DE19631294A1

DE19631294A1 - Getriebeeinheit

Info

Publication number: DE19631294A1
Application number: DE19631294A
Authority: DE
Inventors: Gunter Dr Juergens
Original assignee: LuK Getriebe Systeme GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 1995-08-23
Filing date: 1996-08-02
Publication date: 1997-02-27
Anticipated expiration: 2016-08-03
Also published as: DE19631236A1; DE19631294C2; DE19631236C2; DE19631281A1; DE19631243C2; DE19631281C2; DE19631216A1; DE19631243A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Getriebeeinheit mit Mehrbereichsstruktur mit einem stufenlo sen Getriebe und mit weiteren Getrieben. Bei diesen Getriebeeinheiten mit Mehrbe reichsstruktur ist der Übersetzungsbereich des stufenlosen Getriebes mehrfach nutzbar.

Derartige Getriebe sind in der EP 0 210 053, DE 41 13 386, GB 2 045 368 und GB 2 108 599 offenbart. Die EP 0 210 053 zeigt eine Getriebeeinheit mit einem stufenlosen Getriebe, wie Kegelscheibenumschlingungsgetriebe, wobei die Wellen der Kegelschei benpaare an- oder abtriebsseitig geschaltet werden können, wobei die Eingangswelle und/oder Ausgangswelle der Getriebeeinheit mittels Kupplungen und anderer Getrie bestufen derart geschaltet werden können, daß jeweils eine Verbindung mit den Wellen der Kegelscheibenpaare in An- oder Abtriebsrichtung geschaltet werden kann.

Die GB 2 045 368 und die GB 2 108 599 offenbaren jeweils eine Getriebeeinheit mit einem stufenlosen Getriebe, wie Kegelscheibenumschlingungsgetriebe, Reibradgetrie be oder Toroid-Getriebe, wobei der Ausgang des stufenlosen Getriebes auf einen Ein gang eines Überlagerungsgetriebes, wie Summiergetriebes, übertragen wird und ein zweiter Eingang des Überlagerungsgetriebes, wie Summiergetriebes, über eine Getrie bestufe mit fester Übersetzung mit dem Eingang des stufenlosen Getriebes verbunden werden kann, wobei der Ausgang des Summiergetriebes mit der Getriebeabtriebswelle verbunden ist. Über Kupplungen kann sowohl das Getriebe mit fester Übersetzungsstu fe auf den einen Eingang des Summiergetriebes als auch das Summiergetriebe zu- und abgeschaltet werden, das heißt blockiert oder freigegeben werden.

Gemeinsam ist den Getrieben der oben genannten Offenlegungsschriften, daß der Übersetzungsbereich des stufenlosen Getriebes mehr als einmal durchfahrbar ist und die Bereichsumschaltung mittels Kupplungen vorgenommen wird, wobei die offenbarte Getriebestruktur der EP-Offenlegungsschrift als i²-Getriebe bezeichnet wird und die offenbarte Getriebestruktur der GB-Offenlegungsschriften als Geared-Neutral-Struktu ren bekannt sind.

Bei diesen Getriebestrukturen erfolgt die Umschaltung der Übersetzungsbereiche mit tels Kupplungen, die formschlüssig oder reibschlüssig sein können.

Solche Getriebeeinheiten, wie insbesondere die Geared-Neutral-Getriebe, können in ihrem ersten Betriebsbereich bei eingangsseitiger Drehzahl eine abtriebsseiteige Dreh zahl null aufweisen, d. h. bei einer solchen Getriebeeinheit kann mittels Drehzahlver änderung des stufenlosen Getriebes ein Anfahrvorgang ohne Ein- oder Auskuppeln vorgenommen werden. Die Drehzahlregelung, bzw. die Übersetzungssteuerung oder -regelung, steuert die Übersetzung derart, daß die in ein Summiergetriebe übertragenen Drehzahlen am Ausgang des Summiergetriebes zu der Drehzahl null überlagert wer den, so daß ein Neutralzustand erreicht wird.

Ein Anfahren in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung wird durch eine veränderte Drehzahl regelung bzw. Übersetzungsregelung des Variators des stufenlosen Getriebes erreicht.

Die Übersetzungsansteuerung im Neutralbereich erweist sich in der Praxis als sehr problematisch, da bei geringen Schwankungen der Übersetzung des Variators des stufenlosen Getriebes eine geringe Schwankung des Fahrzeuges resultiert. Das Fahr zeug führt in diesen Zustand eine Schwingung nach vorn und nach hinten durch, was von den Fahrzeuginsassen als unangenehm empfunden werden kann.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, Getriebeeinheiten mit Mehrbereichsstrukturen zu schaffen, welche ein verbessertes Verhalten im Anfahrverhalten und im Neutralbe reich als auch einen verbesserten Komfort aufweisen. Weiterhin sollte eine Getriebe einheit geschaffen werden, welche aufgrund intelligenter Steuerverfahren weniger ho hen Aufwand in der Herstellung benötigt.

Dies kann bei Getriebeeinheiten erfindungsgemäß dadurch erreicht werden, daß die weiteren Getriebe dem stufenlosen Getriebe über wenigstens zwei wechselweise schaltbare Kupplungen mit veränderbar einstellbarem übertragbarem Moment zuschalt bar sind, mit einem Steuergerät, welches die Übersetzung des stufenlosen Getriebes steuert und die Ansteuerung des jeweiligen übertragbaren Drehmomentes der Kupplun gen vornimmt und eine Übersetzungsansteuerung und eine Ansteuerung eines geziel ten übertragbaren Drehmomentes zumindest einer Kupplung mittels der Steuereinheit durchgeführt wird, wobei ein Schleifen oder Schlupfen der Kupplungen angesteuert wird, so daß ein Ankriechen des Fahrzeuges erfolgt.

Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn erfindungsgemäß bei einer Getriebeeinheit mit Mehrbereichsstruktur mit einem stufenlosen Getriebe, wie beispielsweise Kegelschei benumschlingungsgetriebe, Reibradgetriebe oder Toroid-Getriebe, dessen Überset zungsbereich mehr als einmal durchfahrbar ist, und weitere Getriebe mittels mindestens zwei Kupplungen bei Erreichen eines bestimmten Übersetzungsverhältnisses des stu fenlosen Getriebes im Kraftfluß der Getriebeeinheit zu- und abschaltbar sind, wobei bei dem Umschaltpunkt auch eine Betätigungsrichtungsumkehr oder eine Umkehr des Leistungsflusses des stufenlosen Getriebes erfolgt, mit einem Steuergerät, welches die Übersetzung des stufenlosen Getriebes steuert, und die Steuerung des übertragbaren Drehmomentes der einzelnen Kupplungen vornimmt, und mittels einer Übersetzungs steuerung und einer Ansteuerung eines gezielten übertragbaren Drehmomentes von zumindest einer Kupplung, ein gezieltes Schleifen oder Schlupfen der Kupplung ange steuert wird, so daß ein Ankriechen des Fahrzeuges erfolgt. Der Umschaltpunkt ist definiert durch den gesteuerten Wechsel der Betriebsbereiche, wobei bei dem Um schaltpunkt der Wechsel eingeleitet werden kann oder dieser bereits beendet ist.

Weiterhin kann es nach einem weiteren erfindungsgemäßen Gedankens vorteilhaft sein, wenn bei Getriebeeinheiten mit Mehrbereichsstruktur mit einem stufenlosen Ge triebe, wie beispielsweise Kegelscheibenumschlingungsgetriebe oder Toroid-Getriebe, dessen Übersetzungsbereich mehr als einmal durchfahrbar ist, indem mindestens zwei Kupplungen bei Erreichen eines bestimmten Übersetzungsverhältnisses des stufenlo sen Getriebes im Kraftfluß der Getriebeeinheit zu- und abschaltbar sind, wobei bei dem Umschaltpunkt auch eine Betätigungsrichtungsumkehr des stufenlosen Getriebes er folgt und mit einem Steuergerät, welches die Übersetzung des stufenlosen Getriebes steuert und die Steuerung des jeweiligen übertragbaren Drehmomentes der einzelnen Kupplungen vornimmt und eine Übersetzungssteuerung und eine Ansteuerung eines gezielten übertragbaren Drehmomentes von zumindest einer Kupplung ein gezieltes Schleifen oder Schlupfen der Kupplung ansteuert, so daß ein Ankriechen des Fahr zeuges erfolgt.

Erfindungsgemäß kann es vorteilhaft sein, wenn bei einer Getriebeeinheit, bei der dem stufenlosen Getriebe ein Überlagerungsgetriebe, wie beispielsweise Summiergetriebe, mit zwei Eingängen im Drehmomentfluß nachgeordnet zu- und abschaltbar ist, wobei wechselweise der eine Eingang mit vorgeschalteter Getriebestufe zu- und abschaltbar ist und der andere Eingang mit dem Ausgangsteil des stufenlosen Getriebes verbunden ist und über eine weitere Kupplung das Ausgangsteil des Summiergetriebes mit dem Ausgangsteil des stufenlosen Getriebes direkt oder indirekt verbindbar ist oder das Summiergetriebe blockierbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Übersetzung des stufenlosen Getriebes und das übertragbare Drehmoment von zumindest einer Kupp lung derart angesteuert werden, daß das Fahrzeug ankriecht.

Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn die Kupplungen zum Zu- und Abschalten von Getriebestufen zu oder in den Drehmomentfluß, einen kontinuierlich steuerbaren Be reich aufweisen, in welchem das übertragbare Drehmoment im wesentlichen kontinuier lich ansteuerbar ist. In diesem Bereich kann das übertragbare Drehmoment zwischen einem vollständig eingerückten Kupplungszustand mit voll übertragenem Moment und einem vollständig ausgerückten Zustand mit Drehmoment null eingestellt werden.

Erfindungsgemäß kann es vorteilhaft sein, wenn die Kupplungen reibschlüssige Kupp lungen, wie beispielsweise Reibungskupplungen und/oder Magnetpulverkupplungen, sind.

Vorteilhaft kann es ebenso sein, wenn mit Hilfe der Einstellung der Getriebeüberset zung des stufenlosen Getriebes das Vorzeichen oder die Richtung des Ankriechmo mentes und somit die Richtung des Ankriechens des Fahrzeuges festgelegt wird. Bei einem oben genannten Geared-Neutral-Getriebe wird eine abtriebsseitige Drehzahl auf den Wert null eingestellt, in dem die Übersetzung des stufenlosen Getriebes einen vorbestimmten Wert annimmt. Wird nun die Übersetzung in die eine oder in die andere Richtung geringfügig verändert, so liegt am Ausgang der Getriebeeinheit eine Drehzahl vor, die ungleich null ist und ein positives oder negatives Vorzeichen aufweist. Wird nun mit der zumindest einen Kupplung, welche in dem einen Betriebsbereich des Mehrbe reichsgetriebes geschlossen ist, ein gezieltes übertragbares Drehmoment eingestellt, so erfolgt eine Momentensteuerung oder -regelung und das abtriebsseitige Drehmoment kann auf einen Wert eingestellt werden, welcher das Fahrzeug ankriechen läßt. In die sem Zusammenhang ist es vorteilhaft, die eine Kupplung mit Schlupf anzusteuern, welche in dem Betriebsbereich des Neutralpunktes geschlossen ist, um eine, in der Kupplung vorherrschende Differenzdrehzahl zu minimieren. Ebenso kann eine Ansteue rung der in diesem Betriebsbereich geöffneten Kupplung zur Momentensteuerung ver wendet werden.

Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn der Übersetzungsbereich des stufenlosen Getriebes eine Übersetzung kennzeichnet, bei welchem bei gegebener Eingangsdreh zahl der Getriebeeinheit die Abtriebsdrehzahl der Getriebeeinheit null ist und bei einer dem gegenüber veränderten Übersetzung eine positive oder negative Übersetzung erfolgt und am Ausgangsteil der Getriebeeinheit ein Ausgangsdrehzahl und ein Aus gangsmoment anliegt, welches ein positives oder ein negatives Vorzeichen aufweist und mittels einer Momentensteuerung mittels zumindest einer Kupplung ein Ankriechen des Fahrzeuges erfolgt.

Weiterhin kann es nach einem weiteren erfinderischen Gedanken vorteilhaft sein, wenn bei einem Verfahren zur Steuerung oder Regelung einer Getriebeeinheit mit einem stufenlosen Getriebe und weiteren über Kupplungen zu- und abschaltbaren Getrieben mit einer Steuereinheit und zumindest einem Stellglied zur Einstellung des Überset zungsverhältnisses des stufenlosen Getriebes und des übertragbaren Drehmomentes der jeweiligen Kupplungen je nach Einstellung einer Vorwärts- oder Rückwärtsfahrstufe das Übersetzungsverhältnis des stufenlosen Getriebes so angesteuert wird, daß ab triebsseitig eine Vorwärts- oder Rückwärtsfahrgeschwindigkeit resultiert, wobei das abtriebsseitig resultierende Drehmoment mittels zumindest einer gezielt angesteuerten Kupplung eingestellt wird.

Die Steuereinheit steuert das Übersetzungsverhältnis des stufenlosen Getriebes mittels Stellmitteln, wie z. B. Hydraulikzylindern, um die geeignete Übersetzung einzustellen, bzw. um eine geeignete Anpressung des Umschlingungsmittels des Kegelscheiben umschlingungsgetriebes zu gewährleisten. Die Stellmittel können aber auch mechani sche oder elektromotorisch betriebene Mittel zur Einstellung der axialen Position der Kegelscheiben vorsehen.

Die Stellmittel zur Kupplungsansteuerung können mechanisch, hydraulisch, elektromo torisch oder magnetisch angesteuert und betätigt werden.

Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn mittels zumindest eines gezielt angesteuerten übertragbaren Drehmomentes zumindest einer Kupplung eine Momentensteuerung der Getriebeeinheit beim Anfahren oder beim Ankriechen erreicht wird.

Im wesentlichen kann es vorteilhaft sein, wenn mittels einer gezielten Ansteuerung des übertragbaren Drehmomentes von zumindest einer Kupplung die in dem Betriebsbe reich bei antriebsseitiger Drehzahl der Getriebeeinheit und abtriebsseitiger Drehzahl null geschlossen ist und einer gezielten Übersetzsteuerung des stufenlosen Getriebes eine Momentensteuerung realisiert ist, welche das Fahrzeug ankriechen läßt.

Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf einen Triebstrang zwischen einer Antriebsein richtung und Antriebsrädern eines Kraftfahrzeugs mit einem stufenlos steuerbaren Drehzahlwandler mit Schlupfverhalten, einem mit dem Drehzahlwandler in Reihe ange ordneten, stufenlos steuerbaren Drehmomentwandler, einer Regeleinrichtung für die Übertragungsverhältnisse des Drehzahl- und des Drehmomentwandlers und einem mit der Regeleinrichtung verbundenen Sollwertgeber, durch den ein Vorwärtsfahr-, ein Rückwärtsfahr- und ein Standbereich in Abhängigkeit von einem gewünschten Drehmoment einstellbar sind.

Bei einem bekannten Triebstrang dieser Art, der ein Nullregelgetriebe (auch "Geared-Neu tral-Getriebe" genannt) enthält, wird das die Abtriebsdrehzahl bestimmende Über setzungsverhältnis des stufenlos steuerbaren Drehmomentwandlers, eines Umschlin gungsgetriebes, so geregelt, daß die Drehzahl der Antriebseinrichtung bei der ge wünschten Fahrgeschwindigkeit möglichst niedrig ist, um den Energieverbrauch der An triebseinrichtung möglichst gering zu halten. Hierbei bleibt der Wirkungsgrad des Triebstrangs jedoch weitgehend unberücksichtigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Triebstrang der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem der Abtriebsdrehmomentverlauf in Abhängigkeit vom Drehmo ment und der Drehzahl der Antriebseinrichtung selbsttätig derart einstellbar ist, daß ein gewünschter Komforteindruck, z. B. einem konventionellen Automatikgetriebe entspre chend, mit möglichst geringen Verlusten in den Triebstrangelementen entsteht.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe bei einem Triebstrang der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Sollwertgeber in Abhängigkeit von dem gewünschten Drehmo ment selbsttätig so einstellbar ist, daß

a) im Vorwärts- und Rückwärtsfahrbereich und im Standbereich das übertragba re Drehmoment im Drehzahlwandler proportional dem gewünschten Drehmo ment ist, und daß
b) in allen Bereichen das Übersetzungsverhältnis des Drehmomentwandlers so geregelt wird, daß die die Drehmomentrichtung bestimmende Drehzahldifferenz zwischen Ein- und Ausgang des Drehzahlwandlers nahe Null ist.

Während der Komforteindruck aufgrund der stufenlosen Steuerung der Drehzahl wei terhin dem eines herkömmlichen Automatikgetriebes mit stufenlos steuerbarem Drehmomentwandler entspricht, bleiben die hauptsächlich durch den schlupfenden Drehzahlwandler im Triebstrang bedingten Verluste sehr gering, weil die die Verluste mitbestimmende Drehzahldifferenz und damit sein Schlupf stets nahe Null gehalten wird.

Vorzugsweise ist der Drehzahlwandler eine schlupfende Kupplung, und bei dem Drehmomentwandler kann es sich um ein stufenlos steuerbares Getriebe, insbesondere ein Umschlingungsgetriebe, handeln. Hierbei handelt es sich um gängige Triebstrang elemente, die auf einfache Weise steuerbar oder regelbar sind.

Sodann kann dafür gesorgt sein, daß der Sollwertgeber so einstellbar ist, daß das durch das Getriebe bestimmte Übersetzungsverhältnis des Triebstrangs in beiden Fahrberei chen (vorwärts oder rückwärts) eine niedrige Abtriebsdrehzahl, entsprechend einem gewünschten Kriechmoment, ergibt. Bei dieser Art der Übersetzungsregelung des stu fenlos steuerbaren Getriebes kann sich das Kraftfahrzeug entsprechend dem durch die schlupfende Kupplung vorgegebenen Kriechmoment nur langsam vorwärts oder rück wärts bewegen. Da das Kupplungsmoment aufgrund der Getriebestruktur direkt propor tional dem Abtriebsmoment ist, ohne daß die Übersetzung des stufenlos steuerbaren Getriebes eingeht, ist ein präzise Steuerung des Kriechmoments einfach möglich. Die Übersetzungsregelung bestimmt nur die Richtung des Kriechmoments und die Höhe der Verluste. Bei einer Übersetzung, die genau dem Geared-Neutral-Punkt entspricht (d. h. einer Abtriebsdrehzahl Null), ist mithin die Richtung des Kriechmoments unbestimmt, aber auch die Verlustleistung Null.

Bislang schwingt die Übersetzung bei der Übersetzungsregelung immer etwas um den Sollwert, so daß im Stillstand ein "Schwingen" des Fahrzeugs spürbar ist. Durch die vorgeschlagene Übersetzungsregelung, nämlich eine geringe Abtriebsdrehzahl je nach Fahrbereich vorwärts oder rückwärts vorzugeben, kann das Schwingen vermieden werden, da das Moment im Antriebsstrang dann nur vom Moment der Kupplung ab hängt. Das Schwingen der Drehzahlregelung ergibt ein Schwingen der Verlustleistung, ist aber nicht spürbar.

Im Standbereich "Neutral" bewirkt die Übersetzungsregelung, daß die Drehzahldifferenz in der Kupplung je nach Geschwindigkeitsbereich und Motordrehzahl nahe Null ist. Da jedoch die Kupplung nicht druckbeaufschlagt ist, ist der Triebstrang nicht kraftschlüssig, also in "Neutral".

Vorzugsweise ist dafür gesorgt, daß die Regelung des Übersetzungsverhältnisses des Drehmomentwandlers und des übertragbaren Drehmoments des Drehzahlwandlers in Betriebsbereichen wirksam ist, in denen das Eingangsdrehmoment des Triebstrangs stufenlos oder nicht stufenlos steuerbar ist. Auf diese Weise ist die Regelung bei einer Schubabschaltung, bei der es sich um einen Betriebsbereich mit nicht stufenlos steuer barem Moment handelt, ebenfalls wirksam.

Das Überlagerungsgetriebe kann in einfacher Weise als Planetengetriebe ausgebildet sein, dessen Steg über ein Stirnradgetriebe mit der Abtriebsseite des Drehzahlwandlers verbunden ist. Besonders vorteilhaft ist die Anwendung des erfindungsgemäßen Trieb strangs für eine Hybridantriebsanordnung. Hierfür werden bislang i²-Getriebe verwendet, bei denen der Regelbereich eines stufenlos steuerbaren Getriebes, eines Umschlin gungswandlers, durch Zusatzelemente, wie Zahnräder und Klauenkupplungen, dadurch vergrößert wird, daß der Stellbereich des Getriebes mehr als einmal ausgenutzt und funktionsmäßig hintereinander geschaltet wird. Die Anwendung des vorliegenden Triebstrangs, der ein Nullregelgetriebe (Geared-Neutral-Getriebe) enthält, hat den Vor teil, daß sein Aufbau einfacher als der eines i²-Getriebes ist insbesondere kommt man ohne formschlüssige Kupplungen, wie Klauenkupplungen, und deren Synchronisierung mit der neuen Drehzahl zum Einrücken aus. Durch die erfindungsgemäße Drehzahldif ferenz zwischen Ein- und Ausgang des Drehzahlwandlers, d. h. der stufenlos steuerba ren Kupplung, ist in Unabhängigkeit vom Zu- und Abschalten der Antriebe (Energiequellen) und/oder von motorbetriebenen Hilfsaggregaten (Kompressor, Servo lenkungsantrieb des Kraftfahrzeugs das übertragbare Drehmoment stetig so steuerbar, daß Schaltstöße mit hohem Komfort weitgehend vermieden werden. Ferner sind Trieb strangschwingungsprobleme, die bei i²-Strukturen mit nur zwei Reibungskupplungen und zusätzlichen zwei formschlüssigen Kupplungen auftreten können, wie zuvor er wähnt, weitgehend vermeidbar. Das heißt der Abtriebsmomentenverlauf ist weitgehend stetig, da das übertragbare Drehmoment der schlupfenden Kupplung im Triebstrang nach dem Wunschmoment des Fahrers beeinflußt wird. Ergibt sich aus der Momen tenbilanz der Antriebe (Energiequellen) bzw. des Fahrzeugs ein Überschuß an der Kupplung, so wird sich der Schlupf in dieser vergrößern. Dies wird als Steuergröße für die Übersetzungsregelung des stufenlosen Getriebes, z.g. für den Betrieb mit Schwung rädern oder als Führungsgröße für den Verbrennungs- oder Elektromotor, genutzt. Bei Schlupfvergrößerung wird z. B. die Übersetzung im stufenlosen Getriebe bei Nutzung der Energiespeicherung eines Schwungrades in Richtung schneller verstellt, so daß das entnommene Moment geringer ist. In der gleichen Weise lassen sich auch Ener gieflüsse im Schubbetrieb bzw. wechselweise zwischen Schwungrad und Verbren nungskraftmaschine, oder umgekehrt, steuern. Dies hat den Vorteil, daß die Steuerung der Drehmomentübertragungsfähigkeit der stufenlos steuerbaren Kupplung einfacher durchführbar ist als die Übersetzungsänderung in Getrieben oder die Drehmomentauf- und -abbaurampen von Energiequellen.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Steuern eines leistungsverzweig ten Getriebes bei Ausgangsdrehzahl Null. Die Erfindung betrifft weiter die Verwen dung eines leistungsverzweigten Getriebes zum Durchführen des Verfahrens.

Wegen der zunehmenden Bedeutung des Kraftstoffverbrauchs gewinnt die Ge triebetechnologie an Bedeutung, da sich mit modernen Getrieben, die einen Betrieb der Brennkraftmaschine im Bereich günstiger, spezifischer Verbräuche ermöglichen, deutliche Verbrauchseinsparungen erzielen lassen.

Besonders vorteilhaft sind leistungsverzweigte Getriebe mit einem Neutralpunkt, d. h. einer Struktur, die es ermöglicht, daß beim Durchfahren des Stellbereiches des stufenlosen Getriebes die Gesamtübersetzung des leistungsverzweigten Getriebes den Punkt unendlich bzw. das Drehzahlverhältnis zwischen dessen Ausgangswelle und dessen Eingangswelle den Wert Null durchläuft. Solche, auch als "Geared-Neu tral"-Getriebe bezeichneten leistungsverzweigten Getriebe ermöglichen ein Umsteuern zwischen Vorwärtsfahrt und Rückwärtsfahrt ohne zu kuppeln und, wegen der möglichen, sehr hohen Anfahrübersetzungen, ein sicheres Anfahren auch unter erschwerten Bedingungen.

Ein Beispiel eines solchen Getriebes ist in Lechner, G.; Nauheimer, H.: Fahrzeug getriebe, Springer-Verlag 1994, S. 145 beschrieben. Oetting, H. und Heidemeier, P. weisen in "Stufen lose Getriebe für Personenkraftwagen", VDI-Berichte 579 darauf hin, daß die Steuerung solcher Getriebe außerordentlich komplex ist.

Entsprechend den spezifischen Eigenschaften der Geared-Neutral-Getriebe war man bisher bestrebt, die Übersetzung des stufenlosen Getriebes beim Fahrzeughalt bzw. beim Umsteuern von Vorwärtsfahrt auf Rückwärtsfahrt genau auf den Wert zu steuern bzw. zu regeln, der dem Neutralpunkt entspricht. Das macht regelungs technisch ganz erhebliche Schwierigkeiten, da solche Regelungen immer um einen Wert schwanken bzw. schwingen. Diese Schwingung teilt sich dem gesamten Fahr zeug mit. Außerdem führt diese um den Stillstand der Ausgangswelle herum verlau fende Schwingung dazu, daß sich Zahnflankenspiele und ähnliche Spiele nachteilig bemerkbar machen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Steuern eines lei stungsverzweigten Getriebes bei Ausgangsdrehzahl Null anzugeben, das bei einfa cher Durchführbarkeit zu einem komfortablen Betrieb des Getriebes führt.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Hauptanspruches oder des selbständi gen Nebenanspruches 18 gelöst. Erfindungsgemäß wird das Geared-Neutral-Ge triebe ähnlich betrieben wie ein konventionelles automatisches Getriebe mit Planetenstufen und Drehmomentwandler oder Anfahrkupplung, bei dessen Einsatz in einem Fahrzeug das Fahrzeug ständig zu kriechen versucht. Dadurch, daß erfin dungsgemäß das stufenlose Getriebe gegenüber dem Neutralpunkt verstellt wird und die in diesem Betriebsbereich des leistungsverzweigten Getriebes normaler weise geschlossene Reibungskupplung etwas geöffnet wird, wirkt auf die Aus gangswelle ein Kriechmoment, das durch Abbremsen leicht beherrschbar ist und irgendwelche Spiele unwirksam macht. Dadurch, daß die Übersetzung des stufenlo sen Getriebes außerhalb des Neutralpunktes gehalten wird, werden geringfügige Regelungsschwankungen dieser Übersetzung unwirksam.

Die Ansprüche 19 bis 23 sind auf vorteilhafte Durchführungsformen des erfin dungsgemäßen Verfahrens gerichtet, wobei insbesondere mit den Merkmalen des Anspruchs 22 ein außerordentlich komfortabler Fahrzeugbetrieb möglich ist, bei dem es nicht vorkommen kann, daß sich das Fahrzeug in einer nicht gewünschten Richtung bewegt.

Der Anspruch 24 ist auf ein an sich bekanntes, leistungsverzweigtes Getriebe ge richtet, das zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders vor teilhaft verwendbar ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich für alle Arten von Geared-Neutral-Ge trieben und ist nicht auf den Fahrzeugeinsatz beschränkt, da die geschilderten Probleme infolge von Regelungsschwingungen, Zahnflankenspielen usw. auch in anderen Antrieben, beispielsweise von Werkzeugmaschinen, auftreten.

Die Erfindung sei anhand der Figuren erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Getriebeeinheit,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer weiteren Getriebeeinheit,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Regeleinheit,

Fig. 4 ein Diagramm,

Fig. 5 ein Diagramm,

Fig. 6 eine schematische Darstellung,

Fig. 7 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anwendung eines geringfügig abgewandelten erfindungsgemäßen Triebstrangs für eine Hybridantriebsanordnung,

Fig. 8 ein Prinzipschaltbild eines Geared-Neutral-Getriebes,

Fig. 9 Skizzen zur Erläuterung der Funktionsweise des Getriebes gemäß Fig. 1,

Fig. 10 eine abgeänderte Ausführungsform eines Geared-Neutral-Getriebes,

Fig. 11 eine Skizze zur Erläuterung der Wirkungsweise des Getriebes gemäß Fig. 1 und Fig. 9 und

Fig. 12 ein Blockschaltbild zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Steuerung bzw. Regelung.

Die Fig. 1 zeigt eine Getriebeeinheit, welche nach dem Prinzip des Geared-Neutral-Ge triebes, wie Nullregelgetriebe, aufgebaut ist, mit einer Getriebeeingangswelle 2 und einer Getriebeausgangswelle 3. Die Getriebeeingangswelle 2 kann direkt oder über einen Torsionsschwingungsdämpfer, wie beispielsweise ein Zweimassenschwungrad, mit der Abtriebswelle eines Motors, wie beispielsweise Brennkraftmaschine, wirkver bunden sein. Die Getriebeausgangswelle 3 ist mit einer Abtriebswelle verbunden, wel che über ein Differential an zumindest eine Antriebsachse wirkt, was in Fig. 1 nicht dargestellt ist.

Weiterhin kann die Getriebeeingangswelle 2 auch mit einem Anfahrelement wirkver bunden sein, wobei eine Lamellenkupplung, eine Reibungskupplung oder ein hydrody namischer Drehmomentwandler vorgesehen sein kann.

Die Getriebeeinheit 1 umfaßt ein stufenloses Getriebe 1a mit einem ersten Kegelschei bensatz 4 und einem zweiten Kegelscheibensatz 5, wobei ein Umschlingungsmittel 6 die beiden Kegelscheibensätze 4 und 5 im Drehmomentfluß verbindet, und die radiale Lage bzw. die radiale Anordnung des Umschlingungsmittels 6, wie beispielsweise Kette oder Schubgliederband, die Übersetzung des stufenlosen Getriebes bestimmt. Die Kegelscheiben 4 und 5 setzen sich aus einer mit der Eingangswelle bzw. einer Ab triebswelle drehfest verbundenen Kegelscheibe 4a, 5a und einer axial verlagerbaren Kegelscheibe 4b, 5b zusammen, wobei die verlagerbaren Kegelscheiben 4b, 5b mittels der Kolben-Zylindereinheiten 7, 8 axial verlagerbar sind. Die axiale Verlagerung der Kegelscheiben 4b, 5b und die dadurch erzeugte Übersetzungsänderung wird mittels einer Druckbeaufschlagung der Kolbenzylindereinheiten 7, 8 angesteuert.

Die Abtriebswelle des stufenlosen Getriebes 9 ist in diesem Ausführungsbeispiel mit dem Sonnenrad 10 eines Überlagerungsgetriebes, wie Summiergetriebes, wie bei spielsweise Planetengetriebes, verbunden. Parallel zu dem stufenlosen Getriebe ist ein weiteres Getriebe mit einer festen Übersetzung parallel geschaltet, wobei über eine Kupplung 11 ein Zahnrad 12 mit der Eingangswelle 2 verbindbar ist und das Zahnrad 12 über eine Übersetzungsstufe den Planetenträger 13 des Summiergetriebes antreibt. Das Hohlrad 14 des Planetengetriebes ist mit der Abtriebswelle 3 des Getriebes ver bunden. Über eine Kupplung 15 kann das Hohlrad und der Planetenträger miteinander drehfest verbunden werden, so daß Planetenträger und Hohlrad als fester Block umlau fen.

Das Mehrbereichsgetriebe der Fig. 1 kann bei geschlossener Kupplung 11 und offener Kupplung 15 im ersten Betriebsbereich bei angetriebener Welle 2 bei geeigneter Über setzung des stufenlosen Getriebes eine Abtriebsdrehzahl der Abtriebswelle 3 erzeugen, welche gleich null ist, so daß das Übersetzungsverhältnis von Abtriebsdrehzahl zu Antriebsdrehzahl gleich null ist und durch Variation der Variatorübersetzung des stufen losen Getriebes ein Anfahren eines Fahrzeuges in Vorwärts- oder in Rückwärtsrichtung möglich ist, wobei die Übersetzung entsprechend in die eine oder andere Richtung ausgehend von der "Neutralübersetzung" des stufenlosen Getriebes verändert werden muß.

In einem weiteren Übersetzungsbereich des Getriebes wird die Kupplung 11 geöffnet und die feste Übersetzungsstufe von dem einen Eingang 13 des Summiergetriebes abgekoppelt und die Kupplung 15 geschlossen, so daß die Welle 9 im wesentlichen mit der Welle 3 des Getriebes starr gekoppelt ist. Somit kann in einem zweiten Betriebsbe reich die Getriebeeinheit als reines stufenloses Getriebe genutzt werden.

Einer der oben beschriebenen Getriebebereiche wird als Geared-Neutral-Bereich be zeichnet, da bei angetriebenem Eingang des Getriebes die Abtriebswelle mit einer Drehzahl von null betrieben werden kann und ein Fahrzeug entsprechend ohne Kupp lungsbetätigung bei laufendem Antriebsmotor im Stillstand gehalten werden kann, wo bei die Übersetzungsregelung ein Anfahren, bzw. ein Abbremsen, in den Neutralbereich ansteuert. Der zweite Betriebsbereich der Mehrbereichsstruktur dient dazu, den Über setzungsbereich des stufenlosen Getriebes ein weiteres Mal zu nutzen, um eine höhere Getriebespreizung oder eine günstigere Dimensionierung zu realisieren.

Die Fig. 2 zeigt ebenfalls eine Getriebeeinheit mit Mehrbereichsstruktur, wobei ein stufenloses Getriebe zum Einsatz kommt. Die Getriebeeingangswelle 50 ist mittels einer Getriebestufe und den Kupplungen 51 und 52 mit den Wellen 53 bzw. 54 verbindbar, wobei diese Wellen wiederum mit den Kupplungen 55 und 56 über Getriebestufen mit der Abtriebswelle 57 verbindbar sind.

Die Getriebestufen sind durch die Antriebs- bzw. Abtriebswellenverzahnungen 50a, 57a und die in diese Verzahnungen eingreifenden Zahnräder 51a, 52a, 55a und 56a dar gestellt. Somit ergibt sich zwischen den An- und Abtriebswellen 50, 57 und den Kupp lungen 52, 51, 55, 56 respektive den Wellen 54, 53 ein Übersetzungsverhältnis, das durch die Wahl der Zahnräder und je nach betätigter Kupplung fest vorgegeben ist.

Die Wirkungsweise eines in der Fig. 2 dargestellten Getriebes kann dadurch erläutert werden, daß die Kupplungen 51, 52 und 55, 56 jeweils wechselseitig ein- bzw. ausge rückt werden, so daß jeweils diametral gegenüberliegende Kupplungen nach diesem Schema eingerückt sind und die anderen beiden Kupplungen ausgerückt sind. Begin nend mit einer geschlossenen Kupplung 52 und einer offenen Kupplung 51 wird das antriebsseitige Drehmoment von der Antriebswelle 50 über die Kupplung 52 an den Variator 58 übertragen, wobei die beiden Kegelscheiben 59 über ein Umschlin gungsmittel 60 mit den Kegelscheiben 61 im Kraftfluß verbunden sind. Gleichzeitig ist die Kupplung 55 geöffnet und die Kupplung 56 geschlossen, so daß ein Drehmoment von der Welle 53 über die Kegelscheiben und das Umschlingungsmittel 60 auf das Kegelscheibenpaar 61 übertragen wird und von dort über die Welle 54 und die Kupp lung 56 an die Abtriebswelle 57 übertragen wird.

In einem zweiten Betriebsbereich sind die Kupplungen 52 und 56 geöffnet und die Kupplungen 51 und 55 geschlossen, so daß der Momentenfluß ausgehend von der Antriebswelle 50 über die Kupplung 51 auf das Kegelscheibenpaar 61 erfolgt und von dort über das Umschlingungsmittel auf das Kegelscheibenpaar 59 und über die Kupp lung 55 auf die Abtriebswelle 57. Aufgrund dieser Anordnung kann mittels der Überset zungsstufen der angetriebenen Wellen 53 bzw. 54 das Übersetzungsverhältnis des Variators mehrfach genutzt werden. Das Einrücken der Kupplungen, welche vorzugs weise als reibschlüssige Kupplungen vorgesehen sind, sollte vorzugsweise bei Diffe renzdrehzahl erfolgen, so daß ein schleifender Schaltvorgang erfolgt. Dadurch kann ein komfortabler Schaltvorgang erreicht werden.

Die Fig. 3 zeigt eine Steuereinheit 100 mit diversen Eingängen 101 bis 103 für die Verbindung mit Sensoren. Diese Sensoren signalisieren bzw. detektieren den jeweiligen Betriebszustand des Systems, wie beispielsweise Fahrzeuges, wobei solche Sensoren beispielsweise die Motordrehzahl, die Getriebeeingangsdrehzahl, die Fahrzeugge schwindigkeit, die Drosselklappenstellung des Motors, die Lasthebelposition oder ande re Zustandsgrößen kennzeichnen. Weiterhin ist dem Gang-Wahlhebel 105 ein Sensor zugeordnet, welcher den eingelegten Gang bzw. die eingelegte Fahrstufe detektiert und über die Signalleitung 106 an den Eingang 104 der Steuereinheit 100 weiterleitet.

Die Steuereinheit 100 steuert das Übersetzungsverhältnis des stufenlosen Getriebes 110, wie Kegelscheibenumschlingungsgetriebe oder Toroidgetriebe, wobei eine Druck beaufschlagung der Druckzylinder, wie Anpreß- und Verstellzylinder, 113 und 114 an gesteuert wird, wobei unter axialer Verlagerung von zumindest einer Scheibe jedes Scheibensatzes die Übersetzung eingestellt wird. Weiterhin steuert die Steuereinheit 100 die Kupplungen 111 bis 112 an, so daß der Einrückzustand bzw. das von diesen Kupplungen übertragbare Drehmoment gezielt variiert und bestimmt wird.

Die Kupplungen 111 bis 112 sind schematisch dargestellt und in Abhängigkeit des Ausführungsbeispieles können jeweils eine verschiedene Anzahl von Kupplungen mit den Kupplungen 111 bis 112 dargestellt werden. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 sind zwei Kupplungen 11 und 15 dargestellt, welche bei der Bereichsumschaltung ge öffnet bzw. geschlossen werden oder bei einem Ankriechen gezielt angesteuert werden. In Fig. 2 sind vier Kupplungen 51, 52 sowie 55 und 56 dargestellt, welche bei einem Bereichswechsel angesteuert, geöffnet oder geschlossen werden.

Bei Bereichswechseln von Getriebeeinheiten mit Mehrbereichsstrukturen können die Zu- und Abschaltstrategien der entsprechenden Kupplungen wie bei Gangwechsel von Stufenautomaten ausgeführt werden. Bei Gangwechsel von Stufenautomaten werden in der Regel Drehzahlsprünge im Bereich 1,2 bis 1,6 durchgeführt, welche mittels Kupp lungen synchronisiert werden müssen. Der vorliegenden Erfindung liegt zugrunde, bei den oben genannten Getriebeeinheiten mit Mehrbereichsstrukturen einen Bereichs wechsel derart durchzuführen, daß bei Differenzdrehzahlen geschaltet wird, d. h. nicht am Synchronpunkt geschaltet wird und die Differenzdrehzahlen sehr klein sind, d. h., daß das Verhältnis der Drehzahlen beim Schaltvorgang von der Drehzahl vor und nach dem Schaltvorgang im Bereich bis 1,1 und speziellen bis 1,05 liegt. Dabei kann jede Schaltung ohne Wechsel des Abtriebs-Momenten-Verlaufs erfolgen, d. h., daß Bereich sumschaltung in Richtung größerer oder kleinerer Übersetzung ohne Zugkraftunter brechung erfolgen.

Die Differenzdrehzahl, bei welcher der Bereichswechsel geschaltet wird, kann sich aus der Auflösung der Drehzahlsignale sowie einer Totzeit bei der Bestimmung der Dreh zahlsignale und einem Vorhaltewert ergeben, welcher die Dynamik des Systemes als Funktion der Zeit berücksichtigt. Somit wird bei einem Bereichswechsel die Dynamik des Systemes insbesondere das Verhalten im Bereich der Ansteuer-Totzeit berücksich tigt, damit einer Ansteuerung bei einer Differenzdrehzahl erfolgen kann.

Dieses Steuerverfahren kann sowohl bei den oben genannten Geared-Neutral-Ge trieben im Umschaltbereich als auch bei den sogenannten i²-Getrieben beim Be reichswechsel durchgeführt werden.

Beim Bereichswechsel ist wichtig, daß der Drehmomentverlauf abtriebseitig homogen bleibt und die Verlustleistung an der Kupplung nicht zu groß wird. Dies kann erreicht werden, wenn der Bereichswechsel knapp vor oder nach dem Synchronpunkt durch geführt wird. Der Abtriebsmoment-Verlauf bleibt homogen, auch unter Berücksichtigung der vorhandenen Elastizitäten in der Getriebestruktur, wenn eine optimale Differenz drehzahl angesteuert wird.

Die Fig. 4 zeigt ein Diagramm des Übersetzungsverlaufes eines Geared-Neutral-Ge triebes. Auf der Ordinate ist die reziproke Übersetzung des stufenlosen Getriebes 1/i_v und auf der Abszisse die reziproke Gesamtübersetzung 1/i der Getriebeeinheit.

Bei dem dargestellten Geared-Neutral-Getriebe mit Mehrbereichsstruktur existiert ein erster Bereich entsprechend der Kurve 200 und ein zweiter Bereich entsprechend der Kurve 201, wobei die Kupplung 11 im ersten Bereich entsprechend der Kurve 200 ge schlossen ist und die Kupplung 15 geöffnet ist, wobei im zweiten Bereich entsprechend der Kurve 201 die Kupplung 11 geöffnet ist und die Kupplung 15 geschlossen ist. Im ersten Bereich schneidet die Kurve 200 die Linie 1/i = 0, d. h. in diesem Punkt ist die Gesamtübersetzung unendlich, wobei die antriebsseitige Eingangsdrehzahl der Getrie beeinheit einen endlichen Wert annimmt und die abtriebsseitige Drehzahl gleich null ist. Dieser Wert der Gesamtübersetzung 202 wird bei einer bestimmten Übersetzung i_v des stufenlosen Getriebes erreicht. Ändert man in dem ersten Übersetzungsbereich ausge hend vom Übersetzungsverhältnis i_v 202 des stufenlosen Getriebes die Übersetzung, so kann man in Richtung 203, im Rückwärtsfahrbereich, die Übersetzung verändern oder in Richtung 204, entsprechend einer Vorwärtsbewegung des Fahrzeuges. Bei einer Variatorübersetzung im Endbereich (entsprechend dem Punkt 205) findet die Bereich sumschaltung statt und die Kupplung 11 und 15 werden wechselseitig geöffnet und geschlossen. Durch weitere Variatorverstellung bewegt man sich entlang der Linie 201 in dem Diagramm der Fig. 4 und es findet eine Übersetzung ins schnellere statt, d. h. in Richtung Overdrive.

Die Fig. 5 zeigt ein Diagramm entsprechend der Fig. 4, wobei die Fig. 4 den Stand der Technik widerspiegeln und Fig. 5 bezüglich des Anfahrens bzw. des Ankriechens ein Ausführungsbeispiel entsprechend der Erfindung darstellt. Auf der Ordinate ist das reziproke Übersetzungsverhältnis des stufenlosen Getriebes aufgetragen und auf der Abszisse das reziproke Übersetzungsverhältnis der gesamten Getriebeeinheit, wobei die Kurve 301 im zweiten Übersetzungsbereich mit der Kurve 201 der Fig. 4 über einstimmt. Die Kurve 300a bzw. die Kurve 300b ist in ihrem Verlauf mit einer Abhängig keit der reziproken Übersetzung des stufenlosen Getriebes entsprechend der Kurve 200 der Fig. 4. Im Bereich 302 um den Neutralpunkt 303 weicht jedoch das Verhalten der Kurven 300a und 300b von der Kurve 200 ab, so daß im wesentlichen zwei horizontal verlaufende Teilkurven 300c und 300d entstehen, wobei in diesen Bereichen eine ent sprechende Übersetzung des stufenlosen Getriebes angesteuert wird, und unter schlupfender Ansteuerung der Kupplung 11. Die beiden Linien 300c und 300d resul tieren im wesentlichen aus der eingestellten Übersetzung des stufenlosen Getriebes und dem durch die Kupplung 11 angesteuerten Schlupf, wobei aufgrund von Fahrbahn gegebenheiten, wie beispielsweise einer Steigung und einem daraus resultierenden Hangabtriebsmoment, bei einem positiven Antriebsmoment jedoch auch ein Rückwärts rollen möglich ist. Weiterhin ist die Kurve 300c so zu deuten, daß bei einem in Rück wärtsfahrt angesteuerten Kriechmoment eine Hangabtriebskraft das Fahrzeug in Vor wärtsrichtung antreiben kann, wobei dieser Antrieb entgegen dem Kriechmoment erfol gen kann. Sind die Hangabtriebskräfte und die Kriechmomente im Gleichgewicht, so findet keine Fortbewegung statt und es resultiert der Betriebspunkt 304 bzw. 305.

Nach Fig. 6 sind im Triebstrang zwischen einer Antriebseinrichtung 401 und Antriebs rädern 402 eines Kraftfahrzeugs auf einer mit der Antriebseinrichtung 401 verbundenen Welle 403 ein Torsionsdämpfer 404, eine stufenlos steuerbare kraftschlüssige Kupp lung K1, hier eine Lamellen- oder Reibungskupplung, als Drehzahlwandler und die Primärseite eines als Drehmomentwandler dienenden, stufenlos steuerbaren Getriebes 405, hier eines Umschlingungsgetriebes, als Drehmomentwandler angeordnet. Die Sekundärseite des Getriebes 405 treibt über eine Welle 406 das Zentralrad eines Um laufgetriebes 407, hier eines Planetengetriebes, an, dessen Hohlkranz über eine Welle 408, ein Stirnradgetriebe 409 und ein Differentialgetriebe 410 mit den Antriebsrädern 402 verbunden ist. Der Steg des Umlaufgetriebes 407 ist über ein Stirnradgetriebe 411 mit der Abtriebsseite der Kupplung K1 verbunden. Das Umlaufgetriebe 407 läßt sich mittels einer zweiten stufenlos steuerbaren schlupfenden Kupplung K2 überbrücken, die einerseits mit dem Stirnradgetriebe 411 und dem Umlaufrad des Umlaufgetriebes 407 und andererseits mit dem Hohlkranz des Umlaufgetriebes 407 verbunden ist. Durch diese Anordnung ist es möglich, das stufenlos steuerbare Getriebe 405 sowohl für ei nen Nullregelbetrieb (Geared-Neutral-Betrieb) bei geschlossener Kupplung K1 und geöffneter Kupplung K2 in den Fahrbereichen "Vorwärts", "Rückwärts" und "Neutral" als auch bei geöffneter Kupplung K1 und geschlossener Kupplung K2 im üblichen Betriebe zu benutzen.

Mit der Antriebseinrichtung 401 ist der Sollwertgeber 412 für eine Regeleinrichtung 413 verbunden, die ihrerseits mit dem Triebstrang verbunden ist.

Dem Sollwertgeber 412 wird ein auf der Abtriebsseite gewünschtes Drehmoment M_a, das einen festen oder sich zeitlich ändernden Wert aufweisen kann, nach Maßgabe des Fahrers, beispielsweise in Abhängigkeit von der Gaspedalstellung, als Wählsignal und der Antriebseinrichtung 401 als Steuersignal zugeführt. Die Vorgabe des gewünschten Abtriebsdrehmoments M_a in Abhängigkeit von der Zeit t ist schematisch durch eine Funktionseinheit 414 dargestellt. Ferner erhält der Sollwertgeber 412 aus der An triebseinrichtung 401 darin gemessene Signale, die der Eingangsdrehzahl n_e und dem Eingangsdrehmoment M_e des Triebstrangs entsprechen. Darüber hinaus kann der Fah rer mittels eines nicht dargestellten Wählhebels am Sollwertgeber 412 einen Standbe reich P (Parken) und N (Neutral) sowie einen Rückwärts- und einen Vorwärtsfahr bereich einstellen. Der Sollwertgeber 412 enthält einen Speicher, in dem zuvor empi risch ermittelte Wertepaare von Drehzahldifferenzen Δn zwischen Ein- und Ausgangs seite der Kupplung K1 und von Kupplungsmomenten M_K1, die von der Kupplung K1 übertragen werden sollen, in Abhängigkeit von den jeweiligen Größen M_a, n_e und M_e einander so zugeordnet und gespeichert sind, daß ihr Produkt Δn_*M_K1 stets ungefähr gleich Null, aber im wesentlichen nicht gleich Null ist.

Ferner enthält der Speicher für ein gewünschtes Abtriebsmoment M_a, das einem gerin gen Kriechmoment M_Kr mit einem Betrag B entspricht, der zwischen null und beispiels weise fünfzig Newtonmeter (Nm) liegt, eine diesem Betrag zugeordnete Drehzahl differenz bzw. Schlupfdrehzahl Δn zwischen Ein- und Ausgangsseite der Kupplung K1 im Betrag von A, der zwischen null und beispielsweise fünfzig Umdrehungen pro Minute liegt, jeweils für den Rückwärtsfahrbereich und den Vorwärtsfahrbereich, wobei die Schlupfdrehzahl im Rückwärtsfahrbereich einen negativen Wert A und im Vorwärtsfahr bereich einen positiven Wert A hat. Für gewünschte Abtriebsmomente M_a, die größer als das Kriechmoment M_Kr sind, also Fahrmomenten M_F entsprechen, sind dem ge wünschten Moment M_a proportionale Werte C_*M_a für den Vorwärts- bzw. Rückwärts fahrbereich gespeichert (mit C = const.). In den Standbereichen P, N sind die Momente M_Kr und M_F sowie die Drehzahldifferenz Δn dagegen Null oder nahe Null.

Der Sollwertgeber 412 führt dann der Regeleinrichtung 413 zum einen ein Sollwertsi gnal zu, das einer nach Maßgabe der Eingangssignale M_a, n_e und M_e aus dem Speicher abgerufenen Drehzahldifferenz Δn entspricht, und zum anderen ein Sollwertsignal für den Druck p_K1 zu, das ebenfalls aus dem Speicher des Sollwertgebers 412 nach Maß gabe seiner Eingangssignale M_a, n_e und M_e abgerufen wird und den Druck bestimmt, mit dem die beiden Kupplungshälften der Kupplung K1 zusammengedrückt werden, um das gewünschte zu übertragende Drehmoment M_K1 der Kupplung K1 einzustellen.

Ein die Drehzahl n₁ auf der Primärseite des Umschlingungswandlers 405 messender Drehzahlfühler 415 und ein die Drehzahl n₂ auf der Sekundärseite des Umschlingungs wandlers 405 messender Drehzahlfühler 416 führen der Regeleinrichtung 413 jeweils ein den gemessenen Drehzahlen n₁ und n₂ entsprechendes Istwertsignal zu, welche in der Regeleinrichtung 413 zu einem Differenzsignal verarbeitet werden und, wobei die ses mit dem Sollwertsignal für die Drehzahldifferenz Δn in der Kupplung verglichen wird. In Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis wird dann dem Umschlingungswandler 405 ein Stellsignal für den Druck p₁ auf der Primärseite und ein Stellsignal für den Druck p₂ auf der Sekundärseite des Umschlingungswandlers 405 zugeführt. Diese Stellsignale verstellen dann über die primär- und sekundärseitigen Druckzylinder des Umschlin gungswandlers 405 durch Zusammendrückung des jeweiligen Scheibenpaares die Lage des Umschlingungsmittels und damit das Übersetzungsverhältnis i = n₁/n₂ des Umschlingungswandlers 405 so, daß sich die den jeweiligen Eingangssignalen des Sollwertgebers 412 zugeordnete Drehzahldifferenz Δn an der Kupplung K1 ergibt. Desgleichen mißt ein (nicht dargestellter) Druckfühler an der Kupplung K1 den Istwert p_K1 des Drucks, mit dem die Kupplungshälften der Kupplung K1 zusammengedrückt werden, und führt diesen Istwert der Regeleinrichtung 413 zu. Die Regeleinrichtung 413 vergleicht dann den Istwert mit dem ihr vom Sollwertgeber 412 zugeführten Drucksoll wert p_K1 und regelt eine Differenz zwischen Soll- und Istwert so aus, daß am Druck signalausgang für den Druck p_K1 der Kupplung K1 ein dem Sollwert entsprechendes Stellsignal erzeugt wird und die Kupplung K1 entsprechend zusammendrückt. Bei ge öffneter Kupplung K2 entspricht dann das Übersetzungsverhältnis i bei positivem Soll wert der Drehzahldifferenz Δn (siehe das in der Regeleinrichtung 413 eingetragene Diagramm) einem Vorwärtsübersetzungsverhältnis i_vw, und bei negativem Sollwert für die Drehzahldifferenz Δn einem Rückwärtsübersetzungsverhältnis i_rw, dagegen für den Park- und Neutralbereich bei dem Sollwert Null für die Drehzahldifferenz Δn einem Drehzahlverhältnis i_Q für den Geared-Neutral-Punkt, bei dem die Abtriebsdrehzahl n_a gleich null ist.

Auf diese Weise ist sichergestellt, daß die Verluste in der Kupplung K1 über den ge samten Betriebsbereich sehr klein sind, da das diese Verluste bestimmende Produkt Δn_*M_K1 über den gesamten Betriebsbereich ungefähr null, d. h. sehr klein, aber un gleich null ist.

Da ferner ein sehr niedriges Abtriebsmoment B, entsprechend einem Kriechmoment, bei sehr kleiner, aber im wesentlichen immer höher als Null liegender, Schlupfdrehzahl A und entsprechendem Übersetzungsverhältnis i für geringe Abtriebsdrehzahl, sicherge stellt ist, kann das bei bisherigen Übersetzungsregelungen im Stillstand auftretende Schwingen des Fahrzeugs vermieden werden, da das Moment im Triebstrang dann nur vom Moment der Kupplung K1 abhängt.

Fig. 7 stellt schematisch die Anwendung des Triebstrangs nach Fig. 6 in einer Hybri dantriebsanordnung dar, bei der die Antriebseinrichtung 501 mehrere Antriebe, im wei testen Sinne "Energiequellen", enthält. Dargestellt ist eine Verbrennungskraftmaschine 518 mit zugehöriger Kupplung 519 in Form einer Reibkupplung, ein Schwungrad 520 mit zugehöriger Kupplung 521, ebenfalls eine Reibkupplung, eine elektrische Maschine 522, die als Elektromotor oder Generator betrieben werden kann, und eine Batterie 523 mit zugehörigem Steuergerät 524 zwischen der elektrischen Maschine 522 und der Batterie 523. Der Sollwertgeber 412 und die Regeleinrichtung 413 nach Fig. 6 sind in einem Steuergerät 525 enthalten, dem wie bisher dem gewünschten Abtriebsdrehmo ment M_a als Funktion der Zeit t, der Drehzahl n_M und dem Drehmoment M_M der Verbren nungskraftmaschine 518 entsprechende Signale, und den Istwerten der Drehzahlen n₁ und n₂ des Umschlingungswandlers 505 entsprechende Signale und das Istwertsignal des Drucks P_ki der Kupplung K1 zugeführt werden. Zusätzlich wird dem Steuergerät 525 ein der Drehzahl n_a des Schwungrads 520 entsprechendes, durch einen Drehzahlfühler 526 gemessenes Signal zugeführt. Das Steuergerät 525 erzeugt ferner ein Stellsignal für den Druck P_KM der Kupplung 519 und ein Stellsignal für den Druck P_ks der Kupplung 521 des Schwungrads und steuert darüber hinaus das Steuergerät 524.

Die Verwendung des im Triebstrang enthaltenen Nullregelgetriebes (Geared-Neutral-Ge triebes) anstelle bisher verwendeter i²-Getriebe hat den Vorteil, daß der Aufwand an Kupplungen im Triebstrang geringer ist.

Sodann läßt sich mittels des Steuergeräts 525 ein stetiger, stoßfreier (dem Fahrer an genehmer) Wechsel der Antriebe und Energieflußrichtungen mit weitgehend gleichmä ßiger Abtriebsdrehmomentabgabe an das Fahrzeug erzielen, auch wenn die Höhe und Richtung der Energieflüsse zu und von den Antrieben bzw. Energiequellen oder dem Fahrzeug schwanken kann. Dies wird durch die Beeinflussung der schlupfenden Kupp lung K1 entsprechend dem vom Fahrer gewünschten Abtriebsdrehmoment erreicht.

Ergibt sich aus der Momentenbilanz der Antriebe bzw. dem Schub des Fahrzeugs ein Überschuß an der Kupplung K1, so wird sich der Schlupf in dieser vergrößern. Dieser wird als Steuergröße für die Übersetzungsregelung des stufenlosen Getriebes 505 herangezogen, z. B. für den Betrieb mit dem Schwungrad 520, oder als Führungsgröße für die Verbrennungskraftmaschine 518 oder den Elektromotor 522. Bei einer Schlupf vergrößerung wird z. B. die Übersetzung in dem stufenlosen Getriebe 505 bei Nutzung der Energiespeicherung des Schwungrads 520 in Richtung langsamer verstellt, so daß das entnommene Moment höher ist. In gleicher Weise lassen sich auch die Ener gieflüsse im Schubbetrieb bzw. wechselweise zwischen Schwungrad 520 und Verbren nungskraftmaschine 518, oder umgekehrt, steuern.

Der Vorteil einer derartigen Steuerung besteht darin, daß sich die Drehmomentübertra gungsfähigkeit der Kupplung K1 präzise und besser steuern läßt als Übersetzungsän derungen in Getrieben oder die Drehmomentauf- und abbaurampen von Energiequel len.

Wenn bei einem gewünschten Abtriebsdrehmoment M_a und dazu proportionalem Mo ment in der Kupplung K1 eine Änderung im Eingangsmoment M_Ge des Nullregelgetrie bes eintritt, wird sich bei Erhöhung dieses Eingangsmoments der Schlupf in der Kupp lung K1 vergrößern. Das höhere Eingangsmoment wird zur Drehzahlerhöhung des getriebeeingangsseitigen Zweigs führen. Für das getriebeeingangsseitige Moment M_ge gilt

M_Ge ≅ M_a/i_g (1)

Darin ist i_g die Gesamtübersetzung des Nullregelgetriebes.

Das Moment in der Kupplung K1 ist proportional dem gewünschten Drehmoment M_a. Wird nun die Gesamtübersetzung i_g (gemäß Fig. 3) in Richtung "kleiner" verstellt, ist bei gleichem Abtriebsdrehmoment M_a (wegen des veränderlichen Moments der Kupplung K1) das getriebeeingangsseitige Moment M_Ge gemäß Gleichung (1) größer. Das über schüssige Moment zur Drehzahlerhöhung des getriebeeingangsseitigen Zweigs wird geringer; die Drehzahlerhöhung kann ausgeregelt werden, so daß die Drehzahldifferenz Δn den gewünschten Betrag wieder annimmt. Dies hat den Vorteil, daß das gewünschte Abtriebsdrehmoment M_a konstant bleibt, direkt beeinflußt durch das Moment in der schlupfenden Kupplung K1. Aus energetischen Gründen ist dieser Schlupf sehr klein. Ein Triebstrang zwischen einer Antriebseinrichtung 501 und Antriebsrädern 502 eines Kraftfahrzeugs enthält einen stufenlos steuerbaren Drehzahlwandler (K1) mit Schlupf verhalten, einen mit diesem in Reihe angeordneten, stufenlos steuerbaren Drehmo mentwandler 505, ein abtriebsseitiges Überlagerungsgetriebe 507, eine Regeleinrich tung 504 für die Übertragungsverhältnisse von Drehzahl- und Drehmomentwandler (K1, K2) und einen mit der Regeleinrichtung 504 verbundenen Sollwertgeber 512, durch den ein Vorwärtsfahr-, ein Rückwärtsfahr- und ein Standbereich in Abhängigkeit von einem gewünschten Drehmoment (M_a) einstellbar sind. Um einen Abtriebsmomentverlauf in Abhängigkeit vom Drehmoment (M_e) und der Drehzahl (n_e) der Antriebseinrichtung zu erzielen, der einen gewünschten Komforteindruck, z. B. einem konventionellen Automa tikgetriebe entsprechen, mit möglichst geringen Verlusten in den Triebstrangelementen ergibt, ist dafür gesorgt, daß der Sollwertgeber 512 in Abhängigkeit von dem gewünschten Drehmoment (M_a) selbsttätig a) im Vorwärts- und Rückwärtsfahrbereich und im Stand bereich das übertragbare Drehmoment (M_K1) im Drehzahlwandler (K1) nur gleich dem gewünschten Drehmoment (M_a) ist, und daß b) in allen Bereichen das Übersetzungs verhältnis i des Drehmomentwandlers 5 so geregelt wird, daß die die Drehmomentrich tung bestimmende Drehzahldifferenz (Δn) zwischen Ein- und Ausgang des Drehzahl wandlers (K1) und sinngemäß auch für K2 nahe Null ist. Dieser Triebstrang kann mit Vorteil in einer Hybridantriebsanordnung verwendet werden.

Gemäß Fig. 8 weist ein Geared-Neutral-Getriebe eine von einem nicht dargestellten Motor angetriebene Eingangswelle e und eine Ausgangswelle a zum Antrieb einer Arbeitsmaschine oder beispielsweise eines Fahrzeugs auf. An einem ersten lei stungsverzweigenden Knoten 603 teilt sich der Übertragungspfad von der Ein gangswelle e zur Ausgangswelle a auf. Ein erster Pfad enthält eine Reibungs kupplung K1, der eine Übersetzungsstufe 605 folgt, an die sich ein Differentialge triebe 607 anschließt, dessen Ausgang über einen zweiten Verzweigungsknoten 609 mit der Ausgangswelle a verbunden ist.

Der zweite Übertragungspfad enthält ein stufenloses Getriebe CVT, das bei spielsweise als Umschlingungsgetriebe mit zwei Scheiben veränderbaren Durch messers ausgebildet ist, aber auch ein Reibradgetriebe, hydrostatisches Getriebe oder sogar ein Stufengetriebe mit geglätteten Stufen sein kann. Der Ausgang des stufenlosen Getriebes CVT ist über einen Knoten 611 mit einem Stützglied des Differentialgetriebes 607 verbunden und über eine zweite Reibungskupplung K2 mit dem zweiten Verzweigungsknoten 609.

Die durch das Differentialgetriebe 607 bestimmten Übersetzungsverhältnisse sind derart, daß die Ausgangswelle a mit der N-fachen Drehzahl der von der Überset zungsstufe 605 her kommenden Welle dreht.

Der Aufbau eines solchen Getriebes ist an sich bekannt. Es hat einen Synchron punkt, der derjenigen Übersetzung des stufenlosen Getriebes CVT entspricht, bei der die Drehzahlverhältnisse derart sind, daß beide Kupplungen K1 und K2 ge schlossen sein können, d. h. ohne Differenzdrehzahl arbeiten. Es hat weiter einen Neutralpunkt, bei dem die Übersetzung des stufenlosen Getriebes CVT derart ist, daß trotz drehender Eingangswelle die Ausgangswelle steht.

Die Funktion des Getriebes wird anhand der Fig. 9 erläutert, bei der auf der Abszis se das Drehzahlverhältnis des gesamten Getriebes und auf der Ordinate das Dreh zahlverhältnis des stufenlosen Getriebes aufgetragen sind. Dabei bedeuten:

ν_G das Drehzahlverhältnis des gesamten Getriebes,
ν_CVT das Drehzahlverhältnis des CVT-Getriebes,
ω_a die Drehzahl der Ausgangswelle a,
ε_e die Drehzahl der Eingangswelle e und
ω_Wa die Drehzahl der Abtriebswelle des stufenlosen Getriebes CVT.

Im Bereich niedriger Gesamtdrehzahlverhältnisse ist die Kupplung K1 geschlossen und die Kupplung K2 geöffnet, wobei in der linken unteren Hälfte der Fig. 9 die Relativdrehzahl Δω_K2/ω_e der Kupplung K2 angegeben ist. Diese Relativdrehzahl nimmt mit abnehmendem Drehzahlverhältnis des stufenlosen Getriebes CVT ab und wird im dargestellten Beispiel bei dem Drehzahlverhältnis 0,45, dem Synchronpunkt des Getriebes, Null. Bei Drehzahlverhältnissen ϑ_G über 0,45 ist die Kupplung K2 geschlossen und die Kupplung K1 offen, wobei in der rechten unteren Hälfte der Fig. 9 die Relativdrehzahl an der Kupplung K1 angegeben ist.

Wie aus Fig. 9 weiter ersichtlich, vermindert sich das Übersetzungsverhältnis n_G des Getriebes bei einer Vergrößerung des Übersetzungsverhältnisses des stufenlosen Getriebes CVT bei geschlossener Kupplung K1 zu immer kleineren Werten und nimmt schließlich bei etwa 1,45 des Übersetzungsverhältnisses ν_G den Wert Null an. Wird das Übersetzungsverhältnis ν_CVT weiter vergrößert, so nimmt ν_G negative Werte an, d. h. die Ausgangswelle beginnt bei weiterem Vorwärtsdrehen der Ein gangswelle rückwärts zu drehen. Der Punkt, in dem das Übersetzungsverhältnis n_G Null ist, wird als Neutral-Punkt bezeichnet.

Erfindungsgemäß wird das leistungsverzweigte Getriebe nun derart gesteuert, daß beispielsweise bei seiner Anwendung in einem Kraftfahrzeug im Vorwärts fahrbereich das Übersetzungsverhältnis ν_CVT geringfügig unter dem Neutralpunkt gehalten wird, und gleichzeitig die Kupplung K1 etwas geöffnet wird, so daß sie schlupft und die Abtriebswelle mit einem Moment in Vorwärtsfahrtrichtung beauf schlagt ist.

Im Rückwärtsfahrbereich wird die Übersetzungsregelung so gewählt, daß sich das Fahrzeug langsam rückwärts bewegen würde und die wiederum die schlupfende Kupplung K1 das bei Stillstand herrschende Kriechmoment vorgibt.

Da das Kupplungsmoment K1 aufgrund der Struktur des Geared-Neutral-Getriebes gemäß Fig. 8 direkt proportional dem Abtriebsmoment ist, ohne daß die Überset zung des stufenlosen Getriebes CVT eingeht, ist in einfacher Weise eine präzise Steuerung des Kriechmoments möglich. Die Übersetzungsregelung bestimmt nur die Richtung des Kriechmoments und die Höhe der Verluste. Da das Moment immer in gleicher Richtung wirkt, sind im Stillstand des Fahrzeugs keine Schwingungen spürbar. Drehzahlschwankungen des Motors führen lediglich zu Schwankungen in der Verlustleistung der Kupplung K1.

Fig. 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines an sich bekannten Geared-Neutral-Ge triebes. Das stufenlose Getriebe CVT ist hier als Umschlingungsgetriebe mit zwei Kegelscheiben S1 und S2 ausgeführt, deren wirksame Durchmesser das Überset zungsverhältnis bzw. Drehzahlverhältnis des stufenlosen Getriebes bestimmen. Das Differentialgetriebe 607 ist als Planetengetriebe ausgeführt, dessen Hohlrad 613 drehfest mit der Ausgangswelle a verbunden ist, dessen Planetenradträger 615 mit der Übersetzungsstufe 605 kämmt und dessen Sonnenrad 617 drehfest mit der Abtriebswelle des stufenlosen Getriebes CVT verbunden ist. Die erste Kupplung K1 verbindet die Eingangswelle e mit der Übersetzungsstufe; die zweite Kupplung K2 verbindet den Planetenradträger 615 mit dem Hohlrad 613.

Die Funktion des Getriebes gemäß Fig. 10 ist anhand der Fig. 11 erläutert. Auf der Abszisse ist das Gesamtdrehzahlverhältnis ν_G als der Quotient aus der Drehzahl ω_a der Ausgangswelle a und der Drehzahl ω_e der Eingangswelle e aufgetragen. Die Ordinate zeigt das Drehzahlverhältnis ν_CVT des stufenlosen Getriebes CVT als Ver hältnis der Durchmesser von dessen Riemenscheiben S₂/S₁. Im leistungsver zweigten Betrieb, bei dem die Übersetzungsstufe 605 und das Differentialgetriebe 607 zusätzlich zum stufenlosen Getriebe CVT wirksam sind, ist die Kupplung K1 geschlossen und die Kupplung K2 geöffnet; im direkten Betrieb, in dem die Kupp lung K2 geschlossen und die Kupplung K1 offen ist, ist nur das stufenlose Getriebe CVT wirksam.

Wie aus Fig. 11 ersichtlich, wird im leistungsverzweigten Betrieb auch hier ein Neu tralpunkt durchlaufen, in dem sich die Drehrichtung der Ausgangswelle umkehrt.

Fig. 12 stellt ein Anwendungsbeispiel des Getriebes gemäß Fig. 10 in einem Kraft fahrzeug dar:

Die Ausgangswelle des Getriebes a ist über ein Achsdifferential 619 mit den ange triebenen Rädern 621 des Kraftfahrzeugs verbunden.

Die Eingangswelle e ist über ein Zweimassenschwungrad 623 mit der Brennkraft maschine 625 verbunden. Das Hohlrad 613 arbeitet mit einer Lockup-Kupplung KL zum Stillsetzen des Fahrzeugs zusammen.

Ein Fahrpedal 627 ist ebenso wie ein Wählhebel 628 mit einem programmierbaren elektronischen Steuergerät 629 verbunden, das die Brennkraftmaschine 625 und das leistungsverzweigte Getriebe steuert. Dem Steuergerät 629 werden als Ein gangssignal unter anderem die Stellung α des Fahrpedals 627, die Stellung W des Wählhebels 628, die Drehzahl ω_a der Ausgangswelle a, das Drehmoment M_D der Brennkraftmaschine und die Drehzahl n der Brennkraftmaschine, die der Drehzahl der Eingangswelle entspricht, zugeführt. Aus diesen Werten rechnet das elektroni sche Steuergerät 629 entsprechend in ihm abgelegten Kennfeldern und Program men Werte zur Ansteuerung eines Leistungsstellgliedes LG der Brennkraftmaschine 625 und der Kupplungen K1 und K2, sowie der Übersetzung des stufenlosen Ge triebes CVT aus, wobei je nach Aufwand gesteuert oder mittels Rückkoppelung geregelt werden kann.

Die Ansteuerung des stufenlosen Getriebes CVT sowie der Kupplungen K1 und K2 kann, wie an sich bekannt, elektronisch-hydraulisch erfolgen, wobei die Betäti gungskräfte hydraulisch aufgebracht werden und die Größe der Kräfte elek trisch/elektronisch festgelegt wird. Die Hydraulikteile können durch elektrische Stellmotoren ersetzt werden.

Im Folgenden wird die Funktion der beschriebenen Anordnung erläutert:
Steht der Wählhebel in der Stellung P (park), so wird die Kupplung KL geschlossen und die Kupplungen K1 und K2 werden geöffnet, wenn die Brennkraftmaschine 625 läuft.

In der Stellung R (rückwärts) des Wählhebels 628 wird normalerweise die Kupplung K1 geschlossen und die Kupplung K2 geöffnet und das stufenlose Getriebe CVT innerhalb eines Übersetzungsverhältnisses betrieben, in dem die Ausgangswelle a rückwärts dreht. Wird das Fahrpedal nicht betätigt oder durch Betätigen der Fahr zeugbremse das Fahrzeug zum Stillstand gebracht, so wird das stufenlose Getriebe CVT auf eine Übersetzung etwas links vom Neutralpunkt gemäß Fig. 11 eingestellt und die Kupplung K1 teilweise geöffnet, so daß sie schlupft und so das Fahrzeug das Bestreben hat, rückwärts zu kriechen. Wird Gas gegeben, so schließt die Kupplung K1, der Motor vergrößert seinen Drehmoment, und das Übersetzungs verhältnis des stufenlosen Getriebes CVT (S₁/S₂ gemäß Fig. 11) wird vermindert.

In der Stellung N (Neutral) des Wählhebels 628 sind beide Kupplungen K1 und K2 geöffnet und das stufenlose Getriebe CVT wird vom Steuergerät 629 in Abhän gigkeit von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs und der Motordrehzahl so einge stellt, daß die jeweilige normalerweise geschlossene Kupplung mit möglichst kleiner Differenzdrehzahl läuft.

In den Stellungen D, S und B (Drive, Sport, Berg) des Wählhebels 628 wird je nach Stellung des Fahrpedals 627 und der Geschwindigkeit des Fahrzeugs eine Über setzung des stufenlosen Getriebes CVT gemäß Fig. 11 rechts vom Abszissenwert Null eingestellt, wobei im Synchronpunkt (etwa bei 0,45) eine Umschaltung der Kupplungen erfolgt. Die Fahrstufen D, S und B aktivieren jeweils unterschiedliche, im Steuergerät 629 abgelegten Programme, wobei die Stellung D einem wirtschaftli chen Normal betrieb entspricht, die Stellung S sportlicher ist, d. h. insgesamt mit kürzeren Übersetzungen arbeitet, und die Stellung B speziell zum Fahren in bergi gen Gelände geeignet ist.

Eine Besonderheit der beschriebenen Vorrichtung liegt in einer sogenannten auto matischen Rücklaufsperre:

Ist beispielsweise der Fahrbereich D am Wählhebel 628 eingelegt und wird das Fahrzeug auf einer Steigung zum Stillstand gebracht, so wird das stufenlose Getrie be CVT auf eine Übersetzung gemäß Fig. 11 geringfügig rechts vom Punkt Null auf der Abszisse eingestellt und die Kupplung K1 leicht geöffnet, so daß die Antriebsrä der mit einem Drehmoment in Vorwärtsrichtung beaufschlagt sind. Genügt dieses Drehmoment nicht, den Steigungswiderstand zu überwinden, so daß das Fahrzeug rückwärts rollen will, so wird dieses Rückwärtsrollen von dem Sensor für die Dreh zahl der Ausgangswelle a erfaßt und das Steuergerät 629 betätigt die Kupplung K1 etwas in Schließrichtung, so daß sich das Vorwärtsmoment erhöht. Reicht dies immer noch nicht oder sinkt die Drehzahl der Brennkraftmaschine ab, so wird vom Steuergerät 629 die Drehzahl der Brennkraftmaschine erhöht, bis das Vorwärtsmo ment des Fahrzeugs zur Überwindung des Steigungswiderstands ausreicht und das Fahrzeug sich nicht mehr rückwärts bewegt.

Die Regelungsvorgänge laufen bei eingelegter Rückwärtsfahrstufe in umgekehrter Richtung ab, d. h. hier sorgt das Steuergerät 629 dafür, daß sich das Fahrzeug auf einem Gefälle nicht vorwärts bewegt.

Insgesamt wird mit der beschriebenen Vorrichtung trotz einfachen Aufbaus des Antriebsstrangs mit dem leistungsverzweigten Getriebe und lediglich zwei kon ventionellen Reibungskupplungen ein außerordentlich komfortabler und ver brauchsgünstiger Betrieb erzielt.

Ein Verfahren zum Steuern eines leistungsverzweigten Getriebes bei Ausgangs drehzahl Null mit einer Eingangswelle (e) und einer Ausgangswelle (a) und zwei, mittels wenigstens je einer Reibungskupplung (K1, K2) schaltbaren Übertra gungspfaden zwischen der Eingangs- und der Ausgangswelle, welche Übertra gungspfade ein stufenloses Getriebe (CVT) enthalten und derart ausgebildet sind, daß bei einer bestimmten Übersetzung (Neutralpunkt) des stufenlosen Getriebes und wenigstens einer geschlossenen Reibungskupplung (K1) die Ausgangswelle trotz sich drehender Eingangswelle stillsteht, ist dadurch gekennzeichnet, daß bei stillstehender Ausgangswelle (a) die Übersetzung des stufenlosen Getriebes ge genüber dem Neutralpunkt leicht verstellt wird und die im Neutralpunkt normaler weise geschlossene Reibungskupplung (K1) etwas geöffnet wird, so daß die still stehende Ausgangswelle bei schlupfender Kupplung (K1) mit einem Drehmoment beaufschlagt wird.

Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf die Anmeldungen DE 19530929, DE 19530930, DE 19530931, DE 19530932, DE 19530933, DE 19530852, DE 19536747, DE 19536863, DE 19536864 und DE 19536865, deren Inhalt aus drücklich zum Offenbarungsinhalt der vorliegenden Anmeldung gehört.

Die mit der Anmeldung eingereichten Patentansprüche sind Formulierungsvorschläge ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Patentschutzes. Die Anmelderin behält sich vor, noch weitere, bisher nur in der Beschreibung und/oder Zeichnungen offenbarte Merkmale zu beanspruchen.

In Unteransprüchen verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unter anspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen.

Die Gegenstände dieser Unteransprüche bilden jedoch auch selbständige Erfindungen, die eine von den Gegenständen der vorhergehenden Unteransprüche unabhängige Gestaltung aufweisen.

Die Erfindung ist auch nicht auf das (die) Ausführungsbeispiel (e) der Beschreibung beschränkt. Vielmehr sind im Rahmen der Erfindung zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten, Elemente und Kombinationen und/oder Materialien, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzel nen in Verbindung mit den in der allgemeinen Beschreibung und Ausführungsformen sowie den Ansprüchen beschriebenen und in den Zeichnungen enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Verfahrensschritten erfinderisch sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Ver fahrensschrittfolgen führen, auch soweit sie Herstell-, Prüf- und Arbeitsverfahren betref fen.

Claims

1. Getriebeeinheit mit Mehrbereichsstruktur, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem stufenlosen Getriebe und weiteren Getrieben, die dem stufenlosen Ge triebe über wenigstens zwei wechselweise schaltbare Kupplungen mit veränder bar einstellbarem übertragbarem Moment zuschaltbar sind, sowie mit einem Steuergerät, welches die Übersetzung des stufenlosen Getriebes steuert und die Ansteuerung des jeweiligen übertragbaren Drehmomentes der Kupplungen vor nimmt, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Übersetzungsansteuerung und eine Ansteuerung eines gezielten übertragbaren Drehmomentes zumindest einer Kupplung ein Schleifen der Kupplung angesteuert wird, so daß ein Ankriechen des Fahrzeuges erfolgt.

2. Getriebeeinheit mit Mehrbereichsstruktur, mit einem stufenlosen Getriebe, wie beispielsweise Kegelscheibenumschlingungsgetriebe, Reibradgetriebe oder To roid-Getriebe, dessen Übersetzungsbereich mehr als einmal durchfahrbar ist, und weitere Getriebe mittels mindestens zwei Kupplungen bei Erreichen eines bestimmten Übersetzungsverhältnisses des stufenlosen Getriebes im Kraftfluß der Getriebeeinheit zu- und abschaltbar sind, wobei bei dem Umschaltpunkt auch eine Betätigungsrichtungsumkehr oder eine Umkehr des Leistungsflusses des stufenlosen Getriebes erfolgt, mit einem Steuergerät, welches die Über setzung des stufenlosen Getriebes steuert und die Steuerung des Übertragbaren Drehmomentes der einzelnen Kupplung ansteuert, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer Übersetzungssteuerung und einer Ansteuerung eines gezielten - übertragbaren Drehmomentes von zumindest einer Kupplung, ein gezieltes Schleifen oder Schlupfen der Kupplung, angesteuert wird, so daß ein Ankriechen des Fahrzeuges erfolgt.

3. Getriebeeinheit nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei der dem stufenlosen Getriebe ein Überlagerungsgetriebe, wie Summiergetriebe, mit zwei Eingängen im Drehmomentenfluß nachgeordnet zu- und abschaltbar ist, wobei der eine Ein gang mit vorgeschalteter Getriebestufe zu- und abschaltbar ist und der andere Eingang mit dem Ausgangsteil des stufenlosen Getriebes verbunden ist und über eine weitere Kupplung das Ausgangsteil des Summiergetriebes mit dem Ausgangsteil des stufenlosen Getriebes direkt oder indirekt verbindbar ist, da durch gekennzeichnet, daß die Übersetzung des stufenlosen Getriebes und das übertragbare Drehmoment von zumindest einer Kupplung derart angesteuert werden, daß das Fahrzeug ankriecht.

4. Getriebeeinheit insbesondere nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungen zum Zu- und Abschalten von Getriebestufen zu oder in den Drehmomentfluß, einen kontinuierlich steuerbaren Bereich aufweisen, in wel chem das übertragbare Drehmoment im wesentlichen kontinuierlich ansteuerbar ist.

5. Getriebeeinheit insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungen reibschlüssige Kupplungen, wie beispielsweise Reibungskupplungen und/oder Magnetpulverkupplungen, sind.

6. Getriebeeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß mit Hilfe der Einstellung der Getriebeübersetzung des stufenlosen Getriebes, das Vorzeichen oder die Richtung des Kriechmomentes und somit die Richtung des Ankriechens des Fahrzeuges festgelegt wird.

7. Getriebeeinheit insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Übersetzungsbereich des stufenlosen Getrie bes eine Übersetzung kennzeichnet, bei welchem bei gegebener Eingangsdreh zahl der Getriebeeinheit die Abtriebsdrehzahl der Getriebeeinheit null ist und bei einer dem gegenüber veränderten Übersetzung eine positive oder eine negative Übersetzung erfolgt und am Ausgangsteil der Getriebeeinheit eine Ausgangs drehzahl und ein Ausgangsmoment anliegt, welche positive oder negative Vor zeichen aufweisen und mittels einer Momentensteuerung des übertragbaren Drehmomentes zumindest einer Kupplung ein Ankriechen des Fahrzeuges er folgt.

8. Verfahren zur Steuerung oder Regelung einer Getriebeeinheit, mit einem stufen losen Getriebe und weiteren über Kupplungen zuschaltbaren Getrieben, mit ei ner Steuereinheit und Stellgliedern zur Einstellung des Übersetzungsverhält nisses des stufenlosen Getriebes und des übertragbaren Drehmomentes von zumindest einer Kupplung, dadurch gekennzeichnet, daß je nach Einstellung ei ner Vorwärts- oder Rückwärtsfahrstufe das Übersetzungsverhältnis des stufenlo sen Getriebes so angesteuert wird, daß abtriebsseitig eine Vorwärts- oder Rück wärtsfahrgeschwindigkeit resultiert, wobei das abtriebsseitig resultierende Drehmoment mittels zumindest einer gezielt angesteuerten Kupplung eingestellt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mittels zumindest eines gezielt angesteuerten übertragbaren Drehmomentes zumindest einer Kupplung eine Momentensteuerung der Getriebeeinheit beim Anfahren oder beim Ankriechen erreicht wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer gezielten Ansteuerung des übertragbaren Drehmomentes von zumindest der Kupplung, die in dem Betriebsbereich bei antriebsseitiger Drehzahl der Getriebeeinheit und abtriebsseitiger Drehzahl null geschlossen ist, und einer gezielten Überset zungssteuerung des stufenlosen Getriebes eine Momentensteuerung realisiert ist und das Fahrzeug ankriecht.

11. Triebstrang zwischen einer Antriebseinrichtung und Antriebsrädern eines Kraft fahrzeugs, mit einem stufenlos steuerbaren Drehzahlwandler (K1), einem mit dem Drehzahlwandler (K1) in Reihe angeordneten, stufenlos steuerbaren Drehmomentwandler, einem abtriebsseitigen Überlagerungsgetriebe, einer Re geleinrichtung für die Übertragungsverhältnisse des Drehzahl- und des Drehmomentwandlers (K1, 5) und einem mit der Regeleinrichtung verbundenen Sollwertgeber, durch den ein Vorwärtsfahr-, ein Rückwärtsfahr- und ein Standbe reich in Abhängigkeit von einem gewünschten Drehmoment (M_a) einstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwertgeber in Abhängigkeit von dem ge wünschten Drehmoment (M_a) selbsttätig so einstellbar ist, daß

a) im Vorwärts- und Rückwärtsfahrbereich und im Standbereich das über tragbare Drehmoment (Mk_a) im Drehzahlwandler (K1) proportional dem gewünschten Drehmoment (M_a) ist, und daß
b) in allen Bereichen das Übersetzungsverhältnis (i) des Drehmomentwand lers (5) so geregelt wird, daß die die Drehmomentrichtung bestimmende Drehzahldifferenz (Δn) zwischen Ein- und Ausgang des Drehzahlwandlers (K1) nahe Null ist.

12. Triebstrang nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzahlwand ler (K1) eine schlupfende Kupplung ist.

13. Triebstrang nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehmomentwandler (5) ein stufenlos steuerbares Getriebe, insbesondere ein Umschlingungsgetriebe, ist.

14. Triebstrang nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwertgeber so einstellbar ist, daß das durch das Getriebe bestimmte Übersetzungsverhältnis des Triebstrangs in beiden Fahrbereichen (vorwärts oder rückwärts) eine niedri gere Abtriebsdrehzahl (n_a), entsprechend einem gewünschten Kriechmoment, ergibt.

15. Triebstrang nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Überlagerungsgetriebe ein Umlaufradgetriebe ist, von dem ein Element über ein Getriebe mit der Abtriebsseite des Drehzahlwandlers (K1) verbunden ist.

16. Triebstrang nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung des Übersetzungsverhältnisses des Drehmomentwandlers und des übertragbaren Drehmoments des Drehzahlwandlers (K1) in Betriebsbereichen wirksam ist, in denen das Eingangsdrehmoment des Triebstrangs stufenlos oder nicht stufenlos steuerbar oder regelbar ist.

17. Triebstrang insbesondere nach einem der Ansprüche 14 bis 16, zur Anwendung für eine Hybridantriebsanordnung mit zumindest einer Antriebseinheit und einer weiteren Antriebseinheit und/oder einem Energiespeicher.

18. Verfahren zum Steuern eines leistungsverzweigten Getriebes bei Ausgangs drehzahl Null mit einer Eingangswelle (e) und einer Ausgangswelle (a) und zwei, mittels wenigstens je einer Reibungskupplung (K1, K2) schaltbaren Übertragungspfaden zwischen der Eingangs- und der Ausgangswelle, welche Übertragungspfade ein stufenloses Getriebe (CVT) enthalten und derart aus gebildet sind, daß bei einer bestimmten Übersetzung (Neutralpunkt) des stufenlosen Getriebes und wenigstens einer geschlossenen Reibungs kupplung (K1) die Ausgangswelle trotz sich drehender Eingangswelle still steht, dadurch gekennzeichnet, daß bei stillstehender Ausgangswelle (a) die Übersetzung des stufenlosen Getriebes gegenüber dem Neutralpunkt leicht verstellt wird und die im Neutralpunkt normalerweise geschlossene Rei bungskupplung (K1) etwas geöffnet wird, so daß die stillstehende Aus gangswelle bei schlupfender Kupplung (K1) mit einem Drehmoment beauf schlagt wird.

19. Verfahren nach Anspruch 18 zum Steuern eines in einem Fahrzeug vor gesehenen leistungsverzweigten Getriebes mit einem Wählhebel (28) zum Einstellen von Vorwärtsfahrt oder Rückwärtsfahrt, dadurch gekennzeichnet, daß bei in Vorwärtsstellung befindlichen Wählhebel (28) und stillstehenden Fahrzeug die Übersetzung des stufenlosen Getriebes derart eingestellt wird, daß die Ausgangswelle (a) mit einem Drehmoment in Vorwärtsrichtung be aufschlagt wird.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß bei in Rück wärtsstellung befindlichen Wählhebel (28) und stillstehenden Fahrzeug die Übersetzung des stufenlosen Getriebes derart eingestellt wird, daß die Aus gangswelle (a) mit einem Drehmoment in Rückwärtsrichtung beaufschlagt wird.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Schlupfmoment der Kupplung auf einen vorbestimmten Wert einge stellt wird.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Schlupfmoment der schlupfenden Kupplung (K1) und das Antriebs moment eines die Eingangswelle (e) antreibenden Motors derart geregelt werden, daß bei in Vorwärtsstellung befindlichem Wählhebel keine Rück wärtsfahrt des Fahrzeugs und bei in Rückwärtsstellung befindlichem Wähl hebel keine Vorwärtsfahrt des Fahrzeugs erfolgt.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22, wobei der Wählhebel (28) eine Neutralstellung hat, in der durch Öffnung der Kupplungen (K1, K2) keine Drehmomentübertragung im Getriebe erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Übersetzung des stufenlosen Getriebes (CVT) derart gesteuert wird, daß die Differenzdrehzahl der jeweiligen bei der entsprechenden Fahrzeugge schwindigkeit und Motordrehzahl bei Drehmoment-übertragendem Getriebe geschlossenen Kupplung (K1, K2) nahe Null ist.

24. Verwendung eines leistungsverzweigten Getriebes zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 18 bis 23, wobei der erste Übertra gungspfad die erste Kupplung (K1) und ein Planetengetriebe (7) enthält, dessen Planetenradträger (15) mit der ersten Kupplung verbunden ist und der zweite Übertragungspfad das stufenlose Getriebe (CVT) enthält, dessen Antriebswelle drehfest mit der Eingangswelle (e) und dessen Abtriebswelle drehfest mit dem Sonnenrad (17) des Planetengetriebes verbunden ist, wobei das drehfest mit der Ausgangswelle (a) verbundene Hohlrad (13) des Plane tengetriebes über eine zweite Kupplung (K2) mit dem Planetenradträger ver bunden ist.