DE102005053457A1

DE102005053457A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln einer eine Übertragungssicherheit zwischen zwei durch Reibeingriff eine Bewegung übertragenden Bauteilen beschreibenden Übertragungsgröße

Info

Publication number: DE102005053457A1
Application number: DE102005053457A
Authority: DE
Inventors: Michael Reuschel
Original assignee: LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG; LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Current assignee: Schaeffler Buehl Verwaltungs GmbH; LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Priority date: 2004-11-27
Filing date: 2005-11-09
Publication date: 2006-06-01

Abstract

Ein Verfahren zum Ermitteln einer eine Übertragungssicherheit zwischen zwei durch Reibeingriff eine Bewegung übertragenden Bauteilen beschreibenden Übertragungsgröße, welche Übertragungsgröße die Übergtragungssicherheit durch Reaktion der Bewegungsübertragung auf eine Veränderung der zwischen den in Reibeingriff befindlichen Bauteile wirksamen Anpresskraft beschreibt, enthält folgende Schritte: Modulieren der Anpresskraft in einem vorbestimmten Frequenzbereich während der Bewegungsübertragung, Erfassen der Veränderung der Bewegungsübertragung während der Modulation der Anpresskraft, Auswerten der Veränderung der Bewegungsübertragung unter Einsatz eines Filterverfahrens und Ermitteln der Übertragungsgröße als Ergebnis der Auswertung.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer eine Übertragungssicherheit zwischen zwei durch Reibeingriff eine Bewegung übertragenden Bauteilen beschreibenden Übertragungsgröße. Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zum Durchführen eines solchen Verfahrens.

Aus Komfort, Verbrauchs- und Umweltgründen werden in modernen Kraftfahrzeugen zunehmend automatisierte Antriebsstränge eingesetzt. Solche Antriebsstränge enthalten beispielsweise ein Kegelscheibenumschlingungsgetriebe mit kontinuierlich veränderbarer Übersetzung. Um einen dauerhaft sicheren Betrieb eines solchen Getriebes zu gewährleisten, ist eine geeignete Anpressung zwischen dem Umschlingungsmittel und den Kegelscheiben maßgeblich. Geeignet heißt, dass die Anpressung einerseits sicherstellt, dass das Umschlingungsmittel nicht rutscht, und andererseits nicht unnötig hoch ist, um keine unzulässigen Bauteilbelastungen zu erzeugen und in Folge des hohen bereitzustellenden Hydraulikdruckes den Wirkungsgrad zu verschlechtern. Um die Anpressung zweckentsprechend zu steuern oder zu regeln, ist eine genaue Kenntnis des Schlupfzustandes bzw. der Übertragungssicherheit zwischen den Kegelscheiben des Umschlingungsgetriebes und dem Umschlingungsmittel erforderlich. Eine direkte Messung dieses Schlupfes ist aufwendig, da neben den Drehzahlen der Kegelscheibenpaare und der Geschwindigkeit des Umschlingungsmittels auch die genauen Wirkradien bekannt sein müssen, auf denen der Reibeingriff zwischen dem Umschlingungsmittel und den Kegelflächen der Kegelscheibenpaare erfolgt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein in seiner Durchführung einfaches Verfahren zum Ermitteln einer die Übertragungssicherheit beispielsweise eines Kegelscheibenumschlingungsgetriebes beschreibenden Übertragungsgröße anzugeben. Der Erfindung liegt weiter die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens anzugeben.

Der das Verfahren betreffende Teil der Erfindungsaufgabe wird mit einem Verfahren zum Ermitteln einer eine Übertragungssicherheit zwischen zwei durch Reibeingriff eine Bewegung übertragenen Bauteilen beschreibenden Übertragungsgröße gelöst, welche Übertragungsgröße die Übertragungssicherheit durch Reaktion der Bewegungsübertragung auf eine Veränderung der zwischen den in Reibeingriff befindlichen Bauteile wirksamen Anpresskraft beschreibt, welches Verfahren folgende Schritte enthält:

– Modulieren der Anpresskraft in einem vorbestimmten Frequenzbereich während der Bewegungsübertragung,
– Erfassen der Veränderung der Bewegungsübertragung während der Modulation der Anpresskraft,
– Auswerten der Veränderung der Bewegungsübertragung unter Einsatz eines Filterverfahrens und
– Ermitteln der Übertragungsgröße als Ergebnis der Auswertung.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es lediglich erforderlich, die Anpresskraft in einem vorbestimmten Frequenzbereich zu modulieren und dann die Veränderung der Bewegungsübertragung während der Modulation der Anpresskraft zu erfassen, um daraus unter Einsatz üblicher Filterverfahren die Übertragungsgröße zu ermitteln.

Mit Vorteil erfolgt die Filterung in einem frequenzmäßig engen Bereich um den Frequenzbereich der Modulation herum.

Bevorzugt wird weiter zur Filterung ein Bandpassfilter verwendet.

Die Flankensteilheit eines oder mehrerer eingesetzter Filter beträgt bevorzugt wenigstens 40 db/Dekade.

Bei einer bevorzugten Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zur Ermittlung einer Information über die Übertragungssicherheit zwischen den bewegungsübertragenden Bauteilen alle relativen Maxima zwischen den Nulldurchgängen verwendet.

Weiter ist es vorteilhaft, die Information über die Übertragungssicherheit aus einer Mittelwertbildung aller relativen Maxima zu erhalten.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird vorteilhafter Weise bei der Auswertung ein Tiefpassfilter eingesetzt.

Besonders vorteilhaft ist, wenn bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die bewegungsübertragenden Bauteile die beiden über ein Umschlingungsmittel miteinander verbundenen Scheibenpaare eines Umschlingungsgetriebes mit kontinuierlich veränderbarer Übersetzung sind und die Anpresskraft zwischen den Scheibenpaaren und dem Umschlingungsmittel moduliert wird.

Ein bei einem solchen Umschlingungsgetriebe durchgeführtes Verfahren enthält folgende Schritte:

– Ermitteln der Übersetzung i_var des Umschlingungsgetriebes aus Differenz der Drehgeschwindigkeiten ω_SS1 und ω_SS2 der beiden Scheibenpaare,
– Tiefpassfiltern der Übersetzung i_var zur Bildung des Wertes i_vartp,
– Ermitteln der Drehgeschwindigkeitsdifferenz Δω = ω_SS1 – i_vartpω_SS2,
– Bilden des Wertes Δω_mwf = Δω – Δω_mw, wobei Δω_mw der Mittelwert von Δω ist,
– Bandpassfiltern des Wertes Δω_mwf zur Bildung des Wertes Δω_bp,
– Bilden der Übertragungsgröße durch Tiefpassfiltern oder gleitende Mittelwertbildung des Wertes Δω_bp.

Eine Vorrichtung zum Ermitteln einer eine Übertragungssicherheit zwischen zwei durch Reibeingriff eine Bewegung übertragenden Bauteilen beschreibenden Übertragungsgröße, welche Übertragungsgröße die Übertragungssicherheit durch Reaktion der Bewegungsübertragung auf eine Veränderung der zwischen den in Reibeingriff befindlichen Bauteile wirksamen Anpresskraft beschreibt, enthält eine Modulationseinrichtung zum Modulieren der An presskraft in einem vorbestimmten Frequenzbereich während der Bewegungsübertragung, eine Bewegungserfassungseinrichtung zum Erfassen der Veränderung der Bewegungsübertragung während der Modulation der Anpresskraft und eine wenigstens ein Filter enthaltende Auswerteinrichtung zur Auswertung der Veränderung der Bewegungsübertragung und zur Ermittlung der Übertragungsgröße als Ergebnis der Auswertung unter Einsatz des Verfahrens.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung können zum Ermitteln der Übertragungssicherheit bei jedwelchen durch Reibeingriff eine Bewegung übertragenden Bauteilen eingesetzt werden, wobei beispielsweise ein Bauteil drehen kann, das andere Bauteil sich linear bewegen kann, zwei Bauteile in drehendem Reibeingriff sind, zwei Bauteile über ein drittes Bauteil miteinander verbunden sind, beispielsweise bei einem Umschlingungsgetriebe usw. Die die Übertragungssicherheit beschreibende Übertragungsgröße ist üblicherweise eine einem Schlupf zwischen zwei oder mehreren in Reibeingriff stehenden Bauteilen entsprechende Größe.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise in ihrer Anwendung bei einem Umschlingungsgetriebe erläutert.
In den Figuren stellen dar:
1 ein Prinzipschaltbild eines Teils eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs mit einem Kegelscheibenumschlingungsgetriebe und zugehöriger Steuerung und
2 ein Beispiel einer bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auftretenden, dem Schlupf zwischen den über das Umschlingungsmittel in Reibeingriff stehenden Scheibenpaaren entsprechenden Größe.
1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit zugehörigen Steuereinrichtungen. Eine von einer Brennkraftmaschine 4 und Zwischenanordnung einer nicht dargestellten, vorzugsweise automatischen Kupplung und einem Drehrichtungswechselgetriebe angetriebene Eingangswelle 6 ist starr mit einer Kegelscheibe 8 eines antriebsseitigen Scheibensatzes SS1 verbunden. Eine weitere Kegelscheibe 10 ist drehfest und axial verschiebbar auf der Eingangswelle 6 angeordnet. Zwischen einem starr mit der Eingangswelle 6 verbundenen Stützbauteil und der Kegelscheibe 10 sind Druckräume angeordnet, durch deren Druckbeaufschlagung die Kraft veränderbar ist, mit der die Kegelscheibe 10 in Richtung auf die Kegelscheibe 8 drückbar ist.
In ähnlicher Weise weist ein abtriebsseitiges Kegelscheibenpaar SS2 eine starr mit einer Abtriebs- bzw. Ausgangswelle 12 verbundene Kegelscheibe 14 und eine axial bewegliche Kegelscheibe 16 auf, die durch Druckbeaufschlagung zugehöriger Druckräume in Richtung auf die Kegelscheibe 14 drängbar ist. Zwischen den beiden Scheibensätzen SS1 und SS2 läuft ein Umschlingungsmittel 18, beispielsweise eine Gliederkette, um.
Die Anpresskraft, mit der das Umschlingungsmittel 18 an den Kegelflächen der Kegelscheibe reibschlüssig anliegt, wird mittels Hydraulikventilen 20, 22 und 24 gesteuert, wobei das Hydraulikventil 20 beispielsweise in an sich bekannter Weise eine von dem auf die Eingangswelle 6 wirkenden Drehmoment abhängige Grundanpressung bestimmt und mit den Hydraulikventilen 22 und 24 die Übersetzungsverstellung erfolgt.
Zur Steuerung der Ventile 20, 22 und 24 dient ein elektronisches Steuergerät 26, an dessen Eingängen Signale von Sensoren liegen, die für die Steuerung der Ventile wesentliche Informationen enthalten, die entsprechend in dem Steuergerät 26 abgelegten Algorithmen in Steuersignale für die Ventile umgewandelt werden. Weitere Ausgänge des Steuergerätes 26 können beispielsweise eine automatische Kupplung ansteuern. Die Hydraulikventile 22 und 24 zur Übersetzungsverstellung sind nicht beide zwingend. Vorteilhaft kommuniziert das Steuergerät 26 über eine Bus-Leitung 28 mit weiteren Steuergeräten oder elektronischen Einrichtungen des Fahrzeugs.
Da Aufbau und Funktion der bisher beschriebenen Anordnung an sich bekannt sind, werden Einzelheiten nicht beschrieben.
Für einen dauerhaft sicheren Betrieb des Umschlingungsgetriebes ist eine geeignete Anpressung zwischen dem Umschlingungsmittel 18 und den Kegelscheibenpaaren SS1 und SS2 maßgeblich. Diese Anpressung muss derart sein, dass das Umschlingungsmittel nicht rutscht, d.h. unzulässig hoch schlupft, und andererseits nicht unnötig hoch sein, damit die Bauteile wenig belastet werden und das Getriebe mit gutem Wirkungsgrad arbeitet.
Im Folgenden wird die erfindungsgemäße Bestimmung einer der Übertragungssicherheit zwischen den Scheibenpaaren bzw. dem jeweiligen Scheibenpaar und dem Umschlingungsmittel beschreibenden Übertragungsgröße, die dem Schlupf entspricht, erläutert:
Die Drehgeschwindigkeit der Eingangswelle 6 bzw. der Ausgangswelle 12 wird von einem Drehzahlsensor 30 bzw. 32 erfasst. Die Sensoren 30 und 32 sind mit einer Auswerteinrichtung 34 verbunden, die über die Bus-Leitung 28 mit weiteren Einheiten kommuniziert.
Mit Hilfe des Hydraulikventils 20 wird beispielsweise der Anpressdruck zwischen den Scheibenpaaren und dem Umschlingungsmittel mit einer vorbestimmten Anregungsfrequenz verändert.
In einem weiteren Verfahrensschritt werden die Drehgeschwindigkeiten bzw. Drehzahlen der Eingangswelle und der Ausgangswelle, die sich je nach vorhandenem Schlupf mit der Modulation des Anpressdrucks ändern, von den Drehzahlsensoren 30 und 32 erfasst. Aus dem Quienten der Drehgeschwindigkeiten ω_SS1 und ω_SS2 wird die jeweils augenblickliche Übersetzung i_var es Umschlingungsgetriebes ermittelt.
Anschließend wird die ermittelte Übersetzung i_var zur Bildung eines "mittleren" Wertes tiefpassgefiltert, so dass der Wert i_vartp erhalten wird.
Mit Hilfe des erhaltenen Wertes wird eine Drehgeschwindigkeitsdifferenz Δω = ω_SS1 – i_vartpω_SS2 ermittelt.
Diese Drehgeschwindigkeitsdifferenz, die um einen Mittelwert schwankt, wird anschließend Mittelwert freigemacht, indem der Ausdruck Δω_mwf = Δω – Δω_mw gebildet wird, wobei Δω_mw der Mittelwert von Δω ist.
Anschließend erfolgt eine Bandpassfilterung des erhaltenen Wertes Δω_mr um die Modulations- bzw. Anregungsfrequenz herum. Zur Ermittlung der Amplituden werden alle relativen Maxima zwischen den Nulldurchgängen verwendet. Als Bandpassfilter können beispielsweise Butterworthfilter 8. Ordnung verwendet werden, deren Durchlassbereich bei einer Anregungs- bzw. Modulationsfrequenz von 33 Hz zwischen 30 und 36 Hz beträgt.
Der durch Bandpassfilterung erhaltene Wert Δω_bp wird zur Ermittlung der Übertragungsgröße tiefpassgefiltert oder eine gleitenden Mittelwertbildung unterzogen, so dass die Übertragungsgröße ein Maß für den Schlupf ist, mit dem das Umschlingungsgetriebe arbeitet.
Die derart bestimmte Übertragungsgröße kann zur Steuerung bzw. Regelung des Anpressdrucks des Umschlingungsgetriebes derart verwendet werden, dass das Umschlingungsgetriebe mit dem jeweils optimalen bzw. zweckentsprechenden Schlupf arbeitet.
Wie sich aus dem Vorstehenden ergibt, benötigt das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung nur wenige Sensoren und arbeitet gleichzeitig mit geringer Rechnerbelastung.

4: Brennkraftmaschine
6: Eingangswelle
8: Kegelscheibe
10: Kegelscheibe
12: Ausgangswelle
14: Kegelscheibe
16: Kegelscheibe
18: Umschlingungsmittel
20: Hydraulikventil
22: Hydraulikventil
24: Hydraulikventil
26: Steuergerät
28: Bus-Leitung
30: Drehzahlsensor
32: Drehzahlsensor
34: Auswerteinrichtung

Claims

Verfahren zum Ermitteln einer eine Übertragungssicherheit zwischen zwei durch Reibeingriff eine Bewegung übertragenden Bauteilen beschreibenden Übertragungsgröße, welche Übertragungsgröße die Übertragungssicherheit durch Reaktion der Bewegungsübertragung auf eine Veränderung der zwischen den in Reibeingriff befindlichen Bauteile wirksamen Anpresskraft beschreibt, welches Verfahren folgende Schritte enthält: – Modulieren der Anpresskraft in einem vorbestimmten Frequenzbereich während der Bewegungsübertragung, – Erfassen der Veränderung der Bewegungsübertragung während der Modulation der Anpresskraft, – Auswerten der Veränderung der Bewegungsübertragung unter Einsatz eines Filterverfahrens und – Ermitteln der Übertragungsgröße als Ergebnis der Auswertung.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Filterung in einem frequenzmäßig engen Bereich um den Frequenzbereich der Modulation herum erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei zur Filterung ein Bandpassfilter verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Filter mit einer Flankensteilheit von wenigstens 40 db/Dekade verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei zur Ermittlung einer Information über die Übertragungssicherheit zwischen den bewegungsübertragenden Bauteilen alle relativen Maxima zwischen den Nulldurchgängen verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei Information über die Übertragungssicherheit aus einer Mittelwertbildung aller relativen Maxima erhalten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei bei der Auswertung ein Tiefpassfilter eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die bewegungsübertragenden Bauteile die beiden über ein Umschlingungsmittel miteinander verbundenen Scheibenpaare eines Umschlingungsgetriebes mit kontinuierlich veränderbarer Übersetzung sind und die Anpresskraft zwischen den Scheibenpaaren und dem Umschlingungsmittel moduliert wird.
Verfahren nach Anspruch 8, enthaltend folgende Schritte: – Ermitteln der Übersetzung i_var des Umschlingungsgetriebes aus dem Quienten der Drehgeschwindigkeiten ω_SS1 und ω_SS2 der beiden Scheibenpaare, – Tiefpassfiltern der Übersetzung i_var zur Bildung des Wertes i_vartp, – Ermitteln der Drehgeschwindigkeitsdifferenz Δω = ω_SS1 – i_vartpω_SS2, – Bilden des Wertes Δω_mwf = Δω – Δω_mw, wobei Δω_mw gleich der Mittelwert von Δω ist, – Bandpassfiltern des Wertes Δω_mwf zur Bildung des Wertes Δω_bp, – Bilden der Übertragungsgröße durch Tiefpassfiltern oder gleitende Mittelwertbildung des Wertes Δω_bp.
Vorrichtung zum Ermitteln einer eine Übertragungssicherheit zwischen zwei durch Reibeingriff eine Bewegung übertragenden Bauteilen beschreibenden Übertragungsgröße, welche Übertragungsgröße die Übertragungssicherheit durch Reaktion der Bewegungsübertragung auf eine Veränderung der zwischen den in Reibeingriff befindlichen Bauteile wirksamen Anpresskraft beschreibt, welche Vorrichtung enthält: – eine Modulationseinrichtung (20) zum Modulieren der Anpresskraft in einem vorbestimmten Frequenzbereich während der Bewegungsübertragung, – eine Bewegungserfassungseinrichtung (30, 32) zum Erfassen der Veränderung der Bewegungsübertragung während der Modulation der Anpresskraft und – eine wenigstens ein Filter enthaltende Auswerteinrichtung (34) zur Auswertung der Veränderung der Bewegungsübertragung und zur Ermittlung der Übertragungsgröße als Ergebnis der Auswertung unter Einsatz des Verfahrens nach einem der Ansprüche 2 bis 9.