigenschaften des Getriebeöls und die Auswirkungen des abrasiven Verschleißes beim Kontakt zwischen dem Umschlingungsmittel und den Kegelscheiben berücksichtigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Steuerung eines gattungsgemäßen Umschlingungsgetriebes vorzustellen, mit dem Steuerungsgrößen für den Betrieb des Getriebes in seinem Wirkungsgradoptimum sowie Zeitpunkte für einen Getriebeölwechsel und/oder eine Getriebereparatur, insbesondere des Umschlingungsmittels und/oder der Kegelscheiben, bestimmbar sind.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruchs, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungsformen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.

Auf der Suche nach einer Lösung für diese technische Aufgabe wurden folgende Erkenntnisse berücksichtigt:
Bei Untersuchungen an stufenlosen Umschlingungsgetrieben findet auch dasjenige Verhältnis KpKs zwischen der wirksamen Anpresskraft F1 am Primärvariator 10 und der wirksamen Anpresskraft F2 am Sekundärvariator 11 besondere Beachtung, bei dem sich nach Betätigung wenigstens eines Aktuators 19, 20 ein konstantes Übersetzungsverhältnis einstellt. Dieser Verhältniswert KpKs wird auch als „zeta" oder „Stützung" bezeichnet. Er steht in funktionaler Abhängigkeit von der Variatorübersetzung i_v und von einem Anpress-Sicherheitsfaktor SF, wobei letzterer bestimmt, um wie viel höher aus Sicherheitsgründen die Anpresskraft am Variator sein soll, um bei einem vorgegebe nen zu übertragenem Drehmoment ein Durchrutschen des Umschlingungsmittels sicher zu vermeiden.

Hinsichtlich des Wertes zeta bzw. des Verhältniswertes KpKs sei hier erwähnt, dass dann, wenn ein Sekundärvariator in einem Getriebeversuchsstand bei konstanter Anpresskraft F2, konstanter Eingangswellendrehzahl und konstanter Getriebeübersetzung mit einem ansteigenden Drehmoment beaufschlagt wird, sich eine Messkurve ergibt, bei der die zeta-Werte bzw. KpKs-Werte über dem Getriebedrehmoment aufgetragen sind. Diese zeta- bzw. KpKs-Kurve steigt mit größer werdenden Drehmomentwerten charakteristisch und stetig bis zu einem Maximumwert zeta_max an, um bei weiterer Drehmomenterhöhnung bis zu einem sogenannten Rutschpunkt (Makroschlupf) abzufallen. In diesem Rutschpunkt rutscht das Umschlingungsmittel zwischen den Kegelscheiben derart durch, dass größere mechanische Schäden an denselben wahrscheinlich sind.

Der Maximumwert zeta_max gibt demnach das Wirkungsgradmaximum des Umschlingungsgetriebes bei der gewählten Getriebeübersetzung an. Es ist daher von Vorteil, wenn ein solches Getriebe derart betrieben wird, dass die zeta- bzw. KpKs-Werte auf dem ansteigenden Abschnitt der zeta- bzw. KpKs-Kurve kurz vor dessen Maximumwert zeta_max oder eben in diesem Maximumwert liegen. Auf jeden Fall ist zumindest im konkreten Getriebebetrieb außerhalb von Getriebedauerläufen zu vermeiden, dass das Umschlingungsgetriebe mit zeta- bzw. KpKs-Werten (also Verhältniswerten der wirksamen Anpresskräfte F1, F2) betrieben wird, die sich auf dem absteigenden und zum Rutschpunkt führenden Abschnitt der zeta- bzw. KpKs – Kurve nach dem zeta max-Wert befinden.

Insbesondere bei der Entwicklung eines Umschlingungsgetriebes wird der Verhältniswert KpKs für die verschiedenen Übersetzungsverhältnisse bei Getriebedauerläufen in regelmäßigen zeitlichen Abständen bestimmt, bei spielsweise vor und nach einem Getriebeölwechsel. Eine solche Messung des Verhältniswertes KpKs erfolgt dabei üblicherweise mit konstanter Verstellgeschwindigkeit entlang der antriebswirksamen Kegelscheibenradien über den gesamten Übersetzungsversiellbereich des Variators bei konstanter Eingangswellendrehzahl und konstantem Abtriebsdrehmoment des Getriebes.

Anhand von einer Vielzahl von Messungen in Variator- bzw. Getriebedauerläufen wurde nun erkannt, dass im Übersetzungsbereich i_v < 1 sehr deutlich ein Abfall des Verhältniswertes KpKs bzw. zeta über die Getriebelaufzeit feststellbar ist, welches als ein Indikator für eine negative Entwicklung des tribologischen Kontakts zwischen dem Umschlingungsmittel und den Kegelscheiben bis zum Versagen dieser Antriebsverbindung bewertbar ist.

Ein solcher Versagensfall ist insbesondere durch ein Rutschen des Umschlingungsmittels auf den Kegelscheibenflächen definierbar. Aus der Reduzierung des Verhältniswertes KpKs während der Getriebenutzungsdauer kann demnach auf die Reduzierung des Übertragungsbeiwertes μ sowie auf eine Abnahme des Anpresskraft-Sicherheitsfaktors SF geschlossen werden. Eine solche Reduzierung des Wertes KpKs bzw. des Übertragungsbeiwertes μ weist demnach auf einen unerwünscht erhöhten Mikroschlupf im tribologischen Kontaktpunkt zwischen Umschlingungsmittel und Kegelscheiben hin, welcher einen weiteren Anstieg von Verschleiß und Materialermüdung nach sich zieht. Ebenso steigt die Verlustleistung, es fällt also der Getriebewirkungsgrad ab.

Demnach ist es ein Kerngedanke der Erfindung, dass bei einer konstant eingestellten Getriebeübersetzung das Verhältnis KpKs zwischen der wirksamen Anpresskraft F1 am Primärvariator 10 und der wirksamen Anpresskraft F2 am Sekundärvariator 11 erfasst, abgespeichert und dahingehend analysiert werden kann, ob das Umschlingungsgetriebe wirkungsgradoptimal betrieben wird, und ob der Verschleiß des Getriebeöls oder von Variatorbauteilen bzw. des Umschlingungsmittels 16 bereits soweit fortgeschritten ist, dass ein Öl wechsel oder eine diesbezügliche Reparatur durchgeführt werden sollte. Von besonderer Bedeutung ist dabei, dass in Kenntnis der zeitlichen Entwicklung des genannten Verhältniswertes KpKs der Anpresskraft-Sicherheitsfaktor SF so niedrig wie möglich gewählt und ständig aktualisiert werden kann, welches sich in einer Verbesserung des Getriebewirkungsgrades wiederspiegelt. Dies liegt vor allem daran, dass die Kegelscheiben dann nur mit einer reduzierten Anpresskraft F1, F2 an das Umschlingungsmittel 16 gedrückt werden, so dass einerseits der von einer Ölpumpe zur Versorgung der Aktuatoren 19, 20 zu erzeugende Öldruck kraftstoffsparend reduzierbar ist, und dass andererseits der abrasiven Verschleiß zwischen dem Umschlingungsmittel 16 und den Kegelscheiben 6, 7, 8, 9 wegen der verringerten Anpresskräfte reduziert ist.

Gemäß den Merkmalen des Hauptanspruchs betrifft die Erfindung demnach ein Verfahren zur Steuerung eines stufenlos sein Übersetzungsverhältnis änderndes Umschlingungsgetriebes 1, mit einem Primärvariator 10 und einem Sekundärvariator 11, die über ein Umschlingungsmittel 16 antriebswirksam miteinander verbunden sind, wobei jeder dieser Variatoren 10, 11 über eine axial fest mit einer Getriebewelle 5, 12 verbundene Kegelscheibe 6, 9 sowie eine auf dieser jeweiligen Getriebewelle 5, 12 axial verschiebbaren Kegelscheibe 7, 8 verfügt, wobei die axial verschiebbaren Kegelscheiben 7, 8 mittels jeweils eines Anpresskräfte erzeugenden Aktuators 19, 20 an das Umschlingungsmittel 16 anpressbar sind, und bei dem durch axiales Verstellen der beiden axial verschiebbaren Kegelscheiben 7, 8 das Übersetzungsverhältnis i_v des Umschlingungsgetriebes 1 eingestellt wird.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe sind in der Steuerung eines solchen Getriebes folgende Verfahrensschritte vorgesehen:

– Einstellen oder Feststellen eines Konstantfahrbetriebspunktes mit einem konstanten Übersetzungsverhältnis i_v,
– Bestimmen der am Primärvariator 10 wirksamen Anpresskraft F1 und der am Sekundärvariator 11 wirksamen Anpresskraft F2 bei diesem Übersetzungsverhältnis,
– Berechnen eines Verhältniswertes FpFs von der Anpresskraft F1 am Primärvariator 10 zu der Anpresskraft F2 am Sekundärvariator 11,
– Abspeichern des aktuellen Verhältniswertes FpFs,
– Vergleichen des aktuellen Verhältniswertes FpFs mit wenigstens einem älteren Verhältniswert FpFs,
– Ableiten von Steuerungsgrößen für den Betrieb des Umschlingungsgetriebes 1 aus der zeitlichen Veränderung des Verhältniswertes FpFs,
– und Verwenden der Steuerungsgrößen zur Steuerung des Betriebes des Umschlingungsgetriebes 1.

Durch dieses Verfahren ist es möglich, dass Verschleißerscheinungen an dem Getriebeöl sowie an den Kegelscheiben der beiden Variatoren sowie an dem Umschüngungsmittel besser als bisher erkannt und der Betrieb des Getriebes danach ausgerichtet werden kann.
In diesem Sinne ist es auch Bestandteil der Erfindung, dass die Bestimmung des genannten Verhältniswertes FpFs bei einem Übersetzungsverhältnis i_v < 1 durchgeführt wird, da in diesem Übersetzungsbereich die verschleißbedingte Veränderung des Verhältniswertes FpFs besonders deutlich erkennbar ist.
Unabhängig von demjenigen Übersetzungsverhältnis i_v, bei dem der Verhältniswert FpFs bestimmt wird, sieht die Erfindung vor, dass die Bestimmung des Verhältniswertes FpFs in einem sogenannten Konstantfahrbetriebspunkt dann erfolgt, wenn ein Fahrpedalauslenkwinkel FPW an einem Fahrpedal 21 des Kraftfahrzeuges, die Umschlingungsgetriebeübersetzung i_v, die Getriebeabtriebsdrehzahl n_ab und das Motordrehmoment T_mot für einen vorbestimmten Zeitraum Δt innerhalb von jeweils vorbestimmten Grenzen liegt. Dazu ist das Getriebesteuerungsgerät 17 über eine Sensorleitung 25 mit einem Fahrpedalsensor 26 verbunden, welcher einen Messwert hinsichtlich des Fahrpedalauslenkwinkels FPW erzeugt.
In einer Variante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass bei konstantem Übersetzungsverhältnis i_v mehrere Verhältniswerte FpFs unmittelbar nacheinander bestimmt und aus diesen ein Mittelwert gebildet wird, welcher mit anderen zeitlich gemittelten Verhältniswerten in einer zeitlichen Reihenfolge verglichen wird. Durch diese Maßnahme lassen sich Meßungenauigkeiten vorteilhaft ausgleichen.
Als besonders vorteilhaft wird es beurteilt, wenn die Bestimmung des Verhältniswertes FpFs dann erfolgt, wenn ein Übersetzungsverhältnis i_v eingestellt ist, bei dem das Umschlingungsmittel 16 zwischen dem Primärvariator 10 und dem Sekundärvariator 11 auf einer Overdrive-Laufspur der Kegelscheiben 6, 7, 8, 9 umläuft, bei welcher das Umschlingungsmittel 16 auf dem größten antriebswirksamen Durchmesser der antreibenden Kegelscheiben 6, 7 und auf dem kleinsten antriebswirksamen Durchmesser der angetriebenen Kegelscheiben 8, 9 umläuft. Diese Overdrive-Übersetzung wird üblicherweise auch als Schongang bezeichnet.
Ebenso sinnvoll ist es, wenn die Bestimmung des Verhältniswertes FpFs dann erfolgt, wenn ein Übersetzungsverhältnis i_v eingestellt ist, bei dem das Umschlingungsmittel 16 zwischen dem Primärvariator 10 und dem Sekundärvariator 11 auf einer Top-Laufspur der Kegelscheiben 6, 7, 8, 9 umläuft, auf welcher das Fahrzeug seine Höchstgeschwindigkeit erreicht.
Bei den beiden letztgenannten Verfahrensvarianten erfolgt die Bestimmung des Verhältniswertes FpFs in dem für eine Auswertung der Veränderung des genannten Verhältniswertes besonders günstigen Übersetzungsbereich von i_v < 1. Zudem sind die bei dieser Übersetzung mit dem Umschlingungsmittel im Reibkontakt stehenden Kegelscheibenbereiche (Laufradien) der bei den Variatoren 10 und 11 aufgrund der typischerweise großen Laufzeitanteile an der Gesamtbetriebsdauer des Umschlingungsgetriebes einem besonderen starken Verschleiß ausgesetzt, so dass die Nutzung dieser Übersetzungsverhältnisse zur Bestimmung des Getriebe- bzw. Getriebeölverschleißes sich als sehr vorteilhaft erwiesen haben.
Gemäß einer anderen Variante kann jedoch vorgesehen sein, dass die Bestimmung des Verhältniswertes FpFs dann erfolgt, wenn ein Übersetzungsverhältnis eingestellt ist, welches aufgrund einer Auswertung der Nutzungshäufigkeit von Übersetzungsverhältnissen des fahrzeugindividuellen Umschlingungsgetriebes 1 dasjenige Übersetzungsverhältnis mit dem tatsächlich größten Betriebszeitanteil ist.
Durch diese Vertahrensregel können sehr fahrerindividuell, und nicht an die starren Vorgaben der beiden letztgenannten Verfahrensvarianten gebunden, diejenigen Laufspuren an den Kegelscheiben 6, 7, 8, 9 der beiden Variatoren 10, 11 auf Verschleiß überprüft werden, die fahrerindividuell am häufigsten genutzt werden. So kann ein Fahrer beispielsweise die Overdrive- und/oder die Top-Laufspur der Kegelscheiben 6, 7, 8, 9 oft meiden, und statt dessen das Fahrzeug so betreiben, dass irgend eine andere Getriebeübersetzung überproportional häufig genutzt wird. Eine solche Verhaltensweise kann beispielsweise dann feststellbar sein, wenn ein Fahrer eines Fahrzeuges mit einem stufenlosen Umschlingungsgetriebe bevorzugt den Automatikmodus meidet und das Fahrzeug in einer manuell bestimmten Übersetzungsstufe besonders oft fährt. Bei einem derartigen Fahrverhalten ließe sich durch die Bestimmung des oben erläuterten Verhältniswertes FpFs sowie die Untersuchung dessen zeitlicher Entwicklung bei einer Overdrive- oder Top-Laufspur-Übersetzung der tatsächliche Getriebeverschleiß nicht sonderlich gut ermitteln.
Eine andere Variante zur fahrerindividuellen Ermittlung von Getriebeverschleiß wird darin gesehen, dass die Bestimmung des Verhältniswertes FpFs dann erfolgt, wenn ein Übersetzungsverhältnis eingestellt ist, welches aufgrund einer Auswertung der Nutzungshäufigkeit von Übersetzungsverhältnissen des fahrzeugindividuellen Umschlingungsgetriebes 1 dasjenige Übersetzungsverhältnis ist, mit welchem aufsummiert das größte Drehmoment übertragen wurde. Durch diese Verfahrensregel kann unabhängig von starren Übersetzungsverhältnisvorgaben für die Bestimmung des jeweiligen Verhältniswertes KpKs sowie weitgehend unabhängig von der Nutzungsdauer bestimmter fahrerindividueller Übersetzungsverhältnisse dasjenige Übersetzungsverhältnis bestimmt werden, bei dem die Kegelscheiben 6, 7, 8, 9 laufzeitbezogen den höchsten mechanischen Belastungen ausgesetzt waren. Eine solche maximale mechanische Belastung kann erwartet werden, da der zwischen dem Umschlingungsmittel 16 und den Kegelscheiben 6, 7,8, 9 nie vollständig vermeidbare Mikroschlupf bei allen Übersetzungsverhältnissen wirkt, jedoch bei hohen Drehmomenten auch vergleichsweise hohe abrasive Kräfte verursacht.
Zur Steuerung des Betriebs des Umschlingungsgetriebes 1 kann vorgesehen sein, dass durch eine Analyse der zeitlichen Entwicklung von wenigstens zwei ermittelten Verhältniswerten FpFs der Verschleiß an dem Umschlingungsmittel 16 und/oder an den Kegelscheiben 6, 7, 8, 9 bestimmt wird, und dass beim Überschreiten eines vorgegebenen Verschleißgrenzwertes ein Signal zur Durchführung einer Reparatur und/oder zu einem Getriebeölwechsel erzeugt wird. Ein solches Signal wird vorzugsweise über eine Signalleitung 24 einer Warneinrichtung 18 zugeleitet, die ein optisches und/oder akustisches diesbezügliches Signal abgibt.
An dieser Stehe sei erwähnt, dass unter Verschleiß am Getriebeöl solche Veränderungen der Öleigenschaften verstanden werden, die allgemein durch Viskositätsänderungen, Additivabbau und Verunreinigungen beschrieben werden können. Unter Verschleiß an den Kegelscheiben 6, 7, 8, 9 und des Umschlingungsmittels 16 wird hier vor allem die Veränderung der Oberflächeneigenschaften dieser Getriebebauteile verstanden, zu denen beispielsweise eine Veränderung der Oberflächenrauheit, eine Veränderung des Traganteils der Oberfläche, Oberflächenermüdung sowie verschleißbedingte Geometrieänderungen zu zählen sind.
Gemäß einer weiteren Variante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass aus der zeitlichen Entwicklung von wenigstens zwei der erwähnten Verhältniswerte FpFs ein diesbezüglicher Gradient berechnet wird, und dass dann, wenn dieser Gradient größer als ein vorgestimmter Grenz-Gradient ist, ein Verschleißsignal ausgelöst wird.
Zur Steuerung des Betriebs des Umschlingungsgetriebes 1 ist es zudem sinnvoll, dass dann, wenn der aktuelle Verhältniswert FpFs unter einem vorbestimmten Grenzwert FpFs_grenz liegt, eine solche Erhöhung der Anpresskraft F1 und/oder F2 an wenigstens einem der beiden Variatoren 10 und/oder 11 erfolgt, dass ein Durchrutschen des Umschlingungsmittels 16 vermieden wird.
Demnach erfolgt die Einstellung der aktuellen Anpresskraft auch in Abhängigkeit von der zeitlichen Entwicklung des Verhältniswertes FpFs. Eine solche Verfahrensweise erlaubt kraftstoffsparend und verschleißreduzierend, dass die Anpresskraft F1, F2 nur so hoch eingestellt werden braucht, wie der aktuelle Verschleißzustand des Umschlingungsmittels 16, der Kegelscheiben 6, 7,8, 9 und des Öles dies notwenig erscheinen lässt. Mit Vorteil kann daher der Anpresskraft-Sicherheitsfaktor SF vergleichsweise gering gewählt sein.
Vorzugsweise wird die Anpresskraft F1 bzw. F2 an wenigstens einem der Variatoren 10 bzw. 11 derart eingestellt, dass das Wirkungsgradoptimum zeta_max des Umschlingungsgetriebes 1 eingehalten oder von niedrigeren Werten kommend noch nicht ganz erreicht ist. Auf diese Weise wird erreicht, dass der Mikroschlupf an den beiden Variatoren 10, 11 besonders klein ist, so dass auch der mechanische Verschleiß gering ausfällt bzw. der Kraftstoffverbrauch gering gehalten wird, und dass ein Durchrutschen des Umschlin gungsmittels zwischen den Kegelscheiben des Getriebes über die gesamte Nutzungsdauer desselben wirksam vermieden wird.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die ermittelten Verhältniswerte FpFs zur Aktualisierung eines vorzugsweise im Getriebesteuerungsgerät 17 abgespeicherten Kennfeldes verwendet werden, in dem diese Verhältniswerte FpFs über der Variatorübersetzung i_v und einem Wert für den Anpresskraft-Sicherheitsfaktor SF für die Anpresskraft F1, F2 abgespeichert sind. Die Werte dieses Kennfeldes werden dann vorzugsweise bei der Steuerung bzw. Regelung der Anpresskraft F1, F2 der Kegelscheiben des Getriebes genutzt, so dass durch die Nutzung jeweils aktualisierten Verhältniswerte FpFs sich die Regelgüte und Reglerdynamik der Getrieberegelung deutlich verbessert.

1: Umschlingungsgetriebe
2: Brennkraftmaschine
3: Kurbelwelle
4: Anfahrkupplung
5: Getriebeeingangswelle
6: Feststehende Kegelscheibe
7: Axial verschiebbare Kegelscheibe
8: Feststehende Kegelscheibe
9: Axial verschiebbare Kegelscheibe
10: Primärvariator
11: Sekundärvariator
12: Getriebeabtriebswelle
13: Differentialgetriebe
14: Achsantriebswelle
15: Fahrzeugrad
16: Umschlingungsmittel
17: Getriebesteuerungsgerät
18: Warneinrichtung
19: Aktuator
20: Aktuator
21: Fahrpedal
22: Steuerungsleitung
23: Steuerungsleitung
24: Signalleitung
25: Sensorleitung
26: Auslenkwinkelsensor
F1: Anpresskraft am Primärvariator
F2: Anpresskraft am Sekundärvariator
FPW: Fahrpedalwinkel
FpFs, zeta: Verhältnis zwischen den Anpresskräften am Primärvaria
: tor und am Sekundärvariator
FpFs_grenz: Grenzwert für FpFs
i_v: Übersetzungsverhältnis des Getriebes
n_ab: Getriebeabtriebsdrehzahl
SF: Anpresskraft-Sicherheitsfaktor
T_mot: Motordrehmoment
Δt: Zeitraum
zeta_max: Wirkungsgradoptimum
μ: Drehmoment-Übertragungsbeiwert

Claims

Verfahren zur Steuerung eines stufenlosen Umschlingungsgetriebes (1), mit einem Primärvariator (10) und einem Sekundärvariator (11), die über ein Umschlingungsmittel (16) antriebswirksam miteinander verbunden sind, wobei jeder dieser Variatoren (10, 11) über eine axial fest mit einer Getriebewelle (5, 12) verbundene Kegelscheibe (6, 9) sowie eine auf dieser jeweiligen Getriebewelle (5, 12) axial verschiebbaren Kegelscheibe (7, 8) verfügt, wobei die axial verschiebbaren Kegelscheiben (7, 8) mittels jeweils eines Anpresskräfte erzeugenden Aktuators (19, 20) an das Umschlingungsmittel (16) anpressbar sind, und bei dem durch axiales Verstellen der beiden axial verschiebbaren Kegelscheiben (7, 8) das Übersetzungsverhältnis (i_v) des Umschlingungsgetriebes (1) eingestellt wird, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: – Einstellen oder Feststellen eines Konstantfahrbetriebspunktes mit einem konstanten Übersetzungsverhältnis (i_v), – Bestimmen der am Primärvariator (10) wirksamen Anpresskraft (F1) und der am Sekundärvariator (11) wirksamen Anpresskraft (F2) bei diesem Übersetzungsverhältnis, – Berechnen eines Verhältniswertes (FpFs) von der Anpresskraft (F1) am Primärvariator (10) zu der Anpresskraft (F2) am Sekundärvariator (11), – Abspeichern des aktuellen Verhältniswertes (FpFs), – Vergleichen des aktuellen Verhältniswertes (FpFs) mit wenigstens einem älteren Verhältniswert (FpFs), – Ableiten von Steuerungsgrößen für den Betrieb des Umschlingungsgetriebes (1) aus der zeitlichen Veränderung des Verhältniswertes (FpFs), – und Verwenden der Steuerungsgrößen zur Steuerung des Betriebes des Umschlingungsgetriebes (1).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des Verhältniswertes (FpFs) in einem Konstantfahrbetriebspunkt dann erfolgt, wenn ein Fahrpedalauslenkwinkel (FPW), eine Getriebeübersetzung (i_v), eine Getriebeabtriebsdrehzahl (n_ab) und/oder ein Motordrehmoment (T_mot) für einen vorbestimmten Zeitraum (Δt) innerhalb von jeweils vorbestimmten Grenzen liegt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des Verhältniswertes (FpFs) bei einem Übersetzungsverhältnis (i_v) kleiner 1 durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei konstantem Übersetzungsverhältnis (i_v) mehrere Verhältniswerte (FpFs) unmittelbar nacheinander bestimmt werden und aus diesen ein Mittelwert gebildet wird, welcher mit anderen zeitlich gemittelten Verhältniswerten in einer zeitlichen Reihenfolge verglichen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des Verhältniswertes (FpFs) dann erfolgt, wenn ein Übersetzungsverhältnis (i_v) eingestellt ist, bei dem das Umschlingungsmittel (16) zwischen dem Primärvariator (10) und dem Sekundärvariator (11) auf einer Overdrive-Laufspur der Kegelscheiben (6, 7, 8, 9) umläuft, bei welcher das Umschlingungsmittel (16) auf dem größten antriebswirksamen Durchmesser der antreibenden Kegelscheiben und auf dem kleinsten antriebswirksamen Durchmesser der angetriebenen Kegelscheiben umläuft.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des Verhältniswertes (FpFs) dann erfolgt, wenn ein Übersetzungsverhältnis (i_v) eingestellt ist, bei dem das Umschlingungsmittel (16) zwischen dem Primärvariator (10) und dem Sekundärva riator (11) auf einer Top-Laufspur der Kegelscheiben (6, 7, 8, 9) umläuft, auf welcher das Fahrzeug seine Höchstgeschwindigkeit erreicht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des Verhältniswertes (FpFs) dann erfolgt, wenn ein Übersetzungsverhältnis eingestellt ist, welches aufgrund einer Auswertung der Nutzungshäufigkeit von Übersetzungsverhältnissen des fahrzeugindividuellen Umschlingungsgetriebes (1) dasjenige Übersetzungsverhältnis mit dem größten Betriebszeitanteil ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des Verhältniswertes (FpFs) dann erfolgt, wenn ein Übersetzungsverhältnis eingestellt ist, welches aufgrund einer Auswertung der Nutzungshäufigkeit von Übersetzungsverhältnissen des fahrzeugindividuellen Umschlingungsgetriebes (1) dasjenige Übersetzungsverhältnis ist, mit welchem aufsummiert das größte Drehmoment übertragen wurde.
Verfahren nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Zeitreihe von wenigstens zwei Verhältniswerten (FpFs) der Verschleiß an dem Umschlingungsmittel (16) und/oder an den Kegelscheiben (6, 7, 8, 9) ermittelt wird, und dass beim Überschreiten eines vorgegebenen Verschleißgrenzwertes ein Signal zur Durchführung einer Reparatur derselben erzeugt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Zeitreihe von wenigstens zwei Verhältniswerten (FpFs) die Alterung des Getriebeöls ermittelt wird, und dass beim Überschreiten eines vorgegebenen Verschleißgrenzwertes ein Signal zur Durchführung eines Getriebeölwechsels erzeugt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Zeitreihe von wenigstens zwei Verhältniswerten (FpFs) ein diesbezüglicher Gradient berechnet wird, und dass dann, wenn dieser Gradient größer als ein vorgestimmter Grenz-Gradient ist, ein Verschleißsignal ausgelöst wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn der aktuelle Verhältniswert (FpFs) unter einem vorbestimmten Grenzwert (FpFs_grenz) liegt, eine solche Erhöhung der Anpresskraft (F1, F2) an wenigstens einem der beiden Variatoren (10, 11) erfolgt, dass ein Durchrutschen des Umschlingungsmittels (16) vermieden wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und des Getriebeverschleißes die Anpresskraft (F1, F2) an wenigstens einem der Variatoren (10, 11) auch in Abhängigkeit von der zeitlichen Entwicklung des Verhältniswertes (FpFs) gesteuert eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpresskraft (F1, F2) an wenigstens einem der Variatoren (10, 11) derart eingestellt wird, dass das Wirkungsgradoptimum (zeta_max) des Umschlingungsgetriebes (1) eingehalten oder von niedrigeren Werten kommend noch nicht ganz erreicht ist.
Verfahren nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten Verhältniswerte (FpFs) zur Aktualisierung eines Kennfeldes verwendet werden, in dem diese Verhältniswerte (FpFs) über der Variatorübersetzung (i_v) und einem Wert für einen Anpresskraft-Sicherheitsfaktor (SF) für die Anpresskraft (F1, F2) abgespeichert sind.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das ständig aktualisierte Kennfeld der Verhältniswerte (FpFs) zur Steuerung der Anpresskraft (F1, F2) der Kegelscheiben (7, 8) genutzt wird.