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Die Erfindung betrifft eine stufenlose
Getriebeeinrichtung zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs, umfassend
eine Leistungsübertragungsvorrichtung
und eine Steuer- und/oder
Regelvorrichtung zur Einstellung eines Übersetzungsverhältnisses
der Leistungsübertragungs-Vorrichtung
sowie ein Verfahren zum Betrieb einer stufenlosen Getriebeeinrichtung
zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs, wobei zur Leistungsübertragung
ein Übersetzungsverhältnis eingestellt wird.
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Stufenlose Getriebeeinrichtungen
sind beispielsweise aus dem Lehrbuch von Peter Gehrigk, Detlef Bruhn,
Dietmar Danner, Leonhard Endruschat, Jürgen Göbert, Heinrich Gross, Detlef
Komoll "Kraftfahrzeugtechnik" Westermann Schulbuch-Verlag GmbH,
3. Aufl., Braunschweig 2001, S. 359, f. bekannt.
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In einem stufenlosen Getriebe wird
eine gewünschte
Geschwindigkeit mit einem stufenlosen Übersetzungsverlauf erreicht.
Hierdurch kann der optimale Drehzahlbereich ohne zu große Abweichungen
eingehalten werden. Ein Vorteil einer stufenlosen Übersetzung
ist die Kraftstoffeinsparung, die bei mehr als 10 % liegt, und die
etwa 10 % größeren Beschleunigungswerte.
Als Beispiel für
ein stufenloses Getriebe kann ein Getriebe mit Schubgliederband gelten.
Hierbei wird anstelle des Keilriemens als Verbindungselement von
geteilten Kegelrädern
ein Schubgliederband verwendet. Es überträgt die Leistung im Gegensatz
zum Keilriemen schiebend. Bezüglich
der näheren
Ausgestaltung des Getriebes mit Schubgliederband sei auf das Lehrbuch
"Kraftfahrzeug-Technik", a.a.O. verwiesen.
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Im Anfahrbereich befindet sich das
Schubgliederband auf dem kleinsten Durchmesser des angetriebenen
Kegelscheibenpaares. Das bedeutet größte Übersetzung. Durch gegenläufiges Verschieben
der verschiebbaren Kegelscheibenhälften wird der wirksame Durchmesser
des antreibenden Kegelscheibenpaares größer, der des getriebenen kleiner. Hierdurch
entstehen Übersetzungsverhältnisse
beispielsweise zwischen 3,67:1 und 0,63:1. Der Kegelscheibensatz
mit Schubgliederband wird auch Variator genannt. Es ist zudem ein
Wandler beispielsweise vorgesehen, der anfänglich das Drehmoment bis zum
1,8-fachen erhöht.
Nach der Drehzahlangleichung verbindet die Überbrückungskupplung Primär- und Sekundärrad.
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Das Schubgliederband läuft in einem Ölbad. Durch
einen Drehmomentsensor wird erreicht, dass das Schubgliederband
weder einen zu großen Schlupf
hat, noch zu hoch beansprucht wird und dadurch zu große Reibungskräfte überwinden
muss. Mit der Drehmomentsteuerung werden die Leistungsverluste durch
Schlupf und Reibung vermindert. Zur Regelung beziehungsweise Steuerung
des stufenlosen Getriebes wird der Abstand der Kegelscheibenpaare
und damit die Übersetzung
durch Befüllen und
Leeren eines Primär-
und eines Sekundärzylinders
durchgeführt.
Die Abstandsänderung
der Primär-
und der Sekundär-Scheibenhälften findet
hierbei gleichzeitig statt. Erhöht
sich der Druck im Primärzylinder,
so vermindert er sich im Sekundärzylinder, so
dass die erforderliche Vorspan nung des Schubgliederbandes gewährleistet
ist. Es ist eine mechanisch-hydraulische oder elektronisch-hydraulische Steuerung
und/oder Regelung des stufenlosen Getriebes möglich.
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Das Verhalten einer stufenlosen Getriebeeinrichtung
ist für
Autofahrer, die an ein Handschaltgetriebe beziehungsweise an ein
Automatic-Stufengetriebe gewöhnt
sind, gewöhnungsbedürftig.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei
stufenlosen Getriebeeinrichtungen eine größere Variationsmöglichkeit
bezüglich
des Übersetzungsverhältnisses
im Betrieb des Kraftfahrzeugs zu ermöglichen.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch
eine stufenlose Getriebeeinrichtung zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs,
umfassend eine Leistungsübertragungsvorrichtung
und eine Steuer- und/oder Regelvorrichtung zur Einstellung eines Übersetzungsverhältnisses
der Leistungsübertragungs-Vorrichtung, die
dadurch weitergebildet ist, dass mittels der Steuer- und/oder Regelvorrichtung
die Funktion eines Automatik-Stufengetriebes simulierbar ist.
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Durch die erfindungsgemäße stufenlose
Getriebeeinrichtung verhält
sich die stufenlose Getriebeeinrichtung für den Fahrzeugführer im
wesentlichen wie ein Kraftfahrzeug mit einem Automatik-Stufengetriebe,
so dass die Umgewöhnung
auf die stufenlose Getriebeeinrichtung dem Fahrer weniger schwer
fällt.
Vorzugsweise kann durch den Fahrer die Anzahl der festen Übersetzungen
beziehungsweise die Anzahl der Stufen des Automatik-Stufengetriebes vorgebbar
sein. Im Rahmen der Erfindung umfasst der Begriff Leistungsübertragungsvorrichtung,
bei Verwendung eines Variators, wie vorstehend beschrieben, insbesondere
den Variator.
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Wenn zusätzlich mittels der Steuer-
und/oder Regelvorrichtung die Funktion eines Handschalt-Stufengetriebes simulierbar
ist, ist eine noch größere Variationsmöglichkeit
für den
Fahrer gegeben. Vorzugsweise ist die Simulation ausschaltbar, so
dass die Vorteile des stufenlosen Getriebes vollständig genutzt
werden können.
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Wenn das Übersetzungsverhältnis durch
die Steuer- und/oder Regelvorrichtung in Abhängigkeit von vorgebbaren Eingangsgrößen bestimmbar
ist, ist es möglich,
den Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs zu optimieren. Als Eingangsgrößen kommen
die Stellung eines Wahlschalters durch den Fahrer zur Vorgabe der
gewünschten
Simulation in Frage, die Fahrpedalstellung beziehungsweise die Geschwindigkeit der
Betätigung
der Fahrpedalstellung, die Motordrehzahl, die Primär- und Sekundärscheibendrehzahl
des Getriebes, eine Ölsumpftemperatur
im Getriebe, ein Anpressdruck des Schubgliederbandes, sofern ein derartiges
Verwendung findet, beziehungsweise Anpressdrücke in der Leistungsübertragungsvorrichtung,
der Beladungszustand des Fahrzeugs, die Steigung der Straße und der
Drosselklappenwinkel. Es können
noch weitere Eingangsgrößen Verwendung finden.
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Vorzugsweise ist die Steuer- und/oder
Regelvorrichtung lernfähig.
Hierbei wird eine Steuer- und/oder Regelvorrichtung verwendet, die
adaptiv ist, also selbstlernend. Aus dem Drosselklappenwinkel, der
Verstellgeschwindigkeit (Fahrpedal-Charakteristik) und der Fahrzeuggeschwindigkeit
und -verzögerung
kann auf den augenblicklichen Fahrerwunsch bzw. Fahrerstil geschlossen
werden. Im Motorkennfeld werden dann entsprechende Betriebspunkte
angewählt,
die von sehr sportlich bis sehr ökonomisch
alle Zwischenwerte haben können.
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Die Erfindung wird ferner durch ein
Verfahren zum Betrieb einer stufenlosen Getriebeeinrichtung zum
Antrieb eines Kraftfahrzeugs gelöst,
wobei zur Leistungsübertragung
ein Übersetzungsverhältnis eingestellt
wird, und wobei die Funktion eines Automatik-Stufengetriebes simuliert
wird. Ein besonders bevorzugtes Verfahren ist dann gegeben, wenn
das Übersetzungsverhältnis in
Abhängigkeit
von vorgebbaren Eingangsgrößen eingestellt
wird. Die hierzu relevanten Eingangsgrößen sind beispielsweise vorstehend
aufgezählt.
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Die Erfindung wird ferner durch die
Verwendung einer Automatik-Stufengetriebesimulation in einer stufenlosen
Getriebeeinrichtung gelöst.
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Die Erfindung wird nachstehend ohne
Beschränkung
des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben, wobei
bezüglich
aller im Text nicht näher
erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten
ausdrücklich
auf die Zeichnungen verwiesen wird. Es zeigen:
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1 eine
schematische Übersicht über eine
Regelung eines stufenlosen Getriebes, und
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2 ein
Diagramm betreffend exemplarische und erfindungsgemäße Schaltkennlinien.
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1 zeigt
schematisch eine Regelung eines stufenlosen Getriebes. In einer
Fahrerschnittstelle 10 befinden sich drei Wahlschalter 12 bis 14,
wobei ein Wahlschalter "stufenlos" 12, ein Wahlschalter "Automatik simulation" 13 und
ein Wahlschalter "Handschaltgetriebesimulation" 14 vorgesehen
sind. Durch Betätigen
einer der Schalter werden die anderen Schalter ausgeschaltet. Über die
Fahrerschnittstelle 10 wird mittels einer Leitung das Wahlhebelsignal 43 der
Steuer- und/oder Regelvorrichtung 16 zugeführt. In
der Fahrerschnittstelle 10 wird auch die Fahrpedalstellung 11 über eine
Leitung dem Motor 15 bzw. dem Motorsteuergerät 18 zugeführt, wobei
das Fahrpedalstellungssignal 40 dazu führt, dass die Drehzahl des
Motors gleich bleibt, erhöht
wird, oder verringert wird. Die Motordrehzahl 41 wird auch
der Steuer- und/oder Regelvorrichtung 16 zugeführt.
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Es werden ferner Messgrößen 42 des
Getriebes 17 der Steuer- und/oder Regelvorrichtung 16 zugeführt. Bei
den zugeführten
Eingangsgrößen 41 bis 43 handelt
es sich insbesondere um den Drosselklappenwinkel, der Verstellgeschwindigkeit
des Fahrpedals, der Fahrzeuggeschwindigkeit und -verzögerung,
der Fahrpedalstellung, der Motordrehzahl, der Primär- und Sekundärscheibendrehzahl
des Getriebes 17, der Ölsumpftemperatur
des Getriebes und den Anpressdruck des Schubgliederbandes. Die Steuer-
und/oder Regelvorrichtung gibt ihrerseits Steuerdaten 44 an
das Getriebe 17 weiter. Es kann auch vorgesehen sein, dass
die Steuer- und/oder Regelvorrichtung 16 Steuerdaten an
den Motor 15 oder dem Motorsteuergerät 18 weitergibt.
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In der Steuer- und/oder Regelvorrichtung 16 sind
Daten wie ein Motormomentenkennfeld, Betriebskennfelder, eine Wandlerkupplungsschließ- und/oder
-öffnungskennlinie
und eine Kupplungskennlinie abgespeichert. In der Steuer- und/oder
Regelvorrichtung 16 kann die Variator-Sollübersetzung berechnet
werden sowie ein Motormoment, ein Anpressdruck, ein Kupplungsdruck
und das Schließmoment
beziehungsweise Öffnungsmoment
einer Wandlerkupplung.
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Es können beispielsweise auch Schaltkennlinien 21 bis 25 beziehungsweise 31 bis 35 gemäß der 2 in der Steuer- und/oder
Regelvorrichtung 16 gespeichert sein. In 2 sind schematisch die Schaltkennlinien
von einem simulierten Automatik-Schaltgetriebe dargestellt. Auf
der Ordinate ist die Pedalstellung mit Bezug auf den Gesamtpedalweg
in Prozent angegeben und auf der Abszisse die Fahrzeuggeschwindigkeit
in km/h. Die Schaltkennlinien 31 bis 35 entsprechen
den Schaltpunkten für
Aufschaltungen in den nächst
höheren
Gang und die Kennlinien 21 bis 25 entsprechen
den Schaltpunkten für
die Rückschaltung
in den nächst
niedrigeren Gang eines simulierten 6-Gang Automatik-Schaltgetriebes.
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Befindet sich das Fahrzeug im simulierten
2. Gang mit einer Fahrgeschwindigkeit von 50km/h bei einer Fahrpedalstellung
von 90%, dies entspricht dem in 2 mit
A gekennzeichneten Zustand, und lässt der Fahrer das Fahrpedal
auf beispielsweise 50% zurückkommen
(Zustand B nach 2),
wird ein Übersetzungsverhältnis des
stufenlosen Getriebes derart eingestellt, dass eine Übersetzung
eines dritten Automatik-Stufenganges simuliert wird. Das Fahrzeug
befindet sich dann bezüglich
der Geschwindigkeit oberhalb der Schaltkennlinie 32. Sollte der
Fahrer dann beispielsweise wieder Vollgas geben, wird eine Übersetzung
des stufenlosen Getriebes gemäß der Kennlinie 22 von
der Steuer- und/oder Regelvorrichtung bei einer Fahrgeschwindigkeit
von 50km/h ab dem Moment vorgegeben, in dem eine Fahrpedalstellung
von 93% überschritten wird.
Die Übergänge zu den
anderen simulierten Gängen
verhalten sich entsprechend.
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Bei Vollgas aus dem Stand erfolgt
die simulierte Gangumschaltung nach den Kennlinien 31 bis 35 jeweils
bei ca.
- – 48
km/h (simulierter Übergang
vom 1. in den 2. Gang),
- – 72km/h
(simulierter Übergang
vom 2. in den 3. Gang),
- – 104km/h
(simulierter Übergang
vom 3. in den 4. Gang) ,
- – 144km/h
(simulierter Übergang
vom 4. in den 5. Gang) und bei ca.
- – 188km/h
(simulierter Übergang
vom 5. in den 6. Gang) statt.
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Nach den Kennlinien 21 bis 25 findet
der Übergang
bei Vollgas beim Herunterschalten jeweils bei ca.
- – 39km/h
(simulierter Übergang
vom 2. in den 1. Gang),
- – 64km/h
(simulierter Übergang
vom 3. in den 2. Gang),
- – 96km/h
(simulierter Übergang
vom 4. in den 3. Gang),
- – 137km/h
(simulierter Übergang
vom 5. in den 4. Gang), und bei ca.
- – 183
km/h (simulierter Übergang
vom 6. in den 5. Gang) statt.
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Bei der Auswahl des Wahlschalters
"Handschaltgetriebe-Simulation" 14 wählt der Fahrer selbst die jeweilige
Schaltkennlinie aus, die er zu einem gewissen Zeitpunkt wünscht. Dieses
kann beispielsweise durch Antippen eines Schalthebels geschehen.
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Es wird darauf hingewiesen, dass
die Erfindung nicht auf die Verwendung eines stufenlosen Getriebes
beschränkt
ist, das in dem Lehrbuch "Kraftfahrzeugtechnik", a.a.O. beschrieben
ist. Vielmehr können
auch weitere Arten von stufenlosen Getrieben mit einer Automatiksimulation
versehen sein.
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- 10
- Fahrerschnittstelle
- 11
- Fahrpedalstellung
- 12
- Wahlschalter
"stufenlos"
- 13
- Wahlschalter
"Automatikschaltgetriebe-Simulation"
- 14
- Wahlschalter
"Handschaltgetriebe-Simulation"
- 15
- Motor
- 16
- Steuer-
und/oder Regelvorrichtung
- 17
- Getriebe
- 18
- Motorsteuergerät
- 21
bis 25
- Schaltkennlinie
- 31
bis 35
- Schaltkennlinie
- 40
- Fahrpedalstellungssignal
- 41
- Motordrehzahl
- 42
- Messgrößen
- 43
- Wahlhebelsignal
- 44
- Steuerdaten