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TECHNISCHES GEBIET
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Diese Offenbarung betrifft ein stufenloses Getriebe für einen Fahrzeugantriebsstrang sowie ein entsprechendes Verfahren und eine entsprechende Steuerroutine.
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HINTERGRUND
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Fahrzeugantriebe mit einem Verbrennungsmotor, die mit einem stufenlosen oder unendlich variablen Getriebe (CVT) gekoppelt sind, können eingesetzt werden, um in Fahrzeugen eine Zugkraft bereitzustellen. Ein CVT ist fähig, eine Antriebs-/Abtriebsdrehzahlübersetzung über eine Spanne zwischen einem minimalen (Abwärts-) und einem maximalen (Aufwärts-)Verhältnis zu verändern, so dass eine unendlich variable Auswahl eines Motorbetriebs gestattet wird, welche ein Sollgleichgewicht des Kraftstoffverbrauchs und der Motorleistung als Reaktion auf eine Abtriebsdrehmomentanfrage erzielt.
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Bekannte kettenartige stufenlose Getriebe beinhalten zwei Riemenscheiben mit jeweils zwei Scheiben. Eine Kette läuft zwischen den beiden Riemenscheiben, worin die beiden Scheiben der Riemenscheiben die Kette einklemmend umgeben. Durch einen Reibrollen-Dauereingriff zwischen den Scheiben der Riemenscheiben und der Ketten wird die Kette an jeder der Riemenscheiben zum Übertragen von Drehmomenten von einer Riemenscheibe zur anderen verbunden. Eine der Riemenscheiben kann dabei als Antriebs- oder Antriebsriemenscheibe wirken und die andere als angetriebene oder Abtriebsriemenscheibe. Die Getriebeübersetzung ist das Verhältnis zwischen dem Drehmoment der angetriebenen Riemenscheibe auf das Drehmoment der Antriebsriemenscheibe. Die Getriebeübersetzung kann durch das Zusammendrücken der beiden Scheiben eines der Riemenscheiben und das Auseinanderdrücken der beiden Scheiben der anderen Riemenscheibe verändert werden, wodurch sich die Kette höher oder niedriger auf der jeweiligen Riemenscheibe bewegt.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein Antriebsstrangsystem, das einen internen Verbrennungsmotor, der drehbar mit einem Variator eines stufenlosen Getriebes (CVT) verbunden ist, beinhaltet, wird hierin beschrieben. Ein Verfahren zum Steuern des CVT beinhaltet das Bestimmen einer Ist-Drehzahlübersetzung, einer gewünschten Drehzahlübersetzung und einer befohlenen Drehzahlübersetzung. Eine Änderungsrate der Gesamtdrehzahlübersetzung wird basierend auf der Ist-Drehzahlübersetzung bestimmt, die gewünschte Drehzahlübersetzung, die befohlene Drehzahlübersetzung und eine befohlene Drehzahlübersetzungsbahn werden basierend auf der gewünschten Drehzahlübersetzung und der befohlenen Drehzahlübersetzung bestimmt. Ein Koeffizient der Verhältnisänderung und ein Faktor der Kraftübersetzung werden basierend auf der befohlenen Drehzahlübersetzungsbahn und einer Schaltkraft basierend auf der Änderungsrate der Gesamtdrehzahlübersetzung und dem Koeffizienten der Verhältnisänderung bestimmt. Eine Primärscheibenkraft und eine Sekundärscheibenkraft für das CVT werden basierend auf der Schaltkraft und dem Faktor der Kraftübersetzung gesteuert.
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Die genannten Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung gehen deutlich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung von einigen der besten Arten und weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, hervor.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Im Folgenden werden exemplarisch eine oder mehrere Ausführungsformen mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben, in welchen:
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1 schematisch Elemente eines Antriebsstrangsystems darstellt, das einen internen Verbrennungsmotor beinhaltet, der drehbar mit einem stufenlosen Getriebe (CVT) über einen Drehmomentwandler und ein Getriebe, gemäß der Offenbarung, verbunden ist;
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2 schematisch Elemente eines Variators eines kettenartigen CVT, gemäß der Offenbarung, darstellt; und
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3 schematisch ein Blockdiagramm eines Steuerprogramms der Drehzahlübersetzung darstellt, die zum Steuern einer Drehzahlübersetzung eines Variators in einem CVT, gemäß der Offenbarung, verwendet werden kann.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Bezugnehmend auf die Zeichnungen, wobei die Darstellungen zur Veranschaulichung bestimmter beispielhafter Ausführungsformen und nicht zum Begrenzen der selbigen Zwecke bestimmt sind, wobei 1 schematisch Elemente eines Antriebsstrangsystems 100 darstellt, das einen internen Verbrennungsmotor (Motor) 110 beinhaltet, der drehbar an ein stufenloses Getriebe (CVT) 140 über einen Drehmomentwandler 120 und ein Getriebegehäuse 130 verbunden ist. Das Antriebsstrangsystem 100 ist über ein Antriebssystem 150 mit einem Fahrzeugreifen 160 zum Bereitstellen von Zugkraft verbunden, wenn es in einem Fahrzeug angewendet wird. Der Betrieb des Antriebsstrangsystems 100 wird als Reaktion auf Fahrerbefehle und andere Faktoren durch ein Steuersystem 10 überwacht und gesteuert.
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Der Motor 110 kann jeder geeignete interne Verbrennungsmotor sein, der in der Lage ist, Kohlenwasserstoff-Brennstoff in mechanische Energie zum Erzeugen von Drehmoment als Reaktion auf die Steuerbefehle aus dem Steuersystem 10 umzuwandeln. Der Drehmomentwandler 120 ist eine Vorrichtung, die eine Flüssigkeitskupplung zwischen dessen Eingangs- und Abtriebselement zum Übertragen von Drehmoment bereitstellt und vorzugsweise eine Pumpe 122 beinhaltet, die mit dem Motor 110 verbunden ist sowie eine Turbine 124, die über das Abtriebselement mit dem Getriebe 130 verbunden ist und eine Drehmomentwandlerkupplung 126, die die Drehung der Pumpe 122 und Turbine 124 feststellt, die durch das Steuersystem 10 steuerbar ist. Das Abtriebselement des Drehmomentwandlers 120 verbindet sich drehbar mit dem Getriebe 130, das verzahnte Zahnräder oder andere geeignete Getriebemechanismen beinhaltet, die Abwärtsgetriebe zwischen dem Drehmomentwandler 120 und dem CVT 140 bereitstellen. Alternativ kann das Getriebe 130 eine andere geeignete Getriebekonfiguration zum Bereitstellen von Verzahnung zwischen dem Motor 110, dem Drehmomentwandler 120 und dem CVT 140 sein, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf, beispielsweise eine Kettenantrieb-Getriebekonfiguration oder eine Planetengetriebekonfiguration. In alternativen Ausführungsformen können entweder beide oder ein Drehmomentwandler 120 und das Getriebe 130 weggelassen werden.
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Das Getriebe 130 beinhaltet ein Abtriebselement, das drehbar mit dem CVT 140 über ein Antriebselement 51 verbunden ist. Eine Ausführungsform des CVT 140 wird mit Bezug auf 2 beschrieben. Ein Abtriebselement 61 des CVT 140 ist drehbar mit dem Antriebssystem 150 verbunden, das drehbar mit den Fahrzeugrädern 160 über eine Achse, eine Halbwelle oder ein anderes geeignetes Element zur Drehmomentübertragung verbunden ist. Das Antriebssystem 150 kann einen Differenzialzahnradsatz, einen Kettentantriebsgetriebesatz oder eine andere geeignete Anordnung von Getrieben zum Übertragen von Drehmoment mit einem oder mehreren Fahrzeugrädern 160 beinhalten.
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Das Antriebsstrangsystem 100 beinhaltet bevorzugt eine oder mehrere Sensorgeräte zur Überwachung von Drehzahlen verschiedener Geräte, einschließlich beispielsweise einem Motordrehzahlsensor 112, einem Sensor für die Turbinengeschwindigkeit des Drehmomentwandlers 125, einem Sensor für Antriebsgeschwindigkeit des CVT-Variators 32, einem Sensor für Abtriebsgeschwindigkeit des CVT Variators 34 und einem Radgeschwindigkeitssensor 162. Jeder der vorher genannten Geschwindigkeitssensoren kann jedes geeignete Drehstellungs-/Drehzahlmessgerät, wie etwa ein Hall-Effekt-Sensor, sein. Jeder der genannten Geschwindigkeitssensoren kommuniziert mit dem Steuerungssystem 10. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff ‘Geschwindigkeit’ und ähnliche Begriffe auf eine Drehzahl eines rotierenden Elementes, soweit nicht ausdrücklich anderweitig angegeben. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff ‘Position’ und ähnliche Begriffe auf eine Dreh- oder Winkelposition eines rotierenden Elementes, soweit nicht ausdrücklich anderweitig angegeben.
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Das Steuersystem 10 beinhaltet vorzugsweise ein oder mehrere Steuerungen 12 und eine Benutzeroberfläche 14. Eine einzelne Steuerung 12 wird zur Vereinfachung der Darstellung angezeigt. Die Steuerung 12 kann eine Vielzahl von Steuerungsvorrichtungen beinhalten, worin jede Steuerung 12 im Zusammenhang mit der Überwachung und Steuerung eines einzelnen Systems steht. Dies kann ein Motorsteuergerät (ECM) zur Steuerung des Motors 110 und eine Getriebesteuerung (TCM) zur Steuerung des CVT 140 und zur Überwachung und Steuerung eines einzelnen Subsystems beinhaltet, beispielsweise eine Drehmomentwandlerkupplung. Die Steuerung 12 beinhaltet bevorzugt ein Speichergerät 11, das ausführbare Befehlssätze enthält. Die Benutzeroberfläche 14 kommuniziert mit und überwacht Bedienereingabegeräte, einschließlich beispielsweise einem Gaspedal 15, einem Bremspedal 16 und einem Getriebegangwahlhebel 17. Die Benutzeroberfläche 14 bestimmt eine Drehmomentanfrage eines Bedieners basierend auf den erwähnten Bedienereingängen. In einer Ausführungsform beinhaltet der Getriebegangwahlhebel 17 eine Hoch-Tipp-/Runter-Tipp-Funktion, wodurch ein Fahrer manuell eine Getriebeübersetzung auswählen kann und somit eine Getriebesteuerung außer Kraft setzen kann. Ein Hoch-Tipp-Befehl resultiert in einem Befehl an den CVT 140 zum Erhöhen dessen Getriebeübersetzung, das durch Erhöhen einer Drehzahlübersetzung im CVT 140 erzielt wird. Ein Runter-Tipp-Befehl resultiert in einen Befehl an den CVT 140, die Getriebeübersetzung durch Verringern der Drehzahlübersetzung im CVT 140 zu erhöhen.
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Die Begriffe Steuerung, Steuermodul, Modul, Steuereinheit, Prozessor und Ähnliches beziehen sich auf eine oder mehrere Kombinationen einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung(en) (ASIC), elektronischer Schaltkreise(n), Zentraleinheit(en), wie z. B. Mikroprozessor(en) und mit diesen verbundene nicht-transitorische Speicherkomponenten in Form von Speichern und Speichergeräten (Lesespeicher, programmierbare Lesespeicher, Direktzugriff, Festplatte usw.). Die nicht-transitorische Speicherkomponente ist in der Lage maschinenlesbare Anweisungen in der Form von einem oder mehreren Software- oder Firmware-Programmen oder -Routinen, kombinatorischen Logikschaltung(en), Eingangs-/Ausgangsschaltung(en) und -Vorrichtungen, Signalaufbereitungs- und Pufferschaltungen und anderen Komponenten zu speichern, auf die durch einen oder mehrere Prozessoren zugegriffen werden kann, um eine beschriebene Funktionalität bereitzustellen. (Eine) Eingangs-/Ausgangsschaltung(en) und -vorrichtungen beinhalten Analog-/Digitalwandler und damit in Zusammenhang stehende Geräte, die Eingaben von Sensoren überwachen, wobei derartige Eingaben bei einer vorgegebenen Abtastfrequenz oder als Reaktion auf einen Auslösevorgang überwacht werden. Software, Firmware, Programme, Anweisungen, Steuerprogramme, Code, Algorithmen und ähnliche Begriffe beziehen sich auf jedwede von einer Steuerung ausführbare Befehlssätze, wie Kalibrierungen und Nachschlagetabellen. Jede Steuerung führt ein Programm bzw. Programme aus, um die gewünschten Funktionen bereitzustellen, die ein Überwachen von Eingaben von Sensorgeräten und anderen vernetzten Steuerungen und ein Ausführen von Steuer- und Diagnoseanweisungen beinhalten, um den Betrieb von Stellgliedern zu steuern. Die Programme können in regelmäßigen Intervallen ausgeführt werden, wie beispielsweise während des laufenden Betriebs alle 100 Mikrosekunden. Alternativ können Programme als Reaktion auf einen Auslösevorgang ausgeführt werden. Die Kommunikation kann zwischen den Reglern und zwischen Reglern, Stellgliedern und/ oder Sensoren über einer Direktverkabelung, eine vernetzte Kommunikationsbus-Verbindung, eine drahtlose Verbindung oder jede andere geeignete Netzkommunikationsleitungsverbindung bewerkstelligt werden. Die Kommunikation beinhaltet den Austausch von Datensignalen in jeder geeigneten Form, einschließlich beispielsweise von elektrische Signalen, die über ein leitendes Medium, elektromagnetischen Signalen über die Luft, optischen Signale über Lichtwellenleiter und dergleichen, weitergeleitet werden. Datensignale können Signale beinhalten, die Eingänge von Sensoren darstellen, Signale, die Befehle von Stellgliedern darstellen und Kommunikationssignale zwischen Steuerungen beinhalten. Der Begriff „Modell” bezieht sich auf einen prozessorbasierten oder einen mittels des Prozessors ausführbaren Code und der zugehörigen Kalibrierung, die die physische Existenz einer Vorrichtung oder eines physikalischen Prozesses simuliert. Wie hierin verwendet, beschreibt der Begriff „dynamisch” Schritte oder Prozesse, die in Echtzeit ausgeführt werden und durch das Überwachen oder sonstiges Ermitteln von Parameterzuständen und dem regelmäßigen oder periodischen Aktualisieren von Parameterzuständen beim Ausführen eines Programms oder zwischen Wiederholungen beim Ausführen des Programms gekennzeichnet sind.
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2 stellt schematisch Elemente eines Variators 30 eines kettenartigen stufenlosen Getriebes (CVT) 140 dar, das vorteilhafterweise durch eine Steuerung 12 kontrolliert wird. Der Variator 30 überträgt Drehmoment zwischen dem ersten Drehelement 51 und dem zweiten Drehelement 61. Das erste Drehelement 51 wird im Folgenden namentlich als Antriebselement 51 bezeichnet, und das zweite Drehelement 61 wird namentlich im Folgenden als Abtriebselement 61 bezeichnet.
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Der Variator 30 beinhaltet eine erste oder Primärscheibe 36, eine zweite oder Sekundärscheibe 38 und eine flexible kontinuierliche drehbare Vorrichtung 40, die rotierend mit den ersten und zweiten Riemenscheiben 36, 38 verbunden ist, um dazwischen Drehmoment zu übertragen. Die erste Riemenscheibe 36 ist drehbar am Antriebselement 51 und die zweite Riemenscheibe 38 ist drehbar am Abtriebselement 61 befestigt und die drehbare Vorrichtung 40 wird so angepasst, dass Drehmoment zwischen den ersten und zweiten Riemenscheiben 36, 38 und damit zwischen Eingangs- und Abtriebselement 51, 61 übertragen wird. Die erste Riemenscheibe 36 und das Antriebselement 51 drehen sich um eine erste Achse 48, und die zweite Riemenscheibe 38 und das Abtriebselement 61 drehen sich um eine zweite Achse 46. Die kontinuierlich drehbare Vorrichtung 40 kann ein Riemen, eine Kette oder eine andere geeignete flexible kontinuierliche Vorrichtung sein. Der Eingangsgeschwindigkeitssensor 32 kann nahe dem Antriebselement 51 zum Erzeugen einer CVT-Eingabegeschwindigkeit 33 angebracht werden, die eine Geschwindigkeit der ersten Eingangsriemenscheibe 36 betrifft und der Ausgangsgeschwindigkeitssensor 34 kann nahe dem Abtriebselement 61 zum Erzeugen einer CVT-Abtriebsdrehzahl 35 angebracht werden, die eine Geschwindigkeit der zweiten Ausgangsriemenscheibe 38 betrifft. Eine der ersten und zweiten Riemenscheiben 36, 38 wirkt als übersetzungsbildende Riemenscheibe zum Herstellen einer Drehzahlübersetzung und die andere der ersten und zweiten Riemenscheiben 36, 38 wirkt als Klemmriemenscheibe zum Erzeugen ausreichender Klemmkraft, um Drehmoment dazwischen zu übertragen. Wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff ‘Drehzahlübersetzung’ auf eine Drehzahlübersetzung des Variators, das ein Verhältnis einer CVT-Abtriebsdrehzahl und einer CVT-Antriebsdrehzahl ist. Die CVT-Antriebsdrehzahl kann basierend auf der Signaleingabe des Motordrehzahlsensors 112, dem Sensor für die Turbinengeschwindigkeit des Drehmomentwandlers 125 oder dem Eingangsgeschwindigkeitssensor 32, wie hierin beschrieben, oder einem anderen geeigneten Geschwindigkeits-/ Positionssensor, bestimmt werden. Die CVT-Abtriebsdrehzahl kann basierend auf einer Signaleingabe des Ausgangsgeschwindigkeitssensors 34 oder dem Radgeschwindigkeitssensor 162, wie hierin beschrieben, oder einem anderen geeigneten Geschwindigkeits-/Positionssensor, bestimmt werden. Die Drehzahlübersetzungsparameter werden basierend auf der CVT-Antriebsdrehzahl und der CVT-Abtriebsdrehzahl bestimmt.
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Die erste Riemenscheibe 36 ist senkrecht zur ersten Drehachse 48 abgeteilt, um eine erste ringförmige Nut 50 zu definieren, die zwischen einer beweglichen Scheibe 52 und einer ortsfesten Scheibe 54 gebildet wurde. Die bewegliche Scheibe 52 bewegt sich oder wird entlang der ersten Achse 48 übertragen, die sich gegenüber der ortsfesten Scheibe 54 befindet. Beispielsweise kann die erste bewegliche Scheibe 52 mit einem Antriebselement 51 über eine Kerbverzahnungsverbindung verbunden sein, wodurch eine Axialbewegung der ersten beweglichen Scheibe 52 entlang der ersten Achse 48 ermöglicht wird. Die erste ortsfeste Scheibe 54 ist gegenüber von der ersten beweglichen Scheibe 52 angeordnet. Die erste ortsfeste Scheibe 54 ist achsenförmig mit dem Antriebselement 51 entlang der ersten Achse 48 verbunden. Als solches bewegt sich die erste ortsfeste Scheibe 54 nicht in achsenförmiger Richtung an der ersten Achse 48. Die erste bewegliche Scheibe 52 und die erste ortsfeste Scheibe 54 beinhalten jeweils eine erste Nutoberfläche 56. Die ersten Nutoberflächen 56 der ersten beweglichen Scheibe 52 und der ersten ortsfesten Scheibe 54 sind gegenüberliegend angeordnet, um dazwischen die erste ringförmige Nut 50 zu definieren. Die gegenüberliegenden ersten Nutoberflächen 56, die vorzugsweise eine umgekehrt kegelstumpfförmige Form bilden, so dass eine Bewegung der ersten beweglichen Scheibe 52 in Richtung der ersten ortsfesten Scheibe 54 einen äußeren Riemenscheibendurchmesser der ersten ringförmigen Nut 50 erhöht. Ein Stellglied 55 ist so angeordnet, dass die ersten Riemenscheiben 36 eine achsenförmige Position der ersten beweglichen Scheibe 52 als Reaktion auf ein Steuersignal 53 steuern, einschließlich des Zusammendrückens der ersten beweglichen Scheibe 52 in Richtung der ersten ortsfesten Scheibe 54. In einer Ausführungsform ist das Stellglied 55 eine hydraulisch-gesteuerte Vorrichtung und das Steuersignal 53 ein Hydraulikdrucksignal.
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Die zweite Riemenscheibe 38 ist senkrecht zur zweiten Achse 46 abgeteilt, um dazwischen eine zweite ringförmige Nut 62 zu definieren. Die zweite ringförmige Nut 62 ist senkrecht zur zweiten Achse 46 angeordnet. Die zweite Riemenscheibe 38 beinhaltet eine bewegliche Scheibe 64 und eine ortsfeste Scheibe 66. Die bewegliche Scheibe 64 bewegt sich in Richtung einer Achse oder wird entlang der zweiten Achse 46 übersetzt, die sich gegenüber der ortsfesten Scheibe 66 befindet. Beispielsweise kann die zweite bewegliche Scheibe 64 mit dem Abtriebselement 61 über eine Kerbverzahnungsverbindung verbunden werden, wodurch eine Axialbewegung der zweiten beweglichen Scheibe 64 entlang der zweiten Achse 46 ermöglicht wird. Die zweite ortsfeste Scheibe 66 ist gegenüber der zweiten beweglichen Scheibe 64 angeordnet. Die zweite ortsfeste Scheibe 66 ist achsenförmig mit dem Abtriebselement 61 entlang der zweiten Achse 46 verbunden. Als solche bewegt sich die zweite ortsfeste Scheibe 66 nicht in Richtung der zweiten Achse 46. Die zweite bewegliche Scheibe 64 und die zweite ortsfeste Scheibe 66 beinhalten jeweils eine zweite Nutoberfläche 68. Die zweite Nutoberfläche 68 der zweiten beweglichen Scheibe 64 und der zweiten ortsfesten Scheibe 66 sind gegenüberliegend angeordnet und dazwischen befindet sich die zweite ringförmige Nut 62. Die zweite gegenüberliegende Nutoberfläche 68 ist vorzugsweise eine umgekehrt kegelstumpfförmige Form, so dass eine Bewegung der zweiten beweglichen Scheibe 64 in Richtung der zweiten ortsfesten Scheibe 66 einen äußeren Riemenscheibendurchmesser der zweiten ringförmigen Nut 62 erweitert. Ein Stellglied 65 ist so angeordnet, um mit der zweiten Riemenscheibe 38 eine achsenförmige Position der zweiten beweglichen Scheibe 64 als Reaktion auf ein angetriebenes Signal 63 zu steuern, einschließlich des Zusammendrückens der zweiten beweglichen Scheibe 64 in Richtung der zweiten ortsfesten Scheibe 66. In einer Ausführungsform ist das Stellglied 65 eine hydraulisch-gesteuerte Vorrichtung und das Steuersignal 63 ein Hydraulikdrucksignal. Ein Verhältnis zwischen dem Durchmesser der äußeren Riemenscheibe der ersten Riemenscheibe 36 und dem Durchmesser der äußeren Riemenscheibe der zweiten Riemenscheibe 38 definiert eine Getriebedrehmomentübersetzung. Andere Elemente, wie beispielsweise eine Kupplung von Baugruppen in Form von auswählbaren Einweg-Kupplungen und dergleichen können zwischen dem Variator 30 und anderen Antriebssträngen und Antriebssystemkomponenten und Systemen eingesetzt werden.
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3 zeigt schematisch ein Blockdiagramm eines Steuerprogramms einer Drehzahlübersetzung (Programm) 300, das eventuell vorteilhaft für das Steuern einer Drehzahlübersetzung des CVT verwendet werden kann, einschließlich einer Ausführungsform des CVT 140 mit Bezug auf die 1 und 2. Die CVT-Drehzahlübersetzung wird durch das Steuern einer Primärscheibenkraft und einer Sekundärscheibenkraft gesteuert, die basierend auf einer minimalen Riemenscheibenklemmkraft, einer Schaltkraft und einem IDE-Modell, wie hierin beschrieben, errechnet oder anderweitig bestimmt werden kann. In bestimmten Ausführungsformen werden die Primärscheibenkraft und die Sekundärscheibenkraft jeweils hinsichtlich des Primärscheibendrucks und eines Sekundärscheibendrucks beschrieben.
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Drehzahlübersetzungsparameter des Programms 300 beinhalten eine befohlene Drehzahlübersetzung 301, eine gewünschte Drehzahlübersetzung 302 und eine Ist-Drehzahlübersetzung 303. Die Ist-Drehzahlübersetzung 303 zeigt einen vorliegenden, gemessenen Wert für das Drehzahlübersetzung und wird basierend auf einer Übersetzung der gemessenen Abtriebs- und Antriebsdrehzahlen bestimmt, beispielsweise die CVT-Antriebsdrehzahl 33, wie durch den Antriebsdrehzahlensensor 32 gemessen wird und der CVT-Abtriebsdrehzahl 35, durch die Abtriebsdrehzahlsensor 34 gemessen wird. Die gewünschte Drehzahlübersetzung 302 ist eine bevorzugte Drehzahlübersetzung zum Betreiben des CVT 140 im Antriebsstrangsystem 100, das auf die Drehmomentanfragen des Bedieners reagiert und Faktoren, die mit Fahrbarkeit, Kraftstoffverbrauch, Emissionen und anderen Betriebsbedingungen verbunden sind, ausgleicht oder anderweitig berücksichtigt, die überwacht oder geschätzt werden können und sich auf einen Abtriebsleistungsbefehl, Fahrzeuggeschwindigkeit und Motordrehmoment beziehen. Die befohlene Drehzahlübersetzung 301 ist eine Drehzahlübersetzung, das durch die Steuerung 12 erzielbar mit festem Null-Spurfehler bestimmt wird sowie schnelle und gleichmäßige Reaktionsfähigkeit bereitstellt. Wie hierin beschrieben, steuert die Steuerung 12 das CVT 140 zum Erzielen der gewünschten Drehzahlübersetzung, indem sie den Druck von einer oder beiden Primärriemenscheiben 36 und der Sekundärriemenscheibe 38 des CVT 140 steuert. Die Steuerung des Drucks von einer oder beiden Primärriemenscheiben 36 und der Sekundärriemenscheibe 38 des CVT 140 kann durch das Steuern der Antriebs- und angetriebenen Signale 13, 15 zum Anwenden des erforderlichen Drucks auf die ersten und zweiten Stellglieder 55, 65 zum Ausführen der gewünschten Drehzahlübersetzung erzielt werden, wobei der erforderliche Druck vorzugsweise die Form eines Primärdruckbefehls und eines Sekundärdruckbefehls aufweist.
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Ein erster Abschnitt des Programms 300 beinhaltet die Verwendung der Feed-Forward-Steuerung und Rückkopplungssteuerung zum Bestimmen einer Änderungsrate der Gesamtdrehzahlübersetzung 325 basierend auf der befohlenen Drehzahlübersetzung 301, der gewünschten Drehzahlübersetzung 302 und der Ist-Drehzahlübersetzung 303. Die Rückkopplungssteuerung verwendet die Steuerung 310, die eine Feedbackübersetzungsrate 311 basierend auf dem Unterschied zwischen der befohlenen Drehzahlübersetzung 301 und der Ist-Drehzahlübersetzung 303 bestimmt. Die Steuerung 310 kann jede geeignete Rückkopplungssteuerung sein, einschließlich nicht beschränkender Beispiele, wie einer Proportional-Integral-Differenzial-Steuerung (PID), einer optimalen robusten Steuerung oder einer modellgestützten prädiktiven Steuerung (MPC). Die Feed-Forward-Übersetzungsrate verwendet eine Feed-Forward-Steuerung 320, die eine Feed-Forward-Übersetzungsrate 321 basierend auf dem Unterschied zwischen der befohlenen Drehzahlübersetzung 301 und der gewünschten Drehzahlübersetzung 302 bestimmt. Die Änderungsrate der Gesamtdrehzahlübersetzung 325 kann durch das Kombinieren der Feedbackübersetzungsrate 311 und der Feed-Forward-Übersetzungsrate 321, beispielsweise durch das Berechnen einer arithmetischen Summe aus diesen, bestimmt werden. Die Feed-Forward-Übersetzungsrate 321 und die befohlene Drehzahlübersetzung 301 werden in einer Bahnsteuerung 340 ausgewertet, die eine befohlene Drehzahlübersetzungsbahn 341, darauf basierend, bestimmt. Die befohlene Drehzahlübersetzungsbahn 341 ist eine Zeitänderungsrate in der befohlenen Drehzahlübersetzung 301. Als solche beinhaltet die Verhältnissteuerung jeweils die Rückkopplungs- und Feed-Forward-Steuerung zum Bestimmen der Änderungsrate der Gesamtdrehzahlübersetzung 325 und unter Verwendung der Feed-Forward-Steuerung zum Bestimmen der befohlenen Drehzahlübersetzungsbahn 341. Die Änderungsrate der Gesamtdrehzahlübersetzung 325 kann durch ein Schaltkraft-Berechnungsprogramm 330 zum Bestimmen einer befohlenen Schaltkraft (P-cmd) 335, wie hierin beschrieben, verwendet werden. Mechanische Einschränkungen des Antriebsstrangsystems 100 beinhalten den Motor 110, den Drehmomentwandler 120, den Getriebekasten 130 und das CVT 140, die jeweils Hardware- und hydraulische Fähigkeiten beim Bestimmen der Änderungsrate der Gesamtdrehzahlübersetzung 325, basierend auf der befohlenen Drehzahlübersetzung 301, berücksichtigen. Weiterhin kann die Änderungsrate der Gesamtdrehzahlübersetzung 325 variieren, wenn eine Stufenänderung in der befohlenen Drehzahlübersetzung 301 angewiesen wird zum Bestimmen, ob Änderungen der Motordrehmomentsteuerung und/ oder Änderungen der Motordrehzahlanfragen für schnelle und rechtzeitige Verhältnisreaktion notwendig sind.
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Die befohlene Drehzahlübersetzungsbahn 341 wird in einem IDE-Modell 350 eingebracht, das einen Koeffizienten der Verhältnisänderung 351 basierend auf der befohlenen Drehzahlübersetzungsbahn 341 für eine Ausführungsform des CVT 140 und einen Faktor der Kraftübersetzung (KpKs) 352 für das Verhältnis der Primärscheibenkraft und Sekundärscheibenkraft bestimmt. Das IDE-Modell 350 beinhaltet einen prozessorausführbaren Code und eine zugehörige Kalibrierung, die die physikalischen Zusammenhänge mit dem Betrieb einer Ausführungsform des CVT 140 simuliert. IDE-Modelle und deren Entwicklung und Implementierung sind bekannt und werden deshalb hierin nicht detailliert beschrieben. Die physikalischen Zusammenhänge können auf den folgenden ausführbaren Zusammenhang für ein Variatorübersetzungsderivat ṙ verringert werden. Das Variatorübersetzungsderivat ṙ kann wie folgt dargestellt sein und basiert auf der Feedbackübersetzungsrate 311 und der Feed-Forward-Übersetzungsrate 321: ṙ = k(VSR, ωp)·P [1]
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Die Schaltkraft P kann wie folgt bestimmt werden: P = 1 / k·(die Änderungsrate der Gesamtdrehzahlübersetzung) [2]
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Die Bedingungen der Gl. 1 und 2 beinhalten wie folgt:
- ωp
- ist die CVT-Antriebsdrehzahl;
- VSR
- ist die gewünschte Drehzahlübersetzung 302;
- k
- der Koeffizient der Verhältnisänderung 351; und
die Änderungsrate der Gesamtdrehzahlübersetzung ist eine arithmetische Summe der Feedbackübersetzungsrate 311 und der Feed-Forward-Übersetzungsrate 321.
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Somit wird die Kraft, die mit der ersten oder Primärscheibe 36 im Zusammenhang steht, wie folgt bestimmt werden: Fprim = KpKs·Fsek + P [3] worin:
- Fprim
- ist eine Kraft, die im Zusammenhang mit der ersten oder Primärscheibe 36 steht, die zugehörige Druckkräfte und Fliehkräfte berücksichtigt;
- Fsek
- ist eine Kraft, die im Zusammenhang mit der zweiten oder Sekundärscheibe 38 steht, die zugehöriger Druckkräfte, Fliehkräfte und Federkräfte berücksichtigt; und
- KpKs
- ist der Faktor der Kraftübersetzung.
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Unter festen Betriebsbedingungen, kann der Faktor der Kraftübersetzung wie folgt bestimmt werden. KpKs = FPrim/Fsec und P = 0 [4]
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Das Verhältnis für das Variatorübersetzungsderivat ṙ wird mit Bezug auf Gl. beschrieben. 1 und 2 können für eine Ausführungsform des CVT 140 entwickelt werden, das die gesammelten empirischen Daten für einen Drehzahlbereich, Last und Drehzahlübersetzungsbedingungen verwendet und zum Bestimmen der Zustände für die verschiedenen Faktoren und die Koeffizienten analysiert. Der Faktor der Kraftübersetzung KpKs 352 stellt ein Verhältnis Fprim und Fsek dar, der die Kräfte von Hydraulikdruck, Zentrifugaldruck und Federkraft erfasst und empirisch hergeleitet sein kann durch Verwendung des IDE-Modells 350 mit der befohlenen Drehzahlübersetzung 301 und einer Drehmomentkapazitätsübersetzung 342. Der Faktor der Kraftübersetzung KpKs 352 ist von einem Antriebsriemenscheibendrehmoment 343, einer CVT-Antriebsdrehzahl 33, einer CVT-Abtriebsdrehzahl 35, Getriebeflüssigkeitstemperatur 345, Getriebeflüssigkeitsqualität und anderen Faktoren abhängig und kann empirisch ermittelt werden. Der Koeffizient der Verhältnisänderung k 351 ist eine kalibrierte Bedingung, die unter Verwendung empirischer Daten mit Bezug auf den Betrieb einer Ausführungsform des CVT 140 bestimmt wird. Der Koeffizient der Verhältnisänderung k 351 und die Änderungsrate der Gesamtdrehzahlübersetzung 325 werden durch das Schaltkraft-Berechnungsprogramm 330 zum Bestimmen der befohlenen Schaltkraft P-cmd 335 verwendet. Die befohlene Schaltkraft P-cmd 335 ist eine Größe mit zusätzlicher Kraft, die auf die erste Riemenscheibe 36 oder die zweite Riemenscheibe 38 zum Ändern der Drehzahlübersetzung in Reaktion auf eine befohlene Schaltung aufgebracht wird.
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Ein Riemenscheibendruck-Bestimmungsprogramm 360 verwendet die befohlene Schaltkraft P-cmd 335 und den Faktor der Kraftübersetzung KpKs 352 zum Bestimmen der Primär- und Sekundärscheibendruckbefehle zum Steuern des CVT 140, unter Berücksichtigung der minimalen Riemenscheibenklemmkräfte 356, Fliehkräfte 355, Federkräfte 354 und Koeffizienten der Drehmomentkraft 353. Die minimalen Riemenscheibenklemmkräfte 356, Fliehkräfte 355, Federkräfte 354 und Koeffizienten der Drehmomentkraft 353 sind anwendungsspezifische Parameter, die basierend auf empirischen Zusammenhängen bestimmt werden können. Als solches befehlen die Primär- und Sekundärscheibendruckbefehle das Steuern des CVT 140, basierend auf den gewünschten Kräften, einschließlich Klemm- und Feedbackkorrekturkräften und den hydraulischen Eigenschaften des Getriebes bei bestimmten Betriebsbedingungen.
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Das Riemenscheibendruck-Bestimmungsprogramm 360 bestimmt die Primärscheibendruckbefehle, beispielsweise das Steuersignal 13 für den Variator 30, mit Bezug auf 2 beschrieben, und bestimmt auch die Sekundärscheibendruckbefehle, beispielsweise die angetriebenen Signale 15 für den Variator 30, mit Bezug auf 2 beschrieben, zum Steuern der Stellglieder des CVT 140 zum Steuern der Drehzahlübersetzung des CVT 140.
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Das Drehzahlübersetzung-Steuerprogramm 300 ermöglicht das Verfolgen der befohlenen Drehzahlübersetzung zum Erzielen eines festen Null-Spurfehlers mit schneller und gleichmäßiger Reaktionsfähigkeit. Diese beinhaltet das Bestimmen einer befohlenen Verhältnisbahn und befohlenen Verhältnisänderungsrate basierend auf der gewünschten Drehzahlübersetzung und der Ist-Drehzahlübersetzung unter Verwendung der Feedback- und Feed-Forward-Steuerungsprogramme. Hardware-Leistungseinschränkungen werden beim Bestimmen des befohlenen Verhältnisses berücksichtigt, wenn beispielsweise Leitungsdruck oder Fließfähigkeit nicht groß genug zum Erfüllen der Aufgabe sind. Wenn eine Schritt-Verhältnisänderung befohlen wird, ist es wichtig zu bestimmen, ob Motordrehmomentsteuerung und/ oder Motordrehzahlanfragen für schnelle und gleichmäßige Verhältnisreaktion benötigt werden. Der Faktor der Kraftübersetzung KpKs 352 wird zum Bestimmen des Verhältnisses zwischen der Primärscheibenkraft und der Sekundärscheibenkraft zur Verhältnissteuerung verwendet. Ein derartiger Betrieb ermöglicht die Berechnung der Kraft auf der übersetzungsbildenden Riemenscheibe in Bezug auf die minimale Riemenscheibenklemmkraft 356 und den Faktor der Kraftübersetzung KpKs 352. Ein derartiger Betrieb ermöglicht ferner die Auswahl entweder der ersten Riemenscheibe 36 oder der zweiten Riemenscheibe 38 als Klemmriemenscheibe, basierend auf den gewünschten Kräften, einschließlich Klemm- und Feedbackkorrekturkräften und den hydraulischen Eigenschaften des Getriebes bei den jeweiligen Betriebsbedingungen.
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Das Flussdiagramm und Blockdiagramm in den Flussdiagrammen veranschaulichen die Architektur, die Funktionalität und den Betrieb möglicher Implementierungen von Systemen, Verfahren und Computerprogrammprodukten gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. In dieser Hinsicht kann jeder Block in den Flussdiagrammen oder Blockdiagrammen ein Modul, ein Segment oder einen Abschnitt eines Codes darstellen, der zum Implementieren der spezifizierten logischen Funktion(en) einen oder mehrere ausführbare Befehle beinhaltet. Es wird auch darauf hingewiesen, dass jeder Block der Blockdiagramme und/oder Flussdiagrammdarstellungen und Kombinationen von Blöcken in den Blockdiagrammen und/oder Flussdiagrammdarstellungen durch Spezialzweck-Hardware-basierte Systeme, die die spezifizierten Funktionen oder Vorgänge durchführen, oder Kombinationen von Spezialzweck-Hardware und Computerbefehlen implementiert werden können. Diese Computerprogrammanweisungen können auch in einem computerlesbaren Medium gespeichert sein, das einen Computer oder eine andere programmierbare Datenverarbeitungsvorrichtung steuern kann, um in einer bestimmten Art und Weise zu funktionieren, so dass die in dem computerlesbaren Medium gespeicherten Befehle einen Herstellungsartikel erzeugen, einschließlich Anweisungsmitteln zum Implementieren der Funktion oder des Vorgangs, die im Flussdiagramm dargestellt sind.
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Die ausführliche Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren unterstützen und beschreiben die vorliegende Offenbarung, doch wird der Umfang der vorliegenden Offenbarung einzig und allein durch die Ansprüche definiert. Während ein paar der besten Arten und Weisen und weitere Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ausführlich beschrieben wurden, gibt es verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur Umsetzung der vorliegenden Offenbarung in den hinzugefügten Ansprüchen.
