DE102015118807B4

DE102015118807B4 - Verfahren zum Steuern eines stufenlosen Getriebes

Info

Publication number: DE102015118807B4
Application number: DE102015118807.4A
Authority: DE
Inventors: Paul G. Otanez
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2014-11-14
Filing date: 2015-11-03
Publication date: 2022-08-04
Anticipated expiration: 2035-11-04
Also published as: CN105605218A; CN105605218B; US9285031B1; DE102015118807A1

Abstract

Verfahren (200) zum Steuern eines Variators (30) eines stufenlosen Getriebes (100), umfassend:Kombinieren, durch einen Controller (240), eines sich periodisch wiederholenden Erregungssignals (215) und eines Soll-Variatordrehzahlverhältnissignals (205);Ermitteln einer Variatorverhältnisableitung (r) auf der Basis des Soll-Variatordrehzahlverhältnissignals (205), das mit dem Erregungssignal (215) kombiniert ist;Ermitteln eines Variatorsteuerparameters (k 237) auf der Basis der Variatorverhältnisableitung (f); undSenden des Variatorsteuerparameters (k 237) an den Controller (240) und Steuern des Variators (30) in Ansprechen darauf.

Description

Diese Offenbarung betrifft ein stufenloses Getriebe für einen Fahrzeugantriebsstrang und ein diesem zugeordnetes Verfahren und eine diesem zugeordnete Steuerroutine.
Antriebsstränge, die eine Brennkraftmaschine aufweisen, die mit einem stufenlosen oder beliebig fein verstellbaren Getriebe (CVT) gekoppelt ist, können angewandt werden, um Zugkraft in Fahrzeugen bereitzustellen. Ein CVT ist in der Lage, das Antriebs/Abtriebs-Drehzahlverhältnis über einen Bereich zwischen einem minimalen Verhältnis (Übersetzung ins Langsame oder Underdrive) und einem maximalen Verhältnis (Übersetzung ins Schnelle oder Overdrive) stufenlos zu wechseln, wodurch eine beliebig fein verstellbare Auswahl eines Fahrzeugbetriebes ermöglicht wird, die ein bevorzugtes Gleichgewicht von Kraftstoffverbrauch und Kraftmaschinenleistungsvermögen in Ansprechen auf eine Bedienerdrehmomentanforderung erreicht.
Bekannte stufenlose Getriebe vom Riementyp umfassend zwei Riemenscheiben, die jeweils zwei Halbscheiben aufweisen. Ein Riemen läuft zwischen den beiden Riemenscheiben, wobei die zwei Halbscheiben von jeder der Scheiben den Riemen dazwischen einspannen. Ein Reibeingriff zwischen den Halbscheiben jeder Riemenscheibe und den Riemen koppelt den Riemen mit einer jeden der Riemenscheiben, um Drehmoment von einer Riemenscheibe auf die andere zu übertragen. Eine der Riemenscheiben kann als eine antreibende, primäre oder Eingangsriemenscheibe fungieren, so dass die andere Riemenscheibe, d.h. eine angetriebene, sekundäre oder Abtriebsscheibe, angetrieben sein kann. Das Übersetzungsverhältnis ist das Verhältnis von de Drehmoment der angetriebenen Riemenscheibe zu dem Drehmoment der Antriebsriemenscheibe. Das Übersetzungsverhältnis kann gewechselt werden, indem die beiden Halbscheiben von einer der Riemenscheiben enger zueinander bewegt werden, und die zwei Halbscheiben der anderen Riemenscheibe weiter auseinander, was bewirkt, dass der Riemen auf der jeweiligen Riemenscheibe höher oder niedriger läuft.
Bekannte stufenlose Toroidgetriebe umfassen Scheiben und Rollenmechanismen, die Leistung zwischen den Scheiben übertragen. Das stufenlose Toroidgetriebe umfasst zumindest eine Eingangsscheibe, die mit der Kraftmaschine verbunden ist, und eine Ausgangsscheibe, die funktional mit dem Getriebeabtrieb verbunden ist. Die Eingangsscheibe und Ausgangsscheibe definieren einen Hohlraum dazwischen. Der Hohlraum definiert eine Torusoberfläche. Der Rollenmechanismus ist in dem Hohlraum angeordnet und ausgestaltet, um das Drehmomentübertragungsverhältnis zu verändern, wenn der Rollenmechanismus sich über die Toroidfläche hinweg bewegt.
Die EP 2 176 572 B1 offenbart ein Verfahren zum Steuern einer Normalkraft, die in einem Reibungskontakt eines stufenlosen Getriebes des Reibungstyps mit einer drehbaren Eingangswelle und einer drehbaren Ausgangswelle ausgeübt wird. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Erzeugen eines ersten Parametersignals, das Änderungen einer oder eines Verhältnisses oder einer Differenz zwischen einer Drehzahl der Eingangswelle und einer Drehzahl der Ausgangswelle darstellt, Erzeugen eines zweiten Parametersignals, das Änderungen der Normalkraft im Reibungskontakt des Getriebes darstellt, Erzeugen eines dritten Parametersignals, das die Multiplikation des ersten und des zweiten Parametersignals darstellt und dazu proportional ist, und Steuern der Normalkraft im Reibungskontakt in Abhängigkeit von einer Eigenschaft des dritten Parametersignals. Die Eigenschaft des dritten Parametersignals ist dessen Vorzeichen oder das Vorzeichen des fortschreitenden Mittelwerts des dritten Parametersignals, nämlich positiv, negativ oder null bzw. Die Normalkraft wird verringert, wenn das Vorzeichen positiv ist, oder erhöht, wenn das Vorzeichen negativ ist, oder umgekehrt, wobei keine Änderung der Normalkraft bewirkt wird, wenn das dritte Parametersignal null ist oder sich zumindest null nähert. Die Steuerung der Normalkraft wird in Abhängigkeit vom Betrag des dritten Parametersignals oder von dessen fortschreitendem Mittelwert ausgeführt, wobei das Erhöhen oder das Verringern der Normalkraft mit einer Rate ausgeführt wird, die zum Betrag proportional ist. Der Betrag der Normalkraft wird aktiv zu Oszillationen um einen Mittelwert veranlasst.
Aus der EP 1 236 935 B1 ist eine Riemenscheiben-Drucksteuerungseinrichtung für eine stufenlos verstellbare Getriebeeinheit mit Riemen bekannt, die eine antreibende Scheibe und eine nachfolgende Scheibe umfasst, die über einen Riemen mit der antreibenden Scheibe verbunden ist, und die in der Lage ist, kontinuierlich ein Geschwindigkeitsübersetzungsverhältnis durch Veränderung von effektiven Durchmessern der antreibenden Riemenscheibe und der nachfolgenden Riemenscheibe zu verändern. Es wird ein Druckverhältnis zwischen dem Druck der antreibenden Riemenscheibe und dem Druck der nachfolgenden Riemenscheibe und ein Hydraulikdrucksollwert bestimmt. Ein Anregungssignal von einem Anregungsabschnitt wird zu dem bestimmten Hydraulikdrucksollwert addiert, so dass der Druck von entweder der antreibenden Riemenscheibe oder der nachfolgenden Riemenscheibe angeregt wird, und der Druck dieser Riemenscheibe wird basierend auf einem Veränderungszustand des Druckverhältnisses so gesteuert, so dass das Druckverhältnis einen Maximalwert einnimmt. Der Scheibendruck wird derart gesteuert, dass das Druckverhältnis sich einem Punkt annähert, an dem sich der Veränderungsgradient des Druckverhältnisses verändert. Der Gradient des Druckverhältnisses wird periodisch bestimmt, während sich der Riemenscheibendruck ändert; eine Kompensation für einen Zeitverzug wird auf die bestimmten Werte für den Gradienten angewendet wird; und ein Punkt, an dem sich der Gradient verändert, wird basierend auf einem Signal bestimmt, für das der Zeitverzug kompensiert worden ist. Während der Kompensation eines Zeitverzugs wird eine Zeit für die Verzugskompensation entsprechend dem Gradienten zu dieser Zeit festgelegt. Ein Verfahren zum Kompensieren des Zeitverzugs verwendet einen Hochpassfilter, um ein Niederfrequenzsignal abzuschneiden, das zu einem periodisch bestimmten Gradienten gehört, wobei der Veränderungszustand des Druckverhältnisses bestimmt wird, während der Scheibendruck entsprechend einem vorbestimmten Zyklus variiert wird. Der Veränderungszustand des Druckverhältnisses wird bestimmt, während ein antreibendes Drehmoment variiert wird. Der Änderungszustand des Druckverhältnisses wird bestimmt, während ein antreibendes Drehmoment entsprechend einem vorbestimmten Zyklus variiert wird.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein einfacheres, genaueres und schnelleres Verfahren zum Steuern eines Variators eines stufenlosen Getriebes zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ein Verfahren zum Steuern eines Variators eines stufenlosen Getriebes umfasst ein Kombinieren, durch einen Controller, eines sich periodisch wiederholenden Erregungssignals und eines Sollvariator-Drehzahlverhältnissignals. Es wird eine Variatorverhältnisableitung auf der Basis des Sollvariatordrehzahlverhältnissignals, das mit dem Erregungssignal kombiniert ist, ermittelt. Es wird ein Variatorsteuerparameter auf der Basis der Variatorverhältnisableitung ermittelt. Der Variatorsteuerparameter wird an den Controller zum Steuern des Variators in Ansprechen darauf gesendet.
Nun wird eine oder werden mehrere Ausführungsformen beispielhaft anhand der begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:

1 schematisch Bauteile eines Variators eines stufenlosen Getriebes (CVT) vom Riementyp, der eine verbesserte Steuerroutine aufweist, gemäß der Offenbarung veranschaulicht; und
2 schematisch ein Blockdiagramm einer CVT-Steuerroutine, die ein Einführen eines sich wiederholenden Signals in ein Variatorreferenzdrehzahlverhältnis zum Steuern eines CVT-Systems umfasst, gemäß der Offenbarung zeigt.

Nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen die Darstellung allein zum Zweck der Veranschaulichung bestimmter beispielhafter Ausführungsformen und nicht zum Zweck selbige einzuschränken dienen, veranschaulicht 1 schematisch Bauteile eines Variators 30 eines stufenlosen Getriebes (CVT) 100 vom Riementyp, der vorteilhafterweise durch einen Controller 10 gesteuert wird, der in der Lage ist, eine Steuerroutine 200 auszuführen, die unter Bezugnahme auf 2 beschrieben wird. Der Variator 30 überträgt Drehmoment zwischen einem ersten rotierenden Element 51 und einem zweiten rotierenden Element 61, wobei das erste und zweite rotierende Element 51, 61 jeweils mit irgendeiner von einer primären Leistungsquelle, die entweder eine Brennkraftmaschine oder einen Elektromotor/Generator umfasst, und einem Abtriebselement in der Form eines Planetenradsatzes eines Getriebes oder eines Abtriebselements, das mit einem Endantrieb zum Liefern von Traktionsdrehmoment an Fahrzeugantriebsräder gekoppelt ist, drehbar gekoppelt ist. Das erste rotierende Element 51 wird hierin nominell als ein Eingangselement bezeichnet, und das zweite rotierende Element 61 wird hierin nominell als ein Ausgangselement bezeichnet.
Der Variator 30 umfasst eine erste oder primäre Riemenscheibe 36, eine zweite oder sekundäre Riemenscheibe 38 und eine flexible, kontinuierlich drehbare Einrichtung 40, die die erste und zweite Riemenscheibe 36, 38 drehbar koppelt, um Drehmoment dazwischen zu übertragen. Die erste Riemenscheibe 36 ist drehbar an dem Eingangselement 51 angebracht, und die zweite Riemenscheibe 38 ist drehbar an dem Ausgangselement 61 angebracht, und die drehbare Einrichtung 40 ist ausgebildet, um Drehmoment zwischen der ersten und zweiten Riemenscheibe 36, 38 und somit zwischen dem Eingangs- und Ausgangselement 51, 61 zu übertragen. Die erste Riemenscheibe 36 und das Eingangselement 51 rotieren um eine erste Achse 48, und die zweite Riemenscheibe 38 und das Ausgangselement 61 rotieren um eine zweite Achse 46. Die kontinuierlich drehbare Einrichtung 40 kann ein Riemen, eine Kette oder eine andere geeignete flexible, kontinuierliche Einrichtung sein.
Die erste Riemenscheibe 36 ist senkrecht zu der ersten Achse 48 geteilt, um eine ringförmige erste Nut 50 zu definieren, die zwischen einer beweglichen Halbscheibe 52 und einer feststehenden Halbscheibe 54 gebildet ist. Die bewegliche Halbscheibe 52 bewegt oder verlagert sich axial entlang der ersten Achse 48 relativ zu der feststehenden Halbscheibe 54. Zum Beispiel kann die bewegliche erste Halbscheibe 52 an dem Eingangselement 51 über eine Kerbzahnverbindung angebracht sein, wodurch eine axiale Bewegung der beweglichen ersten Halbscheibe 52 entlang der ersten Achse 48 zugelassen wird. Die feststehende erste Halbscheibe 54 ist gegenüber der beweglichen ersten Halbscheibe 52 angeordnet. Die feststehende erste Halbscheibe 54 ist axial an dem Eingangselement 51 entlang der ersten Achse 48 fixiert. Von daher bewegt sich die feststehende erste Halbscheibe 54 nicht in der axialen Richtung der ersten Achse 48. Die bewegliche erste Halbscheibe 52 und die feststehende erste Halbscheibe 54 umfassen jeweils eine erste Nutfläche 54. Die ersten Nutflächen 56 der beweglichen ersten Halbscheibe 52 und der feststehenden ersten Halbscheibe 54 sind einander gegenüberliegend angeordnet, um die ringförmige erste Nut 50 dazwischen zu definieren. Die gegenüberliegenden ersten Nutflächen 56 bilden bevorzugt eine Form eines umgekehrten Kegelstumpfes, so dass eine Bewegung der beweglichen ersten Halbscheibe 52 zu der feststehenden ersten Halbscheibe 54 hin einen Riemenscheiben-Außendurchmesser der ringförmigen ersten Nut 50 vergrößert. Ein Aktor 55 ist mit der ersten Riemenscheibe 36 angeordnet, um eine axiale Position der beweglichen ersten Halbscheibe 52 in Ansprechen auf ein erstes Signal 14 zu steuern, was ein Drängen der beweglichen ersten Halbscheibe 52 zu der feststehenden ersten Halbscheibe 54 hin umfasst. In einer Ausführungsform ist der Aktor 55 eine hydraulisch gesteuerte Einrichtung, und das erste Signal 14 ist ein Hydraulikdrucksignal.
Die zweite Riemenscheibe 38 ist senkrecht zu der zweiten Achse 46 geteilt, um eine ringförmige zweite Nut 62 dazwischen zu definieren. Die ringförmige zweite Nut 62 ist senkrecht zu der zweiten Achse 46 angeordnet. Die zweite Riemenscheibe 38 umfasst eine bewegliche Halbscheibe 64 und eine feststehende Halbscheibe 66. Die bewegliche Halbscheibe 64 bewegt oder verlagert sich axial entlang der zweiten Achse 46 relativ zu der feststehenden Halbscheibe 66. Zum Beispiel kann die bewegliche zweite Halbscheibe 64 an dem Ausgangselement 61 über eine Kerbzahnverbindung angebracht sein, wodurch eine axiale Bewegung der beweglichen zweiten Halbscheibe 64 entlang der zweiten Achse 46 zugelassen wird. Die feststehende zweite Halbscheibe 66 ist gegenüber der beweglichen zweiten Halbscheibe 64 angeordnet. Die feststehende zweite Halbscheibe 66 ist axial an dem Ausgangselement 61 entlang der zweiten Achse 46 fixiert. Von daher bewegt sich die feststehende zweite Halbscheibe 66 nicht in der axialen Richtung der zweiten Achse 46. Die bewegliche zweite Halbscheibe 64 und die feststehende zweite Halbscheibe 66 umfassen jeweils eine zweite Nutfläche 68. Die zweiten Nutflächen 68 der beweglichen zweiten Halbscheibe 64 und der feststehenden zweiten Halbscheibe 66 sind einander gegenüberliegend angeordnet, um dazwischen die ringförmige zweite Nut 62 zu definieren. Die gegenüberliegenden zweiten Nutflächen 68 bilden bevorzugt die Form eines umgekehrten Kegelstumpfes, so dass eine Bewegung der beweglichen zweiten Halbscheibe 64 zu der feststehenden zweiten Halbscheibe 66 hin den Riemenscheiben-Außendurchmesser der ringförmigen zweiten Nut 62 vergrößert. Ein Aktor 65 ist mit der zweiten Riemenscheibe 38 angeordnet, um eine axiale Position der beweglichen zweiten Halbscheibe 64 in Ansprechen auf ein zweites Signal 12 zu steuern, was ein Drängen der beweglichen zweiten Halbscheibe 64 zu der feststehenden zweiten Halbscheibe 66 hin umfasst. In einer Ausführungsform ist der Aktor 65 eine hydraulisch gesteuerte Einrichtung, und das zweite Signal 12 ist ein Hydraulikdrucksignal. Ein Verhältnis von dem Riemenscheiben-Außendurchmessers der ersten Scheibe 36 und dem Riemenscheiben-Außendurchmesser der zweiten Scheibe 38 definiert ein Getriebedrehmomentverhältnis. Weitere Bauteile, wie etwa Kupplungsbaugruppen in der Form von wählbaren Einwegkupplungen und dergleichen können zwischen dem Variator 30 und anderen Antriebsstrang- und Endantriebskomponenten und -systemen angewandt werden.
Der Controller 10 zum Überwachen von Sensoreingängen und zum Steuern des Betriebs von Antriebsstrangbauteilen, die das CVT 100 umfassen, kann außerhalb davon angeordnet sein. Fahrereingabeeinrichtungen, wie etwa ein Gaspedal und ein zugehöriger Gaspedalstellungssensor 45 können überwacht werden, um eine Bedienerdrehmomentanforderung zu ermitteln. Verschiedene Sensoren können zum Erfassen und Liefern von Signalen geeignet positioniert sein. Ein Eingangsdrehzahlsensor 32 kann in der Nähe des Eingangselements 51 montiert sein, um ein Eingangsdrehzahlsignal 33 zu erzeugen. Ein Variatorausgangsdrehzahlsensor 34 kann in der Nähe des Ausgangselements 61 montiert sein, um ein Ausgangsdrehzahlsignal 35 zu erzeugen. Der Variatoreingangsdrehzahlsensor 32 und der Variatorausgangsdrehzahlsensor 34 können jede geeignete eine Drehstellung / eine Drehzahl erfassende Einrichtung, wie etwa ein Hall-Effekt-Sensor, sein. Das Eingangsdrehzahlsignal 33 und das Ausgangsdrehzahlsignal 35 können in dem Controller 10 kombiniert werden, um ein Ist-Variatordrehzahlverhältnis bereitzustellen. Obwohl die Signale von den Sensoren als diskrete Linien gezeigt sind, können sie auf einem gemeinsamen Bus enthalten sein, drahtlos oder über mehrere Leiterkabel oder dergleichen zur Verwendung bei der vorliegenden Offenbarung gesendet werden.
Der Controller 10 kann eine digitale Verarbeitungsfähigkeit umfassen, die ausführbare Steuerroutinen umfasst, die Steuersignale für Aktoren auf der Basis von Eingangssignalen, wie etwa Fahrzeuggeschwindigkeit und Kraftmaschinendrehmoment, ermitteln. Der Controller 10 und ähnliche Begriffe Steuermodul, Modul, Steuerung, Steuereinheit, Prozessor und ähnliche Begriffe, beziehen sich auf eine oder verschiedene Kombinationen eines anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreises / von anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreisen (ASIC), einem elektronischen Schaltkreis/elektronischen Schaltkreisen, einer zentralen Verarbeitungseinheit / zentralen Verarbeitungseinheiten, z.B. eine Mikroprozessor / Mikroprozessoren und zugehörigen Speicher und Ablageeinrichtungen (Nurlese-, programmierbaren Nurlese-, Direktzugriffs-Festplatten- usw. -Speicher), der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme oder Routinen ausführt, einen kombinatorischen logischen Schaltkreis / kombinatorische logische Schaltkreise, eine Eingabe/Ausgabe-Schaltung / Eingabe/Ausgabe-Schaltungen und Einrichtungen, eine Signalaufbereitungs- und -pufferschaltung und andere Komponenten umfasst, um die beschriebene Funktionalität bereitzustellen. Software, Firmware, Programme, Anweisungen, Steuerroutinen, Code, Algorithmen und ähnliche Begriffe bedeuten jegliche von einem Controller ausführbare Anweisungssätze, die Kalibrierungen und Nachschlagetabellen einschließen. Jeder Controller führt eine Steuerroutine / Steuerroutinen aus, um die gewünschten Funktionen vorzusehen, einschließlich eine Überwachung von Eingängen von Erfassungseinrichtungen und anderen vernetzten Controllern und ein Ausführen von Steuerungs- und Diagnoseroutinen zum Steuern des Betriebes von Aktoren. Routinen können in regelmäßigen Intervallen, zum Beispiel alle 100 Mikrosekunden, ausgeführt werden. Eine Nachrichtenübertragung zwischen Controllern und zwischen Controllern, Aktoren und/oder Sensoren kann unter Verwendung einer direkt verdrahteten Verbindung, einer vernetzten Kommunikationsbusverbindung, einer drahtlosen Verbindung oder irgendeiner anderen geeigneten Kommunikationsverbindung bewerkstelligt werden. Die CVT-Steuerroutine 200 ist als eine oder eine Mehrzahl von Bauteilen des Controllers 10 implementiert, das bzw. die unter Bezugnahme auf 1 gezeigt ist / sind, wobei eine ausführliche Beschreibung in 2 angegeben ist.
2 zeigt schematisch ein Blockdiagramm einer CVT-Steuerroutine 200, die beim Steuern eines CVT-Systems, z.B. einer Ausführungsform des unter Bezugnahme auf 1 gezeigten CVT 100, angewandt werden kann. Insgesamt umfasst die CVT-Steuerroutine 200 ein Einführen eines sich periodisch wiederholenden Signals in ein Variatorreferenzdrehzahlverhältnis und ein Zerlegen des Ergebnisses in einen analytischen Ausdruck. Das sich periodisch wiederholende Signal, das in das Variatorreferenzdrehzahlverhältnis eingeführt wird, ist in einer Ausführungsform und wie es hierin beschrieben wird, sinusförmig, kann aber jegliche geeignete Form annehmen, um einen Verhältniswechselkoeffizienten k zum Steuern des Betriebes des CVT 100, das die CVT-Steuerroutine 200, die hierin beschrieben wird, anwendet, zu ermitteln.
Die CVT-Steuerroutine 200 berechnet analytisch eine Variatorverhältnisableitung ṙ, die mit einer Verschiebekraft Fshift angewandt wird, um einen Verhältniswechselkoeffizienten k zum Steuern des Betriebes des CVT 100 in Ansprechen auf eine Bedienerdrehmomentanforderung zu berechnen. Die sinusförmige Erregung an dem Drehzahl- oder Drehmomentverhältnis des Variators des CVT 100 wird eingeführt, um das Verhältnis der Verhältniswechselrate und das Gleichgewicht der primären / sekundären Riemenscheibenkräfte für unterschiedliche Bedingungen zu berechnen, was zulässt, dass die Variatorverhältnisableitung ermittelt werden kann, ohne auf eine verrauschte Differenzierung von digitalen Signalfiltern und / oder Schätzern zurückzugreifen. Dies wird bewerkstelligt, indem vorteilhafterweise die Variatorverhältnisableitung des sich periodisch wiederholenden Erregungssignals berechnet wird, wobei die Frequenzzusammensetzung des gemessenen Verhältnisses angewandt wird. In einer Ausführungsform wird die Frequenzzusammensetzung des gemessenen Verhältnisses unter Verwendung einer diskreten Fouriertransformation (FFT) erhalten. Alternativ wird eine Mehrzahl von Sinuskurven mit unterschiedlichen Frequenzen und Phasen verwendet. Diese Berechnung wird dann durch die Verschiebekraft Fshift als eine Funktion der gemessenen oder berechneten primären und sekundären Kräfte an den Riemenscheiben des Variators dividiert. Die Division ergibt einen Drehmoment- oder Drehzahlverhältnisratenkoeffizienten, der für unterschiedliche Betriebsbedingungen des Variators charakterisiert ist, die Drehzahlverhältnis, Eingangs/Ausgangsdrehzahl, primäre / sekundäre Kräfte, Drehmomentverhältniskoeffizient, Temperatur, Reibungskoeffizient zwischen Riemen/Kette und Scheiben, Lebensdauer oder Reinheit des Getriebefluids neben anderen Bedingungen einschließen, aber nicht darauf beschränkt sind.
Die CVT-Steuerroutine 200 umfasst einen Signalgenerator 210, einen Verhältniswechselkoeffizientengenerator 230 und einen Controller 240, um einen primären Druckbefehl 241 und einen sekundären Druckbefehl 243 zu ermitteln, die beide angewandt werden, um den Betrieb des CVT 100 in Ansprechen auf ein Soll-Variatordrehzahlverhältnis (VSR) 205 zu steuern.
Ein CVT-Steuerparameter in der Form des Soll-VSR 205 wird auf der Basis von überwachten und geschätzten Betriebsbedingungen, die mit der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Kraftmaschinendrehmoment in Beziehung stehen, ermittelt. Das Soll-VSR 205 ist ein Verhältnis zwischen Getriebeeingangsdrehzahl und Getriebeausgangsdrehzahl, das beim Steuern von Drücken von einer oder beiden primären Riemenscheibe 36 und sekundären Riemenscheibe 38 des CVT 100 angewandt wird. Ein Steuern von Drücken von einer oder beiden von der primären Riemenscheibe 36 und der sekundären Riemenscheibe 38 des CVT 100, das unter Bezugnahme auf 1 beschrieben ist, kann erreicht werden, indem das erste und zweite Signal 14, 12 gesteuert werden, um notwendige Drücke an den ersten und zweiten Aktor 55, 65 anzulegen, um das Soll-VSR 205 zu bewirken, wobei die notwendigen Drücke bevorzugt in der Form des primären Druckbefehls 241 und des sekundären Druckbefehls 243 vorliegen.
Der Sinussignalgenerator 210 erzeugt ein sinusförmiges VSR-Signal 215, das zu dem Soll-VSR 205 unter Anwendung eines Addierers 220 addiert wird, um ein kombiniertes VSR-Signal 221 zu erzeugen, wobei das sinusförmige VSR-Signal 215 einen Betrag aufweist, der in einer Ausführungsform +/- etwa 5% des maximalen Werts für das Soll-VSR 205 bei einer bekannten Frequenz f₁ beträgt. Das kombinierte VSR-Signal 221 und das gegenwärtig gemessene Ist-Variatordrehzahlverhältnis 251 werden als Eingänge in den Verhältniswechselkoeffizientengenerator 230 und den Controller 240 bereitgestellt.
Der Verhältniswechselkoeffizientengenerator 230 wendet eines von dem kombinierten VSR-Signal 221 oder dem gegenwärtig gemessenen Ist-Variatordrehzahlverhältnis 251 an, um periodisch einen Wert für einen Verhältniswechselkoeffizienten k 237 auf der Basis von überwachten CVT-Betriebssignalen zu ermitteln und zu aktualisieren, die eine primäre Riemenscheibenkraft oder einen primären Riemenscheibendruck F_prim 231, eine sekundäre Riemenscheibenkraft oder einen sekundären Riemenscheibendruck F_sec 231, der einer befohlenen sekundären Verschiebekraft zum Steuern des Variators entspricht, und einem Verhältniswechselkoeffizienten kpks 235, der ein Verhältnis von F_prim und F_sec darstellt, das die Kraft von dem Hydraulikdruck und die Kraft von dem Fliehkraftdruck und Federkraft berücksichtigt. Der Verhältniswechselkoeffizient kpks 235 steht mit dem Variatordrehzahlverhältnis und einem Variatordrehmomentkapazitätsverhältnis in Beziehung und hängt von Eingangsdrehmoment, Eingangsdrehzahl, Ausgangsdrehzahl, Getriebefluidtemperatur, Getriebefluidqualität und anderen Faktoren ab.
Eines von dem kombinierten VSR-Signal 221 und dem gegenwärtig gemessenen Ist-Variatordrehzahlverhältnis 251 kann angewandt werden, um eine Gleichung in der folgenden Form unter Verwendung einer Analyse mittels schneller Fouriertransformation (FFT) zu entwickeln. $r = a_{1} cos (2 π f_{1} t + φ_{1}) + a_{2} cos (2 π f_{2} t + φ_{2}) + \dots$
wobei:

r ein ausgewähltes von entweder dem kombinierten VSR-Signal 221 oder dem gegenwärtig gemessenen Ist-Variatordrehzahlverhältnis 251 darstellt;
a₁, a₂, ... Koeffizienten sind, die Beträgen der damit in Beziehung stehenden Signale zugeordnet sind;
f₁, f₂, ... Frequenzen der damit in Beziehung stehenden Signale sind, und
φ₁, φ₂, ... Phasenverschiebungen sind, die den damit in Beziehung stehenden Signalen zugeordnet sind.

Das berechnete Verhältnis aus Verhältniswechselrate und einem Gleichgewicht von primären und sekundären Riemenscheibenkräften kann für unterschiedliche Bedingungen ermittelt werden, indem Nutzen aus der Tatsache gezogen wird, dass die Erregung, z.B. das kombinierte VSR-Signal 221, eine sinusförmige Komponente aufweist. Dies umfasst ein Ermitteln einer Ableitung des kombinierten VSR-Signals 221, d.h. ein Ermitteln einer Variatorverhältnisableitung ṙ. Die Frequenzzusammensetzung des ausgewählten Verhältnisses wird angewandt, um die Variatorverhältnisableitung ṙ zu berechnen, was die folgende Form annimmt: $\dot{r} = k (Fshift)$
$\dot{r} = k (F_{prim} - {kpksF}_{sec})$
$k = \frac{\dot{r}}{(F_{prim} - {kpksF}_{sec})}$
wobei:

F_prim die primäre Riemenscheibenkraft oder der primäre Riemenscheibendruck 231 ist;
F_sec die sekundäre Riemenscheibenkraft oder der sekundäre Riemenscheibendruck 233 ist, der einer befohlenen sekundären Verschiebekraft zum Steuern des Variators entspricht,
kpks ein empirischer Koeffizient 235 ist, der ein Verhältnis von F_prim und F_sec darstellt, das Kraft aus Hydraulikdruck, Kraft aus Fliehkraftdruck und Federkraft berücksichtigt; und
k der Verhältniswechselkoeffizient ist.

Die Variatorverhältnisableitung ṙ kann als eine Ableitung von Gleichung 1 oben ermittelt werden, was zu folgendem führt. $\dot{r} = a_{1} 2 π f_{1} sin (2 π f_{1} t + φ_{1}) + a_{2} 2 π f_{2} cos (2 π f_{2} t + φ_{2}) + \dots$
In einer Ausführungsform wird die Frequenzzusammensetzung unter Verwendung einer diskreten Fouriertransformation (FFT) erhalten. Alternativ wird eine Reihe von Sinuskurven bei unterschiedlichen Frequenzen und Phasen und eine Korrelation verwendet, um die Frequenzzusammensetzung zu ermitteln. Diese Berechnung wird durch die Verschiebekraft als eine Funktion der gemessenen oder berechneten primären und sekundären Kräfte an den Riemenscheiben des Variators dividiert, um den Verhältniswechselkoeffizienten k 237 zu ermitteln, der als Eingang für den Controller 240 bereitgestellt wird.
Der Controller 240 ermittelt den primären Druckbefehl 241 und den sekundären Druckbefehl 243, die beide angewandt werden, um den Betrieb des CVT 100 in Ansprechen auf den Soll-VSR-Befehl 205, ein befohlenes Kraftmaschinendrehmoment 223, eine Bedienerdrehmomentanforderung 225 und das gegenwärtig gemessene Ist-Variatordrehzahlverhältnis 251 zu steuern, das auf der Basis von gemessenen Drehzahlen von dem Variator des CVT 100 ermittelt wird, welche das Eingangsdrehzahlsignale 33 und das Ausgangsdrehzahlsignal 35 umfassen. Die Bedienerdrehmomentanforderung 225 beruht auf Information, die Fahrerinformation einschließt, wie etwa eine Bedienerdrehmomentanforderung über einen Gaspedalstellungssensor 45, wie es gezeigt ist. Andere Eingänge können Fahrzeuginformation umfassen, wie etwa die gegenwärtige Fahrzeuggeschwindigkeit.
Der Controller 240 ermittelt den primären Druckbefehl 241 und den sekundären Druckbefehl 243, um Aktoren des CVT 100 auf der Basis der Variatorverhältnisableitung ṙ unter Verwendung der folgenden Beziehung zu steuern: $\dot{r} = k (VSR, ω_{p}) * [F_{prim} - kpks (VSR, TCR) F_{sec}]$
wobei:

k der Verhältniswechselkoeffizient 237 ist;
kpks der Verhältniswechselkoeffizient 235 ist, der mit dem Variatordrehzahlverhältnis und einem Variatordrehmomentkapazitätsverhältnis in Beziehung steht und von Eingangsdrehmoment, Eingangsdrehzahl, Ausgangsdrehzahl, Getriebefluidtemperatur, Getriebefluidqualität und anderen Faktoren abhängt;
VSR der Soll-VSR-Befehl 205 ist;
ω_p die Eingangsdrehzahl ist; und
TCR ein Drehmomentkapazitätsfaktor für das CVT ist.

Die notwendigen Anpassungen, die erforderlich sind, um den primären Druckbefehl 241 und den sekundären Druckbefehl 243 zu bewirken, werden angewandt, um das CVT 100 zu steuern. Dies umfasst, dass der Controller 10 ein erstes und zweites Signal 14, 12 sendet, um den ersten und zweiten Aktor 55, 65 auf der Basis davon anzusteuern und somit die bewegliche Halbscheibe 52 der ersten Riemenscheibe 36 und die bewegliche Halbscheibe 64 der zweiten Riemenscheibe 38 zu bewegen, wie es oben beschrieben ist. Diese Bewegung bewirkt einen Wechsel, der einen Wechsel in einer Drehmomentübertragung über den Variator des CVT 100 hinweg bewirkt.
Alternativ kann das gegenwärtig gemessene Ist-Variatordrehzahlverhältnis 251 von dem Verhältniswechselkoeffizientengenerator 230 angewandt werden, um periodisch einen Wert für den Verhältniswechselkoeffizienten k 237 auf der Basis von überwachten CVT-Betriebssignalen zu ermitteln und zu aktualisieren, wobei der Controller 240 den primären Druckbefehl 241 und den sekundären Druckbefehl 243 ermittelt, um den Betrieb des CVT 100 in Ansprechen auf den Soll-VSR-Befehl 205, das befohlene Kraftmaschinendrehmoment 223, die Bedienerdrehmomentanforderung 225 und das gegenwärtig gemessene Ist-Variatordrehzahlverhältnis 251 zu steuern.
Die hier in beschriebene CVT-Steuerroutine 200 verwendet primäre und sekundäre Druckmessungen, um eine Beziehung zwischen Verschiebekräften und einer Verhältniswechselrate bei unterschiedlichen Bedingungen zu ermitteln. Der zugehörige Algorithmus umfasst ein Einführen einer sinusförmigen Erregung in das Drehzahl- oder Drehmomentverhältnis des Variators des CVT, um ein Verhältnis von einer Verhältnisrate und einem Gleichgewicht von primären / sekundären Riemenscheibenkräften für unterschiedliche Bedingungen zu berechnen. Somit ermittelt die CVT-Steuerroutine 200 eine Variatorverhältnisableitung, ohne auf eine verrauschte Differenzierung von Signalfiltern und Schätzern zurückzugreifen. Dies wird bewerkstelligt, indem die Frequenzkomponente angewandt wird, die in das Erregungssignal eingeführt wird, welches das Soll-Drehzahlverhältnis umfasst, um die Variatorverhältnisableitung zu berechnen. In einer Ausführungsform wird die Frequenzzusammensetzung unter Verwendung einer diskreten FFT beschafft, und in einer anderen wird eine Reihe von Sinuskurven mit unterschiedlichen Frequenzen und Phasen verwendet. Diese Berechnung wird dann durch das Kraftgleichgewicht der primären / sekundären Kräfte an den Riemenscheiben des Variators dividiert. Die Division ergibt einen Verhältnisratenkoeffizienten, der für unterschiedliche Betriebsbedingungen des Variators charakterisiert ist. Die Vorzüge der Verfahrensweise sind ein einfacheres, genaueres, schnelleres Verfahren, um das Verhältnis von dem Verhältnis zu dem Gleichgewicht der primären und sekundären Kräfte in dem Variator des CVT in Beziehung zu setzen.

Claims

Verfahren (200) zum Steuern eines Variators (30) eines stufenlosen Getriebes (100), umfassend: Kombinieren, durch einen Controller (240), eines sich periodisch wiederholenden Erregungssignals (215) und eines Soll-Variatordrehzahlverhältnissignals (205); Ermitteln einer Variatorverhältnisableitung (r) auf der Basis des Soll-Variatordrehzahlverhältnissignals (205), das mit dem Erregungssignal (215) kombiniert ist; Ermitteln eines Variatorsteuerparameters (k 237) auf der Basis der Variatorverhältnisableitung (f); und Senden des Variatorsteuerparameters (k 237) an den Controller (240) und Steuern des Variators (30) in Ansprechen darauf.
Verfahren (200) nach Anspruch 1, wobei das Kombinieren des sich periodisch wiederholenden Erregungssignals (215) und des Soll-Variatordrehzahlverhältnissignals (205) ein Kombinieren eines sinusförmigen Erregungssignals (215) und des Soll-Variatordrehzahlverhältnissignals (205) umfasst.
Verfahren (200) nach Anspruch 2, wobei das Kombinieren des sinusförmigen Erregungssignals (215) ein Einführen eines sinusförmigen Signals, das einen Betrag aufweist, der +/- 5% eines maximalen Werts für das Soll-Variatordrehzahlverhältnissignal (205) beträgt, in das Soll-Variatordrehzahlverhältnissignal (205) umfasst.
Verfahren (200) nach Anspruch 1, wobei das Ermitteln einer Variatorverhältnisableitung (f) auf der Basis des Soll-Variatordrehzahlverhältnissignals (205), das mit dem Erregungssignal (215) kombiniert ist, das Vornehmen einer Ableitung nach der Zeit des Soll-Variatordrehzahlverhältnissignals (205), das mit dem Erregungssignal (215) kombiniert ist, umfasst.
Verfahren (200) nach Anspruch 1, wobei der Variator (30) einen Variator mit Riemenantrieb umfasst, der eine erste und zweite Riemenscheibe (36, 38) umfasst, die über eine drehbare Einrichtung (40) drehbar gekoppelt sind, umfassend einen ersten Aktor (55), der funktional mit einer beweglichen Halbscheibe (52) der ersten Riemenscheibe (36) verbunden ist, und einen zweiten Aktor (65), der funktional mit einer beweglichen Halbscheibe (64) der zweiten Riemenscheibe (38) verbunden ist; und wobei das Senden des Variatorsteuerparameters (k) an den Controller (240) und das Steuern des Variators (30) in Ansprechen darauf ein Steuern des ersten und zweiten Aktors (55, 65) zur Steuerung axialer Positionen der beweglichen Halbscheiben (52, 64) der ersten und zweiten Riemenscheibe (36, 38) des Variators (30) umfasst.
Verfahren (200) nach Anspruch 1, das ferner ein Ermitteln des Soll-Variatordrehzahlverhältnisses (205) in Ansprechen auf eine Bedienerdrehmomentanforderung (225) umfasst.
Verfahren (200) nach Anspruch 6, das ferner ein Ermitteln des Soll-Variatordrehzahlverhältnisses (205) in Ansprechen auf die Bedienerdrehmomentanforderung (225) und einen Drehmomentausgang von dem stufenlosen Getriebe (100) umfasst.