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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein System und Verfahren zur CVT-Klemmensteuerung basierend auf Annäherungsbedingungen in einem Fahrzeugantriebssystem.
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EINLEITUNG
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Diese Einführung 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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Ein stufenloses Automatikgetriebe (CVT) ist ein Typ einer Kraftübertragung und in der Lage, ein Eingangs-/Ausgangsdrehzahlverhältnis über eine Spanne zwischen einem minimalen (Untersteuerungs-) und einem maximalen (Übersteuerungs-)Verhältnis zu verändern, sodass eine unendlich variable Auswahl eines Motorbetriebs gestattet wird, die ein bevorzugtes Gleichgewicht des Kraftstoffverbrauchs und der Motorleistung in Reaktion auf eine Abtriebsdrehmomentanforderung erzielen kann. Anders als konventionell angetriebene Getriebe, die einen oder mehreren Planetenradsätze und mehrere rotierende und Bremsreibungskupplungen zum Erreichen eines diskreten Zahnradzustandes verwenden, benutzt ein CVT ein im Durchmesser veränderbares Riemenscheibensystem, um die unendlich variable Auswahl an Drehmomentverhältnissen zu erzielen.
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Das Riemenscheibensystem, das gemeinhin als Variatoranordnung bezeichnet wird, kann innerhalb des kalibrierten Bereichs von Übersetzungsverhältnissen stufenlos übergehen. Eine typische Riemen- oder Kettenvariatoranordnung beinhaltet zwei Variatorriemenscheiben, die miteinander über ein endloses drehbares Antriebselement, wie eine Kette oder einen Riemen, verbunden sind. Das endlose drehbare Antriebselement läuft innerhalb eines weitenvariablen Zwischenraums, der durch kegelige Riemenscheibenflächen definiert sind. Eine der Variatorriemenscheiben empfängt Motordrehmoment über eine Kurbelwelle, einen Drehmomentwandler und einen Antriebsradsatz und wirkt somit als Antriebs-/Primärscheibe. Die andere Riemenscheibe steht über zusätzliche Radsätze mit einer Abtriebswelle des CVT in Verbindung und wirkt somit als eine angetriebene/Sekundärscheibe. Einer oder mehrere Planetenradsätze können auf der Antriebsseite oder Abtriebsseite der Variatoranordnung in Abhängigkeit von der Konfiguration verwendet werden.
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Zum Verändern eines CVT-Drehmomentverhältnisses und zum Übertragen von Drehmoment an den Antriebsstrang kann eine Klemmkraft (die durch Hydraulikdruck aufgebracht wird) über ein oder beide Riemenscheibenstellglieder auf die Variatorriemenscheiben angewendet werden. Die Klemmkraft klemmt effektiv die Riemenscheibenhälften zusammen zum Ändern der Breite des Spalts zwischen den Riemenscheibenflächen. Die Variation des Spaltmaßes, d. h. der Wirkradius, veranlasst das drehbare Antriebselement, innerhalb des Spalts höher oder niedriger zu laufen. Dies wiederum ändert die Wirkdurchmesser der Variatorriemenscheiben und kann das Drehmomentverhältnis des CVT verändern. Eine Klemmkraft kann auch verwendet werden zur Übertragung einer gewünschten Menge an Drehmoment von einer Riemenscheibe zur anderen durch die durchgehenden Teile, wo der Aufwand der angewandten Klemmkraft verhindern soll, dass das durchgehende Teil von den Riemenscheiben rutscht.
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Ein CVT-Steuersystem kann so programmiert werden, dass es auf äußere Ereignisse reagiert, wie z. B. Radschlupf oder andere Ereignisse, die die Notwendigkeit einer hohen Drehmomentbelastbarkeit durch das durchgehende CVT-Teil veranlassen. Wenn beispielsweise die Räder durchdrehen, kann dies ein Zeichen dafür sein, dass die Variatoranordnung aufgrund einer Spitze oder Störung beim Abtriebsmoment bald zusätzliche Drehmomentbelastbarkeit benötigt. Dementsprechend kann ein CVT-Steuersystem einen maximalen Klemmdruck auf die CVT-Riemenscheiben ausüben, wenn ein Radschlupf erkannt wird, um zu verhindern, dass das durchgehende Teil rutscht. Ein solcher maximaler Klemmdruck wirkt sich jedoch negativ auf die Kraftstoffeinsparung aus.
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Wenn ein Fahrzeug über eine unebene Fahrbahn fährt, wird die Vibration durch die Räder des Fahrzeugs übertragen, was zu negativen Auswirkungen führen kann. So kann beispielsweise eine Störung zu einer Schwingung des Antriebsstrangs führen, die dazu führen kann, dass ein Riemen eines stufenlosen Getriebes (CVT) rutscht, was den Riemenverschleiß erhöhen und zusätzliche Drehmomentstörungen verursachen kann. Konventionelle Fahrzeugantriebssysteme reagieren auf diese Störungen. Mit anderen Worten warten diese Systeme darauf, dass ein derartiger Zustand Anregungen in das Fahrzeug einbringt, bevor sie bestimmen, ob der Zustand vorliegt und auf diese Bestimmung reagieren. Die damit verbundenen Verzögerungen in diesen Systemen verschärfen das Problem nur noch.
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KURZDARSTELLUNG
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In einem exemplarischen Aspekt beinhaltet ein Fahrzeugantriebssystem einen ankommenden Zustandssensor, der ein ankommendes Zustandssignal erzeugt, ein stufenloses Getriebe mit einer Variatoranordnung, die angepasst ist, um das Drehmoment zwischen einem ersten Drehelement und einem zweiten Drehelement durch eine flexible kontinuierliche Vorrichtung zu übertragen, die das erste Drehelement drehbar mit dem zweiten Drehelement verbindet, wobei eines der ersten Drehelemente und das zweite Drehelement eine Klemmriemenscheibe aufweist, die angepasst ist, um eine Klemmkraft an der flexiblen kontinuierlichen Vorrichtung steuerbar einzustellen, und eine Steuerung in Verbindung mit dem ankommenden Zustandssensor und dem stufenlosen Getriebe, die programmiert ist, um einen ankommenden Zustand basierend auf dem ankommenden Zustandssignal zu charakterisieren und die Klemmriemenscheibe zu steuern, um die Klemmkraft basierend auf der Charakterisierung des ankommenden Zustands einzustellen.
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Auf diese Weise können die Lebensdauer, Leistung, Fahrbarkeit und Effizienz eines Fahrzeugantriebssystems mit einem stufenlosen Getriebe (CVT) verbessert werden, indem die Klemmkräfte des CVT an eine Charakterisierung der ankommenden Bedingungen angepasst werden, sowohl in der Größe als auch zeitlich. Dadurch wird die Fähigkeit, die Klemmkräfte noch besser auf die anstehenden Bedingungen abzustimmen, weiter verbessert.
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In einem weiteren exemplarischen Aspekt ist der ankommende Zustandssensor eine oder mehrere Kameras, ein LIDAR-Sensor, ein RADAR-Sensor, ein Infrarotsensor und ein SONAR-Sensor.
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In einem weiteren exemplarischen Aspekt ist die Steuerung programmiert, um einen ankommenden Zustand als eines von einem einzigen Ereignis, einer erweiterten unebenen Fahrbahn, einer nominalen Fahrbahn, einer glatten Fahrbahn und einem abrupten Manöver zu charakteri si eren.
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In einem weiteren exemplarischen Aspekt steuert die Steuerung die Klemmriemenscheibe, um die Klemmkraft zu reduzieren, wenn der anstehende Zustand als glatte Straße bezeichnet wird.
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In einem weiteren exemplarischen Aspekt steuert die Steuerung die Klemmriemenscheibe, um die Klemmkraft als Reaktion auf den ankommenden Zustand zu erhöhen, der als erweiterte unebene Fahrbahn gekennzeichnet ist.
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In einem weiteren exemplarischen Aspekt ist die Steuerung weiter programmiert, um eine Startzeit und eine Endzeit des ankommenden Zustands zu charakterisieren.
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In einem weiteren exemplarischen Aspekt steuert die Steuerung die Klemmriemenscheibe basierend auf der charakterisierten Anfangs- und Endzeit des ankommenden Zustands.
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In einem weiteren exemplarischen Aspekt steuert die Steuerung die Klemmriemenscheibe, um die Klemmkraft zum Startzeitpunkt des ankommenden Zustands zu erhöhen und die Klemmkraft nach der Endzeit des ankommenden Zustands zu reduzieren.
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In einem weiteren exemplarischen Aspekt steuert die Steuerung die Klemmriemenscheibe, um die Klemmkraft als Reaktion auf den ankommenden Zustand zu erhöhen, der als ein abruptes Manöver gekennzeichnet ist.
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In einem weiteren exemplarischen Aspekt ist die Steuerung ferner programmiert, um den ankommenden Zustand in Form einer Radschlupfgröße zu charakterisieren, und worin die Steuerung die Klemmriemenscheibe basierend auf der Radschlupfgröße steuert.
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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, wobei gilt:
- 1 ist eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangsystems eines Fahrzeugs, das einen Verbrennungsmotor beinhaltet, der gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung über einen Drehmomentwandler und ein Getriebe drehbar mit einem stufenlosen Getriebe (CVT) gekoppelt ist;
- 2 veranschaulicht schematisch Elemente einer Variatoranordnung oder Variatoranordnung eines stufenlosen Ketten- oder Riemengetriebes; und
- 3 veranschaulicht ein Flussdiagramm eines exemplarischen Verfahrens, das in einem Befehlssatz gespeichert und durch den Prozessor der Steuerung des Fahrzeugantriebssystems von 1 ausführbar ist.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Nachfolgend werden mehrere Beispiele der Offenbarung ausführlich beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. Wenn möglich, werden die gleichen oder ähnliche Bezugszeichen in den Zeichnungen und der Beschreibung für gleiche oder ähnliche Teile oder Schritte verwendet. Die Zeichnungen sind vereinfacht und nicht im exakten Maßstab dargestellt. Zur besseren Übersichtlichkeit und Verständlichkeit werden Richtungsbezeichnungen wie oben, unten, links, rechts, nach oben, über, unter, unterhalb, hinten und vorn mit Bezug auf die Zeichnungen verwendet. Diese und ähnliche richtungsweisende Begriffe sind in keiner Weise zur Begrenzung des Umfangs der Offenbarung auszulegen.
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, worin gleiche Bezugszahlen in allen Figuren gleichen oder ähnlichen Komponenten, veranschaulicht 1 schematisch Elemente eines Fahrzeugantriebssystems 100, das einen Motor 110, wie beispielsweise einen Verbrennungsmotor, der drehbar an ein stufenloses Automatikgetriebe (CVT) 140 über einen Drehmomentwandler 120 und ein Getriebe 130 gekoppelt ist, beinhaltet. Das Fahrzeugantriebssystem 100 ist über einen Antriebsstrang 150 mit einem Satz von Fahrzeugrädern 160 verbunden, um beim Einsatz in einem Fahrzeug eine Zugkraft bereitzustellen. Der Betrieb des Fahrzeugantriebssystems 100 kann überwacht und durch eine Steuerung 10 als Reaktion auf Fahrerbefehle und andere Betriebsfaktoren des Fahrzeugs gesteuert werden. Das Fahrzeugantriebssystem 100 kann Teil einer Vorrichtung sein, die ein Fahrzeug, ein Roboter, ein landwirtschaftliches Gerät, Sportausrüstung oder jede beliebige andere Transportvorrichtung sein kann.
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Der Motor 110 kann jeder geeignete Motor sein, wie beispielsweise ein Verbrennungsmotor, der in der Lage ist, Treibstoffe auf Kohlenwasserstoffbasis in mechanische Leistung umzuwandeln, um als Reaktion auf die Steuerbefehle von der Steuerung 10 Drehmoment zu erzeugen. Der Motor 110 kann auch oder alternativ einen Elektromotor beinhalten (nicht dargestellt). Der Drehmomentwandler 120 kann eine Vorrichtung sein, die eine fluidische Verbindung zwischen seinen Antriebs- und Abtriebselementen zur Übertragung von Drehmoment herstellt.
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Das Abtriebselement des Drehmomentwandlers 120 ist mit dem Getriebe 130 drehbar gekoppelt, das im Eingriff befindliche Zahnräder oder andere geeignete Getriebemechanismen beinhaltet, die Untersetzungen zwischen dem Drehmomentwandler 120 und dem CVT 140 erzeugen. 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 Beispielen können der Drehmomentwandler 120 und das Getriebe 130 entfallen.
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Das Getriebe 130 beinhaltet ein Abtriebsglied, das über ein Antriebsglied 51 mit dem CVT 140 drehbar verbunden ist. Ein Beispiel des CTV 140 ist 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 Fahrzeugantriebssystem 100 beinhaltet bevorzugt einen oder mehrere Sensoren zur Überwachung von Drehzahlen verschiedener Vorrichtungen, einschließlich beispielsweise einem Motordrehzahlsensor 112, einem Sensor für die Turbinendrehzahl des Drehmomentwandlers 125, einem Sensor für die Antriebsgeschwindigkeit des CVT-Variators 32, einem Sensor für die Abtriebsgeschwindigkeit des CVT-Variators 34 und einen oder mehrere Raddrehzahlsensoren 162 für jedes Rad des Radsatzes 160. Jeder der vorher genannten Geschwindigkeitssensoren kann jede geeignete Positions-/Drehzahlmessvorrichtung sein wie etwa ein Halleffekt-Sensor sein. Jeder der genannten Drehzahlsensoren steht mit der Steuerung 10 in Verbindung.
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Das Fahrzeugantriebssystem 100 beinhaltet ferner einen oder mehrere ankommende Zustandssensoren zum Überwachen eines Zustands und/oder von Zuständen, denen das Fahrzeugantriebssystem 100 während der Weiterfahrt des Fahrzeugs ausgesetzt ist. So kann beispielsweise ein exemplarischer ankommender Zustandssensor 170 ein Vorwärtskameramodul beinhalten, das die Umgebung vor dem Fahrzeug betrachtet, Bilder dieser Umgebung aufnimmt, diese Bilder verarbeitet und zusammen mit der Steuerung 10 basierend auf dieser Analyse die ankommenden Zustände bestimmt. In einem exemplarischen Aspekt kann das Kameramodul Bilder erhalten, die analysiert werden können, um Störungen der Fahrbahnoberfläche zu identifizieren und potenziell zu klassifizieren, wie beispielsweise ein Objekt auf der Fahrbahnoberfläche, ein Schlagloch oder dergleichen, sowie ohne Einschränkung zwischen unterschiedlichen Oberflächenbedingungen, wie zum Beispiel einer glatten Oberfläche, einer unebenen Oberfläche (wie eine Schotter- oder Kopfsteinpflasterstraße) und dergleichen, unterscheiden. Der ankommende Zustandssensor 170 kann ohne Einschränkung jede Art von Sensor bilden, wie beispielsweise eine Kamera, einen LIDAR-Sensor, einen RADAR-Sensor, ein SONAR-System oder dergleichen.
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Die Steuerung 10 beinhaltet vorzugsweise einen Prozessor 12 und kann eine Benutzeroberfläche 14 beinhalten. Ein einzelner Prozessor 12 wird zur Vereinfachung der Darstellung dargestellt. Der Prozessor 12 kann eine Vielzahl von Prozessoren beinhalten, worin jeder Prozessor 12 im Zusammenhang mit der Überwachung und Steuerung eines einzelnen Systems steht. Dies kann eine Motorsteuerung zum Steuern des Motors 110 und eine Getriebesteuerung zum Steuern des CVT 140 und zur Überwachung und Steuerung eines einzelnen Subsystems beinhalten, z. B. eine Drehmomentwandlerkupplung.
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Der Prozessor 12 beinhaltet vorzugsweise mindestens einen Prozessor und mindestens eine Speichervorrichtung 11 (oder ein anderes nichtflüchtiges, greifbares und computerlesbares Speichermedium), auf dem sich die aufgezeichneten Anweisungen zur Umsetzung von Befehlssätzen zum Steuern des CVT 140 und ein Zwischenspeicher 13 befinden. Die Speichervorrichtung 11 kann von der Steuerung ausführbare Anweisungssätze speichern und der Prozessor kann den auf dem Speicher 11 gespeicherten und von der Steuerung ausführbaren Anweisungssatz ausführen.
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Die Benutzeroberfläche 14 kommuniziert mit und überwacht Bedienereingabevorrichtungen, wie beispielsweise einem Gaspedal 15, einem Bremspedal 16 und einem Getriebegangwahlhebel 17. Die Benutzeroberfläche 14 bestimmt eine Drehmomentanfrage eines Bedieners basierend auf den erwähnten Bedienereingaben. In einem Beispiel beinhaltet der Getriebegangwahlhebel 17 eine Hoch-Tipp-/Runter-Tipp-Funktion, wodurch ein Fahrer manuell eine Getriebeübersetzung auswählen kann und somit eine Getriebesteuerung außer Kraft setzen kann.
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Die Begriffe Steuereinheit, Steuermodul, Modul, Steuerung, Steuergerät, Prozessor und Ähnliches beziehen sich auf eine oder mehrere Kombinationen anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreise (ASIC), elektronische(r) Schaltkreis(e), Zentraleinheit(en), z. B. Mikroprozessor(en) und deren zugeordneten nicht-transitorische Speicherkomponenten in Form von Arbeitsspeicher- und Datenspeichergeräten (Lesespeicher, programmierbarer Lesespeicher, Direktzugriffsspeicher, Festplattenspeicher usw.). Die nicht transitorische Speicherkomponente ist in der Lage, maschinenlesbare Anweisungen in der Form eines oder mehrerer Software- oder Firmware-Programme oder -Routinen, kombinatorischen Logikschaltung(en), Eingangs-/Ausgangsschaltung(en) und -Vorrichtungen, Signalaufbereitungs- und Pufferschaltungen und anderen Komponenten zu speichern, auf die durch den einen oder mehrere Prozessoren zugegriffen werden kann, um eine beschriebene Funktionalität bereitzustellen.
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Antriebs-/Abtriebsschaltung(en) und Vorrichtungen beinhalten Analog-/Digitalwandler-verwandte Geräte, die Sensoreingaben mit einer vorgegebenen Abruffrequenz oder in Reaktion auf ein Auslöseereignis überwachen. Software, Firmware, Programme, Befehle, Steuerroutinen, Code, Algorithmen und ähnliche Begriffe beziehen sich auf sämtliche von einer Steuereinheit ausführbaren Befehlssätze, wie z. B. Kalibrierungen und Nachschlagetabellen. Jede Steuerung führt Steuerroutine(n) aus, um die gewünschten Funktionen, darunter auch die Überwachung der Eingaben von Sensorgeräten und anderen vernetzten Steuereinheiten, bereitzustellen, und führt zudem Steuer- und Diagnoseroutinen aus, um die Betätigung von Stellgliedern zu steuern. Die Routinen können in regelmäßigen Intervallen, wie z. B. während des laufenden Betriebs alle 100 Mikrosekunden, ausgeführt werden. Alternativ dazu können Routinen in Reaktion auf ein Auslöseereignis ausgeführt werden.
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Die Kommunikation zwischen den Steuerungen und Kommunikation zwischen Steuerungen, Stellgliedern und/oder Sensoren kann über eine direkte Kabelverbindung, eine vernetzte Kommunikationsbus-Verbindung, eine drahtlose Verbindung oder jede andere geeignete Kommunikationsverbindung bewerkstelligt werden. Kommunikationsinhalte beinhalten das Austauschen von Datensignalen auf jede beliebige geeignete Art und Weise, einschließlich z. B. elektrischer Signale über ein leitfähiges Medium, über die Luft, optischer Signale über Lichtwellenleiter und dergleichen.
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Datensignale können unter anderem Signale beinhalten, die Eingaben von Sensoren repräsentieren, Signale, die Stellgliedbefehle und Kommunikationssignale zwischen Steuerungen repräsentieren. Der Begriff ,Modell‘ bezeichnet einen prozessorbasierten oder einen über einen Prozessor ausführbaren Code und die zugehörige Kalibrierung, die die physische Existenz einer Vorrichtung oder eines physischen Prozesses simuliert. Wie hier verwendet, beschreiben die Begriffe ,dynamisch‘ und ,in dynamischer Weise‘ Schritte oder Prozesse, die in Echtzeit ausgeführt werden und gekennzeichnet sind durch das Überwachen oder sonstiges Bestimmen der Parameterzustände und dem regelmäßigen oder periodischen Aktualisieren von Parameterzuständen beim Ausführen einer Routine oder zwischen Iterationen beim Ausführen der Routine.
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2 veranschaulicht schematisch Elemente einer Variatoranordnung 30 eines stufenlosen Ketten-Typ- oder Riemen-Typ-Automatikgetriebes (CVT) 140, das vorteilhaft durch eine Steuereinheit mit mindestens einer Steuerung 10 gesteuert werden kann. Der Variator 30 überträgt Drehmoment zwischen dem ersten Drehelement 51 oder dem Antriebsglied und dem zweiten Drehelement 61 oder dem Abtriebsglied.
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Die Variatoranordnung 30 beinhaltet eine erste Riemenscheibe 36, eine zweite Riemenscheibe 38 und eine kontinuierliche drehbare Vorrichtung 40, wie einen Riemen oder eine Kette, oder eine andere flexible, sich ständig drehende Vorrichtung, die die erste und zweite Riemenscheibe 36, 38 drehbar miteinander verbindet, um Drehmoment zwischen beiden zu übertragen. Die erste Riemenscheibe 36 ist drehbar mit dem Antriebsglied 51 verbunden, die zweite Riemenscheibe 38 ist drehbar mit dem Abtriebsglied 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 Abtriebsglied 51, 61 zu übertragen. Die erste Riemenscheibe 36 und das Antriebsglied 51 drehen sich um eine erste Achse 48 und die zweite Riemenscheibe 38 und das Abtriebsglied 61 drehen sich um eine zweite Achse 46. Die erste oder die zweite Riemenscheibe 36, 38 kann als Verhältnisriemenscheibe zum Aufbau eines Übersetzungsverhältnisses dienen, und die andere beiden Riemenscheiben 36, 38 kann als Klemmriemenscheibe zum Erzeugen einer zur Übertragung von Drehmoment ausreichenden Klemmkraft dienen. Wie hierin verwendet, bedeutet der Begriff ‚Übersetzungsverhältnis‘ ein Variator-Übersetzungsverhältnis, also ein Verhältnis zwischen der CVT-Abtriebsdrehzahl und der CVT-Antriebsdrehzahl.
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Die erste Riemenscheibe 36 kann senkrecht zur ersten Drehachse 48 abgeteilt sein, um eine erste ringförmige Nut 50 zu definieren, die zwischen einer beweglichen Scheibe 52 und einer feststehenden 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. So kann beispielsweise die erste bewegliche Scheibe 52 mit einem Antriebselement 51 über eine Kerbverzahnungsverbindung verbunden sein, wodurch eine Axialbewegung der ersten beweglichen Scheibe 52 entlang der ersten Achse 48 ermöglicht wird, ohne dass eine Drehbewegung um die erste Achse 48 zugelassen wird. Die feststehende erste Scheibe 54 ist gegenüber der beweglichen ersten Scheibe 52 angeordnet. Die feststehende erste Scheibe 54 ist axial am Antriebsglied 51 entlang der ersten Achse 48 befestigt. Als solches bewegt sich die feststehende erste Scheibe 54 nicht in achsenförmiger Richtung der ersten Achse 48.
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Die bewegliche erste Scheibe 52 und die erste feststehende 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 kann so angeordnet sein, dass das erste Laufrad 36 eine axiale Position der beweglichen Scheibe 52 als Reaktion auf ein Steuersignal 53 steuert, einschließlich des Zusammendrückens der beweglichen ersten Scheibe 52 in Richtung der feststehenden ersten Scheibe 54.
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Ähnlich wie die erste Riemenscheibe 36 ist die zweite Riemenscheibe 38 senkrecht zur zweiten Achse 46 abgeteilt, um dazwischen eine zweite ringförmige Nut 62 auszubilden. Die ringförmige zweite Nut 62 kann rechtwinklig zur zweiten Achse 46 angeordnet sein. 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 übertragen, im Verhältnis zur feststehenden Scheibe 66, beispielsweise entlang einer Kerbverzahnung auf dem Abtriebsglied 61.
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Die feststehende zweite Scheibe 66 ist gegenüber der beweglichen zweiten Scheibe 64 angeordnet. Die feststehende zweite Scheibe 66 kann axial am Abtriebsglied 61 entlang der zweiten Achse 46 befestigt sein. 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 zweiten Scheiben 64, 66 sind gegenüberliegend angeordnet, dazwischen befindet sich die zweite ringförmige Nut 62.
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Die gegenüberliegende zweite Nutoberfläche 68 bildet vorzugsweise eine umgekehrt kegelstumpfförmige Form, sodass eine Bewegung der beweglichen zweiten Scheibe 64 in Richtung der feststehenden zweiten Scheibe 66 einen äußeren Riemenscheibendurchmesser der zweiten ringförmigen Nut 62 erweitert. Ein Stellglied 65 kann so angeordnet sein, um mit der zweiten Riemenscheibe 38 eine axiale Position der beweglichen zweiten Scheibe 64 als Reaktion auf ein angetriebenes Signal 63 zu steuern, einschließlich des Zusammendrückens der beweglichen zweiten Scheibe 64 in Richtung der feststehenden zweiten Scheibe 66.
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In einem Beispiel können die Stellglieder 55, 65 hydraulisch gesteuerte Vorrichtungen sein und die Steuersignale 53, 63 können Hydraulikdrucksignale sein. Ein Verhältnis zwischen dem Außendurchmesser des ersten Laufrads 36 und dem Außendurchmesser des zweiten Laufrads 38 definiert ein Getriebe-Drehmomentverhältnis.
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Andere Elemente, wie beispielsweise Kupplungsanordnungen in Form von wählbaren Einweg-Kupplungen und dergleichen, können zwischen dem Variator 30 und anderen Kraftübertragungs- und Antriebsstrang-Komponenten und -Systemen zur Anwendung kommen.
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In einem exemplarischen Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann die Steuerung 10 des Fahrzeugantriebssystems 100 den charakterisierten ankommenden Zustand als Radschlupf umsetzen, der von bestehenden CVT-Klemmensteuerstrategien leicht verbrauchbar und somit leicht umsetzbar ist. Das Hauptproblem ist hier der Hardware-Schutz für das CVT, wobei gewährleistet ist, dass die Kette nicht auf den Riemenscheiben rutscht. Kettenschlupf kann zu dauerhaften Schäden am CVT führen. Im Allgemeinen wird die Art und Weise zur Verhinderung des CVT-Kettenschlupfes durch die Steuerung und Einstellung des Klemmdrucks bestimmt. Typischerweise kann der Klemmdruck auf mehreren verschiedenen Eingängen basieren, jedoch sind das Eingangsdrehmoment für das System und die Anpassung an bekannte Verluste im System bekannte Faktoren, die sich auf die Einstellung des Klemmdrucks auswirken. Es gibt auch externe Faktoren, die sich auf die Einstellung des CVT-Klemmdrucks auswirken können, wobei die CVT-Klemmensteuerung üblicherweise auch auf die Eingabe von Raddrehzahlsensoren und Getriebeausgangsdrehzahlsensoren angewiesen ist (als Backup zu den Raddrehzahlsensoren). Beide sind auf das Bestimmen eines möglichen Radschlupfes ausgerichtet. Ein Radschlupf kann ein Hinweis auf eine Geschwindigkeitsdifferenz zwischen den Rädern des Fahrzeugs sein, die auf einer Fahrbahnoberfläche mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten auftreten kann. In diesem Fall kann sich die Radgeschwindigkeit erhöhen und/oder beschleunigen. Das Problem tritt auf, wenn dieses Rad eine nachfolgende schnelle Geschwindigkeitsreduzierung und/oder eine hohe Verzögerung erfahren kann, die ein Drehmoment über den Ausgang des CVT in das System zurückbringen kann, was zu einem Kettenschlupf und einer möglichen Beschädigung des CVT führen kann. Es ist wünschenswert, diesen Schaden zu vermeiden.
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Die Steuerung 10 kann konfiguriert werden, um eine beliebige Anzahl von verschiedenen Störungen basierend auf den vom ankommenden Zustandssensor 170 empfangenen Daten zu identifizieren, wie beispielsweise eine allgemeine Straßenstörung, eine plötzliche Abbremsung und/oder eine Richtungsänderung des Fahrzeugs. Die Steuerung 10 kann ferner konfiguriert werden, um den ankommenden Zustand in eine ankommende Radschlupfgröße zu übersetzen. Bei der Feststellung, dass die Radschlupfgröße einen vorgegebenen Schwellenwert überschreiten kann, kann eine entsprechende CVT-Klemmkompensationsstrategie zum Schutz der Variatoranordnung 30 des CVT 140 implementiert werden. Die Steuerung 10 kann den Klemmdruck anpassen, der auf die Riemenscheiben 36, 38 angewandt wird, um die Kette oder den Riemen 40 zu überklemmen (oder mit einem höheren Druck zu klemmen), um das CVT 140 zu schützen. Die Anpassung der Variator-Drehmomentkapazität und/oder des Klemmdrucks des CVT 140 kann möglicherweise eine ähnliche Wirkung auf eine Rückschaltung in einem Stufengetriebe zum Schutz des CVT 140 vor Beschädigungen haben. Die eingestellte Variator-Drehmomentkapazität oder ein Klemmdruck werden an das CVT 140 übertragen, um die gewünschte Anpassung an den Klemmdruck und/oder Änderung der Variator-Drehmomentkapazität an das CVT 140 anzulegen.
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Die Größe der Drehmomentstörung und die entsprechende Größe des ankommenden Radschlupfes variiert mit der Schwere des Straßenzustands und des Fahrzeugbetriebszustands (Drosselklappe, Drehzahl, Übersetzung, usw.). So führt beispielsweise ein Aufprall auf ein Schlagloch zu einer größeren Drehmomentstörung und einem möglichen Radschlupf als eine unebene Fahrbahn.
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Anhaltende Radschlupfereignisse können auch unter Verwendung der Daten des ankommenden Zustandssensors 170 identifiziert werden und sind als erweiterter Radschlupf gekennzeichnet und können in ihrer Größe variieren. Erweiterte Radschlupfereignisse, die während der Fahrt auf beispielsweise einer unebenen Fahrbahn auftreten können, können der Steuerung 12 angezeigt werden, wie zum Beispiel eine Reihe von auftretenden Störungen während eines bevorstehenden Zeitrahmens. Eine ankommende Störung kann definiert werden als ein möglicher Radschlupf, der einen kalibrierbaren Schwellenwert überschreitet.
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Das Steuersystem 10 von 1 kann zur Ausführung der Schritte eines Verfahrens 300 gemäß 3 und wie später ausführlicher erläutert wird, programmiert werden. Weiterhin bezugnehmend auf 3 wird ein Flussdiagramm eines exemplarischen Verfahrens 300 dargestellt, das in einem Befehlssatz gespeichert und durch den Prozessor 12 der Steuerung 10 ausführbar ist. Das Verfahren 300 beginnt bei Schritt 302, wobei der ankommende Zustandssensor 170 ein Signal erzeugt, das die ankommenden Zustände anzeigt und ein ankommendes Zustandssignal an den Prozessor 12 sendet. Anschließend analysiert der Prozessor 12 bei Schritt 304 das ankommende Zustandssignal und charakterisiert einen ankommenden Zustand basierend auf der Analyse des ankommenden Zustandssignals. So charakterisiert beispielsweise der Prozessor 12 im Verfahren 300 von 3 einen ankommenden Zustand als eines von einem großen Einzelereignis, einer erweiterten rauen Fahrbahn, einer nominalen Fahrbahn, einer glatten Fahrbahn und einem abrupten Manöver. Basierend auf der Charakterisierung des ankommenden Zustandes wählt der Prozessor 12 eine CVT-Klemmstrategie aus einer der entsprechenden Strategien 306, 308, 310, 312 und 314 aus. Wenn beispielsweise in Schritt 304 der Prozessor 12 einen ankommenden Zustand als einem großen Einzelereignis entsprechend charakterisiert, dann wählt der Prozessor 12 die entsprechende Strategie 306, wobei der Prozessor 12 dann die CVT-Klemmung für eine Dauer erhöht, die der Dauer des Zustands entsprechen kann. Wenn beispielsweise der Prozessor 12 einen ankommenden Zustand als entsprechend einer erweiterten unebenen Fahrbahn charakterisiert, wählt der Prozessor 12 die entsprechende Strategie 308, wobei der Prozessor 12 dann die CVT-Klemmung für die Dauer des ankommenden Zustands mit einem zusätzlichen Sicherheitsfaktor erhöht. Wenn jedoch in Schritt 304 der Prozessor 12 bestimmt, dass der ankommende Zustand einer nominalen Straße entspricht, dann wählt der Prozessor 12 die entsprechende Strategie 310, wobei der Prozessor 12 die CVT-Klemmung gemäß einer Basisklemmstrategie steuert. Wenn jedoch in Schritt 304 der Prozessor 12 bestimmt, dass der ankommende Zustand einer glatten Straße entspricht, dann wählt der Prozessor 12 die entsprechende Strategie 314, wobei der Prozessor die CVT-Klemmung unter die Basisklemmstrategie reduzieren kann. Wenn der Prozessor 12 jedoch in Schritt 304 den ankommenden Zustand als abruptes Manöver charakterisiert, dann wählt der Prozessor 12 die entsprechende Strategie 312, wobei der Prozessor 12 die CVT-Klemmung erhöht, bis das Manöver abgeschlossen ist. Auf diese Weise ist das Fahrzeugantriebssystem 100 in der Lage, nicht nur das CVT vor äußeren Bedingungen zu schützen, sondern auch zukünftige Bedingungen zu erkennen, unter denen die Leistung und Effizienz des CVT in den Situationen verbessert werden kann, in denen eine erhöhte Klemmung möglicherweise nicht erforderlich ist.
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Anschließend steuert die Steuerung 10 in Schritt 316 die CVT-Klemmung basierend auf der Charakterisierung in Schritt 304 als entsprechend einer der CVT-Klemmstrategien 306, 308, 310, 312 und/oder 314.
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Im Allgemeinen kann die Basisklemmstrategie 310, die gewählt werden kann, wenn die „nominalen“ Fahrbahnbedingungen der Charakterisierung des ankommenden Fahrbahnzustands entsprechen, analog zu Standard-CVT-Klemmstrategien sein, wobei die Klemmung auf eine nominelle Höhe gesteuert wird. Bestehende CVT-Klemmstrategien werden im Allgemeinen auf eine ähnliche Nenn- oder Basisklemmebene eingestellt. Ebenso kann die Klemmebene der Klemmstrategie 308, die einer Charakterisierung des ankommenden Zustands als erweiterte unebene Fahrbahn entspricht, den konventionellen Klemmebenen entsprechen, die von bestehenden reaktiven CVT-Klemmstrategien angewendet werden oder nicht. Ein wesentlicher Unterschied zwischen diesen bestehenden Klemmstrategien und der erweiterten Klemmstrategie einer unebenen Fahrbahn der vorliegenden Offenbarung besteht darin, dass die Klemmebene direkt basierend auf der spezifischen Rauigkeit des ankommenden Zustands angepasst werden kann. Darüber hinaus können die Systeme und Verfahren der vorliegenden Offenbarung auch den Zeitpunkt der Klemmebene anpassen, basierend auf der Erkenntnis, wann die unebene Fahrbahn beginnt und endet, wodurch die tatsächliche Klemmebene im Vergleich zu bestehenden Systemen optimiert wird.
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Das Verfahren 300 veranschaulicht ferner einen Zustand, in dem das Fahrzeugantriebssystem der vorliegenden Offenbarung einen weiteren deutlichen Vorteil gegenüber bestehenden Systemen aufweist. Der ankommende Zustand wird als ein großes Einzelereignis bezeichnet. Ein Beispiel für ein großes Einzelereignis kann beispielsweise ein Kantholz auf der Straße sein. Wenn ein konventionelles System das Ereignis erfasst, erkennt und darauf reagiert, dann ist es zu spät, da das Ereignis bereits stattgefunden hat. Diese Art von Ereignissen, die sich im Laufe der Zeit wiederholen, können die Lebensdauer eines herkömmlichen Fahrzeugantriebssystems beeinträchtigen. Im Gegensatz dazu ist das Fahrzeugantriebssystem der vorliegenden Offenbarung in der Lage, dieses Kantholz als ein Einzelereignis zu charakterisieren und die entsprechende kurzzeitige Klemmerhöhungsstrategie 306 auszuwählen. Bei der Strategie 306 können das System und das Verfahren bestimmen, wann das Ereignis beginnt und wann das Ereignis endet und das System in der Lage ist, nicht nur die Größe der CVT-Klemmung zum Schutz des CVT zu optimieren, sondern auch den Zeitpunkt dieser Klemmung so zu optimieren, dass sie nur auftritt, während das Fahrzeug das Ereignis erfährt und nicht länger als nötig.
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In einem exemplarischen Aspekt kann das Verfahren 300 leicht angepasst werden, sodass die vom Prozessor 12 gewählte Klemmstrategie eine Kombination aus mehreren ankommenden Zuständen im Gegensatz zu einem einzelnen ankommenden Zustand ist. So kann beispielsweise eine gepflasterte Straße als erweiterte unebene Fahrbahn gekennzeichnet werden, und der ankommende Zustandssensor kann auch ein Schlagloch auf der Fahrbahn erkennen, das als ein großes Einzelereignis gekennzeichnet sein kann. In diesem Fall kann der Prozessor 12 eine Klemmstrategie anpassen, welche die Kombination dieser beiden Zustände gleichzeitig und ohne Einschränkung kompensiert.
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Weiterhin ist das Fahrzeugantriebssystem der vorliegenden Offenbarung in der Lage, ankommende Zustände zu antizipieren und vorzubereiten, anstatt nur auf das Erfassen eines tatsächlichen Radschlupfereignisses zu reagieren. Um das CVT in diesen reaktiven Situationen zu schützen, müssen diese konventionellen Systeme eine sehr konservative Klemmstrategie anwenden, wobei die Klemmstrategie um einen größeren Sicherheitsfaktor erweitert werden muss. Denn obwohl diese Systeme auf tatsächliche Radschlupfereignisse reagieren können, müssen sie den schlimmstmöglichen Fall annehmen, um sich vor den unbekannten Einflüssen zu schützen. Im Gegensatz dazu ist das Fahrzeugantriebssystem der vorliegenden Offenbarung in der Lage, die CVT-Klemmung basierend auf der Kenntnis der ankommenden Zustände zu optimieren.
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Darüber hinaus verfügen die konservativen CVT-Schutzstrategien konventioneller Fahrzeugantriebssysteme nicht über das Wissen, wann ein aktueller Radschlupfzustand endet. Daher sind diese Strategien erforderlich, um eine höhere Klemmkraft aufrechtzuerhalten, auch wenn das System keine Hinweise auf einen Radschlupfzustand mehr erhält. Mit anderen Worten, selbst wenn ein Radschlupfzustand endet, warten diese konventionellen Systeme auf eine zusätzliche Verzögerungszeit, bevor sie die CVT-Klemmung reduzieren. Im Gegensatz dazu ist das Fahrzeugantriebssystem der vorliegenden Offenbarung in der Lage, das Ende eines bevorstehenden Zustands zu identifizieren und kann daher die CVT-Klemmung unmittelbar oder sehr kurz nach dem Durchlaufen des Zustands mit Sicherheit reduzieren. Auf diese Weise optimieren die Systeme und Verfahren der vorliegenden Offenbarung die CVT-Klemmstrategie besser an die tatsächlichen Gegebenheiten und verbessern dadurch die Leistung und Effizienz des gesamten Fahrzeugantriebssystems und der Fahrbarkeit.
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Obwohl die vorliegende Offenbarung exemplarische ankommende Zustände beschreibt, ist die vorliegende Erfindung nicht auf einen bestimmten ankommenden Zustand oder eine Reihe von ankommenden Zuständen beschränkt. Jeder ankommende Zustand, der das CVT möglicherweise stören oder beschädigen könnte, ist so zu sehen, dass er durch die vorliegende Offenbarung ohne Einschränkung erfasst wird. So können beispielsweise nicht nur Unebenheiten, wie beispielsweise Objekte auf der Fahrbahn, Schlaglöcher, unebene Fahrbahnen, wie Kopfsteinpflaster oder Schotter Straßen, Straßenneigungsänderungen, wie bergauf oder bergab anstehende Fahrbahnen, reduzierte Reibungsbedingungen, wie Eis, Schnee und/oder Wasser, Fahrzeugereignisse, wie beispielsweise plötzliche Stopps oder Verzögerungen, oder Rollrichtungswechsel und dergleichen ohne Einschränkung auftreten. Der ankommende Zustandssensor kann nicht nur die Fahrbahnbeschaffenheit, sondern auch andere Objekte auf oder in der Nähe der Straße, wie beispielsweise andere Fahrzeuge (auch durch Kollisionsvermeidungssysteme), und Infrastrukturen, wie beispielsweise Verkehrssignale, Stoppschilder und dergleichen, ohne Einschränkung überwachen. Die vorliegende Offenbarung umfasst die Fähigkeit, diese ankommenden Zustände zu erkennen und die CVT-Klemmstrategie entsprechend anzupassen.
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Wie bereits erläutert, ist die CVT-Klemmsteuerung im vorhandenen Fahrzeugantriebssystem eher reaktiv als proaktiv. Problematisch bei diesem Ansatz ist, dass beim Erkennen und Reagieren auf Radschlupf Verzögerungen auftreten. So benötigen die Sensoren beispielsweise Zeit, um ihre Signale zu übertragen, und der Druck in den Systemen braucht Zeit, um zu reagieren. Zum Ausgleich dieser Verzögerungen müssen diese Systeme konservativ sein und höhere und/oder längere Klemmdrücke einbringen als eigentlich erforderlich, um das Risiko eines Kettenschlupfes zu verhindern und/oder zu verringern. Diese Konstruktion, die beim Überklemmen des CVT entwickelt wurde, beeinträchtigt die Lebensdauer, das Fahrverhalten und den Kraftstoffverbrauch. Obwohl das Fahrzeugantriebssystem in einem exemplarischen Aspekt der vorliegenden Offenbarung einen gewissen Grad der Überklemmung beinhalten kann, kann der Grad dieser Überklemmung besser optimiert werden, um einen Sicherheitsfaktor in die Systemsteuerung zu integrieren.
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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 Offenbarung 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.
