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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Steuersystem für ein stufenloses Getriebe in einem Fahrzeugantriebssystem.
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EINLEITUNG
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Diese Einleitung stellt im Allgemeinen den Kontext der Offenbarung dar. Die Arbeit der gegenwärtig genannten Erfinder in dem in diesem Hintergrundabschnitt beschriebenen Umfang sowie Aspekte der Beschreibung, die zum Zeitpunkt der Anmeldung ansonsten nicht als Stand der Technik gelten, werden gegenüber der vorliegenden Offenbarung ausdrücklich noch implizit als Stand der Technik zugelassen.
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Fahrzeugantriebssystem mit einer Antriebsmaschine, wie beispielsweise einem Verbrennungsmotor, die mit einem stufenlosen bzw. unendlich variablen Getriebe (CVT) gekoppelt ist, kann eingesetzt werden, um in Fahrzeugen eine Traktionsleistung zu erzeugen. Ein CVT ist fähig, ein Antriebs-/Abtriebsdrehzahlverhältnis über eine Spanne zwischen einem minimalen (Abwärts-) und einem maximalen (Overdrive-)Verhältnis zu verändern, sodass eine unendlich variable Auswahl eines Motorbetriebs gestattet wird, welche ein Sollgleichgewicht des Kraftstoffverbrauchs und der Motorleistung als Reaktion auf eine Drehmomentanforderung zulässt.
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Bekannte kettenartige stufenlose Getriebe können zwei Riemenscheiben mit jeweils zwei Scheiben beinhalten. Eine Kette oder ein Riemen laufen zwischen den beiden Riemenscheiben, wobei die beiden Scheiben jeder der Riemenscheiben die Kette dazwischen einlegen. Ein Reibungseingriff zwischen den Scheiben jeder Riemenscheibe und der Kette koppelt die Kette an jede Riemenscheibe, um ein Drehmoment von einer Riemenscheibe zur anderen zu übertragen. Eine der Riemenscheiben kann als Antriebs- oder Eingangscheibe funktionieren, und die andere Riemenscheibe kann als angetriebene oder Ausgangsscheibe funktionieren. Das Übersetzungsverhältnis (auch bekannt als Drehmomentverhältnis) ist das Verhältnis des Drehmoments der angetriebenen (Ausgangs-) Scheibe zum Drehmoment der Antriebs (Eingangs)-Scheibe. Das Übersetzungsverhältnis kann geändert werden, indem die beiden Scheiben einer der Riemenscheiben näher zusammengebracht werden, und die beiden Scheiben der anderen Riemenscheibe weiter voneinander entfernt werden, wodurch die Kette jeweils höher oder niedriger auf der entsprechenden Riemenscheibe läuft. Die Übersetzung kann auch durch Dividieren einer Getriebeeingangsdrehzahl durch eine Getriebeausgangsdrehzahl erlangt werden. Das Soll-Übersetzungsverhältnis kann bestimmt werden, basierend auf einer Anzahl von Faktoren einschließlich, als Beispiel und ohne Einschränkung, der Fahrer-Pedalbetätigung, der Fahrzeuggeschwindigkeit und dergleichen.
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KURZDARSTELLUNG
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In einem exemplarischen Aspekt beinhaltet ein Fahrzeugantriebssystem eine Antriebsmaschine mit einer Antriebsmaschinen-Abtriebswelle, einem stufenlosen Getriebe mit einer Rechengetriebe-Antriebswelle, die mit der Antriebsmaschinen-Abtriebswelle gekoppelt ist, und mit einer Rechengetriebe-Abtriebswelle, einem Fahrer-Drehmomentanforderungsmodul in Verbindung mit einer Fahrereingabe und zum Ausgeben einer Fahrerdrehmomentanforderung, einem Motor-Hauptstrang in Verbindung mit der Antriebsmaschine und einem Getriebe-Hauptstrang in Verbindung mit dem stufenlosen Getriebe und dem Motor-Hauptstrang im Fahrzeug-Antriebssystems. Der Getriebe-Hauptstrang beinhaltet ein positives Drehmomentanforderungsmodul, das eine positive Drehmomentanforderung erzeugt, und einen positiven Drehmomentanforderungsmonitor, der eine Drehmomentanforderung vom Getriebe-Hauptstrang zum Motor-Hauptstrang auf ein Maximum eines vorbestimmten Schwellenwerts begrenzt.
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Auf diese Weise kann die Fahrbarkeit und Geschmeidigkeit eines Herunterschaltens in einem Fahrzeugantriebssystem mit einem stufenlosen Getriebe verbessert werden, während der volle Schutz, die Rationalisierung und Sicherheit von Drehmomentwerten beibehalten wird. Die Überwachung einer Drehmomentanforderung in einem Getriebe-Hauptstrang vor dem Weiterleiten der Anforderung an einen Motor-Hauptstrang verbessert die Ansprechempfindlichkeit, Genauigkeit, Geschmeidigkeit und Fahrbarkeit. Ferner verhindert dies die Notwendigkeit einer Überwachung oder Durchleuchtung in einem Motor-Hauptstrang und vermeidet eine Notwendigkeit, Drehmomentanforderungen zu stellen, die möglicherweise ein von einem Fahrer angefordertes Drehmoment für einen Zeitgeber übersteigen.
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In einem weiteren exemplarischen Aspekt ist die Drehmomentanforderung eine Summe der Fahrerdrehmomentanforderung und der positiven Drehmomentanforderung.
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In einem weiteren exemplarischen Aspekt bestimmt das positive Drehmomentanforderungsmodul die positive Drehmomentanforderung, basierend auf einer Motorbeschleunigung und einer Motorträgheit.
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In einem weiteren exemplarischen Aspekt bestimmt das positive Drehmomentanforderungsmodul die positive Drehmomentanforderung während einer Abnahme im Übersetzungsverhältnis des stufenlosen Getriebes, so dass ein resultierendes Drehmoment an einer Achse des Fahrzeug-Antriebssystems im Wesentlichen mit einem vom Fahrer angeforderten Achsdrehmoment übereinstimmt.
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In einem weiteren exemplarischen Aspekt entspricht das vom Fahrer angeforderte Achsdrehmoment der Fahrerdrehmomentanforderung.
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In einem weiteren exemplarischen Aspekt begrenzt der positive Drehmomentanforderungsmonitor eine Drehmomentanforderung vom Getriebe-Hauptstrang zum Motor-Hauptstrang auf ein Maximum eines vorbestimmten Schwellenwerts aus einer Tabelle vorbestimmter Schwellenwerte.
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In einem weiteren exemplarischen Aspekt bestimmt der positive Drehmomentanforderungsmonitor den vorbestimmten Schwellenwert aus der Tabelle, basierend auf einer Motorbeschleunigung und einem Übersetzungsverhältnis des stufenlosen Getriebes.
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Weitere Anwendungsbereiche der vorliegenden Offenbarung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung. Es ist zu beachten, dass die ausführliche Beschreibung und die spezifischen Beispiele nur dem Zweck der Veranschaulichung dienen und nicht dazu beabsichtigt sind, den Umfang der Offenbarung zu begrenzen.
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Die oben genannten Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind aus der folgenden ausführlichen Beschreibung einschließlich der Ansprüche und der Ausführungsformen leicht ersichtlich, wenn sie zusammen mit den beigefügten Zeichnungen genommen werden.
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Figurenliste
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Die vorliegende Offenbarung wird verständlicher unter Zuhilfenahme der ausführlichen Beschreibung und der zugehörigen Zeichnungen, worin gilt:
- 1 zeigt schematisch Elemente eines Fahrzeug-Antriebssystems 100;
- 2 zeigt schematisch Elemente eines Rechengetriebes 30 eines kettenartigen stufenlosen Getriebes (CVT);
- 3 zeigt schematisch ein exemplarisches Steuersystem 300 eines Fahrzeugantriebssystems gemäß der vorliegenden Offenbarung; und
- 4 zeigt ein Diagramm von Signalen von einem stufenlosen Getriebe, das, gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, heruntergeschaltet wird.
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In den Zeichnungen werden dieselben Bezugszeichen für ähnliche und/oder identische Elemente verwendet.
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AUSFÜHRLICHE 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 Fahrzeug-Antriebssystems 100 mit einer Antriebsmaschine 110, die drehbar über einen Drehmomentwandler 120 und ein Getriebegehäuse 130 mit einem stufenlosen Getriebe (CVT) 140 verbunden ist. Das Fahrzeug-Antriebssystem 100 ist mittels einer Kraftübertragung 150 mit einem Fahrzeugrad 160 verbunden, um beim Einsatz in einem Fahrzeug Zugkraft zu erzeugen. Der Betrieb des Fahrzeug-Antriebssystems 100 wird durch ein Steuersystem 10 überwacht und gesteuert, in Reaktion auf Fahrerbefehle und andere Faktoren.
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Die Antriebsmaschine 110 kann, beispielsweise, ein Verbrennungsmotor, ein Motor oder ein anderes System ohne Einschränkung sein, das in der Lage ist, ein Drehmoment in Reaktion auf Befehle, die von dem Steuersystem 10 stammen, zu erzeugen. Der Drehmomentwandler 120 kann eine Fluidkopplung zwischen dessen Antriebs- und Abtriebselementen zur Übertragung von Drehmoment bereitstellen, und kann vorzugsweise eine Pumpe 122 beinhalten, die mit der Antriebsmaschine 110 gekoppelt ist, eine Turbine 124, die über das Antriebselement mit dem Getriebe 130 gekoppelt ist, und eine Drehmomentwandlerkupplung 126, die die Rotation der Pumpe 122 und der Turbine 124 sperrt und durch das Steuersystem 10 gesteuert werden kann. Das Abtriebselement des Drehmomentwandlers 120 ist mit dem Getriebekasten 130 drehbar gekoppelt, der im Eingriff befindliche Zahnräder oder andere geeignete Getriebemechanismen beinhalten kann, die ein Untersetzungsgetriebe zwischen dem Drehmomentwandler 120 und dem CVT 140 bereitstellen. Alternativ kann das Getriebe 130 eine andere geeignete Getriebekonfiguration zur Herstellung eines Übersetzungsverhältnisses zwischen dem Motor 110, dem Drehmomentwandler 120 und dem CVT 140 sein, einschließlich, im Sinne nicht einschränkender Beispiele, einer Ketten- oder Planetengetriebekonfiguration. In alternativen Ausführungsformen können der Drehmomentwandler 120 und der Getriebekasten 130 entfallen.
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Der Getriebekasten 130 kann ein Abtriebselement beinhalten, das über ein Antriebselement 51 mit dem CVT 140 drehbar verbunden ist. Eine exemplarische Ausführungsform des CTV 140 wird mit Bezug auf 2 beschrieben. Ein Abtriebselement 61 des CVT 140 ist mit dem Antriebsstrang 150 drehbar verbunden, der über eine Achse, eine Halbwelle oder ein anderes geeignetes Element zur Drehmomentübertragung mit den Fahrzeugrädern 160 drehbar verbunden ist. Der Antriebsstrang 150 kann ein Differentialgetriebe, ein Kettengetriebe oder eine andere geeignete Getriebeanordnung zum Übertragen von Drehmoment auf ein oder mehrere Fahrzeugräder 160 beinhalten.
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Das Fahrzeug-Antriebssystem 100 beinhaltet vorzugsweise ein oder mehrere Sensorgeräte zur Überwachung von Drehzahlen verschiedener Geräte, darunter z. B. ein Motordrehzahlsensor 112, ein Sensor für die Turbinendrehzahl des Drehmomentwandlers 125, ein Sensor für die Antriebsdrehzahl des CVT-Rechengetriebes 32, ein Sensor für die Abtriebsdrehzahl des CVT-Rechengetriebes 34 und ein Raddrehzahlsensor 162, über den die Fahrzeuggeschwindigkeit (Vss) überwacht wird. Jeder der vorgenannten Drehzahlsensoren kann aus jedem geeigneten Drehstellungs-/Drehzahlmessgerät, wie einem Hall-Effekt-Sensor, bestehen. Jeder der genannten Drehzahlsensoren steht mit dem Steuersystem 10 in Verbindung.
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Das Steuersystem 10 beinhaltet bevorzugt ein oder eine Vielzahl von Steuerungen 12 und eine Benutzerschnittstelle 14. Eine einzelne Steuerung 12 wird zur Vereinfachung der Darstellung dargestellt. Die Steuereinheit 12 kann eine Vielzahl von Steuergeräten beinhalten, von denen jedes Steuergerät 12 zur Überwachung und Steuerung eines einzelnen Systems zugeordnet ist. Dazu können ein Motorsteuermodul (ECM) zur Steuerung des Motors 110 und eine Getriebesteuerung (TCM) zur Steuerung des CVT 140 und zur Überwachung und Steuerung eines einzigen Teilsystems, wie beispielsweise einer Drehmomentwandlerkupplung, gehören. Die Steuerung 12 beinhaltet bevorzugt ein Speichergerät 11, das ausführbare Befehlssätze enthält. Die Benutzeroberfläche 14 steht in Verbindung mit Anwendereingabegeräten, darunter z. B. ein Gaspedal 15, ein Bremspedal 16 und eine Gangschaltung 17.
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2 zeigt schematisch Elemente eines Rechengetriebes 30 eines kettenartigen stufenlosen Getriebes (CVT) 140, das vorteilhafterweise durch eine Steuerung 12 kontrolliert wird. Das Rechengetriebe 30 überträgt Drehmoment zwischen dem ersten Drehelement 51 und dem zweiten Drehelement 61. Das erste Drehelement 51 kann als Antriebselement 51 und das zweite Drehelement 61 kann als Abtriebselement 61 bezeichnet werden.
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Das Rechengetriebe 30 beinhaltet eine erste bzw. primäre Riemenscheibe 36, eine zweite bzw. sekundäre Riemenscheibe 38 und eine flexible kontinuierlich drehbare Vorrichtung 40, die rotierend mit der ersten und zweiten Riemenscheibe 36, 38 verbunden ist, um zwischen diesen ein Drehmoment zu übertragen. Die erste Riemenscheibe 36 ist drehbar mit Antriebselement 51 und die zweite Riemenscheibe 38 ist drehbar mit dem Abtriebselement 61 verbunden, und die drehbare Vorrichtung 40 wird dazu angepasst, das Drehmoment zwischen der ersten und zweiten Riemenscheibe 36, 38 und damit zwischen Antriebs- und Abtriebselement 51, 61 zu übertragen. Die erste Riemenscheibe 36 und 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 kontinuierliche drehbare Vorrichtung 40 kann ein Riemen, eine Kette oder eine andere geeignete flexible kontinuierliche Vorrichtung sein.
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Die erste Riemenscheibe 36 ist senkrecht zur ersten Achse 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 feststehenden Scheibe 54 befindet. Beispielsweise kann die erste bewegliche Scheibe 52 mit einem Antriebsglied 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 Antriebsglied 51 entlang der ersten Achse 48 verbunden. Als solches bewegt sich die feststehende erste Scheibe 54 nicht in achsenförmiger Richtung 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 beweglichen ersten Scheibe 52 und der feststehenden ersten Scheibe 54 sind gegenüberliegend angeordnet, um dazwischen die erste ringförmige Nut 50 zu definieren. Die gegenüberliegenden ersten Nutoberflächen 56, die bevorzugt eine umgekehrt kegelstumpfförmige Form bilden, sodass eine Bewegung der beweglichen ersten Scheibe 52 in Richtung der feststehenden ersten Scheibe 54 einen äußeren Riemenscheibendurchmesser der ringförmigen ersten 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 hydraulischgesteuerte 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 auszubilden. Die ringförmige zweite Nut 62 ist rechtwinklig zur zweiten Achse 46 angeordnet. Die zweite Riemenscheibe 38 beinhaltet eine bewegliche Scheibe 64 und eine feststehende Scheibe 66. Die bewegliche Scheibe 64 bewegt sich in Richtung einer Achse oder wird entlang der zweiten Achse 46 bewegt, die sich gegenüber der feststehenden Scheibe 66 befindet. Beispielsweise kann die bewegliche zweite Scheibe 64 mit dem Abtriebsglied 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 Abtriebsglied 61 entlang der zweiten Achse 46 verbunden. Als solche bewegt sich die feststehende zweite Scheibe 66 nicht in Richtung der zweiten Achse 46. Die bewegliche zweite Scheibe 64 und die feststehende zweite Scheibe 66 beinhalten jeweils eine zweite Nutoberfläche 68. Die zweite Nutoberfläche 68 der beweglichen zweiten Scheibe 64 und der feststehenden zweiten Scheibe 66 sind gegenüberliegend angeordnet und dazwischen befindet sich die zweite ringförmige Nut 62. Die zweite gegenüberliegende Nutoberfläche 68 ist bevorzugt eine umgekehrt kegelstumpfförmige Form, sodass eine Bewegung der zweiten beweglichen Scheibe 64 in Richtung der zweiten ortsfesten Scheibe 66 einen äußeren Riemenscheibendurchmesser der zweiten ringförmigen Nut 62 vergrößert. Ein Stellglied 65 ist mit der zweiten Riemenscheibe 38 angeordnet, um 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 hydraulischgesteuerte Vorrichtung und das Steuersignal 63 ein Hydraulikdrucksignal. Ein Verhältnis zwischen dem Außendurchmesser der ersten Riemenscheibe 36 und dem Außendurchmesser der zweiten Riemenscheibe 38 definiert ein Drehzahlverhältnis (SR). Andere Elemente, wie beispielsweise Kupplungsanordnungen in Form von wählbaren Einweg-Kupplungen und dergleichen, können zwischen dem Rechengetriebe 30 und anderen Fahrzeug-Antriebssystemen und Antriebsstrang-Komponenten und -Systemen zur Anwendung kommen.
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Verschiedene Sensoren sind auf geeignete Weise positioniert, um Signale zu erfassen und Signale zum Betrieb des CVT 140 bereitzustellen, einschließlich des Sensors für die Antriebsgeschwindigkeit des CVT-Rechengetriebes 32 und dem Sensor für die Abtriebsgeschwindigkeit des CVT-Rechengetriebes 34. Der Antriebsdrehzahlsensor 32 kann zur Erzeugung eines Antriebsdrehzahlsignals 33 nahe dem Antriebselement 51 angebracht werden, und der Abtriebsdrehzahlsensor des CVT-Rechengetriebes 34 kann zur Erzeugung eines Abtriebsdrehzahlsignals 35 nahe dem Abtriebselement 61 angebracht sein.
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Das Rechengetriebe-Drehzahlverhältnis (SR) ist das Verhältnis der Drehzahl des Abtriebselements 61 im Verhältnis zur Drehzahl des Antriebselements 51. Formen des SR können als eine Steuerungsgröße für das CVT 140, einschließlich eines Ist-SR und eines Soll-SR, eingesetzt werden. Der Ist-SR zeigt einen vorliegenden Messwert für das SR, und kann basierend auf einem Verhältnis des Antriebsdrehzahlsignals 33 und des Abtriebsdrehzahlsignals 35 festgelegt werden. Das Soll-SR kann einem angewiesenen, zukünftigen Wert für das SR entsprechen, das basierend auf überwachten und geschätzten Betriebsbedingungen in Bezug auf eine Ausgangsleistungsanweisung, die Fahrzeuggeschwindigkeit und das Motordrehmoment und ähnlichem ohne Einschränkung ermittelt werden kann. Die Steuerung 12 steuert das CVT 140 zur Erzielung der gewünschten SR, indem Druck von einer oder beiden primären Riemenscheiben 36 und der sekundären Riemenscheibe 38 des CVT 140 kontrolliert wird. Der Druck von einem oder beiden primären Riemenscheiben 36 und der sekundären Riemenscheibe 38 des CVT 140 kann durch Steuern der Antriebs- und angetriebenen Signale 53, 63 erreicht werden, um den erforderlichen Druck auf die ersten und zweiten Stellglieder 55, 65 für die Soll-SR anzuwenden, wobei sich die erforderlichen Drücke vorzugsweise die Form eines primären Druckbefehls und eines sekundären Druckbefehls haben.
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3 zeigt schematisch ein exemplarisches Steuerungssystem 300 für ein Fahrzeug-Antriebssystem gemäß der vorliegenden Offenbarung. System 300 beinhaltet einen Getriebe-Hauptstrang 302 in Verbindung mit einem Motor-Hauptstrang 304 über einen CAN-Bus 306. In einer exemplarischen Ausführungsform kann der Getriebe-Hauptstrang 302 Komponenten beinhalten und in ähnlicher Weise, wie es im gleichzeitig anhängigen und zugewiesenen US-Patentantrag mit der Seriennummer 15/596,219 beschrieben ist, dessen Offenbarung hier in vollem Umfang einbezogen ist, betrieben werden, um das Übersetzungsverhältnis eines stufenlosen Getriebes zu steuern.
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In der exemplarischen Ausführungsform in 3 kann der Getriebe-Hauptstrang 302 ein Fahrerbeschleunigungs-Pedalpositionssignal 308 und ein Getriebeabtriebswellen-Geschwindigkeitssignal 310 empfangen. Ein Schaltpunktmodul 312 kann ein Regelschema oder eine Trajektorie von Übersetzungsverhältnissen bestimmen und eine Ablaufsteuerungs-Zustandsmaschine 314 kann einen Verlauf dieser Übersetzungsverhältnisse bestimmen. Ein Kupplungs-Schaltungs-Steuermodul 316, ein Kupplungsfüllungs- und Kupplungsdruckmodul 318 und ein Hardware-Antriebs/Abtriebsmodul 320 können diese Übersetzungsverhältnisse in Steuersignale umwandeln, die an ein stufenloses Getriebe 322 gesendet werden können, das dann entsprechend in Reaktion auf diese Signale betrieben werden kann.
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Das Kupplungsfüllungs- und Kupplungsdruck-Steuermodul 316 bestimmt auch in Reaktion einen Betrag des Drehmoments, der eventuell erforderlich ist, um ein ruckfreies Schalten zu implementieren. Dieser Betrag der Schaltung kann generisch als eine positive Drehmomentanforderung (PTR) bezeichnet werden. Das Kupplungsfüllungs- und Kupplungsdruck-Steuermodul 316 gibt die PTR an ein Übertragungsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 324 weiter. Das Übertragungsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 324 kann die PTR vermitteln und dem CAN-Bus 306 für den Zugriff durch den Motor-Hauptstrang 304 verfügbar machen.
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Der Motor-Hauptstrang 304 kann auch ein Fahrerbeschleunigungs-Pedalpositionssignal 308 und ein Getriebeabtriebswellen-Geschwindigkeitssignal 310 in einem Fahrerdrehmomentanfoderungsmodul 326 empfangen. Das Fahrer-Drehmomentanforderungsmodul 326 kann einen vom Fahrer angeforderten Betrag an Achsdrehmoment, Taxl , bestimmen. Ein Achsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 328 kann das vom Fahrer angeforderte Achsdrehmoment empfangen und diesen Wert, basierend auf einer Anzahl von Faktoren und Betriebsbedingungen vermitteln und ferner den arbitrierten Wert von einem Achsdrehmoment-Wert in einen Motordrehmoment-Wert, basierend auf dem Übersetzungsverhältnis, umwandeln. Ein Antriebsdrehmoment-Arbitrierungsmodul 330 kann dann ferner die Drehmomentanforderung, basierend auf einer positiven Drehmomentanforderung, die über den CAN-Bus vom Getriebe-Hauptstrang 302 empfangen wird, vermitteln und eine Motordrehmomentanforderung erzeugen, die einem Motordrehmoment-Steuermodul 332 bereitgestellt wird. Das Motordrehmoment-Steuermodul 332 kann dann einen Satz von Befehlssignalen erzeugen, die an einen Satz von Stellgliedern 334 im Motor weitergeleitet werden, wie, beispielsweise, ein Zündsteuermodul, Kraftstoffsteuermodul und dergleichen, ohne Einschränkung, so dass der Motor in einer bestimmten Weise reagiert, um den verlangten Betrag des Motordrehmoments zu liefern.
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Wie oben erläutert, bestimmt das Kupplungsfüllungs- und Kupplungsdruck-Steuermodul 316 als Reaktion einen Betrag des Drehmoments, der eventuell erforderlich ist, um ein ruckfreies Schalten zu implementieren. Beispielsweise muss im Falle eines Herunterschaltens, wenn das Drehzahlverhältnis reduziert wird, weil der Motor und der zugehörige Antriebsstrang stets mit den Rädern des Fahrzeugs über das stufenlose Getriebe verbunden sind, die Drehzahl des Motors zunehmen. Dies macht es erforderlich, dass der Motor und der Antriebsstrang rotierend beschleunigen. Da der Motor eine Rotationsträgheit aufweist, verbraucht diese Beschleunigung einen Betrag des Drehmoments, die im Allgemeinen als Trägheitsmoment bezeichnet werden kann.
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4 zeigt ein Diagramm von Signalen von einem stufenlosen Getriebe, das, gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, heruntergeschaltet wird. Ein Geschwindigkeitsverhältnis-Signal 400 zeigt eine Abnahme des CVT-Geschwindigkeitsverhältnisses beim Herunterschalten an. Durch die Abnahme de CVT-Geschwindigkeitsverhältnisses 400, muss die Motordrehzahl 402 entsprechend zunehmen. Eine Motorbeschleunigung 404 entspricht der Änderungsrate der Motordrehzahl 402. Da der Motor eine Rotationsträgheit aufweist, kann der Betrag des Drehmoments, das verbraucht wird, um den Motor zu beschleunigen und die Motordrehzahl 402 zu halten, bestimmt werden. Dieses Problem wird durch die Achsdrehmoment-Linie 406 dargestellt, die einen Betrag eines Achsdrehmoments anzeigt, der geringer ist als das vom Fahrer angeforderte Achsdrehmoment 408 um einen Betrag 410, der in Linie 408 angezeigt wird, entsprechend dem Trägheitsmoment, das durch die Beschleunigung 404 der Motordrehzahl 402 verbraucht wird.
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In einer idealen Situation entspricht der Betrag des Drehmoments auf der Achse dem vom Fahrer angeforderten Achsdrehmoment 408, was zu einem Drehmomentbetrag auf der Achse führt, der im Wesentlichen über den Herunterschaltvorgang ausgeglichen bleibt. Auf diese Weise kann eine ruckfreies Herunterschalten erreicht werden.
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Das Achsdrehmoment und das Motordrehmoment weisen gleiche Werte in jeder Domäne, Achse und im Motor auf. Der Betrag des zusätzlichen Achsdrehmoments 410, das erforderlich ist, um die Motorbeschleunigung zu kompensieren, hat einen entsprechenden Wert des Motordrehmoments 412, der als positive Drehmomentanforderung (PTR) bezeichnet werden kann. Die PTR 412 ist ein Betrag des Motordrehmoments über einem Betrag des Motordrehmoments, der vom Motor als Folge einer Fahreranforderung zum Achsdrehmoment angefordert wird. Das vom Fahrer angeforderte Motordrehmoment 416 plus PTR 412 führt zu einem Netto-Motordrehmoment 414, das ein flaches oder ruckfreies Achsdrehmoment 408 in Übereinstimmung mit einer Fahrer-Achsdrehmomentanforderung bereitstellt.
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Unter Bezugnahme auf 3 ist es wichtig, sicherzustellen, dass der Drehmomentbetrag, der der Achse bereitgestellt wird, einen vorbestimmten Betrag nicht überschreitet. Der Getriebe-Hauptstrang 304 beinhaltet üblicherweise einen Drehmomentanforderungsmonitor 336, der dazu dient, den Betrag der Drehmomentanforderung vom Motor durch den Getriebe-Hauptstrang 302 über den CAN-Bus 306 zu überwachen. Ein Zweck dieses Monitors ist es, sicherzustellen, dass etwaige Fehler, Verfälschungen und/oder Makel im Getriebe-Hauptstrang 302 bei Erzeugung und Bereitstellung dieser Drehmomentanforderung an den Motor-Hauptstrang 304 korrigiert und nicht weiter verbreitet werden. Herkömmlicherweise bestimmt dieser Drehmomentanforderungsmonitor 336, ob die Drehmomentanforderung einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. Der vorgegebene Schwellenwert kann auf einem Drehmomentanforderungsbetrag basieren, was zu einer Beschleunigung des Fahrzeugs von 0,2 Gs über der vom Fahrer angeforderten Beschleunigung führen würde. Während die vorliegende Offenbarung exemplarische spezifische vorbestimmte Schwellenwerte bereitstellt, versteht es sich, dass das Steuerungssystem und Verfahren nicht auf einen spezifischen, vorbestimmten Schwellenwert beschränkt ist. Wenn die Drehmomentanforderung den Schwellenwert überschreiten würde, dann würde der Monitor 336 einen oder mehrere Zeitgeber anwenden. Beispielsweise würde der Drehmomentanforderungsmonitor 336 bestimmen, ob eine Änderung des Übersetzungsverhältnisses innerhalb von 200 Millisekunden begonnen hat und, wenn ja, ob die Änderung des Übersetzungsverhältnisses innerhalb von 900 Millisekunden abgeschlossen wurde. Bei einem konventionellen System, das eine Drehmomentanforderung erzeugt, die diese Bedingungen überschreitet, würde die Anforderung von zusätzlichem Drehmoment vollständig verworfen werden. Dies hätte zur Folge, dass das „Drehmomentloch“, das durch die Delle im Achsdrehmoment 406 dargestellt ist, unterhalb des vom Fahrer angeforderten Drehmoments 408, wie in 4 dargestellt, liegen würde. Das Ergebnis ist ein Herunterschalten, bei dem ein unerwünschter Mangel an Leistung oder Drehmoment auftritt, der zu einem unangenehmen Gefühl beim Fahrer führt. Als Reaktion würde der Getriebe-Hauptstrang 302 einfach erneut versuchen, eine weitere positive Drehmomentanforderung zu erzeugen, um das Drehmomentloch zu füllen, der konventionelle Drehmomentanforderungsmonitor 336 kann dieses Drehmoment erneut verwerfen, wenn es einen vorbestimmten Schwellenwert für mehr als eine vorgegebene Zeit überschreitet. Somit wäre das Herunterschalten nicht ruckfrei und die Fahrbarkeit würde darunter leiden.
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Ein weiteres Problem dieser konventionellen Systeme ist die inhärente Kommunikationsverzögerung über den CAN-Bus. Diese Kommunikationsverzögerung bedeutet, dass jegliche Information in Bezug auf einen Wechsel oder eine Änderung im Getriebe Zeit erfordert, bevor dem Motor-Hauptstrang dieser Wechsel oder die Änderung mitgeteilt wird. Dann kann es zu spät oder nicht mehr relevant sein, zu versuchen, eine Einstellung im Motor-Hauptstrang als Reaktion vorzunehmen. Das System würde einfach nicht schnell genug auf die Änderungen im Übersetzungsverhältnis reagieren. Ferner kann, um diese Kommunikationsverzögerung aufzunehmen, der Getriebe-Hauptstrang gezwungen sein, Einstellungen an der Übersetzungsänderungsstrategie vorzunehmen, so dass der Motor-Hauptstrang gegebenenfalls schneller auf eine Verzögerung bei der Aufnahme einer Getriebedrehmomentanforderung reagiert. In beiden Situation bleibt die Verzögerung und die Ansprechempfindlichkeit ein Problem.
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Im Gegensatz zu den konventionellen Systemen und Verfahren beinhaltet in der exemplarischen Ausführungsform 300 von 3, der Getriebe-Hauptstrang 302 einen positiven Drehmomentmonitor 338. Der positive Drehmomentmonitor 338 gewährleistet, dass die positive Drehmomentanforderung nie den vorbestimmten Schwellenwert erreicht, der sonst die Anwendung von Zeitgebern und Rückstellbefehlen erfordern würde. In einer exemplarischen Ausführungsform kann der positive Drehmomentmonitor 338 eine Tabelle der vorbestimmten Drehmomentgrenzen für jeden Satz von Motorbeschleunigungen und Geschwindigkeitsverhältnissen beinhalten, die sicherstellen, dass die positive Drehmomentanforderung, die dem Motor-Hauptstrang 304 vom Getriebe-Hauptstrang 302 über den CAN-Bus 306 bereitgestellt wird, nie zu einem Drehmomentwert führt, der ansonsten einen vorbestimmten Schwellenwert, der mit einem Satz von Zeitgebern verbunden ist, überschreiten würde. In einer alternativen exemplarischen Ausführungsform kann der positive Drehmomentmonitor 338 einen Prozessor beinhalten, der in Kombination mit einem Befehlssatz auf eine Gleichung oder einen Algorithmus zurückgreifen kann, um eine geeignete vorbestimmte Drehmomentgrenze oder Drehmomentgrenzen zu bestimmen. Der positive Drehmomentmonitor 338 kann eine Drehmomentanforderung erlauben, die der Summe des vom Fahrer angeforderten Drehmoments und der positiven Drehmomentanforderung entspricht, aber nicht die Summe des vom Fahrer angeforderten Drehmoments und der vorbestimmten Drehmomentbeschränkung überschreitet, die der Motorbeschleunigung und dem Übersetzungsverhältnis entspricht, die direkt dem Motor-Hauptstrang 304 weitergeleitet werden kann und keine weitere Kontrolle und/oder Überwachung erfordert. Auf diese Weise wird eine Drehmomentanforderung, die gesichert, geschützt und rationalisiert ist, am Getriebe-Hauptstrang 302 erzeugt und, damit, wird die Drehmomentanforderung nie einem Zeitgeber unterworfen, zurückgesetzt oder durch den Motor-Hauptstrang 304 verworfen.
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Die vorbestimmten Drehmomentgrenzen in der Tabelle im positiven Drehmomentanforderungsmonitor 338 im Getriebe-Hauptstrang 302 können berechnet und/oder durch ein Kalibrierverfahren bestimmt werden, das Drehmomentgrenzen für jeden einer Vielzahl von Sätzen von Motorbeschleunigungen und Übersetzungsverhältnissen bereitstellt. In einer exemplarischen Ausführungsform können diese vorbestimmten Drehmomentgrenzen im positiven Drehmomentanforderungsmonitor 338 im Getriebe-Hauptstrang 302 kleiner sein als ein Betrag einer Drehmomentanforderung, die zu einer Beschleunigung des Fahrzeugs von 0,2 Gs über der vom Fahrer angeforderten Beschleunigung liegen würde. Unter erneuter Bezugnahme auf 4 führt die Summe des vom Fahrer angeforderten Drehmoments und der vorbestimmten Drehmomentbeschränkung von der Monitortabelle zu einer Motordrehmomentbeschränkung 418. Im Falle, dass der Getriebe-Hauptstrang 302 eine positive Drehmomentanforderung, wie bei 420 angezeigt, erzeugt, die die Motor-Drehmomentbeschränkung 418 überschreitet, dann würde die Tabelle in dem Monitor die Drehmomentanforderung auf die Motordrehmomentbeschränkung 418 setzen und nicht darüber. In diesem Beispiel ist das Achsdrehmoment, das dem Motordrehmoment in 4 entspricht, in der die Motordrehmomentbeschränkung 418 einer Achsdrehmomentbeschränkung 422 entspricht, dargestellt und das Achsdrehmoment 424 würde sich in diesem Beispiel erhöhen, aber nicht die Achsdrehmomentbeschränkung 422 überschreiten. Auf diese Weise stellt die exemplarische Ausführungsform sicher, dass genug zusätzliches Drehmoment (positive Drehmomentanforderung) vorgesehen ist, um ein ruckfreies Herunterschalten zu ermöglichen, aber nicht so viel, dass es zu der Anwendung einer Anzahl zusätzlicher Schutzalgorithmen kommt, die sich ansonsten negativ auf die Fahrbarkeit auswirken würden. Im Allgemeinen müssen diese Kontrollalgorithmen, die eventuell erzeugt wurden, wenn nur die Verwendung eines konventionellen Kupplung zu Kupplung-Getriebes vorgesehen war und kein stufenloses Getriebe, überhaupt nicht angewendet werden. Stufenlose Getriebe ändern Übersetzungsverhältnisse auf völlig unterschiedliche Weise im Vergleich zu einem Kupplung zu Kupplung-Getriebe und können das Übersetzungsverhältnis über einen längeren Zeitraum ändern, der leicht dazu führen könnte, dass diese Zeitgeber in den Kontrollmonitoren überschritten werden, die nur unter Berücksichtigung von Kupplung zu Kupplung-Getrieben entwickelt wurden. Im Gegensatz kann es sein, dass konventionelle positive Drehmomentmonitore das Motordrehmoment zulassen, um eine vorbestimmte Grenze zu überschreiten, aber die Zeitdauer beschränken, die das Drehmoment die Grenze überschreitet. Somit kann in den konventionellen Systemen das Motordrehmoment tatsächlich den Wert, der bei 420 in 4 angegeben ist, erreicht haben. Tatsächlich könnte es sein, dass konventionelle Drehmomentmonitore die Drehmomentanforderung auf gar keinen maximalen Wert begrenzt haben. In einem Kupplung zu Kupplung-System, das akzeptabel sein könnte, wenn das Getriebe zeitweise vom Motor während eines Übersetzungswechsels entkoppelt ist, da die verbindenden Kupplungen keine ausreichende Drehmomentkapazität haben, um einen Drehmomentüberschuss an die Achse zu übertragen. Im Gegensatz wird ein stufenloses Getriebe während eines Übersetzungswechsels wahrscheinlich nicht vom Motor getrennt.
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In der exemplarischen Ausführungsform in 3 steht der positive Drehmomentmonitor 338 in Verbindung mit einem ersten Schalter 340 im Getriebe-Hauptstrang 302 und der positive Drehmomentmonitor 336 in dem Motor-Hauptstrang 304 steht in Verbindung mit einem zweiten Schalter 342. In der dargestellten Konfiguration von 3 umgeht der Schalter 340 den positiven Drehmomentmonitor 338 im Getriebe-Hauptstrang 302, was es dann erforderlich macht, dass der zweite Schalter 342 den positiven Drehmomentmonitor 336 in dem Motor-Hauptstrang 304 verbindet. Um eine ordnungsgemäße Kontrolle der Drehmomentanforderung sicherzustellen, darf mindestens einer der Drehmomentmonitore 338 und 336 nicht umgangen werden. Vorzugsweise stellt gemäß dieser Offenbarung der erste Schalter 340 sicher, dass der positive Drehmomentmonitor 336 im Getriebe-Hauptstrang 302 verwendet wird, und der zweite Schalter 342 umgeht den positiven Drehmomentmonitor 336 in dem Motor-Hauptstrang 304. Auf diese Weise werden alle Vorteile, die durch die exemplarische Ausführungsform der hier vorliegenden Offenbarung möglich gemacht werden, ohne umfangreiche Abwandlung der bestehenden Systeme für eine Einbindung der Funktionen der vorliegenden Offenbarung erreicht.
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Diese Beschreibung ist rein illustrativ und soll die vorliegende Offenbarung sowie ihre Ausführungen oder Verwendungen keineswegs einschränken. Die umfassenden Lehren der Offenlegung können in zahlreichen Formen umgesetzt werden. Obwohl die vorliegende Offenbarung also bestimmte Beispiele beinhaltet, ist der eigentliche Umfang der Offenbarung hierdurch in keiner Weise eingeschränkt und weitere Modifikationen gehen aus dem Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und den folgenden Patentansprüchen hervor.
