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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Sicherstellung einer rutschfreien Anpressung bei einem Umschlingungsgetriebe in einem Kraftfahrzeug.
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Ein solches Umschlingungsgetriebe ist z. B. aus der
WO 2006/063548 A1 bekannt. Für einen dauerhaft sicheren Betrieb eines solchen Umschlingungsgetriebes mit kontinuierlich veränderlicher Übersetzung ist eine geeignete Anpressung zwischen Umschlingungsmittel und Kegelscheiben maßgeblich. Geeignet heißt, dass die Anpressung einerseits sicherstellt, dass das Umschlingungsmittel nicht rutscht, und andererseits nicht unnötig hoch ist, um keine unzulässigen Bauteilebelastungen zu erzeugen und in Folge des hohen bereitzustellenden Hydraulikdruckes den Wirkungsgrad zu verschlechtern.
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Dabei sind auch mechanische Anpresssysteme, z. B. aus der
DE 101 39 121 A1 bekannt, bei denen ein Momentenfühler zum Einsatz kommt. Weiter sind elektronische Anpresssysteme bekannt, die auf Basis einer Antriebseinheit-Momenteninformation die Anpressung der Kegelscheiben über hydraulische Ventile steuert.
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Bei diesen Anpresssystemen werden die Anpresskräfte der Kegelscheiben ausschließlich gesteuert eingestellt, eine Anpassung an individuell vorliegende Scheibensätze und wechselnde Betriebsbedingungen erfolgt nicht. Um daher auch bei ungünstigen Reibverhältnissen ein Rutschen des Umschlingungsmittels sicher zu verhindern, wird regelmäßig eine meist zu hohe Anpresskraft eingestellt. Diese Maßnahme führt jedoch zu einem höheren Verbrauch und entsprechend höherem Kohlendioxid-Ausstoß.
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Aus der
WO 2006/063548 A1 ist weiter ein Verfahren zum Diagnostizieren der Anpresssicherheit bekannt. Dabei wird beschrieben, dass in einem bestimmten Betriebspunkt der Antriebseinheit, bzw. des Kraftfahrzeuges, bzw. des Umschlingungsgetriebes (also z. B. bei Fahrt mit konstanter Drehzahl der Antriebswelle und/oder bei konstantem Eingangsdrehmoment) ein kompensierter Lastsprung durchgeführt wird. Aus der Änderung der Übersetzung am Umschlingungsgetriebe wird der in diesem Betriebspunkt vorliegende Anpresssicherheitsfaktor ermittelt, wobei dann eine Änderung der Anpresskräfte zur weiteren Optimierung (also zur Absenkung) des Anpresssicherheitsfaktors vorgenommen werden kann.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere ein Verfahren vorzuschlagen, das es ermöglicht, in jedem Betriebspunkt und für ein individuelles Umschlingungsgetriebe eine geeignete Anpressung einzustellen, d. h. eine zu starke Anpressung wird vermieden, wobei aber ein Durchrutschen des Umschlingungsmittel verhindert wird..
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Sicherstellung einer rutschfreien Anpressung bei einem Umschlingungsgetriebe in einem Kraftfahrzeug, wobei ein von einer Antriebswelle einer Antriebseinheit auf das Umschlingungsgetriebe übertragene Eingangsdrehmoment (nur) elektronisch auf Basis von Informationen eines Antriebseinheitssteuergerätes berechnet wird und eine erste Anpresskraft eines antreibenden Scheibensatzes und eine zweite Anpresskraft eines getriebenen Scheibensatzes auf Basis diese berechneten Eingangsdrehmomentes eingestellt wird, wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte umfasst:
- a. Ermitteln des berechneten Eingangsdrehmoments für einen vorliegenden Betriebspunkt des Umschlingungsgetriebes und Bestimmen der erforderlichen ersten Anpresskraft und zweiten Anpresskraft anhand eines definierten Anpressgesetzes oder zusätzlich anhand eines in einer Betriebstabelle hinterlegten Anpressfaktors;
- b. Überprüfen der ersten und zweiten Anpresskraft durch Bestimmen und Auswerten des Anpresskraftverhältnisses anhand eines Zeta-Wertes der ersten und zweiten Anpresskraft und Bestimmen eines Korrektur-Wertes;
- c. Anpassen der ersten und zweiten Anpresskraft unter Berücksichtigung des Korrektur-Wertes auf eine dritte und vierte Anpresskraft, die entsprechend am Umschlingungsgetriebe eingestellt werden.
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Insbesondere wird der Schritt b. in einem geeigneten Fahrzustand, bevorzugt zyklisch, durchgeführt. Insbesondere wird der Schritt b. zu Zeitpunkten durchgeführt, in denen ein geeigneter Betriebspunkt der Antriebseinheit, bzw. des Umschlingungsgetriebes, bzw. ein geeigneter Fahrzustand des Kraftfahrzeuges (also z. B. bei Fahrt mit konstanter Drehzahl der Antriebswelle und/oder bei konstantem Eingangsdrehmoment) vorliegt.
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In diesem Schritt b. wird das aus der
WO 2006/063548 A1 bekannte Verfahren zur Bestimmung eines Anpresssicherheitsfaktors durchgeführt. Das dort beschriebene Verfahren wird hiermit vollumfänglich in Bezug genommen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird allerdings nicht nur der aktuell anliegende Anpressfaktor bestimmt, sondern es wird auf Basis des ermittelten Anpressfaktors eine Betriebstabelle geschrieben, in der entsprechend errechnete Korrektur-Werte hinterlegt sind. Diese, in Schritt b. bestimmten Korrektur-Werte können dann für jeden Betriebspunkt des Umschlingungsgetriebes verwendet werden, um einen bei diesem Betriebspunkt ermittelten ersten Anpressfaktor dahingehend anzupassen, dass die Antriebskräfte an den Scheibensätzen des Umschlingungsgetriebes auf ein geeignetes Maß eingestellt werden. Zur Anpassung der Anpresskräfte wird also nicht zunächst eine Diagnose gemäß der
WO 2006/063548 A1 durchgeführt, sondern es wird auf zu einem früheren Zeitpunkt ermittelte Korrektur-Werte zurückgegriffen. Damit ist eine Anpassung der Antriebskräfte an die jeweils vorliegenden Betriebsbedingungen des Umschlingungsgetriebes (also z. B. Berücksichtigung von Fertigungstoleranzen, Alter, Schmierung, Verschleiß von Komponenten, etc.) möglich.
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Insbesondere wird die Betriebstabelle ausgehend von nur einem ermittelten Korrektur-Wert auf Basis von Erfahrungswerten gefüllt. Damit liegt in Schritt b. (nach nur einmaliger Durchführung des Schrittes b.) eine vollständige Betriebstabelle vor, aus der für alle Fahrzustände geeignete Korrektur-Werte entnommen werden können.
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Bevorzugt wird in Schritt b. jeweils nur eine inkrementelle Anpassung der Korrektur-Werte durchgeführt; so dass die Gefahr einer Unteranpressung bei Fehladaption signifikant gemindert werden kann
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In der Betriebstabelle sind die Korrektur-Werte insbesondere in Abhängigkeit von den Parametern Übersetzung (zwischen antreibenden Scheibensatz und getriebenen Scheibensatz) und Eingangsdrehmoment hinterlegt.
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Insbesondere wird bei einer definierten Betätigung eines Fahrpedals (Gaspedal oder entsprechende Einrichtung am Kraftfahrzeug) eine vorbestimmte Zusatzanpresskraft auf die in Schritt c. angepassten Anpresskräfte hinzuaddiert und es werden entsprechend geänderte fünfte und sechste Anpresskräfte am Umschlingungsgetriebe eingestellt.
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Insbesondere werden die in Schritt b. ermittelten Korrektur-Werte nur anteilig bei den bisher ermittelten Korrektur-Werten berücksichtigt. Anteilig bedeutet hier, dass der neu ermittelte Korrektur-Wert z. B. nur zu 20 %, insbesondere zu 30%, bevorzugt zwischen 10 % und 40 %, übernommen wird. D.h. der jeweils neu bestimmte Korrektur-Wert und in Schritt c) dann verwendete Korrektur-Wert wird wie folgt bestimmt: Korrektur-Wert = 0,8·Korrektur-Wert (alt) + 0,2·Korrektur-Wert (neu). Eine solche Vorgehensweise ist besonders vorteilhaft bei inkrementeller Anpassung des Korrektur-Wertes. Insbesondere kann so eine Fehlerbehaftung der Messergebnisse z. B. durch Rauschanteile verringert werden.
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Insbesondere wird aus der Betätigung eines Fahrpedals ein durch einen Fahrer gewünschtes Eingangsdrehmoment berechnet und in Schritt a. des Verfahrens verwendet.
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Insbesondere kann so, bevor ein sich veränderndes Eingangsdrehmoment an dem Umschlingungsgetriebe oder an der Antriebseinheit festgestellt wird, bereits aus der Bewegung des Fahrpedals eine unmittelbar bevorstehende Änderung des Eingangsdrehmoments antizipiert werden.
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Weiter wird ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, zumindest aufweisend eine Antriebseinheit und ein mit der Antriebseinheit über eine Antriebswelle verbundenes Umschlingungsgetriebe, das durch das erfindungsgemäße Verfahren betreibbar ist.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele, auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände. Es zeigen:
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1: den Aufbau eines in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs angeordneten Umschlingungsgetriebes;
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2: das Verfahren; und
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3: Kurven zur Erläuterung des aus der
WO 2006/063548 A1 bekannten Verfahrens.
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1 zeigt den Aufbau eines in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs 2 angeordneten Umschlingungsgetriebes 1. Eine von einer Antriebseinheit 4 unter Zwischenanordnung einer Kupplung und einem Drehrichtungswechselgetriebe angetriebene Antriebswelle 3 ist starr mit einer ersten Kegelscheibe 25 eines antreibenden Scheibensatzes 9 verbunden. Eine zweite Kegelscheibe 26 ist drehfest und axial verschiebbar auf der Antriebswelle 3 angeordnet. Zwischen einem starr mit der Antriebswelle 3 verbundenen Stützbauteil und der zweiten Kegelscheibe 26 sind Druckräume ausgebildet, durch deren Druckbeaufschlagung die Anpresskraft 8, 19, 23 veränderbar ist, mit der die zweite Kegelscheibe 26 in Richtung auf die erste Kegelscheibe 25 drückbar ist. In ähnlicher Weise weist ein getriebener Scheibensatz 11 eine starr mit einer Abtriebswelle 27 verbundene dritte Kegelscheibe 28 und eine axial bewegliche vierte Kegelscheibe 29 auf, die durch Druckbeaufschlagung zugehöriger Druckräume in Richtung auf die dritte Kegelscheibe 28 drängbar ist. Zwischen den beiden Scheibensätzen 9 und 11 läuft ein Umschlingungsmittel 30, beispielsweise eine Gliederkette, um. Die Anpresskraft 8, 10, 19, 20, 23, 24 mit der das Umschlingungsmittel 30 an den Kegelflächen der Kegelscheiben 25, 26, 38, 29 reibschlüssig anliegt, wird mittels Hydraulikventilen 31, 32 gesteuert, wobei das erste Hydraulikventil 31 beispielsweise in an sich bekannter Weise eine vom auf die Antriebswelle 3 wirkenden Eingangsdrehmoment 5 abhängige Grundanpressung bestimmt und mit den zweiten Hydraulikventilen 32 die Übersetzungsverstellung erfolgt. Zur Steuerung der Hydraulikventile 31, 32 dient ein elektronisches Steuergerät 14, an dessen Eingängen Signale von Sensoren liegen, die für die Steuerung der Ventile wesentliche Informationen enthalten, die entsprechend in dem Steuergerät 14 abgelegten Algorithmen in Steuersignale für die Hydraulikventile umgewandelt werden.
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Bei dem Verfahren wird bei einer definierten Betätigung eines Fahrpedals 21 (Gaspedal oder entsprechende Einrichtung am Kraftfahrzeug 2) durch einen Fahrer 25 eine vorbestimmte Zusatzanpresskraft 22 (wird z. B. im Steuergerät 14 ermittelt) auf die in Schritt c. angepassten Anpresskräfte 19, 20 hinzuaddiert und es werden entsprechend geänderte fünfte und sechste Anpresskräfte 23, 24 am Umschlingungsgetriebe 1 eingestellt.
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2 zeigt das Verfahren, wobei ein von einer Antriebswelle 3 einer Antriebseinheit 4 auf das Umschlingungsgetriebe 1 übertragene Eingangsdrehmoment 5 nur elektronisch auf Basis von Informationen 6 eines Antriebseinheitssteuergerätes 7 berechnet wird und eine erste Anpresskraft 8 eines antreibenden Scheibensatzes 9 und eine zweite Anpresskraft 10 eines getriebenen Scheibensatzes 11 auf Basis dieses berechneten Eingangsdrehmomentes 5 eingestellt wird. In einem Schritt a. des Verfahrens wird das berechnete Eingangsdrehmoments 5 für einen vorliegenden Betriebspunkt 12 des Umschlingungsgetriebes 1 ermittelt und aus einem entsprechenden Anpressgesetz und einem in einer Betriebstabelle hinterlegten Anpressfaktors im Rahmen des Schritts a. 13 die erforderliche erste Anpresskraft 8 und zweite Anpresskraft 10 bestimmt In einem, insbesondere unmittelbar dann durchgeführten Schritt b. 16 wird eine Überprüfung bzw. Korrektur der ersten bzw. zweiten Anpresskraft durch eine entsprechende Adaption vorgenommen, welche z. B. durch Auswertung des Anpresskraftverhältnisses, d. h. des Zeta-Wertes, eine Aussage zum Anpressfaktors und damit zur Berechnung des entsprechenden Korrektur-Wertes 15 für diesen Betriebspunkt 12) ermöglicht. In einem nachfolgenden Schritt c. 17 werden die Anpresskräfte 8 und 10 unter Berücksichtigung des in Schritt b. 16 bestimmten Korrektur-Wertes 15 angepasst. Nach dieser Adaption werden die in Schritt a. bestimmten Anpresskräfte 8, 10 unter Berücksichtigung des Korrekturwertes 15 zu einer dritten Anpresskraft 19 für den antreibenden Scheibensatz 9 und zu einer vierten Anpresskraft 20 für den getriebenen Scheibensatz 11 angepasst und entsprechend am Umschlingungsgetriebe 1 über das Steuergerät 14 und die Hydraulikventile 31, 32 eingestellt werden. Durch Ausführen des Schrittes b. 16 werden in einem geeigneten Fahrzustand 18 des Kraftfahrzeuges 2 die Korrektur Werte 15 der Betriebstabelle 15 bestimmt.
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Bei dem Verfahren wird bei einer definierten Betätigung eines Fahrpedals 21 (Gaspedal oder entsprechende Einrichtung am Kraftfahrzeug 2) durch einen Fahrer 25 eine vorbestimmte Zusatzanpresskraft 22 (wird z. B. im Steuergerät 14 ermittelt) auf die in Schritt b. 16 angepassten Anpresskräfte 19, 20 hinzuaddiert und es werden entsprechend geänderte fünfte und sechste Anpresskräfte 23, 24 am Umschlingungsgetriebe 1 eingestellt.
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In 3 gibt die Abszisse den inversen Anpresssicherheitsfaktors SF 34 (1/SF) an, welcher das Verhältnis von der theoretisch notwendigen Anpresskraft – welche für einen geeigneten Betrieb des Variators erforderlich ist – zu der vorhandenen Anpresskraft beschreibt. Ein Wert von 1 bedeutet dabei, eine Anpressung nahe der Rutschgrenze. Für den Betrieb wird ein Wert für SF von ca. 1.1 bis 1.3 angestrebt. Die Ordinate gibt den Wert Zeta an. Die Kurven A und B sind zwei Beispiele aus einer Kurvenschar und stellen den Verlauf von Zeta für zwei unterschiedliche und jeweils konstante Übersetzungen des Getriebes dar, wobei die Kurve B einer längeren Übersetzung als die Kurve A, also einer Übersetzung in Richtung Overdrive (Kennzeichnung durch Pfeil OD) entspricht. Solche Zeta-Kurvenscharen ergeben sich in ähnlicher Form für jede Art von Umschlingungsgetrieben. Die Buchstaben x, y und z deuten jeweils auf unterschiedliche Gebiete hin, x auf ein Gebiet links vom Zetamax-Punkt, dessen Gebiet mit y bezeichnet ist, und z auf ein Gebiet rechts vom Zetamax-Punkt. Der gestrichelt angegebene kreisförmige Ausschnitt ist in 3 vergrößert voll ausgezogen dargestellt und verdeutlicht folgenden Vorgang: Ausgehend von einem stabilen Zustand I auf der Zeta-Kurve A mit gegebener Anpressung, Übersetzung, Eingangsmoment und Zeta-Wert wird bei konstantem oder zumindest annähernd konstantem Moment ein definierter Kraftsprung auf beide Scheibensätze gegeben. Dies ist durch entsprechende Ansteuerung der Hydraulikventile 31, 32 gemäß 2 möglich. Die jeweilige Höhe des Kraftsprungs auf den antreibenden Scheibensatz 9 und den getriebenen Scheibensatz 11 ist dabei derart festgelegt, dass sich der Wert von Zeta nicht ändert, d.h. es gilt: Zeta = (Fss1/Fss2) = (Fss1 – deltaFss1)/(Fss2 – deltaFss2), wobei Fss1 die am antreibenden Scheibensatz 9 wirksame erste Antriebskraft 8 vor dem Kraftsprung ist, Fss2 die an dem getriebenen Scheibensatz 11 vor dem Kraftsprung wirkende zweite Antriebskraft 10 ist und deltaFss1 der Kraftsprung am antreibenden Scheibensatz 9 ist und deltaFss2 der Kraftsprung am getriebenen Scheibensatz 11 ist.
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Aus der Beziehung ergibt sich für einen "Zeta-kompensierten" Kraftsprung: deltaFss1 = Zeta·deltaFss2.
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Ein solcher Zeta-kompensierter Kraftsprung bewirkt gemäß 3, dass sich der Getriebezustand vom Zustand I zum Zustand II bewegt, d.h. die Übersetzung sich in Richtung Overdrive (OD) verstellt, wenn sich der Punkt I links von Zetamax befindet bzw. sich in Richtung Underdrive (UD) (Kennzeichnung durch Pfeil UD) verstellt, wenn sich der Punkt I ausreichend weit rechts von Zetamax befindet. Ein Punkt III bei gleicher Anpressung F und gleicher Übersetzung wie in Punkt I ist nur bei einem verminderten Zeta-Wert erhältlich, d.h. kann sich nicht einstellen. Die Übersetzungsverstellung (Übergang von der Zeta-Kurve A auf die Zeta-Kurve B) kann unmittelbar durch die Ausgangssignale von Drehzahlsensoren 33 (siehe 1) diagnostiziert werden, die mit dem Steuergerät 14 verbunden sind, oder durch Diagnose des Verhaltens eines im Steuergerät 14 enthaltenen Übersetzungsreglers.
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Das anhand der 3 geschilderte Verfahren kann einerseits zur Diagnose des jeweiligen augenblicklichen Anpresssicherheitsfaktors 34 verwendet werden, indem in geeigneten Betriebszuständen des Fahrzeugs während der Fahrt ein kompensierter Lastsprung, wie anhand 3 geschildert, durchgeführt wird. Es versteht sich, dass der Lastsprung auch in Form einer Zetakompensierten Erniedrigung der Anpresskräfte durchgeführt werden kann, wobei sich die Verhältnisse der 3 richtungsgemäß umkehren. Der Anpresssicherheitsfaktor 34 ist sehr hoch, wenn sich bei einem kompensierten Lastsprung eine Übersetzungsänderung in Richtung OD ergibt (das System befindet sich im Bereich x).
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Umschlingungsgetriebe
- 2
- Kraftfahrzeug
- 3
- Antriebswelle
- 4
- Antriebseinheit
- 5
- Eingangsdrehmoment
- 6
- Information
- 7
- Antriebseinheitssteuergerät
- 8
- erste Anpresskraft
- 9
- antreibender Scheibensatz
- 10
- zweite Anpresskraft
- 11
- getriebener Scheibensatz
- 12
- Betriebspunkt
- 13
- Schritt a. des Verfahrens
- 14
- Steuergerät
- 15
- Korrektur-Wert
- 16
- Schritt b. des Verfahrens
- 17
- Schritt c. des Verfahrens
- 18
- Fahrzustand
- 19
- dritte Anpresskraft
- 20
- vierte Anpresskraft
- 21
- Fahrpedal
- 22
- Zusatzanpresskraft
- 23
- fünfte Anpresskraft
- 24
- sechste Anpresskraft
- 25
- erste Kegelscheibe
- 26
- zweite Kegelscheibe
- 27
- Abtriebswelle
- 28
- Dritte Kegelscheibe
- 29
- Vierte Kegelscheibe
- 30
- Umschlingungsmittel
- 31
- Erstes Hydraulikventil
- 32
- Zweites Hydraulikventil
- 33
- Drehzahlsensor
- 34
- Anpresssicherheitsfaktor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2006/063548 A1 [0002, 0005, 0010, 0010, 0022]
- DE 10139121 A1 [0003]
