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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 Traktionsleistung bereitzustellen. Ein CVT kann mit Antriebs-/Abtriebsübersetzungsverhältnissen arbeiten, die in einem Bereich zwischen einem minimalen (Underdrive-) und einem maximalen (Overdrive-)Verhältnis unendlich variabel sind, dadurch wird eine Auswahl für den Motorbetrieb angeboten, welche eine bevorzugte Ausgewogenheit des Kraftstoffverbrauchs und der Motorleistung als Reaktion auf die Drehmomentanforderung eines Fahrers zulässt. Die Fähigkeit, stufenlose Antriebs-/Abtriebsübersetzungsverhältnisse bereitzustellen, unterscheidet ein CVT- von einem Stufengetriebe, welches über eine Vielzahl von fixierten Übersetzungen verfügt, die stufenweise als Reaktion auf eine Drehmomentabfrage gewählt werden können.
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Bekannte CVT-Getriebe vom Kettentyp haben zwei Einheiten von Kegelscheiben, also jeweils 2 Kegelscheiben pro Einheit. Eine Kette läuft zwischen den beiden Kegelscheibeneinheiten, wobei die beiden Kegelscheiben der jeweiligen Kegelscheibeneinheit die Kette einklemmen. Der Reibschluss zwischen den Kegelscheiben jeder Scheibeneinheit und der Kette koppelt die Kette an jede der Scheibeneinheiten und überträgt so das Drehmoment von einer Scheibeneinheit zur anderen. Eine der Scheibeneinheiten kann als Antriebs- oder Eingabescheibeneinheit arbeiten, die andere als Abtriebs- oder Ausgabescheibeneinheit. Die Übersetzung ist das Verhältnis des Drehmoments der Abtriebseinheit zum Drehmoment der Antriebseinheit. Die Übersetzung kann geändert werden, indem die beiden Kegelscheiben der einen Einheit näher zusammengebracht und die beiden Kegelscheiben der anderen Einheit weiter voneinander getrennt werden, wodurch der Kettenring auf der jeweiligen Einheit weiter nach außen oder weiter nach innen gedrückt wird. Die Bewegung der Kegelscheiben der Scheibeneinheiten kann durch die Einwirkung von gesteuertem Hydraulikdruck erreicht werden. Die Steuerroutinen für den Hydraulikdruck können unterdämpft sein, was zur Überschreitung von Druckereignissen führt, oder sie können überdämpft sein, was zur Unterschreitung von Druckereignissen führt, beide können Systeminstabilität und Leistungsverlust verursachen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es wird ein stufenlos variables Getriebe (CVT) mit einem hydraulisch gesteuerten Variator beschrieben. Ein Verfahren zur Steuerung des CVT beinhaltet die Erkennung eines instationären Ereignisses, das eine angewiesene Änderung eines Übersetzungsverhältnisses des Variators und die Deaktivierung der Regelung des Hydraulikdrucks zum Variator während des instationären Ereignisses verursacht. Es wird ein Solldruck zur Erreichung der angewiesenen Änderung der Übersetzung des Variators bestimmt und auf der Grundlage des Solldrucks eine Druckbahn. Als Reaktion auf die Druckbahn während des instationären Ereignisses wird eine Feed-Forward-Steuerung des Hydraulikdrucks zum Variator durchgeführt.
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Die genannten Merkmale und Vorteile, sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Lehren gehen deutlich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung von einigen der besten Arten und weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Lehren, 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 ein Antriebssystem mit einem Verbrennungsmotor zeigt, der über einen Drehmomentwandler und einen Getriebekasten drehbar mit einem stufenlosen Getriebe (CVT) im Rahmen der Offenbarung verbunden ist;
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2 in Übereinstimmung mit der Offenbarung eine schematische Querschnittsabbildung der Elemente eines Variators in einem CVT vom Kettentyp ist;
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3 in Übereinstimmung mit der Offenbarung ein schematisches Blockdiagramm einer Steuerroutine 300 für den Hydraulikdruck in einem CVT zeigt, die vorteilhaft zur Steuerung des hydraulischen Druck unter Vermeidung bzw. Minimierung der Über- oder Unterschreitung in einer Ausführungsform des Variators des CVT mit Bezug auf die 1 und 2 eingesetzt werden kann; und
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4 in Übereinstimmung mit der Offenbarung grafisch den Hydraulikdruck, einen Integratorstatus im geschlossenen Regelkreis und einen Reglerstatus in Relation zur Zeit während eines instationären Ereignisses zeigt, das eine angewiesene Erhöhung des Hydraulikdrucks einschließt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Bezugnehmend auf die Zeichnungen, in denen die Darstellungen zur Veranschaulichung bestimmter exemplarischer Ausführungsformen und nicht zum Zwecke der Beschränkung selbiger dienen, zeigt 1 schematisch Elemente eines Antriebssystems 100 mit einem Verbrennungsmotor (Motor) 110, der über einen Drehmomentwandler 120 und ein Getriebegehäuse 130 drehbar mit einem stufenlosen Getriebe (CVT) 140 verbunden ist. Das Antriebssystem 100 ist durch einen Antriebsstrang 150 mit einem Fahrzeugrad 160 verbunden, um beim Einsatz in einem Fahrzeug Traktionsleistung zu liefern. Der Betrieb des Antriebssystems 100 wird von einem Steuersystem 10 als Reaktion auf Eingaben durch den Fahrer und andere Faktoren reguliert.
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Der Motor 110 kann jeder geeignete Verbrennungsmotor sein, der Treibstoffe auf Kohlenwasserstoffbasis in mechanische Energie umsetzen kann, um als Reaktion auf Anforderung durch das Steuersystem 10 Drehmoment zu generieren. Der Drehmomentwandler 120 ist ein Gerät mit einer Fluidkupplung zwischen dem Antrieb und dem Abtrieb zur Übertragung von Drehmoment und verfügt üblicherweise über eine Pumpe 122, die an den Motor 110 angeschlossen ist, eine Turbine 124, die über ein Abtriebsmitglied mit dem Getriebegehäuse 130 verbunden ist und eine Drehmomentwandlerkupplung 126, welche die Drehung der Pumpe 122 und der Turbine 124 verbindet und durch das Steuersystem 10 geregelt wird. Das Abtriebsglied des Drehmomentwandlers 120 ist drehbar mit dem Getriebegehäuse 130 verbunden, in dem eine Verzahnung oder ein anderer geeigneter Getriebemechanismus als Untersetzungsgetriebe zwischen dem Drehmomentwandler 120 und dem CVT 140 agiert. Alternativ kann das Getriebegehäuse 130 eine andere geeignete Getriebekonfiguration enthalten, um die Getriebefunktion zwischen dem Motor 110, dem Drehmomentwandler 120 und dem CVT 140 wahrzunehmen, darunter auch – im Sinne eines nicht einschränkenden Beispiels – ein Kettenringgetriebe oder ein Planetengetriebe. In alternativen Ausführungsformen können der Drehmomentwandler 120 und das Getriebegehäuse 130 einzeln oder zusammen entfallen.
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Das Getriebegehäuse 130 enthält ein Abtriebsglied, das mit dem CVT 140 über ein Antriebsglied 51 drehbar verbunden ist. Eine Ausführungsform des CVT 140 ist mit Bezug auf 2 beschrieben. Ein Abtriebsglied 61 des CVT 140 ist drehbar mit dem Antriebsstrang 150 verbunden, die ihrerseits drehbar mit den Fahrzeugrädern 160 über eine Achse, eine Halbwelle oder eine andere geeignete Form der Drehmomentübertragung verbunden ist. Der Antriebsstrang 150 kann einen Differential-Zahnradsatz, einen Kettengetriebesatz oder eine andere geeignete Getriebekonfiguration zur Übertragung von Drehmoment auf ein oder mehrere Fahrzeugräder 160 enthalten.
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Das Antriebssystem 100 beinhaltet bevorzugt ein oder mehrere Sensorgerät(e) zur Überwachung von Drehzahlen verschiedener Geräte, darunter beispielsweise einen Motordrehzahlsensor 112, einen Sensor für die Turbinendrehzahl des Drehmomentwandlers 125, einen Sensor für Antriebsdrehzahl des CVT-Variators 32, einen Sensor für die Abtriebsdrehzahl des CVT-Variators 34, und einen Raddrehzahlsensor 162, durch den die Fahrzeuggeschwindigkeit (Vss) überwacht bevorzugt wird. Jedes geeignete Gerät, das Drehstellungen und Drehzahlen erfassen kann, kann einer der vorgenannten Drehzahlsensoren sein, beispielsweise auch ein Hall-Effekt-Sensor. Jede der genannten Drehzahlsensoren kommuniziert mit dem Steuersystem 10.
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Das Steuersystem 10 beinhaltet bevorzugt eine Steuerung 12 und eine Benutzeroberfläche 14. Die Steuerung 12 kann eine Vielzahl von Steuerungsgeräten beinhalten, dabei ist jedes Gerät der Überwachung und Steuerung eines einzelnen Systems zugeordnet. Dies’ kann ein Motorsteuermodul (ECM) zur Steuerung des Motors 110 enthalten, eine Getriebesteuerung (TCM) zur Steuerung des CVT 140 und zur Überwachung und Steuerung eines einzelnen Teilsystems, wie z.B. der Drehmomentwandlerkupplung 126. Die Steuerung 12 beinhaltet bevorzugt ein nichtflüchtiges Speichergerät 11 mit ausführbaren Befehlssätzen und einen Cache-Speicher 13. Die Benutzeroberfläche 14 kommuniziert mit den Anwendereingabegeräten darunter beispielsweise ein Gaspedal 15, ein Bremspedal 16 und ein Gangwahlhebel 17 zum Abruf von Ausgangsdrehmoment. In einigen Ausführungsformen verfügt der Gangwahlhebel 17 über eine Hochtipp-/Heruntertipp-Funktion mit der der Fahrer ein Übersetzungsverhältnis manuell wählen und die Automatik des CVT 140 übergehen kann. Ein Hochtippbefehl an das CVT 140 zur Senkung der Übersetzung wird durch die Erhöhung des Übersetzungsverhältnisses am Variator umgesetzt. Ein Heruntertipp-Befehl an das CVT 140 zur Erhöhung der Übersetzung wird durch die Senkung des Übersetzungsverhältnisses am Variator umgesetzt.
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Die Begriffe Steuerung, Steuermodul, Modul, Steuerung, Steuereinheit, Prozessor und Ähnliches beziehen sich auf eine oder mehrere Kombination(en) aus anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASIC), elektronischen Schaltkreisen, Zentraleinheiten, wie z.B. Mikroprozessoren und mit diesen verbundene nicht-flüchtige Speicherkomponenten in Form von Speicher- und Speichergeräten (Lesespeicher, programmierbarer Lesespeicher, Direktzugriff, Festplatte usw.) einschließlich des Cache-Speichers 13. Der Cache-Speicher 13 ist bevorzugt als nichtflüchtiger Speicher mit programmierbaren Schreib-/Lesefähigkeiten ausgelegt, was die Abspeicherung von Daten-Arrays für den Abruf von Ein-/Ausschaltzyklen unterstützt, wie sie bei Fahrzeugen und Key-off/Key-on Ereignissen vorkommen. Die nichtflüchtige Speicherkomponente kann maschinenlesbare Anweisungen in der Form von einem oder mehreren Software- oder Firmware-Programm(en), oder Routinen, kombinatorischen Logikschaltungen, Eingangs-/Ausgangsschaltungen und -Vorrichtungen, Signalaufbereitungs- und Pufferschaltungen und anderen Komponenten speichern, auf die durch einen oder mehrere Prozessor(en) zugegriffen werden kann, um eine beschriebene Funktionalität zu bieten. Zu den Geräten und Kreisen für Ein- und Ausgaben gehören Analog-/Digitalwandler-verwandte Geräte, die Sensoreingaben mit einer vorgegebenen Abruffrequenz oder als Reaktion auf ein Auslöseereignis überwachen. Software, Firmware, Programme, Anweisungen, Steuerprogramme, Code, Algorithmen und ähnliche Begriffe beziehen sich auf jedwede durch eine Steuerung ausführbare Befehlssätze, wie Kalibrierungen und Nachschlagtabellen. Jede Steuerung führt für die gewünschten Funktionen (eine) Steuerroutine(n) aus, so auch die Überwachung der Eingaben von Sensorgeräten und anderen vernetzten Steuerungen und führt Steuer- und Diagnoseroutinen zum Steuern der Betätigung von Stellgliedern durch. Die Routinen können in regelmäßigen Intervallen ausgeführt werden, wie beispielsweise während des laufenden Betriebs alle 100 Mikrosekunden. Alternativ können Routinen als Reaktion auf ein Auslöseereignis ausgeführt werden. Kommunikation zwischen Steuerungen und Kommunikation zwischen Steuerungen, Stellgliedern und/oder Sensoren kann unter Verwendung einer direkten Kabelverbindung, eines vernetzten Kommunikationsbusses, einer drahtlosen Verbindung oder einer anderen geeigneten Kommunikationsverbindung hergestellt werden. Kommunikation beinhaltet den Austausch von Datensignalen auf jede beliebige geeignete Art, darunter auch als Beispiele elektrische Signale über ein leitfähiges Medium, elektromagnetische Signale durch die Luft, optische Signale über Lichtwellenleiter und dergleichen. Datensignale können Signale enthalten, die Eingaben von Sensoren sind und Stellgliedbefehle darstellen, sowie Kommunikationssignale zwischen Steuerungen. Der Begriff „Modell” bezeichnet einen prozessorbasierten, oder durch einen Prozessor ausführbaren Code und die zugehörige Kalibrierung zur Simulation der physischen Existenz einer Vorrichtung oder eines physikalischen Prozesses. Soweit der Begriff Verwendung findet, beschreibt der Begriff „dynamisch” Schritte oder Prozesse, die in Echtzeit ausgeführt werden und durch das Überwachen, das sonstige Ermitteln, sowie die regelmäßige Aktualisierung von Parametern beim Ausführen einer Routine, oder zwischen den Wiederholungen dieser Ausführung gekennzeichnet sind.
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2 zeigt schematisch Elemente eines Variators 30 in einer Ausführungsform des CVT 140, das durch das TCM gesteuert werden kann. Der Variator 30 überträgt das Drehmoment zwischen dem ersten Drehelement 51 und dem zweiten Drehelement 61. Das erste Drehelement 51 wird im Folgenden namentlich als Antriebsglied 51 bezeichnet, und das zweite Drehelement 61 wird namentlich im Folgenden als Abtriebsglied 61 bezeichnet.
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Der Variator 30 beinhaltet eine erste, oder Primäreinheit 36, eine zweite, oder Sekundäreinheit 38 und eine flexible, kontinuierlich drehbare Vorrichtung 40, welche die erste und zweite Scheibeneinheit 36, 38 verbindet, um zwischen ihnen das Drehmoment zu übertragen. Die erste Scheibeneinheit 36 ist drehbar am Antriebsglied 51, die zweite Scheibeneinheit 38 ist drehbar am Abtriebsglied 61 befestigt und die drehbare so ausgelegt, dass sie das Drehmoment zwischen der ersten und zweiten Scheibeneinheit 36, 38 überträgt und somit auch zwischen dem Antriebs- und dem Abtriebsglied 51, 61. Die erste Scheibeneinheit 36 und das Antriebsglied 51 drehen sich um eine erste Achse 48 und die zweite Scheibeneinheit 38 und das Abtriebsglied 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 Antriebsdrehzahlsensor 32 kann nahe am Antriebsglied 51 angebracht sein und generiert einen Wert für die CVT-Antriebsdrehzahl 33, die von der Drehzahl der ersten Scheibeneinheit 36 abhängt, und der Abtriebsdrehzahlsensor 34 kann nahe am Abtriebsglied 61 angebracht sein und generiert einen Wert für die CVT-Abtriebsdrehzahl 35, die von der Drehzahl der zweiten Scheibeneinheit 38 abhängt. Eine der Scheibeneinheiten 36, 38 arbeitet als Verhältniseinheit, die ein Drehzahlverhältnis erstellt, die andere der Scheibeneinheiten 36, 38 funktioniert als Klemmeinheit, die ausreichend Klemmkraft für eine Drehmomentübertragung zwischen den beiden aufbringt. In seiner Verwendung hier bezieht sich der Begriff ‚Drehzahlverhältnis’ auf das Drehzahlverhältnis des Variators, das ein Verhältnis der Drehzahl des Abtriebsglieds 61 im Verhältnis zur Drehzahl des Antriebsglieds 51 ist. Die Drehzahl des Antriebsgliedes 51 kann anhand von Signaleingängen des Motordrehzahlsensors 112, des Drehzahlsensors der Drehmomentwandlerturbine 125, oder des hier beschriebenen Antriebsdrehzahlsensors 32 bestimmt werden, oder auch von anderen geeigneten Drehzahl-/Positionssensoren. Die Drehzahl des Abtriebsgliedes 61 kann anhand von Signaleingängen des Abtriebsdrehzahlsensors 34 oder des hier beschriebenen Raddrehzahlsensors 162 bestimmt werden, oder auch von anderen geeigneten Drehzahl-/Positionssensoren. Unabhängig von (dem) eingesetzten Messsystem(en) hängen die Parameter des Drehzahlverhältnisses von der CVT-Antriebsdrehzahl und der CVT-Abtriebsdrehzahl ab.
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Die erste Scheibeneinheit 36 ist senkrecht zur ersten Drehachse 48 in eine erste bewegliche Scheibe 52 und eine erste feststehende Scheibe 54 unterteilt und bildet so eine erste Nut 50 zwischen den beiden. Die erste bewegliche Scheibe 52 wird axial entlang der ersten Achse 48 zur ersten feststehenden Scheibe 54 relativ bewegt oder umgesetzt. Beispielsweise kann die erste bewegliche Scheibe 52 mit dem Antriebsglied 51 durch eine Kerbverzahnung verbunden sein und somit die axiale Bewegung der ersten beweglichen Scheibe 52 entlang der ersten Achse 48 ermöglichen. Die erste feststehende Scheibe 54 ist gegenüber der ersten beweglichen Scheibe 52 angebracht. Die erste feststehende Scheibe 54 ist axial entlang der ersten Achse 48 am Antriebsglied 51 befestigt. Insofern ist die erste feststehende Scheibe 54 in der axialen Richtung der ersten Achse 48 nicht beweglich. Die erste bewegliche Scheibe 52 und die erste feststehende Scheibe 54 verfügen jeweils über eine Oberfläche 56 der Nut. Die ersten Oberflächen 56 der Nut aus der ersten beweglichen Scheibe 52 und der ersten feststehenden Scheibe 54 stehen einander gegenüber und formen so die runde erste Nut 50 zwischen sich. Die gegenüberliegenden Oberflächen 56 der ersten Nut haben bevorzugt die Form eines umgedrehten Kegelstumpfes so das eine Bewegung der ersten beweglichen Scheibe 52 auf die erste feststehende Scheibe 54 zu den äußeren Durchmesser der Scheibeneinheit in der runden ersten Nut 50 vergrößert. Ein erstes Stellglied 55 ist mit der ersten Scheibeneinheit 36 so angeordnet, dass es die axiale Position der ersten beweglichen Scheibe 52 als Reaktion auf ein Steuersignal 53 regulieren kann, so auch die erste bewegliche Scheibe 52 in Richtung der ersten feststehenden Scheibe 54 zu bewegen. In bestimmten Ausführungsformen ist das erste Stellglied 55 eine hydraulisch gesteuerte Vorrichtung und das Steuersignal 53 ist ein hydraulisches Drucksignal. Der Hydraulikdruck kann durch einen Fühler im ersten Stellglied 55, oder an anderer Stelle eines Hydraulikkreislaufes überwacht werden, der das erste Stellglied 55 mit druckbeaufschlagter Hydraulikflüssigkeit versorgt.
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Die zweite Scheibeneinheit 38 ist senkrecht zu zweiten Achse 46 geteilt, um eine zweite runde Nut 62 zu definieren. Die zweite runde Nut 62 steht senkrecht zur zweiten Achse 46. Die zweite Scheibeneinheit 38 verfügt über eine zweite bewegliche Scheibe 64 und eine zweite feststehende Scheibe 66. Die zweite bewegliche Scheibe 64 wird axial entlang der zweiten Achse 46 zur feststehenden Scheibe 66 relativ bewegt oder umgesetzt. Beispielsweise kann die zweite bewegliche Scheibe 64 mit dem Abtriebsglied 61 durch eine Kerbverzahnung verbunden sein und somit die axiale Bewegung der zweiten beweglichen Scheibe 64 entlang der zweiten Achse 46 ermöglichen. Die zweite feststehende Scheibe 66 ist gegenüber der zweiten beweglichen Scheiben 64 angebracht. Die zweite feststehende Scheibe 66 ist axial entlang der zweiten Achse 46 am Abtriebsglied 61 befestigt. Insofern ist die zweite feststehende Scheibe 66 in der axialen Richtung der zweiten Achse 46 nicht beweglich. Die zweite bewegliche Scheibe 64 und die zweite feststehende Scheibe 66 verfügen jeweils über eine Oberfläche 68 der Nut. Die zweiten Oberflächen 68 der Nut aus der zweiten beweglichen Scheibe 64 und der zweiten feststehenden Scheibe 66 stehen einander gegenüber und formen so die runde zweite Nut 62 zwischen sich. Die gegenüberliegenden Oberflächen 68 der zweiten Nut haben bevorzugt die Form eines umgedrehten Kegelstumpfes so das eine Bewegung der zweiten beweglichen Scheibe 64 auf die zweite feststehende Scheibe 66 zu den äußeren Durchmesser der Scheibeneinheit in der runden zweiten Nut 62 vergrößert. Ein zweites Stellglied 65 ist mit der zweiten Scheibeneinheit 38 so angeordnet, dass es die axiale Position der zweiten beweglichen Scheibe 64 als Reaktion auf ein Steuersignal 63 regulieren kann, so auch die zweite bewegliche Scheibe 64 in Richtung der zweiten feststehenden Scheibe 66 zu bewegen. In gewissen Ausführungsformen ist das zweite Stellglied 65 eine hydraulisch gesteuerte Vorrichtung und das Steuersignal 63 ist ein hydraulisches Drucksignal. Der Hydraulikdruck kann durch einen Fühler im zweiten Stellglied 65, oder an anderer Stelle eines Hydraulikkreislaufes überwacht werden, der das erste Stellglied 65 mit druckbeaufschlagter Hydraulikflüssigkeit versorgt. Ein Verhältnis zwischen dem Durchmesser der äußeren Scheibeneinheit der ersten Scheibeneinheit 36 und dem Durchmesser der äußeren Scheibeneinheit der zweiten Scheibeneinheit 38 definiert ein Getriebe-Drehmomentverhältnis. Andere Elemente, wie beispielsweise eine Kupplung von Baugruppen in der Form von auswählbaren Freiläufen und dergleichen können zwischen dem Variator 30 und anderen Antriebssystem und Antriebsstrang Komponenten und Systeme ausgestellt werden.
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Das Drehzahlverhältnis kann in Form eines tatsächlichen und eines gewünschten Drehzahlverhältnisses beschrieben werden. Ein tatsächliches Drehzahlverhältnis ist ein vorliegender, gemessener Wert für das Drehzahlverhältnis und kann basierend auf einem Verhältnis des Antriebsdrehzahlsignals 33 und des Abtriebsdrehzahlsignals 35 ermittelt werden. Ein Solldrehzahlverhältnis ist ein angewiesener, zukünftiger Wert für das Drehzahlverhältnis, das anhand überwachter und geschätzter Betriebsbedingungen in Bezug auf einen Abtriebsleistungsbefehl, die Fahrzeuggeschwindigkeit, das Motordrehmoment und andere Faktoren ermittelt wird. Das TCM verwendet Steuerroutinen zur Steuerung des CVT 140 um das Solldrehzahlverhältnis durch Druckregelung bei einer oder beiden der primären und sekundären Scheibeneinheiten 36 und 38 des CVT 140 zu regulieren. Die Druckregelung für eine oder beide der primären und sekundären Scheibeneinheiten des CVT 140, 36 und 38, kann durch Steuern der Antriebs- und Stellsignale 53, 63 erreicht werden, um den erforderlichen Druck zur Veränderung des Solldrehzahlverhältnisses auf das erste und zweite Stellglied 55, 65 auszuüben, dabei sollten die erforderlichen Drücke bevorzugt in Form eines primären und eines sekundären Druckbefehls erreicht werden.
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Zum CVT-Betrieb gehört die Steuerung des Hydraulikdrucks, was Messungen des Hydraulikdrucks und deren Zuordnung zum Druck der Scheibeneinheiten erfordern kann. Die Genauigkeit des gemessenen Drucks der Scheibeneinheiten kann variieren, je nachdem, ob das CVT ein instationäres Ereignis ausführt oder sich in einem stationären Betriebszustand befindet. Ein instationäres Ereignis wird üblicherweise durch eine Zustandsänderung eines Betriebsparameters hervorgerufen, der sich auf das Gleichgewicht des Systems auswirkt und eine Änderung im Zustand eines Betriebsparameters bedeutet. Ein instationäres Ereignis kann eine Änderung eines Übersetzungsverhältnisses des Variators als Reaktion auf eine Änderung einer Abtriebsdrehmomentanfrage durch ein Signal oder eine anderweitig autorisierte Eingabe von einem Gaspedal, Bremspedal, oder einem Getriebestatus sein.
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Es kann zwischen der Stelle, an der der Druck der Scheibeneinheit gemessen und der Stelle, an der der Druck auf die bewegliche Scheibe ausgeübt wird, eine hydraulische Begrenzung geben, was dazu führt, dass der ausgeübte Druck dem gemessenen Druck nacheilt. Der Druckversatz kann bei einem instationären Ereignis aufgrund des hohen Flüssigkeitsdurchsatzes verstärkt werden. Die Wirkung des Versatzes zwischen gemessenem und ausgeübtem Hydraulikdruck kann beim schnellen Verhältniswechsel am größten sein und die verbundenen Änderungen im angewiesenen Druck können zu Unter- oder Überschreitungen beim Druck an einer Scheibeneinheit führen, was die Leistung und Stabilität des CVT beeinflusst. Diese Druckungenauigkeiten wirken als Störungen im geschlossenen Regelkreis der Drucksteuerroutine und können zu einer ungewollten Veränderung der Getriebeabtriebsdrehzahl führen. Das Verhalten des hydraulischen Systems bei großen Druckänderungen erklärt sich durch das dynamische Verhalten seiner hydromechanischen Komponenten. Daher kann die Verwendung von proportionalen und/oder integralen Termen in geschlossenen Regelkreisen von Drucksteuerroutinen unerwünscht sein, da dies’ zu einer möglichen Anhäufung am Integrator in Zusammenhang mit den Druckbeschränkungen und dem Versatz führen kann.
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3 zeigt schematisch ein Blockdiagramm einer Steuerroutine für den Hydraulikdruck im CVT (Routine) 300, die optimal für die Regulierung des Hydraulikdrucks zur Minimierung oder Verhinderung von Drucküberschreitungen oder Druckunterschreitungen zu den Elementen des Variators 30 des CVT 140 eingesetzt werden kann. Dazu gehört bevorzugt ein gutes Ansprechverhalten auf die Auswirkungen der Druckregelung, da die Eigenschaften der Druckregelung unter stationären und instationären Bedingungen unterschiedlich ausfallen können. Die Routine 300 bezieht die Charakteristika der Drucksteuerung mit ein, um eine annehmbare Druckregelung sowohl unter instationären wie auch stationären Betriebsbedingungen zu erzielen. Dazu gehört bevorzugt auch die Deaktivierung der Drucksteuerung im geschlossenen Regelkreis während instationärer Ereignisse, bevorzugt durch entsprechende Abstimmung der proportionalen und integralen Terme zur Zuwachsrückmeldung und durch Rücksetzen eines Integrator-Terms auf null. Die Feed-Forward-Steuerung des Hydraulikdrucks zum Variator 30 umfasst die Ermittlung einer Druckbahn, wenn zwischen dem Sollhydraulikdruck und dem aktuellen Hydraulikdruck eine absolute Differenz besteht, die größer als ein Schwellenwert für den Minimaldruck ist.
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Die Routine
300 wird bevorzugt durch die Steuerung
12 ausgeführt, die mit dem TCM kommuniziert und dessen Betrieb vorsteht, um den Hydraulikdruck in einer Klemmscheibeneinheit einer Ausführungsform des Variators
30 des CVT
140 und Antriebssystems
100, das mit Bezug auf
1 und
2 beschrieben wurde, zu regulieren, um das Ansprechverhalten des CVT
140 auf Änderungen einer Abtriebsdrehmomentanfrage zu verbessern. Die mit Bezug zu
3 gezeigte Routine
300 wird in Verbindung mit der Tabelle 1 beschrieben, die eine Aufschlüsselung mit numerisch gekennzeichneten Blocks und den entsprechenden Funktionen enthält und nachfolgend erläutert wird. Tabelle 1
BLOCK | BLOCKINHALTE |
302 | Überwachen einer Abtriebsdrehmomentanfrage |
304 | Bestimmen des Soll-Übersetzungsverhältnisses für den CVT- Variator basierend auf der Abtriebsdrehmomentanfrage |
306 | Bestimmen, ob das Soll-Übersetzungsverhältnis eine instationäre oder eine stationäre Steuerung des Hydraulikdrucks zum Variator erfordert |
310 | Ausführung der Feed-Forward-Steuerung des Hydraulikdrucks zum Variator; Den proportionalen Zuwachs-Term für die proportionale Steuerung des Hydraulikdrucks des Variators deaktivieren |
312 | Den integralen Zuwachs-Term für die integrale Steuerung des Hydraulikdrucks des Variators deaktivieren |
314 | Die Feed-Forward-Steuerung des Hydraulikdrucks des Variators aktivieren |
320 | Ausführung der Feedback-Steuerung des Hydraulikdrucks zum Variator; Den proportionalen Zuwachs-Term für die proportionale Steuerung des Hydraulikdrucks des Variators aktivieren |
322 | Den integralen Zuwachs-Term für die integrale Steuerung des Hydraulikdrucks des Variators aktivieren |
324 | Die Feed-Forward-Steuerung des Hydraulikdrucks des Variators deaktivieren |
330 | Den Hydraulikdruck zum Variator steuern, der auf Feed-Forward- und Feedback- Steuerung reagiert. |
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Die Routine 300 wird periodisch ausgeführt, um von der Primärscheibeneinheit 36 und der Sekundärscheibeneinheit 38 des Variators 30 eine oder beide mit Hydraulikdruck zu versorgen, um ein gewünschtes Übersetzungsverhältnis zu erreichen. Die Druckregelung für eine oder beide der primären und sekundären Scheibeneinheiten, 36 und 38, kann durch Steuern der Antriebs- und Stellsignale 53, 63 erreicht werden, um den erforderlichen Druck zur Veränderung des Solldrehzahlverhältnisses auf das erste und zweite Stellglied 55, 65 auszuüben, dabei sollten die erforderlichen Drücke bevorzugt in Form eines primären und eines sekundären Druckbefehls erreicht werden.
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Die Routine 300 umfasst die Überwachung einer Abtriebsdrehmomentanfrage (302) und die Bestimmung eines Soll-Übersetzungsverhältnisses für den CVT-Variator basierend auf der Abtriebsdrehmomentanfrage (304). Das Solldrehzahlverhältnis wird mit einem gegenwärtig angewiesenen Drehzahlverhältnis verglichen, um zu bestimmen, ob die Hydraulikdrucksteuerung mit stationärer oder instationärer Drucksteuerung gesteuert werden soll.
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Eine instationäre Drucksteuerung wird angeordnet, wenn eine Differenz zwischen dem Solldrehzahlverhältnis und dem gegenwärtig angewiesenen Drehzahlverhältnis größer als ein Mindestschwellenwert ist, dieser Mindestschwellenwert ist einer Änderung des Hydraulikdrucks zum Variator 30 zugeordnet, die zum Erreichen des Solldrehzahlverhältnisses (306)(0) benötigt wird. Eine stationäre Drucksteuerung wird angeordnet, wenn eine Differenz zwischen dem Solldrehzahlverhältnis und dem gegenwärtig angewiesenen Drehzahlverhältnis kleiner als der Mindestschwellenwert (306)(1) ist. Daher wird in Fällen, bei denen die Änderung des Hydraulikdrucks zum Erreichen des Solldrehzahlverhältnisses kleiner als der Mindestschwellenwert ist, die stationäre Druckregelung angeordnet. Ebenso wird in Fällen, bei denen die Änderung des Hydraulikdrucks zum Erreichen des Solldrehzahlverhältnisses größer als der Mindestschwellenwert ist, die instationäre Druckregelung angeordnet. Wird die instationäre Drucksteuerung angeordnet (306)(0), so wird ein proportionaler Zuwachs-Term in der proportionalen Feedback-Steuerung des Hydraulikdrucks des Variators 30 auf einen Wert festgelegt, der die proportionale Feedback-Steuerung deaktiviert (310), sowie ein integraler Zuwachs-Term in der integralen Feedback-Steuerung auf einen Wert festgelegt, der die integrale Feedback-Steuerung deaktiviert (312). Alternativ wird der proportionale Zuwachs-Term in der proportionalen Feedback-Steuerung des Hydraulikdrucks des Variators 30 auf einen Wert festgelegt, der die proportionale Feedback-Steuerung auf einen instationärspezifischen Zuwachs begrenzt (310) und ein integraler Zuwachs-Term wird auf einen Wert festgelegt, der die integrale Feedback-Steuerung auf einen instationärspezifischen Zuwachs begrenzt (312). Die Feed-Forward-Steuerung des zugeführten Hydraulikdrucks zum Variator 30 ist aktiviert und wird bevorzugt gemäß der Beschreibung hier ausgeführt, um Über- oder Unterschreitungen des Hydraulikdrucks während instationären Ereignissen zu minimieren oder zu eliminieren (314).
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Die Feed-Forward-Steuerung des zugeführten Hydraulikdruck zum Variator 30 wird mit Bezug auf 4 beschrieben, hier werden grafisch Parameterzustände im Zusammenhang mit dem Betrieb einer Ausführungsform des Antriebssystems 100 einschließlich des CVT 140 und Variators 30 gezeigt. Die Kurve 400 besteht aus Parameterzuständen einschließlich des Zusammentreffens von Hydraulikdruck 410, Integratorstatus im geschlossenen Regelkreis 420 und Feedback-Zuwachs PIDgx 430 im Verhältnis zur Zeit auf der horizontalen Achse während eines instationären Ereignisses, das eine angewiesene Erhöhung des Hydraulikdrucks enthält. Die mit Bezug auf 4 gezeigten Daten sind mit einem Teil der Feed-Forward-Steuerung des zugeführten Hydraulikdrucks zum Variator während eines instationären Ereignisses assoziiert, das eine angewiesene Erhöhung des Hydraulikdrucks als Antwort auf einen Befehl zur Änderung des Übersetzungsverhältnisses des Variators 30 während des Betriebs enthält. Der Hydraulikdruck 410 enthält einen Anfangsdruck 412 und einen Solldruck 414, der Anfangsdruck 412 ist einem gegenwärtig angewiesenen Drehzahlverhältnis zugeordnet und der Solldruck 414 einem Solldrehzahlverhältnis. Wie gezeigt, wird vor dem Zeitpunkt t1 402 der Stationärbetrieb bei der Steuerung des Hydraulikdrucks verwendet, während ein Messdruck 411 den Solldruck 413 als Reaktion auf einen Druckbefehl 415 verfolgt. Der Term 422 des Integrators im geschlossenen Regelkreis variiert als Reaktion auf den gemessenen Druck 411 und ein Feedback-Zuwachsstatus 432 ist aktiv.
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Ein instationäres Ereignis beginnt zum Zeitpunkt t1 402, bei dem der Term 422 des Integrators im geschlossenen Regelkreis und der Feedback-Zuwachsstatus 432 auf null zurückgesetzt werden. Die Feed-Forward-Steuerung des Hydraulikdrucks arbeitet basierend auf dem Anfangsdruck 412 und dem Solldruck 414, einschließlich der Bestimmung des gemessenen Druck 411 und des Solldrucks 413 als Reaktion auf einen Druckbefehl 415 folgendermaßen:
Die Feed-Forward-Steuerung des zugeführten Hydraulikdrucks zum Variator während eines instationären Ereignisses enthält bevorzugt die Bestimmung einer Bahn zwischen Druckbefehlen deren Differenz, entweder angezeigt oder als absoluter Wert, größer als ein Druckschwellenwert ist, PSchwellenwert. Die Größe des Druckschwellenwerts kann abhängig von der Pumpe, der Drehzahl der Antriebs-Variatorscheibe, dem Getriebe- oder Variator-Antriebsdrehmoment, der Temperatur von Variator oder Flüssigkeit, dem Durchsatz und anderen Faktoren sein. Die Bahn für den nächsten Druckbefehl, Pn+1, vom aktuellen Druckbefehl, Pn, zu Druckziel, PZiel, kann durch die folgenden Beziehungen gemäß den Gleichungen 1 und 2 wie folgt definiert werden. Pn+1 = Pn – (CGAIN·(Pn – PZiel)) [1] und |PZiel – Pn| < PSchwellenwert, dann Pn+1 = PZiel oder Pn+1 = Pniedrig [2] worin:
- CGAIN
- eine Konstante ist, die steuert, wie schnell die Bahn zu PZiel konvergiert,
- Pn
- ist der Anfangsdruck, und
- Pniedrig
- ist ein konstanter Druck Begriff.
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Der Sinn für die Festlegung der Bahn mit Bezug auf die Gleichungen 1 und 2 so detailliert wie möglich liegt darin, zunächst eine relativ große Druckänderung als anfängliche Reaktion des Hydrauliksystems zu haben und dann kleinere Differenzen zwischen den Wegepunkten bei Annäherung an das Ziel PZiel. Der mit Bezug auf Gleichung 1 beschriebene Zusammenhang wird bevorzugt zur Steuerung des CVT 140 während des Teils seines Betriebs zwischen den Zeitpunkten t1 402 und t2 404 nach 4 verwendet, der mit Bezug auf Gleichung 2 beschriebene Zusammenhang hingegen wird zur Steuerung des CVT 140 während des Teils seines Betriebs zwischen den Zeitpunkten t2 404 und t3 406 nach
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4 verwendet. Dies geschieht zur Senkung der Druckänderungsrate, um eine weiche Landung am Druckziel bei einer Minimierung oder Vermeidung von Unter- oder Überschreitung des Drucks zu erzielen. Alternativ kann die gewünschte Druckbahn durch andere Möglichkeiten erreicht werden, darunter Keilwellen, kubische Funktionen, Filter usw.
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Wie weiter in 4 gezeigt, hinkt der gemessene Druck 411 dem angewiesenen Druck 415 aufgrund hydraulischer Einschränkungen, Transportverzögerungen, Latenzen in der System-Kommunikation und anderen Faktoren hinterher. Die Feed-Forward-Steuerung ermöglicht eine Erhöhung des angewiesenen Drucks, um der hydraulischen Klemmverzögerung des tatsächlichen Drucks der Scheibeneinheit entgegenzuwirken. Eine Überschreitung ist somit am Ende des instationären Ereignisses minimiert, beispielsweise zum Zeitpunkt t3 406, da der geschlossene Regelkreis deaktiviert wird. Der Feedback-Zuwachs-Status 432 wird ab dem Zeitpunkt t2 404 aktiv und der Integrator-Term des geschlossenen Regelkreises 422 wird ab dem Zeitpunkt t3 406 aktiv in diesem Beispiel.
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Nochmals mit Verweis auf 3, wird die stationäre Drucksteuerung angeordnet (306)(1), so wird ein proportionaler Zuwachs-Term in der proportionalen Feedback-Steuerung des Hydraulikdrucks des Variators auf einen Wert festgelegt, der die proportionale Feedback-Steuerung aktiviert (320), sowie ein integraler Zuwachs-Term in der integralen Feedback-Steuerung auf einen Wert festgelegt, der die integrale Feedback-Steuerung aktiviert (322). Die Feed-Forward-Steuerung des Hydraulikdrucks des Variators wird deaktiviert (324). Die Routine 300 steuert den Hydraulikdruck zum Variator 30, der auf Feed-Forward- und/oder Feedback-Steuerung so reagiert, wie beschrieben (330).
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Stationäre Zustandsbedingungen benötigen nicht so einen hohen Durchsatz wie instationäre Bedingungen. Da stationäre Bedingungen keinen hohen Durchsatz benötigen, spiegelt der gemessene Druck den Druck an der Scheibeneinheit genauer wider. Eine verbesserte Genauigkeit des gemessenen Drucks an der Scheibeneinheit minimiert die Notwendigkeit für jegliche Form von Feed-Forward-Druckregelung. Weiterhin ist es bei verbesserter Messgenauigkeit weniger dringend, Zuwächse des geschlossenen Regelkreises deaktivieren oder anpassen zu müssen, um einen stabilen Betrieb des Systems zu gewährleisten.
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Das Flussdiagramm und die Blockdiagramme in den Flussdiagrammen veranschaulichen die Architektur, die Funktionalität und den Betrieb möglicher Umsetzungen von Systemen, Verfahren und Computerprogrammen gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. In dieser Hinsicht kann jeder Block in den Flussdiagrammen oder den Blockdiagrammen ein Modul, ein Segment oder einen Abschnitt eines Codes darstellen, der zum Implementieren der spezifizierten logischen Funktion(en) einen oder mehrere ausführbare Befehle umfasst. 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 vorliegenden Lehren, doch wird der Umfang der vorliegenden Lehren einzig und allein durch die Ansprüche definiert. Während einige der besten Arten und Weisen und weitere Ausführungsformen der vorliegenden Lehren ausführlich beschrieben wurden, gibt es verschiedene alternative Entwürfe und Ausführungsformen zur Umsetzung der vorliegenden Lehren in den hinzugefügten Ansprüchen.