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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Technisches Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung betrifft eine (Drehzahl- oder) Gangwechselsteuervorrichtung
für ein
Toroid-CVT und im Besonderen die Steuerung des Versatzes einer Rolle
beim (Drehzahl- oder)
Gangwechsel.
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Stand der
Technik
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Der
Stand der Technik umfasst eine Vielfalt von stufenlosen Getrieben
(im Folgenden: "CVT" ("Continuoulsy Variable
Transmission")),
darunter auch ein Toroid-CVT. Das Toroid-CVT beinhaltet eine Eingangs-
und Ausgangsscheibe und eine Rolle zur Leistungsübertragung durch einen Reibschluss
mit der Eingangs- und Ausgangsscheibe.
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Die
Eingangs- und Ausgangsscheibe weisen allgemein eine Form auf, die
einem Kreiskegel mit einer Schrägfläche in der
Art eines Kreisbogens ähnlich
ist. Die Eingangs- und Ausgangsscheibe sind so angeordnet, dass
deren auskragende Mittenabschnitte einander zugewandt sind und deren
Querschnitte in einer Ebene, in der sie in engem Kontakt miteinander
stehen, ein Rechteck bilden, aus dem ein Halbkreis ausgeschnitten
wurde. Die Rolle steht in Kontakt mit dem Randbereich der Eingangsscheibe
und dem Innenbereich der Ausgangsscheibe, wodurch die Drehung des
von der Achse weiter beabstandeten Abschnitts der Eingangsscheibe
mit einer Übersetzung
ins Langsame auf den näher
an der Achse liegenden Abschnitt der Ausgangsscheibe übertragen
werden kann. Die Übersetzung
kann in Abhängigkeit
von den Kontaktpositionen bestimmt werden.
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Die
Rolle ist durch ein als "Trag-
odes Lagerzapfen" bezeichnetes
Bauteil so abgestützt, dass
sie sich drehen und ihre Kontaktposition an der Eingangs- und Ausgangsscheibe ändern kann.
Der Winkel der Lagerzapfenachse entspricht der Neigung (oder dem
Neigungsdrehwinkel) der Drehebene der Rolle relativ zur Eingangs-
und Ausgangsscheibe.
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Zur
Neigungsänderung
wird der Lagerzapfen in eine Richtung senkrecht zur Drehachse der
Eingangs- und Ausgangsscheibe verschoben. Anders ausgedrückt wird
die Drehachse der Rolle aus einer Position heraus versetzt, in der
sie die Drehachse der Eingangs- und Ausgangsscheibe im rechten Winkel schneidet.
Das Ausmaß der
Versetzung (im Folgenden: "Versatz") wird als "Lagerzapfenhub" bezeichnet. Im Ergebnis
wird die Rolle einer Kraft in einer Richtung unterworfen, in der
sich die Neigung ändert, um
die Übersetzung
zu steuern.
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Daher
werden im Toroid-CVT die Neigung oder der Drehwinkel der Rolle,
die von dem durch die Lagerzapfenachse bestimmten Lagerzapfen abgestützt ist,
und der axiale Vesatz des Lagerzapfens (d.h. der Lagerzapfenhub)
erfasst. Die Übersetzung wird
somit aus der Neigung bestimmt; die notwendige Positionsverlagerung
(d.h. der Versatz = der Lagerzapfenhub) der Rolle in Axialrichtung
des Lagerzapfens auf der Grundlage einer Abweichung zwischen der
momentanen Übersetzung
und der Sollübersetzung
berechnet. Anschließend
wird der Lagerzapfen mit Hilfe eines hydraulischen Aktuators in
der Weise verstellt, dass der Lagerzapfenhub (oder der Versatz)
sein Soll erreicht. Der Versatz wird somit auf der Grundlage der
Abweichung der Neigung (oder der Übersetzung) vom Soll gesteuert. Diese
Steuerung kann im Wege einer elektronischen Regelung erfolgen, wie
es in der JP 08-233085
A oder dergleichen offenbart ist.
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Obwohl
der Lagerzapfenhub, wie vorstehend erwähnt, einer Regelung unterworfen
werden kann, kann eine Verformung des Rollenabstützmechanismus oder dergleichen
infolge der Einwirkung verschiedener Kräfte auf den Lagerzapfen zu
Fehlern bei den Erfassungswerten des Lagerzapfenhubs führen.
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KURZDARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Hiervon
ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Gangwechselsteuerungvorrichtung
für ein
Toroid-CVT zu schaffen, die eine genauere Steuerung des Versatzes
der Rollendrehachse ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch eine Gangwechselsteuerungvorrichtung mit den Merkmalen des
Anspruchs 1. Voteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.
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Erfindungsgemäß wird der
Versatz unter Berücksichtigung
der Tangentialkraft der Rolle korrigiert. Eine Korrektur des Erfassungsfehlers
des Lagerzapfenhubs auf der Grundlage der Verformung des Rollenstützmechanismus,
die mit einer Änderung
der Rollentangentialkraft im Zusammenhang steht, ermöglicht eine
genauere Steuerung des Rollenversatzes.
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Indem
der erfasste Versatz des Weiteren auf der Grundlage der Rollenklemmkraft
korrigiert wird, kann eine auf einer Schwankung der Rollenklemmkraft
basierende Änderung
des erfassten Versatzes korrigiert werden, wodurch ein angemessener
Rollenversatz erhalten und eine Momentenschaltung verhindert wird.
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Durch
eine Abschätzung
einer den Rollenversatz bei einer Schwankung der Rollenklemmkraft beeinflussenden
Reaktionskraft und die Steuerung des Rollenversatzes kann darüber hinaus
ein Rollenhub verhindert werden, der andernfalls bei einer abrupten Änderung
des Eingangsmoments durch eine Än derung
der Reaktionskraft verursacht werden würde. Die Erfindung kann an
ein Verfahren zur Steuerung des Gangwechsels für ein Toroid-CVT angepasst
werden.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Nachfolgend
werden bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben:
In den Zeichnungen:
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ist 1 eine
schematische Darstellung, die den Aufbau eines Toroid-CVT zeigt;
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sind 2(a) und 2(b) schematische Darstellungen
zur Erläuterung
einer Neigungsdrehung der Rolle;
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ist 3 eine
schematische Darstellung, die eine Konfiguration zur Steuerung des
Lagerzapfenhubs und der Neigung zeigt;
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ist 4 eine
schematische Darstellung, die eine Konfiguration zur Steuerung einer
Hubkorrektur zeigt;
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ist 5 eine
schematische Darstellung zur Erläuterung
einer Nullhubpositionsänderung;
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ist 6 ein
Diagramm, das die Beziehung zwischen der Rollentangentialkraft und
der Verschiebung des Lagerzapfenhubs in Versatzrichtung zeigt;
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ist 7 eine
schematische Darstellung, die eine Konfiguration zur Steuerung einer
Hydraulikkolbenkraftkorrektur zeigt;
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sind 8(a) und 8(b) schematische Darstellungen
zur Erläuterung
einer Momentenschaltung bei einer abrupten Änderung des Eingangsmoments;
und
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ist 9 eine
schematische Darstellung zur Erläuterung
der Konfiguration einer Hydraulikkolbenkraftkorrektureinheit.
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BESCHREIBUNG
BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Bezugnehmend
auf die begleitenden Zeichnungen werden im Folgenden bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung dargestellt.
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1 zeigt
den allgemeinen Aufbau eines Toroid-CVT gemäß einer ersten bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung. Zwei Eingangsscheiben 30a und 30b,
denen in den Ansprüchen
und – wo zweckmäßig – in der
nachfolgenden Beschreibung und in den Figuren das gemeinsame Bezugszeichen 30 zugeordnet
ist, sind mit einer von einer Brennkraftmaschine drehangetriebenen
Eingangswelle 10 verbunden. Die Eingangsscheiben 30a und 30b weisen mittige Öffnungen
auf und sind so geformt, dass sie vom Rand zur Mitte hin nach und
nach auskragen und im Axialschnitt im Wesentlichen bogenförmig gekrümmt sind.
Die Eingangsscheiben 30a und 30b sind in 1 links
bzw. rechts angeordnet und so ausgerichtet, dass deren Mitten einander
gegenüber liegen.
Den Eingangsscheiben 30a und 30b gegenüberliegend
angeordnet sind im Wesentlichen ähnlich geformte
Ausgangsscheiben 40a bzw. 40b, denen in den Ansprüchen und – wo zweckmäßig – in der
nachfolgenden Beschreibung und in den Figuren das gemeinsame Bezugszeichen 40 zugeordnet
ist. Anders ausgedrückt
sind die Eingangsscheibe 30a und die Ausgangsscheibe 40a einerseits
und die Eingangsscheibe 30b und die Ausgangsscheibe 40b andererseits
jeweils so angeordnet, dass sie einander gegenüber liegen. Im axialen Längsschnitt
bilden die Krümmungsflächen der
Eingangsscheibe 30a und der Ausgangsscheibe 40a ebenso
wie die Krümmungsflächen der
Eingangsscheibe 30b und der Ausgangsscheibe 40b jeweils
ein Halbkreispaar.
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Zwischen
der Eingangs- und Ausgangsscheibe 30a und 40a und
der Eingangs- und Ausgangsscheibe 30b und 40b sind
jeweils Rollen 35a-1 und 35a-2 bzw. Rollen 35b-1 und 35b-2,
denen in den Ansprüchen
und – wo
zweckmäßig – in der
nachfolgenden Beschreibung und in den Figuren das gemeinsame Bezugszeichen 35 oder 35-1 bzw. 35-2 zugeordnet
ist, geklemmt. Die Rollen 35a-1, 35a-2, 35b-1 und 35b-2 stehen
an der einen Seite mit den Eingangsscheiben 30a bzw. 30b und
an der anderen Seite mit den Ausgangsscheiben 40a bzw. 40b in Kontakt,
so dass die Drehmomente der Eingangsscheiben 30a und 30b auf
die Ausgangsscheiben 40a und 40b übertragen
werden. Die Rollen 35a-1 und 35a-2 werden von
Lagerzapfen 36a-1 bzw. 36a-2 abgestützt, während die
Rollen 35b-1 und 35b-2 von Lagerzapfen 36b-1 bzw. 36b-2 abgestützt werden. Die
Lagerzapfen 36a-1, 36a-2, 36b-1 und 36b-2,
denen in den Ansprüchen
und – wo
zweckmäßig – in der
nachfolgenden Beschreibung und in den Figuren das gemeinsame Bezugszeichen 36 oder 36-1 bzw. 36-2 zugeordnet
ist, haben Achsen, die senkrecht auf dem Zeichnungsblatt der 1 stehen,
und sind in Axialrichtung bewegbar und um die Achsen drehbar. Die
Achsen der Lagerzapfen 36a-1, 36a-2, 36b-1 und 36b-2 sind
radial fest, so dass sich die Rollen 35a-1, 35a-2, 35b-1 und 35b-2 nicht
von den Eingangs- und Ausgangsscheiben 30a, 40a, 30b und 40b lösen können.
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Die
Eingangswelle 10 ist mit einem hydraulischen (Druck-) oder
Axiallastmechanismus 20 verbunden. Der Axiallastsmechanismus 20 wird
mit Öldruck
gespeist, um die Eingangsscheiben 30a und 30b gegen
die Ausgangsscheiben 40a bzw. 40b zu drücken. Dadurch
werden zwischen den Eingangs- und
Ausgangsscheiben 40a und 40b und den Eingangs-
und Ausgangsscheiben 30a und 30b Klemmkräfte erzeugt,
die die Rollen 35a-1, 35a-2, 35b-1 und 35b-2 jeweils
mit einem vorgegebenen Druck zwischen die Eingangs- und Ausgangsscheiben 30a, 40a, 30b bzw. 40b klemmen.
Im Ergebnis wird ein Schlupf zwischen den Eingangs- und Ausgangsscheiben 30a, 40a, 30b und 40b und
den Rollen verhindert und ein Kraftschluss erhalten. Die Eingangsscheiben 30a und 30b sind über Axiallager
in Axialrichtung verschiebbar mit einer Welle 25 verbunden, die
sich mit der Eingangswelle 10 dreht, um die Eingangsscheiben 30a und 30b zu
drehen.
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Die
Ausgangsscheiben 40a und 40b sind über Lagerungen
auf der Welle 25 drehbar gelagert. Zwischen den Ausgangsscheiben 40a und 40b sitzt ein
Ausgangsrad 45, das sich mit den Ausgangsscheiben 40a und 40b dreht.
Das Ausgangsrad 45 kämmt
mit einem Vorgelegerad 60, das mit einer Ausgangswelle 70 verbunden
ist. Die Ausgangswelle 70 dreht sich daher mit den Ausgangsscheiben 40a und 40b.
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Das
Toroid-CVT umfasst weiter eine Hydraulikkolbenkammer, deren Öldruck die
axiale Verlagerung (d.h. den Lagerzapfenhub oder den Rollenversatz)
der Lagerzapfen 36a-1, 36a-2, 36b-1 und 36b-2 steuert.
Die Übersetzung
wird durch eine Steuerung (im prozesstechnischen Sinn "Steuerung" oder "Regelung") des Lagerzapfenhubs
(d.h. des Rollenversatzes) der Lagerzapfen 36a-1, 36a-2, 36b-1 und 36b-2 geändert. Der
Hub (oder der Rollenversatz) der Lagerzapfen 36a-1 und 36a-2 bewirkt
jeweils eine kompensatorische Verstellung in der Weise, dass die
Verbindungslinien zwischen den Mitten der Lagerzapfen 36a-1 und 36a-2 mittig
durch die Eingangs- und Ausgangsscheibe 30 und 40 gehen.
Analog dazu bewirkt ein Hub (oder Rollenhub) der Lagerzapfen 36b-1 und 36b-2 jeweils
eine kompensatorische Verstellung in der Weise, dass die Verbindungslinien
zwischen den Mitten der Lagerzapfen 36b-1 und 36b-2 mittig
durch die Eingangs- und Ausgangsscheibe 30 und 40 gehen.
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Bezugnehmend
auf 2(a) und 2(b) wird
im Folgenden eine Änderung
der Übersetzung beschrieben. 2(a) und 2(b) sind
schematische Darstellungen mit Blick von der Ausgangsscheibe 40 auf
die Eingangsscheibe 30; gezeigt sind die Eingangsscheibe 30 und
eine Rolle 35. 2(a) zeigt
die Situation, in der die Rolle 35 nicht verlagert ist
(d.h. der Lagerzapfenhub = 0) und die Rollendrehachse 35 demzufolge
durch die Mitte der Eingangsscheibe 30 geht. Bei einer
Drehzahländerung
oder einem Gangwechsel wird die Achse des Lagerzapfens 36 jedoch
versetzt. Wie es in 2(b) gezeigt ist, wird
die Achse des Lagerzapfens 36 beispielsweise in die Drehung
der Eingangsscheibe 30 (d.h. in 2(b) nach
oben) hinein versetzt. während
der Bewegung erfährt
die Rolle 35 die in Umfangsrichtung wirkende Drehkraft
der Eingangsscheibe 30. Dabei ist die Rolle 35 einer
Kraft ausgesetzt, die die Rolle (im Sinne einer Neigungsdrehung)
an den Rand der Eingangsscheibe 30 führt. Wenn der Versatz (d.h.
der Lagerzapfenhub) der Rolle 35 wieder auf Null zurückkehrt,
ist die Kontaktposition der Rolle 35 an der Eingangsscheibe 30 radial
nach außen
verlagert. Im Ergebnis ist die Position, an der die Rolle 35 mit
der Ausgangsscheibe 40 in Kontakt steht, radial nach innen
verlagert, wodurch die Übersetzung (im
Sinne einer Hochschaltung) geändert
ist. Wenn der Lagerzapfen 36 in 2(b) nach
unten (d.h. in eine Richtung, in der die Eingangsscheibe von der Rolle
wegläuft)
versetzt wird, dreht sich der Lagerzapfen 36 in die entgegengesetzte
Neigungsstellung, wodurch eine Herunterschaltung erfolgt.
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3 zeigt
ein Beispiel für
die Übersetzungssteuerung. 3 zeigt
im Besonderen eine Eingangsscheibe 30, zwei Rollen 35-1 und 35-2 und zwei
Lagerzapfen 36-1 und 36-2.
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Eine
Hydraulikkolbenkammeranordnung 50 umfasst zwei Kolbenkammern 50-1 und 50-2 für eine komplementäre Betätigung der
Lagerzapfen 36-1 und 36-2. Die Kolbenkammern 50-1 und 50-2 sind
an ein hydraulisches Steuerventil 52 angeschlossen, das
den den Kolbenkammern 50-1 und 50-2 zuzuführenden Öldruck steuert,
um dadurch den Hub (oder Rollenversatz) der Lagerzapfen 36-1 und 36-2 zu steuern.
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Der
Neigungswinkel θ des
Lagerzapfens 36 wird von einem Neigungssensor 37,
der Hub x von einem als Versatzerfassungseinrichtung fungierenden Hubsensor 38 erfasst.
Neigung θ und
Hub x werden einem als Gangwechselsteuereinheit fungierenden Steuergerät 80 übermittelt.
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Das
Steuergerät 80 erhält des Weiteren
Informationen über
die Gaspedalstellung und Fahrzeuggeschwindigkeit. Das Steuergerät 80 bestimmt aus
der Gaspedalstellung und der Fahrzeuggeschwindigkeit die Sollübersetzung
und legt den Sollhub auf der Grundlage einer Abweichung der Sollübersetzung
von der momentanen Übersetzung
fest, die der vom Neigungssensor 37 erfassten Neigung θ entspricht.
Auf der Grundlage des Sollhubs steuert das Steuergerät 80 das
hydraulische Steuerventil 52 an, um dadurch den Hub x des
Lagerzapfens 36 zu steuern. Wenn die aus der Neigung bestimmte
momentane Übersetzung
sich der Sollübersetzung
angeglichen hat, beendet das Steuergerät 80 die Übersetzungssteuerung.
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Für diese
Gangwechselsteuerung genügt
es, wenn ausschließlich
die Neigung θ (oder
die Übersetzung)
geregelt wird. Der Hub x entspricht aber einem Unterschied der Neigung θ und hat
eine dämpfende Wirkung,
die eine Vibration der Neigungsdrehung verhindert. Daher wird auch
der Hub geregelt, damit der vom Hubsensor 38 erfasste Hub
dem Sollhub angeglichen kann. Wenn die Kontaktpositionen zwischen
der Rolle 35 und der Eingangs- und Ausgangsscheiben 30 und 40 bekannt
sind, ist hängt
die Beziehung zwischen der Übersetzung
und der Neigung ausschließlich
von den geometrischen Verhältnissen ab.
Daher kann die Neigung durch die Übersetzung ersetzt werden und
umgekehrt.
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In 3 wird
die Übersetzung über die
Neigung des Neigungssensors 37 erfasst, sie kann aber auch
aus der Ein gangswellendrehzahl und der Ausgangswellendrehzahl bestimmt
werden. Darüber
hinaus kann anstelle des Hubs des Lagerzapfens 36 die Neigungsänderung,
die Eingangsdrehzahländerung oder
die Übersetzungsänderung
verwendet werden.
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In
dieser Ausführungsform
wird das hydraulische Steuerventil 52 durch das Steuergerät 80 zur Steuerung
des Hubs des Lagerzapfens 36 in der weise angesteuert,
wie es unter Bezugnahme auf 4 beschrieben
wird.
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Das
Steuergerät 80 bestimmt,
wie vorstehend erwähnt,
die Sollübersetzung
auf der Grundlage der Gaspedalstellung und der eingegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit,
um einen entsprechenden Neigungssollwert zu bestimmen. Der Neigungssollwert
wird einem Subtrahierer 81 zugeführt. Der Subtrahierer 81 wird
mit dem Erfassungswert der durch den Neigungssensor 37 gemessenen,
tatsächlich Rollenneigung θ gespeist.
Die Abweichung Δθ zwischen
dem Neigungssollwert und der momentanen Neigung θ wird vom Subtrahierer 81 berechnet
und ausgegeben.
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Die
Abweichung Δθ oder die
Ausgabe des Subtrahierers 81 wird einem ersten Steuerglied 82 zugeführt. Im
ersten Steuerglied 82 wird die Neigungsabweichung Δθ mit einem
vorgegebenen Koeffizienten k multipliziert, um einen Rückkopplungseingangswert
kΔθ der Neigungsregelung
zu berechnen. Dieser wert kΔθ entspricht
dem Lagerzapfenhub, der in Abhängigkeit
von der Differenz zwischen der Sollübersetzung und der Istübersetzung
bestimmt wird, und sieht eine hydraulische Steuerungsvariable entsprechend
dem Lagerzapfenhub vor.
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Die
Ausgabe kΔθ des ersten
Steuerglieds 82 wird einem Subtrahierer 83 zugeführt. Dem
Subtrahierer 83 wird weiter ein Rückkopplungseingangswert zugeführt, der
auf dem momentanen Lagerzapfenhub beruht, der durch ein zweites
Steuerglied 84 erfasst und zugeführt wird. Im Subtrahierer 83 wird der
der auf dem Lagerzapfenhub basierende Rückkopplungseingangswert berechnet.
Das als Stromregelventil ausgeführte
Steuerventil 52 wird entsprechend angesteuert, wodurch
der die Übersetzung steuernde
Lagerzapfenhub im Toroid-CVT 100 bestimmt wird.
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Ein
auf der Grundlage des Eingangsmoments bestimmter Axiallastbefehlswert
wird einem hydraulischen Axiallaststeuerventil 53 zugeführt, durch
das die Axiallast auf das Toroid-CVT auf einen bestimmten Druck
gesteuert wird, um einen Schlupf zwischen der Rolle und der Scheibe
zu verhindern.
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Andererseits
wird der momentane Lagerzapfenhub durch den Hubsensor 38 erfasst
und auf dessen Grundlage durch das zweite Steuerglied 84 ein Rückkopplungsfaktor
bestimmt. In dieser Ausführungsform
wird der dem Subtrahierer 83 zuzuführende Rückkopplungseingangswert jedoch
in Abhängigkeit
vom Eingangsmoment korrigiert.
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Der
vom Hubsensor 38 erfasste Hub wird nicht unmittelbar dem
zweiten Steuerglied 84 zugeführt sondern zunächst einem
Subtrahierer 93. Dem Subtrahierer 93 wird außerdem ein
Hubkorrekturfaktor von einer ersten Hubkorrektureinheit 95 zugeführt, der
vom erfassten Hub subtrahiert wird, so dass dem zweiten Steuerglied 84 ein
korrigierter Hub zugeführt
wird. In der ersten Hubkorrektureinheit 95 kann die Steuerungsgenauigkeit
weiter verbessert werden, indem die Einflüsse einer thermischen Verformung
der Bauteile und das Wärmeverhalten
des Hubsensors 38 berücksichtigt
werden.
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Im
Folgenden wird die Korrektur der ersten Hubkorrektureinheit 95 beschrieben.
Der Lagerzapfen 36 trägt
die Rolle 35, die Klemmkraft der Eingangs- und Ausgangsscheiben
(oder die Axiallast) variiert aber mit dem Eingangsmoment. Mit einer
Zunahme des Eingangsmoments nimmt auch die Getriebeleistung zu,
was eine Verstärkung
des Kraftschlusses zwi schen der Eingangs- und der Ausgangsscheibe
und der Rolle und eine Erhöhung
des Anpressdruck zwischen den Scheiben und der Rolle erfordert.
Realisiert wird dies durch den Axiallastsmechanismus 20,
der die Scheiben und die Rolle in Abhängigkeit von einer Änderung
des Eingangsmoments steuert, so dass die Scheiben und die Rolle weder
einen Schlupf erleiden noch einen unnötig hohen Anpressdruck erfahren.
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Eine
derartige Änderung
der Axiallast führt jedoch
zu einer Verformung des Lagerzapfens 36. Wie es in 5 gezeigt
ist, erfährt
der Lagerzapfen 36 durch die Rolle 35 einen Druck,
wodurch er sich nach außen
wölbt.
Im Ergebnis variiert der Erfassungswert des Lagerzapfenhubs, obwohl
sich die Position des Lagerzapfens 36 eigentlich nicht ändert. Der
Grund dafür
ist, dass der Lagerzapfenhub für
gewöhnlich
am vorderen Ende des Lagerzapfens 36 erfasst wird, wie
es in 3 verdeutlicht ist. Bei diesem Verfahren wird
der Hub erfasst, wenn sich der Lagerzapfen 36 mit einer
Zunahme der Axiallast nach außen
wölbt und
dessen Länge
mit zunehmender Wölbung
kleiner wird. Alternativ dazu kann eine Axiallaständerung
zu einer Verformung der Eingangs- und
Ausgangsscheiben 30 und 40 und der Rolle 35 führen mit
der Folge, dass sich die Nullhubposition des Lagerzapfens 36,
der dann keiner Rollenneigungskraft unterworfen ist, so einstellt,
dass selbst dann eine Neigungskraft aufgebaut wird, wenn der Erfassungswert
des Lagerzapfenhubs unverändert ist.
Somit erfolgt eine Drehzahländerung
bzw. ein Gangwechsel, und die Istübersetzung weicht von der Sollübersetzung
ab. Diese Erscheinung wird als "Momentenschaltung" bezeichnet.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
berechnet die erste Hubkorrektureinheit 95 den bei einer
Lagerzapfenverformung auftretenden Erfassungsfehler des Hubsensors 38 auf
der Grundlage der von der Axiallastabschätzeinheit 94 stammenden Axiallastdaten.
Der Erfassungsfehler variiert in Abhängigkeit vom Material/Aufbau
des Lagerzapfens 36. Vor zugsweise wird daher für jede Vorrichtung
der Erfassungsfehler experimentell bestimmt und entsprechend verschiedenen
Faktoren in Form eines Kennfelds abgespeichert. Die Beziehungen
zwischen der Axiallast und dem Huberfassungsfehler können aber
auch in Form numerischer Formeln erstellt werden. Diese Vorgehensweise
kann die erforderliche Speicherkapazität reduzieren.
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Die
Axiallastabschätzeinheit 94 schätzt entweder
die zwischen der Eingangs- und Ausgangsscheibe wirkende Axiallast über das
hydraulische Axiallaststeuerventil 53 in Abhängigkeit
vom Axiallastbefehlswert ab oder die Axiallast, die unter Berücksichtigung
des aus dem gemessenen Axiallastkolbenöldruck bestimmten statischen Öldrucks
und dem aus der Eingangswellendrehzahl berechneten Zentrifugalöldruck abgeschätzt wird.
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Der
Fehler von der ersten Hubkorrektureinheit 95 wird dem Subtrahierer 93 zugeführt, wo
er von dem vom Hubsensor 38 stammenden, erfassten Hub subtrahiert
wird, um einen fehlerkorrigierten Lagerzapfenhub zu erhalten.
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Die
vorliegende Ausführungsform
ist so ausgestaltet, dass die Ausgabe des Hubsensors 38 dem Subtrahierer 93 nicht
unmittelbar zugeführt
wird sondern über
einen Subtrahierer 96. Diesem Subtrahierer 96 wird
der Korrekturfaktor von einer zweiten Hubkorrektureinheit 98 zugeführt, um
den Fehler des Lagerzapfenhubs zu korrigieren.
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Im
Besonderen wird eine Rollenumfangskraft oder Rollentangentialkraft
von einer Rollentangentialkraftabschätzeinheit 99 einer
zweiten Hubkorrektureinheit 97 zugeführt, die den durch eine Verformung
im Umfeld der Rollenstützlager
infolge der Rollentangentialkraft und der axialen Verformung (z.B. Längung oder
Stauchung) des Lagerzapfens bedingten Lagerzapfenhubfehler abschätzt und
einen Korrekturfaktor zur Behebung dieses Fehlers ausgibt.
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Der
Rollentangentialkraftabschätzeinheit 99 werden
das Eingangsmoment von einer Eingangsmomentenabschätzeinheit 98 und
die Rollenneigung vom Neigungssensor 37 zugeführt. Die
Rollentangentialkraftabschätzeinheit 99 bedient
sich dieser Werte zur Berechnung der Rollentangentialkraft. Kurz
gesagt wird die Rollentangentialkraft berechnet, indem das Eingangsmoment
durch den aus der Rollenneigung berechneten Kreisradius des Rollenkontakts
dividiert wird. In dieser Ausführungsform
weisen die beiden Steuerglieder jeweils zwei Kontakte und zwei Rollen
auf.
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Die
Rollentangentialkraft wird daher wie folgt berechnet: Rollentangentialkraft
= (Zahl der Kontakte: 2)·(Eingangsmoment)/(Zahl
der Rollen: 2)/(Kreisradius der eingangsseitigen Kontaktstelle)
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Der
Kreisradius der eingangsseitigen Kontaktstellen der Rolle (d.h.
der Kontaktstelle zwischen der Eingangsscheibe und der Rolle) und
der Kreisradius der ausgangsseitigen Kontaktstelle der Rolle (d.h.
der Kontaktstelle zwischen der Ausgangsscheibe und der Rolle) weisen
hier eine umkehrbar eindeutige Beziehung auf, die in Abhängigkeit
von der Neigung bestimmt wird. Die zu berechnende Rollentangentialkraft
kann daher die Kraft in jedem der beiden Kontakte sein; der Lagerzapfenhub
kann daher unter Verwendung jedes der beiden Werte korrigiert werden.
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Die
Eingangsmomentenabschätzeinheit 98 schätzt das
Eingangsmoment durch Erfassung des Brennkraftmaschinenausgangsmoments
ab, das aus der Drosselklappenöffnung,
der Kraftstoffeinspritzmenge oder dergleichen, oder aus dem Getriebemoment
der Eingangswelle mit dem Momentensensor berechnet wird.
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Andererseits
berechnet die zweite Hubkorrektureinheit 97 den Korrekturfaktor
aus der so erhaltenen Rollentangentialkraft unter Verwendung der
in 6 gezeigten Kennlinie. 6 zeigt
im Besonderen den Änderungszustand
des Lagerzapfenhubs (= des Versatzes) relativ zur Rollentangentialkraft.
In diesem Beispiel entspricht der Lagerzapfenhub (= der Versatz)
einem Weg von etwa 0,08 mm bei einer Tangentialkraft etwa 980 N
(100 kgf) und einem Weg von etwa 0,21 mm bei einer Tangentialkraft
von etwa 2940 N (300 kgf). Der Versatz nimmt mit einer Zunahme der
Tangentialkraft infolge der mechanischen Verformung im Umfeld der
Rollenstützlagerung
und der axialen Verformung des Lagerzapfens, die auftritt, wenn
die Rollentangentialkraft eine elastische Verformung der Lagerungsabschnitte
und des Lagerzapfenabschnitts in Rollentangentialrichtung verursacht,
im Wesentlichen linear zu. Wie es in 1 und 3 gezeigt
ist, sind die Rollen 35-1 und 35-2 im Besonderen
durch die Lagerzapfen 36-1 und 36-2 abgestützt, durch
die Lagerungen aber drehbar gelagert. Darüber hinaus wird die Lagerzapfenhubposition
bestimmt, während
die Endabschnitte der Lagerzapfenwellen durch den Öldruck in
den Kolbenkammern 50-1 und 50-2 abgestützt werden.
Im Ansprechen auf die auf die Rollen 35-1 und 35-2 wirkenden
Tangentialkräfte
erfahren die Lagerzapfenwellen und Lagerungen daher eine elastische
Verformung, was einen Fehler bei den Erfassungswerten des Lagerzapfenhubs
zur Folge hat.
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Die
Verformung des Lagerzapfens in Versatzrichtung ist des Weiteren
proportional zur Rollentangentialkraft, wie es in 6 gezeigt
ist. Daher ist in der zweiten Hubkorrektureinheit 97 die
Beziehung aus 6 in der Form eines Kennfelds
oder in Form einer linearen Gleichung abgespeichert, um einen Korrekturfaktor
entsprechend des Rollentangentialkrafteingangs zu erzeugen.
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Somit
wird dem zweiten Steuerglied 84 der durch die beiden Subtrahierer 96 und 93 im
Hinblick auf Fehler in den beiden Stufen korrigierte Lagerzapfenhub
zugeführt.
Im zweiten Steuerglied 84 kann daher auf der Grundlage
eines Lagerzapfenhubs, bei dem Fehler bedingt durch die Höhe der Axiallast
und der Rollentangentialkraft beseitigt sind, der Rückkopplungseingangswert
bestimmt und dem Subtrahierer 83 zugeführt werden.
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Im
zweiten Steuerglied 84 wird im Besonderen ein durch Multiplizieren
des momentanen korrigierten Lagerzapfenhubs x mit einem vorgegebenen Koeffizienten
K berechneter Rückkopplungseingangswert
kx für
den Lagerzapfenhub dem Subtrahierer 83 zugeführt. Dieser
Rückkopplungseingangswert
kx entspricht dabei auch dem Wert für die hydraulische Steuerung
des Lagerzapfenhubs.
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Im
Subtrahierer 83 wird daher die Differenz zwischen der Steuerungsvariablen
kΔθ des Solllagerzapfenhubs
und der auf der Grundlage des Istlagerzapfenhubs x beruhenden Steuerungsvariablen kx
berechnet und als Steuergröße dem hydraulischen
Steuerventil 52 zugeführt.
Kurz gesagt wird der Lagerzapfenhub geregelt.
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Der
durch das hydraulische Steuerventil 52 gesteuerte Öldruck wird
an den Lagerzapfen 36 des Toroid-CVT 100 angelegt,
um dessen Hub zu steuern. Durch diese Hubsteuerung wird die Neigung
in der Weise geändert,
dass eine Übersetzungssteuerung
zur Angleichung an die Sollübersetzung
erfolgt.
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7 zeigt
eine andere Ausführungsform der
Erfindung. In dieser Ausführungsform
umfasst die Erfindung zusätzlich
eine Hydraulikkolbenkraftkorrektureinheit 111. Die Hydraulikkolbenkraftkorrektureinheit 111 berechnet
die hydraulische Kolbenkraft (einen Korrekturwert), die notwendig
ist, um ein Rollen oder Schwanken der Neigung der Rolle im Falle einer
abrupten Änderung
des aus dem abgeschätzten
Getriebemomentenwert einer Getriebemomentenabschätzeinheit 112 und
der momentanen Neigungsinformation vom Rollenneigungssensor 37 vorausberechneten
Eingangsmoments zu verhindern. Die Hydraulikkolbenkorrektureinheit 111 führt den
berechneten Korrekturwert dem Subtrahierer 83 zu, wodurch
ein Schwanken der Neigung der Rolle verhindert werden kann.
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Anders
ausgedrückt
wird im Ansprechen auf eine Änderung
des Eingangsmoments, wie vorstehend erwähnt, die Axiallast geändert. Wenn
sich die Axiallast ändert, ändert sich
auch die Nullhubposition. wenn sich das Eingangsmoment abrupt ändert, ändert sich
die Hubposition infolge einer abrupten Reaktionskraft auf den Lagerzapfen.
Während
eines stabilen Drehzahlbetriebs wird eine von der Scheibe auf die
Rolle in Drehmomentübertragungsrichtung wirkende
Kraft F1, wie in 8(a) und 8(b) gezeigt, durch die hydraulische Kolbenkraft
der Hydraulikkolbenkammeranordnung 50 ausgeglichen. wenn sich
das Eingangsmoment jedoch abrupt ändert, kann die Relation F1
= F2 aufgrund einer Ansprechverzögerung
der Rückkopplungsstrecke
nicht aufrechterhalten werden, so dass es zu einem Hub kommt, der
die Rollenneigung ändert,
was zu einer Momentenschaltung führt.
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In
dieser Ausführungsform
schätzt
die Hydraulikkolbenkraftkorrektureinheit 111 die Reaktionskraft
auf den Hydraulikkolben der Hydraulikkolbenkammeranordnung 50 auf
der Grundlage des Getriebemoments und der Neigung oder der Übersetzung
(des auf die Scheibe drückenden
Drucks und des Kraftschlusskoeffizienten) ab. Die Hydraulikkolbenkraftkorrektureinheit 111 berechnet
den Korrekturfaktor zur Berechnung des Befehlswerts des Stromregelventils,
um zu verhindern, dass die Reaktionskraft den Hub verändert. Daher
kann eine Momentenschaltung durch die hydraulische Reaktionskraft
wirksam verhindert werden. Diese Korrektursteuerung ist im Besonderen
eine die Rollenklemmkraft einbeziehende Steuerung und daher wirksam im
Hinblick auf eine Kompensation der Ansprechverzögerung der Rückkopplungsstrecke.
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Wie
es in 9 gezeigt ist, wird die Momentenschaltung verhindert,
wenn die Kolbenreaktionskraft und die Hydraulikkolbenkraft dynamisch übereinstimmen.
D.h., die Ausgabe (die Kolbenreaktionskraft F1), die von einem Kolbenreaktionskraftmodell Gp
erhalten wird, das ein Modell für
eine dynamische Kennlinie ist, das die vom Getriebemoment und der Neigung
oder der Übersetzung
(oder der Scheibendruckkraft und dem Kraftschlusskoeffizienten)
abgeleitete Kolbenreaktionskraft F1 ausgibt, stimmt mit der Ausgabe,
die aus einem Stromregelventilmodell (oder einem Modell für das Steuerventil 52)
Gh erhalten wird, das die vom hydraulischen Druckbefehl abgeleitete
Hydraulikkolbenkraft F2 ausgibt, miteinander überein. Daher lässt sich
die Hydraulikkolbenkorrektureinheit 111, die den aus dem
Getriebemoment und der Neigung oder der Übersetzung (oder der Scheibendruckkraft
und dem Kraftschlusskoeffizienten) abgeleiteten Hydraulikdruckbefehlswert
ausgibt, als Gp·Gh–1 ausdrücken.