-
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Regeln des Übersetzungsverhältnisses an einem Umschlingungsgetriebe, selbiges Umschlingungsgetriebe, einen Antriebsstrang mit einem solchen Umschlingungsgetriebe und ein Fahrzeug mit einem solchen Antriebsstrang.
-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln des Übersetzungsverhältnisses an einem Umschlingungsgetriebe, wobei das Verfahren die folgenden Schritte in der genannten Reihenfolge umfasst:
- a. Feststellen des aktuellen ersten Spreizmaßes des ersten Kegelscheibenpaars und des aktuellen zweiten Spreizmaßes des zweiten Kegelscheibenpaars;
- b. Bilden eines aktuellen mittleren Spreizmaßes auf Basis der beiden aktuellen Spreizmaße der Kegelscheibenpaare;
- c. mittels zeitlichen Differenzierens des aktuellen mittleren Spreizmaßes, Bilden des aktuellen mittleren Spreizmaß-Gradienten;
- d. Vergleichen des aktuellen mittleren Spreizmaß-Gradienten mit einem zum Erreichen eines angestrebten Übersetzungsverhältnisses erforderlichen mittleren Spreizmaß-Gradienten; und
- e. basierend auf dem Vergleich der mittleren Spreizmaß-Gradienten, Bestimmen einer jeweiligen für das angestrebte Übersetzungsverhältnis erforderlichen Schaltkraft zum Regeln des Übersetzungsverhältnisses des Umschlingungsgetriebes. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Umschlingungsgetriebe für einen Antriebsstrang, einen Antriebsstrang mit einem solchen Umschlingungsgetriebe, sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Antriebsstrang.
-
Ein Umschlingungsgetriebe, auch als Kegelscheibenumschlingungsgetriebe oder als CVT [engl.: continuous variable transmission] bezeichnet, für ein Kraftfahrzeug umfasst zumindest ein auf einer ersten Welle angeordnetes erstes Kegelscheibenpaar und ein auf einer zweiten Welle angeordnetes zweites Kegelscheibenpaar (auch als Kegelscheibenhälften bezeichnet) sowie ein zur Drehmomentübertragung zwischen den Kegelscheibenpaaren vorgesehenes Umschlingungsmittel. Solche Umschlingungsgetriebe sind seit langem, beispielsweise aus der
DE 100 17 005 A1 oder der
WO 2014/012 741 A1 , bekannt. Im Betrieb des Umschlingungsgetriebes wird das Umschlingungsmittel mittels der relativen Axialbewegung der beiden Kegelscheiben eines Kegelscheibenpaars zwischen einer inneren Position (kleiner Wirkkreis) und einer äußeren Position (großer Wirkkreis) in einer radialen Richtung verlagert. Das Umschlingungsmittel bildet zwischen den beiden Kegelscheibenpaaren zwei Trume, wobei (je nach der Konfiguration und nach der Rotationsrichtung der Kegelscheibenpaare) eines der Trume ein Zugtrum und das andere Trum ein Schubtrum, beziehungsweise ein Lasttrum und ein Leertrum bilden.
-
EP 1 452 779 A2 offenbart ein Regelungsverfahren für Umschlingungsgetriebe, das das Spreizmaß mit einbezieht.
-
Bei Umschlingungsgetrieben besteht ein stark nichtlinearer Zusammenhang zwischen dem Spreizmaß und dem einzustellenden Übersetzungsverhältnis. Dies hat bei der Regelung den Nachteil, dass bei kleinen Übersetzungsverhältnissen eine direkt regelnde Übersetzungsregelung unter Umständen zu wenig dynamisch ist und es im Gegenteil bei großen Übersetzungsverhältnissen zu Instabilitäten kommt. Ein Lösungsansatz dafür ist übersetzungsabhängige Regler-Gains zur Kompensation einzusetzen. Wenn jedoch bei einer sehr großen Spreizung, beispielsweise mit einem Spreizfaktor von vier oder größer, eine solche direkte Übersetzungsregelung eingesetzt wird, wird in der Nähe der Grenzübersetzungen nicht die gewünschte Regelgüte erreicht. Ein Spreizfaktor von vier ist beispielsweise bei einem kleinsten Übersetzungsverhältnis von 0,5 [ein halb] und einem größten Übersetzungsverhältnis von 2 [zwei] gegeben, also durch die Division des größten durch das kleinste Übersetzungsverhältnis.
-
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Die erfindungsgemäßen Merkmale ergeben sich aus den unabhängigen Ansprüchen, zu denen vorteilhafte Ausgestaltungen in den abhängigen Ansprüchen aufgezeigt werden. Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, welche ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln des Übersetzungsverhältnisses an einem Umschlingungsgetriebe, wobei das Umschlingungsgetriebe zumindest die folgenden Komponenten umfasst:
- - ein erstes Kegelscheibenpaar mit zwei Scheiben, von welchen zumindest eine Scheibe axial bewegbar ist;
- - ein zweites Kegelscheibenpaar mit zwei Scheiben, von welchen zumindest eine Scheibe axial bewegbar ist; und
- - ein Umschlingungsmittel, mittels welchem die beiden Kegelscheibenpaare drehmomentübertragend miteinander verbunden sind,
wobei mittels des axialen Spreizmaßes zwischen den Scheiben ein Wirkkreis an dem jeweiligen Kegelscheibenpaar ein Übersetzungsverhältnis einstellbar ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte in der genannten Reihenfolge umfasst: - a. Feststellen des aktuellen ersten Spreizmaßes des ersten Kegelscheibenpaars und des aktuellen zweiten Spreizmaßes des zweiten Kegelscheibenpaars;
- b. Bilden eines aktuellen mittleren Spreizmaßes auf Basis der beiden aktuellen Spreizmaße der Kegelscheibenpaare;
- c. mittels zeitlichen Differenzierens des aktuellen mittleren Spreizmaßes, Bilden des aktuellen mittleren Spreizmaß-Gradienten;
- d. Vergleichen des aktuellen mittleren Spreizmaß-Gradienten mit einem zum Erreichen eines angestrebten Übersetzungsverhältnisses erforderlichen mittleren Spreizmaß-Gradienten; und
- e. basierend auf dem Vergleich der mittleren Spreizmaß-Gradienten, Bestimmen einer jeweiligen für das angestrebte Übersetzungsverhältnis erforderlichen Schaltkraft zum Regeln des Übersetzungsverhältnisses des Umschlingungsgetriebes.
-
Es wird im Folgenden auf die genannte Laufrichtung (auch als longitudinale Richtung bezeichnet) Bezug genommen, wenn ohne explizit anderen Hinweis die dazu lotrechten und daher ein kartesisches Koordinatensystem aufspannenden Transversalrichtung und Axialrichtung und entsprechende Begriffe verwendet werden. Wird hier von der Laufrichtung, der Axialrichtung und der Transversalrichtung gesprochen, so ist sowohl die positive als auch die negative Richtung in dem aufgespannten Koordinatensystem gemeint. Weiterhin wird auf das Umschlingungsmittel Bezug genommen, welches im montierten Zustand einen Umschlingungskreis um die eingestellten Wirkkreise der beiden Kegelscheibenpaare eines Umschlingungsgetriebes bildet, und bezogen auf den Umschlingungskreis wird von innerhalb gesprochen, also von dem Umschlingungsmittel in der (gedachten) Ebene des Umschlingungskreises eingeschlossen, und von außerhalb gesprochen und entsprechende Begriffe verwendet.
-
In der vorhergehenden und nachfolgenden Beschreibung verwendete Ordinalzahlen dienen, sofern nicht explizit auf das Gegenteilige hingewiesen wird, lediglich der eindeutigen Unterscheidbarkeit und geben keine Reihenfolge oder Rangfolge der bezeichneten Komponenten wieder. Eine Ordinalzahl größer eins bedingt nicht, dass zwangsläufig eine weitere derartige Komponente vorhanden sein muss.
-
Das hier vorgeschlagenen Umschlingungsgetriebe (oder auch Kegelscheibenumschlingungsgetriebe) ist beispielsweise ein sogenanntes CVT [engl.: continuous variabel transmission] wie aus dem Stand der Technik bekannt. Es sei darauf hingewiesen, dass das hier vorgeschlagene Verfahren für ein Umschlingungsgetriebe mit einer großen Spreizung besonders vorteilhaft ist, aber auch für Umschlingungsgetriebe mit kleinerer Spreizung geeignet und vorteilhaft ist, und auch dort durch eine geringe Komplexität und ein sehr gutes Regelungsverhalten hervorsticht.
-
Im Schritt a. wird das erste und zweite Spreizmaß festgestellt, also der Abstand zwischen den Scheiben bezogen auf eine vordefinierte Nulllage (beispielsweise ein neutrales Übersetzungsverhältnis, beispielsweise von 1) eines jeweiligen Kegelscheibenpaars, wie es aktuell eingestellt ist, also das jeweilige Ist-Spreizmaß festgestellt. In einer Ausführungsform wird das Spreizmaß mittels einer direkten Wegmessung festgestellt. In einer bevorzugten Ausführungsform wird basierend auf im Stand der Technik üblichen Sensoren auf das jeweilige Spreizmaß geschlossen. Anschließend wird in Schritt b. ein sogenanntes mittleres Spreizmaß gebildet, indem auf Basis der beiden Ist-Spreizmaße das Mittel, also das mittlere Spreizmaß, gebildet wird. Das Mittel ist beispielsweise als arithmetisches Mittel als Hälfte von der Differenz der jeweiligen Spreizmaße. Alternativ ist beispielsweise das geometrische Mittel aus den beiden Spreizmaßen gebildet. In einer Ausführungsform ist zudem eine Gewichtung eines der oder beider Spreizmaße vorgenommen.
-
In Schritt c. wird dieses aktuelle mittlere Spreizmaß (nach der Zeit) differenziert und somit der aktuelle mittlere Spreizmaß-Gradient beziehungsweise die Änderungsgeschwindigkeit des aktuellen mittleren Spreizmaßes ermittelt. Für einen entsprechenden Soll-Wert (also das für ein angestrebtes Übersetzungsverhältnis erforderliche Spreizmaß) werden bevorzugt die Schritte a. bis c. entsprechend ausgeführt, wobei hier dann anstelle des aktuellen Werts jeweils der erforderliche Wert verarbeitet wird. In einem üblichen Regelverfahren wird dieses Verfahren kontinuierlich durchgeführt, also auch zum Einhalten eines konstanten Übersetzungsverhältnisses. In einer alternativen Ausführungsform wird das Verfahren lediglich dann gestartet, wenn ein Übersetzungsverhältnis geändert werden soll. In letzterem Fall ist beispielsweise ein anderes Verfahren zum Einregeln eines festen Übersetzungsverhältnisses eingesetzt.
-
Der Eingangswert für die Soll-Werte ist in einer Ausführungsform für einen bestimmten Zeitraum konstant. In einer anderen Ausführungsform dynamisch bis hochdynamisch und unterliegt selbst einem vorgelagerten beziehungsweise parallelen Regelungsverfahren.
-
In Schritt d. nun wird der aus dem angestrebten Übersetzungsverhältnis resultierende erforderliche mittlere Spreizmaß-Gradient mit dem festgestellten aktuellen mittleren Spreizmaß-Gradient verglichen und anschließend in Schritt e. die (basierend auf diesem Vergleich erforderliche) Schaltkraft zum Regeln des angestrebten Übersetzungsverhältnisses an dem Umschlingungsgetriebe ermittelt. Der Vergleich in Schritt d. ist beispielsweise eine reine Summenbildung, wobei der Ist-Wert vom Soll-Wert abgezogen wird und somit die Differenz als Regelgröße ausgegeben wird.
-
In Schritt e. wird das Verfahren der Schritte b. und c. wieder rückwärtig gerechnet, also mittels Integrieren die Regelgröße (beispielsweise die Differenz von dem Aktuellen und dem Erforderlichen) des Spreizmaßes gebildet. Aus dieser so ermittelten Regelgröße des Spreizmaßes wird, beispielsweise in vorbekannter Weise, die erforderliche Schaltkraft beziehungsweise eine Regelgröße der Schaltkraft bestimmt.
-
Es sei darauf hingewiesen, dass bevorzugt diese Verfahrensschritte von Standardregelkomponenten ausgeführt werden, welche im vereinfachten Modell als Proportionalglied, Integralglied, Differenzialglied, gegebenenfalls Totzeitglied oder eine Kombination daraus bezeichnet werden. Ausgeführt wird das Verfahren bevorzugt auf einem speziell eingerichteten Mikrocontroller oder eingebettet in einen softwaremäßig abgebildeten Regler. Das Verfahren ist sowohl analog als auch digital ausführbar.
-
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens vorgeschlagen, dass Schritt c. und Schritt d. in einen Kaskadenregelkreis zum Regeln des Übersetzungsverhältnisses eingebettet sind.
-
Hier ist nun vorgeschlagen, dass die Schritte c. und d. in einen Kaskadenregelkreis eingebettet sind. Die Regelung des mittleren Spreizmaß-Gradienten ist somit ein (schneller) Regelkreis innerhalb des zeitlich höherstufigen Regelkreises, also in diesem Fall der Spreizmaß-Gradient und als zeitliche Differenzierung des zeitlich höherstufigen Spreizmaßes, also die Geschwindigkeit gegenüber dem Weg beziehungsweise der Position. In einer Ausführungsform ist eine weitere zeitlich differenzierte Regelstrecke eingebettet. Bevorzugt ist aber der Regelkreis um den mittleren Spreizmaß-Gradienten die tiefste Stufe in diesem Kaskadenregelkreis.
-
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens vorgeschlagen, dass der Eingangswert von den aktuellen Drehzahlen der Kegelscheibenpaare gebildet ist,
wobei bevorzugt in Schritt a. das jeweilige aktuelle Spreizmaß aus der Drehzahl des betreffenden Kegelscheibenpaars abgeleitet wird.
-
Hier ist vorgeschlagen, dass der Eingangswert für das Verfahren von den aktuellen Drehzahlen der Kegelscheibenpaare gebildet ist, wobei das Spreizmaß aus dem Verhältnis der beiden Drehzahlen eineindeutig ermittelbar ist und/oder die Drehzahlen aus einem Vergleich mit anderen aktuellen Werten und/oder bekannte Zusammenhänge ein aktuelles Spreizmaß eindeutig ermittelbar machen oder näherungsweise sich daraus abschätzen lässt.
-
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens vorgeschlagen, dass eine weitere Eingangsgröße für die Schaltkräfte von einem aktuell anliegenden und/oder von einem aktuell geschätzten maximalen Drehmoment an den Kegelscheibenpaaren gebildet ist.
-
In den meisten Anwendungsfällen ist die reine Änderung des Übersetzungsverhältnisses zusätzlich von einem erforderlichen Anpressdruck für das Umschlingungsmittel entsprechend einem anliegenden Drehmoment überlagert, wobei der dafür notwendige Schaltkraftanteil in einer Ausführungsform separat geregelt wird und somit die hier ermittelte erforderliche Schaltkraft lediglich einen Anteil einer Gesamtschaltkraft bildet. Alternativ wird dieser drehmomentbedingte Schaltkraftanteil ebenso über das hier vorgeschlagene Verfahren miteinbezogen, indem das Drehmoment beziehungsweise eine davon abgeleitete Größe als eine Eingangsgröße für das hier aufgezeigte Verfahren eingesetzt wird. Das Drehmoment wird von einem Drehmomentsensor erfasst, bevorzugt unmittelbar an zumindest einer der Getriebewellen des Umschlingungsgetriebes, oder zusätzlich oder alternativ über externe (bekannte) Werte berechnet beziehungsweise abgeschätzt, beispielsweise über eine Motorsteuerung und/oder eine Bremskraftanlage.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Umschlingungsgetriebe für einen Antriebsstrang vorgeschlagen, aufweisend zumindest die folgenden Komponenten:
- - eine Getriebeeingangswelle mit einem ersten Kegelscheibenpaar;
- - eine Getriebeausgangswelle mit einem zweiten Kegelscheibenpaar;
- - ein Umschlingungsmittel, mittels welchem das erste Kegelscheibenpaar mit dem zweiten Kegelscheibenpaar drehmomentübertragend verbunden ist; und
- - eine Stellvorrichtung zum Bereitstellen der Schaltkräfte zum Regeln des jeweiligen Spreizmaßes der Kegelscheibenpaare,
wobei die Stellvorrichtung zum Ausführen des Verfahrens nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung eingerichtet ist.
-
Mit dem hier vorgeschlagenen Umschlingungsgetriebe ist ein Drehmoment von einer Getriebeeingangswelle auf eine Getriebeausgangswelle, und umgekehrt, übersetzend beziehungsweise untersetzend übertragbar, wobei die Übertragung zumindest bereichsweise stufenlos einstellbar ist. Ein Umschlingungsgetriebe ist beispielsweise ein sogenanntes CVT [engl.: continuous variable transmission] mit einem Zugmittel oder mit einem Schubgliederband. Das Umschlingungsmittel ist beispielsweise eine vielgliedrige Kette. Das Umschlingungsmittel wird auf Kegelscheibenpaaren jeweils gegenläufig von radial-innen nach radial-außen und umgekehrt verschoben, sodass sich auf einem jeweiligen Kegelscheibenpaar ein veränderter Wirkkreis einstellt. Aus dem Verhältnis der Wirkkreise ergibt sich eine Übersetzung des zu übertragenden Drehmoments. Die beiden Wirkkreise sind mittels eines oberen und eines unteren Trums12, nämlich einem Lasttrum, auch Zugtrum beziehungsweise Schubtrum genannt, und einem Leertrum des Umschlingungsmittels miteinander verbunden.
-
Die hier vorgeschlagene Stellvorrichtung ist eine mechanische Komponente des Umschlingungsgetriebes, beispielsweise ein elektrischer Aktuator oder ein Nehmersystem in einer hydraulischen Betätigung der Kegelscheibenpaare beziehungsweise der Losscheiben, wobei also die jeweilige Schaltkraft die resultierende des Kraft des Aktuators beziehungsweise des Nehmerdrucks mittelbar oder unmittelbar auf die Losscheibe ist. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Stellvorrichtung zugleich eine Steuereinheit beziehungsweise einen Signalnehmer, welcher Steuersignale in eine entsprechende mechanische Reaktion, beispielsweise ein Öffnen eines Ventils oder ein bestromen eines Aktuators, bewirkt. In noch einer weiteren Variante ist die Stellvorrichtung mit einem Regler ausgestattet, in welchem die Verfahrensschritte gemäß einer Ausführungsform der obigen Beschreibung ausgeführt werden. Ein solcher Regler ist beispielsweise ein Mikrocontroller oder ein programmierbarer Regler, auf welchem eine Regelstrecke als Software abbildbar ist.
-
Es wird weiterhin in einer vorteilhaften Ausführungsform des Umschlingungsgetriebes vorgeschlagen, dass die Kegelscheibenpaare hydraulisch betätigbar sind und die Schaltkräfte mittels eines hydraulischen Drucks bereitgestellt sind.
-
Ein hydraulisch betätigtes Umschlingungsgetriebe ist vorteilhaft in ein hydraulisches Versorgungssystem einbindbar. Zudem ist in einfacher Weise (über eine Volumenanpassung) eine Übersetzung zu hohen Anpressdrücken ermöglicht. Das hier vorgeschlagene Verfahren ist für ein solches Umschlingungsgetriebe besonders vorteilhaft, weil die hydraulische Übertragungsstrecke infolge ihrer Trägheit und Komplexität die Dynamik und Instabilität erheblich mitbestimmt.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Antriebsstrang vorgeschlagen, aufweisend zumindest eine Antriebsmaschine mit einer Maschinenwelle, zumindest einen Verbraucher und ein Umschlingungsgetriebe nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung,
wobei die Maschinenwelle zur Drehmomentübertragung mittels des Umschlingungsgetriebes mit dem zumindest einen Verbraucher mit, bevorzugt stufenlos, veränderbarer Übersetzung verbindbar ist.
-
Der Antriebsstrang ist dazu eingerichtet, ein von einer Antriebsmaschine, zum Beispiel einer Verbrennungskraftmaschine und/oder einer elektrischen Antriebsmaschine, bereitgestelltes und über ihre Maschinenwelle, beispielsgemäß also die Verbrennerwelle und/oder die (elektrische) Rotorwelle, abgegebenes Drehmoment für eine Nutzung bedarfsgerecht zu übertragen, also unter Berücksichtigung der benötigten Drehzahl und des benötigten Drehmoments. Eine Nutzung ist beispielsweise ein elektrischer Generator zur Bereitstellung von elektrischer Energie. Um das Drehmoment gezielt und/oder mittels eines Schaltgetriebes mit unterschiedlichen Übersetzungen zu übertragen, ist die Verwendung des oben beschriebenen Umschlingungsgetriebes besonders vorteilhaft, weil eine große Übersetzungsspreizung auf geringem Raum erreichbar ist, sowie die Antriebsmaschine mit einem kleinen optimalen Drehzahlbereich betreibbar ist. Umgekehrt ist auch eine Aufnahme einer von zum Beispiel einem Vortriebsrad eingebrachten Trägheitsenergie mittels des Umschlingungsgetriebes auf einen elektrischen Generator zur Rekuperation, also der elektrischen Speicherung von Bremsenergie, mit einem entsprechend eingerichteten Drehmomentübertragungsstrang umsetzbar. Weiterhin sind in einer bevorzugten Ausführungsform eine Mehrzahl von Antriebsmaschinen vorgesehen, welche in Reihe oder parallel geschaltet beziehungsweise voneinander entkoppelt betreibbar sind und deren Drehmoment mittels eines Umschlingungsgetriebes gemäß der obigen Beschreibung bedarfsgerecht zur Verfügung gestellt werden kann. Ein Anwendungsbeispiel ist ein Hybridantrieb, umfassend eine elektrische Antriebsmaschine und eine Verbrennungskraftmaschine.
-
Mit dem hier vorgeschlagenen Verfahren ist eine sehr dynamische und gleichzeitig sichere Einregelung der Übersetzung erzielbar, wobei der Regelaufwand gering ist und das System für unterschiedlichste Konfigurationen von Umschlingungsgetrieben sowie von Antriebssträngen stabil einsetzbar ist. Besonders vorteilhaft ist in einem solchen Antriebstrang ein Umschlingungsgetriebe mit einem großen Spreizfaktor, beispielsweise größer vier einsetzbar.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, wobei zumindest ein Vortriebsrad, welches mittels eines Antriebsstrangs nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung zum Vortrieb des Kraftfahrzeugs antreibbar ist.
-
Die meisten Kraftfahrzeuge weisen heutzutage einen Frontantrieb auf und ordnen teilweise die Antriebsmaschine, beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine und/oder eine elektrische Antriebsmaschine, vor der Fahrerkabine und quer zur Fahrzeug-Längsrichtung an. Der radiale Bauraum ist gerade bei einer solchen Anordnung besonders gering und es ist daher besonders vorteilhaft, ein Umschlingungsgetriebe kleiner Baugröße zu verwenden. Ähnlich gestaltet sich der Einsatz eines Umschlingungsgetriebes in motorisierten Zweirädern, für welche im Vergleich zu vorbekannten Zweirädern stets gesteigerte Leistung bei gleichbleibendem Bauraum gefordert wird. Mit der Hybridisierung der Antriebsstränge verschärft sich diese Problemstellung.
-
Verschärft wird diese Problematik bei Personenkraftwagen der Kleinwagenklasse nach europäischer Klassifizierung. Die verwendeten Aggregate in einem Personenkraftwagen der Kleinwagenklasse sind gegenüber Personenkraftwagen größerer Wagenklassen nicht wesentlich verkleinert. Dennoch ist der zur Verfügung stehende Bauraum bei Kleinwagen wesentlich kleiner. Ein vergleichbares Problem tritt bei den Hybrid-Fahrzeugen auf, bei welchen eine Mehrzahl von Antriebsmaschinen und Kupplungen in dem Antriebsstrang vorgesehen ist, sodass der Bauraum insgesamt gering ist.
-
Mit dem hier vorgeschlagenen Verfahren ist eine sehr dynamische und gleichzeitig sichere Einregelung der Übersetzung erzielbar, wobei der Regelaufwand gering ist und das System für unterschiedlichste Konfigurationen von Umschlingungsgetrieben sowie von Antriebssträngen stabil einsetzbar ist. Besonders vorteilhaft ist in einem solchen Antriebstrang ein Umschlingungsgetriebe mit einem großen Spreizfaktor, beispielsweise größer vier einsetzbar.
-
Personenkraftwagen werden einer Fahrzeugklasse nach beispielsweise Größe, Preis, Gewicht und Leistung zugeordnet, wobei diese Definition einem steten Wandel nach den Bedürfnissen des Marktes unterliegt. Im US-Markt werden Fahrzeuge der Klasse Kleinwagen und Kleinstwagen nach europäischer Klassifizierung der Klasse der Subcompact Car zugeordnet und im Britischen Markt entsprechen sie der Klasse Supermini beziehungsweise der Klasse City Car. Beispiele der Kleinstwagenklasse sind ein Volkswagen up! oder ein Renault Twingo. Beispiele der Kleinwagenklasse sind ein Alfa Romeo MiTo, Volkswagen Polo, Ford Ka+ oder Renault Clio. Bekannte Hybrid-Fahrzeuge sind BMW 330e oder der Toyota Yaris Hybrid. Als Mild-Hybride bekannt sind beispielsweise ein Audi A6 50 TFSI e oder ein BMW X2 xDrive25e.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Computerprogramm umfassend einen Computerprogrammcode vorgeschlagen, wobei der Computerprogrammcode, auf zumindest einem Computer derart ausführbar ist, dass der zumindest eine Computer dazu veranlasst ist, das Verfahren nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung auszuführen, wobei zumindest einer der Computer:
- - in einem Kraftfahrzeug, bevorzugt als Bordcomputer oder eine Komponente eines Bordcomputers, integriert ist; und/oder
- - zur Kommunikation mit einem Bordcomputer eines Kraftfahrzeugs eingerichtet ist.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Computerprogrammprodukt vorgeschlagen, auf welchem der Computerprogrammcode abgespeichert ist, wobei der Computerprogrammcode, auf zumindest einem Computer derart ausführbar ist, dass der zumindest eine Computer dazu veranlasst ist, das Verfahren nach einer Ausführungsform gemäß der obigen Beschreibung auszuführen, wobei zumindest einer der Computer:
- - in einem Kraftfahrzeug, bevorzugt als Bordcomputer oder eine Komponente eines Bordcomputers, integriert ist; und/oder
- - zur Kommunikation mit einem Bordcomputer eines Kraftfahrzeugs eingerichtet ist.
-
Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, welche bevorzugte Ausgestaltungen zeigen, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematischen Zeichnungen in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass die Zeichnungen nicht maßhaltig sind und zur Definition von Größenverhältnissen nicht geeignet sind. Es wird dargestellt in
- 1: ein Umschlingungsgetriebe in einer perspektivischen Ansicht;
- 2: ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Regeln des Übersetzungsverhältnisses an einem Umschlingungsgetriebe;
- 3: ein Blockschaltbild zum Regeln des Übersetzungsverhältnisses eines Umschlingungsgetriebes; und
- 4: ein Antriebsstrang in einem Kraftfahrzeug mit Umschlingungsgetriebe.
-
In 1 ist ein Umschlingungsgetriebe 2 in einer perspektivischen Ansicht gezeigt. Das Umschlingungsgetriebe 2 weist ein Umschlingungsmittel 9 auf, welches drehmomentübertragend ein erstes Kegelscheibenpaar 3 mit einem zweiten Kegelscheibenpaar 6 verbindet. Das erste Kegelscheibenpaar 3, welches hier beispielsweise mit einer Getriebeeingangswelle 24 um eine eingangsseitige Rotationsachse 34 rotierbar drehmomentübertragend verbunden ist, weist wiederum eine erste Scheibe 4 (Losscheibe) und eine zweite Scheibe 5 (Festscheibe) auf, wobei durch entsprechende axiale Beabstandung der ersten Scheibe 4 und der zweiten Scheibe 5 ein erstes Spreizmaß 10 gebildet ist. Das erste Spreizmaß 10 stellt damit einen eingangsseitigen ersten Wirkkreis 14 ein, auf welchem das Umschlingungsmittel 9 auf dem ersten Kegelscheibenpaar 3 abläuft. Das zweite Kegelscheibenpaar 6, welches hier beispielsweise mit einer Getriebeausgangswelle 25 um eine ausgangsseitige Rotationsachse 35 rotierbar drehmomentübertragend verbunden ist, weist wiederum eine dritte Scheibe 7 (Lossscheibe) und eine vierte Scheibe 8 (Festscheibe) auf, wobei durch entsprechende axiale Beabstandung der dritten Scheibe 7 und der vierten Scheibe 8 ein zweites Spreizmaß 11 gebildet ist. Das zweite Spreizmaß 11 stellt damit einen ausgangsseitigen zweiten Wirkkreis 15 ein, auf welchem das Umschlingungsmittel 9 auf dem zweiten Kegelscheibenpaar 6 abläuft. Das erste Spreizmaß 10 (also der erste Wirkkreis 14) des ersten Kegelscheibenpaars 3 und das zweite Spreizmaß 11 (also der zweite Wirkkreis 15) des zweiten Kegelscheibenpaars 6 ist jeweils mittels einer Stellvorrichtung 26 einstellbar. Daraus resultiert aus einer ersten Drehzahl 21 an der Getriebeeingangswelle 24 eine zweite Drehzahl 22 an der Getriebeausgangswelle 25 und umgekehrt. Das (veränderbare) Verhältnis der beiden Wirkkreise 14,15 ergibt also das Übersetzungsverhältnis 1 zwischen der Getriebeeingangswelle 24 und der Getriebeausgangswelle 25. Dazu stellt die Stellvorrichtung 26 des ersten Kegelscheibenpaars 3 eine erste Schaltkraft 19 zum Regeln des ersten Spreizmaßes 10 bereit, wobei die erste Schaltkraft 19 parallel zu der eingangsseitigen Rotationsachse 34 wirkt. Die Stellvorrichtung 26 des zweiten Kegelscheibenpaars 6 stellt eine zweite Schaltkraft 20 zum Regeln des zweiten Spreizmaßes 11 bereit, wobei die zweite Schaltkraft 20 parallel zu der ausgangsseitigen Rotationsachse 35 wirkt. Rein optional sind die Kegelscheibenpaare 3,6 hydraulisch betätigbar und die Schaltkräfte 19,20 sind mittels eines hydraulischen Drucks bereitgestellt.
-
In 2 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Regeln des Übersetzungsverhältnisses 1 an einem Umschlingungsgetriebe 2 gezeigt. In einem ersten Schritt a. wird das aktuelle erste Spreizmaß 10 des ersten Kegelscheibenpaars 3 und das aktuelle zweite Spreizmaß 11 des zweiten Kegelscheibenpaars 6, beispielsweise gemäß der Ausführungsform in 1, festgestellt. Anschließend wird in Schritt b. ein aktuelles mittleres Spreizmaß 12 gebildet. Folgend wird in Schritt c. mittels zeitlichen Differenzierens des aktuellen mittleren Spreizmaßes 12 ein aktueller mittlerer Spreizmaß-Gradient 16 gebildet und in Schritt d. der aktuelle mittlere Spreizmaß-Gradient 16 mit einem zum Erreichen eines angestrebten Übersetzungsverhältnisses 17 erforderlichen mittleren Spreizmaß-Gradienten 18 verglichen. Basierend auf dem Vergleich der mittleren Spreizmaß-Gradienten 16,18 wird in Schritt e. eine jeweilige für das angestrebte Übersetzungsverhältnis 17 erforderliche Schaltkraft 19,20 zum Regeln des Übersetzungsverhältnisses 1 des Umschlingungsgetriebes 2 bestimmt. Das Verfahren wird nach Schritt e. wieder beginnend mit Schritt a. erneut durchlaufen.
-
In 3 ist ein Blockschaltbild zum Regeln des Übersetzungsverhältnisses 1 eines Umschlingungsgetriebes 2 gezeigt. Beispielsweise ist damit das Übersetzungsverhältnis 1 des Umschlingungsgetriebes 2 gemäß 1 regelbar. Dabei sind die Verfahrensschritte jeweils als Block dargestellt. Die Darstellungsweise entspricht einem in der Regelungstechnik gängigen Schaubild, wobei die einzelnen Blöcke nicht als separate Hardwarekomponenten ausgeführt sein müssen, also nicht Elemente eines Hardware-implementierten Regelkreises sein müssen. Vielmehr wird die dargestellte Regelung bevorzugt auf einer computergestützten Vorrichtung mittels einer dafür vorgesehenen Software durchgeführt, welche dazu eingerichtet ist, mit einem oder mehreren Prozessoren und einem oder mehreren Speichern sämtliche Verfahrensschritte durchzuführen. Die computergestützte Vorrichtung weist entsprechende Schnittstellen zur mittelbaren und/oder unmittelbaren Kommunikation mit Messsensoren und Steuerwert-Gebern auf.
-
Als Eingangswerte für den hier bezeichneten Block A dienen das aktuelle Übersetzungsverhältnis 1 sowie das angestrebte Übersetzungsverhältnis 17, um beispielsweise eine Drehmomentänderung in dem Umschlingungsgetriebe 2 herbeizuführen. In dem Block A werden das aktuelle mittlere Spreizmaß 12 und das erforderliche mittlere Spreizmaß 13, beispielsweise nach Schritt b. des zuvor in 2 beschriebenen Verfahrens, berechnet. Das aktuelle mittlere Spreizmaß 12 und das erforderliche mittlere Spreizmaß 13 dienen folgend als Eingangswerte für den Block B, welcher als Ausgangswert den erforderlichen mittleren Spreizmaß-Gradient 18 ausgibt. Parallel zu Block B wird in einem Block C der Eingangswert aktuelles mittleres Spreizmaß 12 nach dem Schritt c. (gemäß 2) differenziert und ein aktueller mittlerer Spreizmaß-Gradient 16 ausgegeben. Für einen Block D dienen nun der erforderliche mittlere Spreizmaß-Gradient 18 und der aktuelle mittlere Spreizmaß-Gradient 16 als Eingangswerte für die Bestimmung (in Block D) einer jeweiligen für das angestrebte Übersetzungsverhältnis 17 erforderlichen Schaltkraft 19,20 zum Regeln des Übersetzungsverhältnisses 1 des Umschlingungsgetriebes 2, sodass die erforderliche erste Schaltkraft 19 und erforderliche zweite Schaltkraft 20 also Ausgangswerte von Block D sind.
-
In 4 ist ein Antriebsstrang 23 in einem Kraftfahrzeug 33 mit einem Umschlingungsgetriebe 2 dargestellt. Das Kraftfahrzeug 33 weist eine Längsachse 36 und eine Motorachse 37 auf, wobei die Motorachse 37 vor der Fahrerkabine 38 angeordnet ist. Der Antriebsstrang 23 umfasst eine erste Antriebsmaschine 27, welche vorzugsweise als Verbrennungskraftmaschine 27 ausgeführt ist, und über eine dann beispielsweise Verbrennerwelle 29 eingangsseitig mit dem Umschlingungsgetriebe 2 drehmomentübertragend verbunden ist. Eine zweite Antriebsmaschine 28, welche vorzugsweise als elektrische Antriebsmaschine 28 ausgeführt ist, ist ebenfalls über eine dann beispielsweise Rotorwelle 30 mit dem Umschlingungsgetriebe 2 drehmomentübertragend verbunden. Mittels der Antriebsmaschinen 27,28 beziehungsweise über deren Maschinenwellen 29,30 wird gleichzeitig oder zu unterschiedlichen Zeiten ein Drehmoment für den Antriebsstrang 23 abgegeben. Es ist aber auch ein Drehmoment aufnehmbar, beispielsweise mittels der Verbrennungskraftmaschine 27 zum Motorbremsen und/oder mittels der elektrischen Antriebsmaschine 28 zur Rekuperation von Bremsenergie. Ausgangsseitig ist das Umschlingungsgetriebe 2 mit einem rein schematisch dargestellten Abtrieb verbunden, sodass hier ein linkes Vortriebsrad 31 und ein rechtes Vortriebsrad 32 mit einem Drehmoment von den Antriebsmaschine 27,28 mit veränderbarer Übersetzung versorgbar sind.
-
Mit dem hier vorgeschlagenen Verfahren ist mit einfachen Mitteln eine dynamische und stabile Regelung für das Übersetzungsverhältnis eines Umschlingungsgetriebes erzielbar.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Übersetzungsverhältnis
- 2
- Umschlingungsgetriebe
- 3
- erstes Kegelscheibenpaar
- 4
- erste Scheibe (Losscheibe)
- 5
- zweite Scheibe (Festscheibe)
- 6
- zweites Kegelscheibenpaar
- 7
- dritte Scheibe (Losscheibe)
- 8
- vierte Scheibe (Festscheibe)
- 9
- Umschlingungsmittel
- 10
- erstes Spreizmaß
- 11
- zweites Spreizmaß
- 12
- mittleres Spreizmaß
- 13
- erforderliches mittleres Spreizmaß
- 14
- erster Wirkkreis
- 15
- zweiter Wirkkreis
- 16
- aktueller mittlerer Spreizmaß-
- 17
- Gradient angestrebtes Übersetzungsverhältnis
- 18
- erforderlicher mittlerer Spreizmaß-Gradient
- 19
- erste Schaltkraft
- 20
- zweite Schaltkraft
- 21
- erste Drehzahl
- 22
- zweite Drehzahl
- 23
- Antriebsstrang
- 24
- Getriebeeingangswelle
- 25
- Getriebeausgangswelle
- 26
- Stellvorrichtung
- 27
- Verbrennungskraftmaschine
- 28
- elektrische Antriebsmaschine
- 29
- Verbrennerwelle
- 30
- Rotorwelle
- 31
- linkes Vortriebsrad
- 32
- rechtes Vortriebsrad
- 33
- Kraftfahrzeug
- 34
- eingangsseitige Rotationsachse
- 35
- ausgangsseitige Rotationsachse
- 36
- Längsachse
- 37
- Motorachse
- 38
- Fahrerkabine
