DE19703684A1

DE19703684A1 - Steuergerät für ein stufenlos verstellbares Getriebe

Info

Publication number: DE19703684A1
Application number: DE19703684A
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Ashizawa; Ken Ito; Kazutaka Adachi
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1996-01-31
Filing date: 1997-01-31
Publication date: 1997-08-07
Anticipated expiration: 2017-02-01
Also published as: KR970059546A; JP3358419B2; KR100227132B1; US5857937A; JPH09210159A; DE19703684B4

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Steuerung eines stufenlos verstellbaren Getriebes für ein Fahrzeug.

Ein stufenlos verstellbares Getriebesystem für ein Fahrzeug um faßt z. B. ein Hydraulikgetriebe, z. B. einen Drehmomentenwandler oder eine Fluidkupplung, und ein stufenlos verstellbares Ge triebe (im folgenden als CVT bezeichnet). Das Hydraulikgetriebe überträgt ein Motordrehmoment auf das CVT, und das CVT verän dert die Drehzahl des Motorabtriebs in einer stufenlosen Weise und überträgt diese auf eine Fahrzeugantriebswelle.

Ein CVT ist z. B. in Tokkai Hei 3-121 358, veröffentlicht in 1991, und in Tokkai Sho 59-217 047, veröffentlicht in 1984 durch das japanische Patentamt, offenbart.

Solch ein CVT weist ein willkürliches Übersetzungsverhältnis auf, wobei ein Drehmoment über z. B. einen Keilriemen übertragen wird, der um ein Antriebsrad und ein Abtriebsrad gelegt ist. Das Übersetzungsverhältnis kann kontinuierlich verändert werden durch Vergrößern der Breite der einen Scheibe und Verringern der Breite der anderen, wobei ein Öldruck, der durch ein Ge triebesteuerventil bereitgestellt ist, an jeder Scheibe wirkt, so daß diese ihre Breite ändert. Das Übersetzungsverhältnis wird deshalb durch Vergrößern oder Verringern der Öffnung des Übersetzungsverhältnissteuerventil variiert.

In diesem Falle wird ein Zielübersetzungsverhältnis gemäß den Fahrbedingungen, wie z. B. Motordrehzahl und Motorlast, vorein gestellt. Ein Steuermechanismus mit Rückkopplung steuert die Öffnung des Übersetzungsverhältnissteuerventil, so daß, z. B. die wahre (wirkliche) Drehzahl der CVT-Abtriebswelle mit einer Drehzahl übereinstimmt, die einem vorgegebenen Übersetzungsver hältnis entspricht, das auf den Fahrzeugantriebsbedingungen ba siert.

Dort ist somit eine Anspruchsverzögerung vorhanden bis das wah re Übersetzungsverhältnis wechselt, nachdem die Öffnung des Übersetzungsverhältnissteuerventil verändert wurde. Ebenso ist der Öldruck, der auf jede Scheibe des CVT wirkt, nicht notwen digerweise direkt proportional zu dem Übersetzungsverhältnis und die dynamischen Eigenschaften des Übersetzungsverhältnis ses, wenn ein Wechsel vorgenommen wird von einem Verhältnis zu einem anderen, sind nicht gleichförmig.

Entsprechend kann, selbst wenn eine wahre Geschwindigkeit mit einer Zielgeschwindigkeit verglichen wird und das Übersetzungs verhältnissteuerventil über eine Rückkopplung gesteuert wird, eine gewünschte Steuerantwort nicht erreicht werden, wobei der CVT-Abtrieb Veranlassung zum Stottern gibt, und das Fahrzeug und der Fahrer können einen Schaden erleiden, aufgrund eines übermäßigen Wechsels des Übersetzungsverhältnisses.

Es ist deshalb ein Ziel dieser Erfindung, die Steuerantwort ei nes CVT zu verbessern.

Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung ein Nachpendeln (Regelschwankungen) in der CVT-Steuerung zu unterdrücken.

Um die obigen Ziele zu erreichen, stellt diese Erfindung ein Übersetzungsverhältnissteuergerät für ein stufenlos verstellba res Getriebe bereit, welches eine Drehzahl einer Motorabtriebs welle eines Fahrzeuges auf eine Antriebswelle des Fahrzeuges verändert und überträgt. Das Steuergerät umfaßt einen Mechanis mus zum Ermitteln einer Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs, ei nen Mechanismus zum Ermitteln eines wahren Übersetzungsverhält nisses des stufenlos verstellbaren Getriebes, einen Mechanismus zum Abschätzen einer Fahrzeuggeschwindigkeit an einem zukünfti gen Zielvorgabezeitpunkt basierend auf der Fahrgeschwindigkeit, einen Mechanismus zum Berechnen eines Zielübersetzungsverhält nis basierend auf der Fahrzeuggeschwindigkeit an dem zukünfti gen Zielvorgabezeitpunkt, und einen Mechanismus zum Steuern des wahren Übersetzungsverhältnisses zu dem Zielübersetzungsver hältnisses.

Es ist bevorzugt, daß der Mechanismus zum Abschätzen der Fahr zeuggeschwindigkeit einen Mechanismus zum Berechnen einer Fahr zeuggeschwindigkeitsrückkopplung durch Verarbeiten der Fahr zeuggeschwindigkeit an dem zukünftigen Zielvorgabezeitpunkt mit einem vorbestimmten Verzögerungsglied, einen Mechanismus zum Berechnen einer Differenz zwischen der Fahrgeschwindigkeit und der Fahrzeuggeschwindigkeitsrückkopplung und einen Mechanismus zum Berechnen der Fahrzeuggeschwindigkeit an dem zukünftigen Zielvorgabezeitpunkt durch eine vorbestimmte Integration, ba sierend auf der Differenz, umfaßt.

Es ist weiter bevorzugt, daß der Mechanismus zum Abschätzen der Fahrzeuggeschwindigkeit einen Mechanismus zum Ermitteln einer Motorlast, einen Mechanismus zum Ermitteln einer Motordrehzahl, einen Mechanismus zum Berechnen eines Drehmomentes, das durch den Motor erzeugt wird, einen Mechanismus zum Berechnen der Fahrzeugbeschleunigung, die auf dem erzeugten Drehmoment und dem wahren Übersetzungsverhältnis basiert, und einen Mechanis mus zum Berechnen einer korrigierten Differenz, die auf der Be schleunigung und der Differenz basiert, umfaßt, und wobei der Mechanismus zum Berechnen der Fahrzeuggeschwindigkeit die Fahr zeuggeschwindigkeit an dem vorbestimmten zukünftigen Zeitpunkt durch Durchführen einer vorbestimmten Integration, die auf der korrigierten Differenz basiert, umfaßt.

Das Verzögerungsglied ist bevorzugt ein Verzögerungsglied er ster Ordnung, das durch die folgende Gleichung festgelegt ist:

wobei
G_M(s) = Verzögerungsglied
T_M = Zeitkonstante, die einem vorausgelesenen Zeitpunkt entspricht, der durch den Entwickler eingestellt ist
S = Laplace-Operator

Alternativ ist das Verzögerungsglied eine Totzeit, welche durch die folgende Gleichung festgelegt ist:

Es ist ebenso bevorzugt, daß der Mechanismus zum Abschätzen der Fahrzeuggeschwindigkeit eine Phasenausgleichsvorrichtung (Phasenentzerrer) zum freien Vorgeben einer Antwort der Fahr zeuggeschwindigkeit an dem zukünftigen Zeitpunkt relativ zu ei nem Ergebnis der vorbestimmten Integralrechnung umfaßt.

Ein Ausgleich der Phasenausgleichsvorrichtung ist bevorzugter weise durch die folgende Gleichung festgelegt:

wobei
T₁ = Phasenausgleichskonstante-1
T₂ = Phasenausgleichskonstante-2

Die Details sowie andere Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden in der folgenden Beschreibung fortgesetzt und sind in den beigefügten Zeichnungen dargestellt.

Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch ein stufenlos verstellba res Getriebe, an welchem diese Erfindung angewendet ist.

Fig. 2 ist ein schematisches Diagramm einer elektronischen Steuereinheit gemäß dieser Erfindung.

Fig. 3 ist ein Blockdiagramm einer Übersetzungsverhält nissteuereinheit der elektronischen Steuereinheit.

Fig. 4 ist ein Steuerdiagramm, das einen Verarbeitungsvor gang einer Fahrzeuggeschwindigkeitsführungseinheit in der Übersetzungsverhältnissteuereinheit zeigt.

Fig. 5 ist ein Steuerdiagramm, wenn eine Übertragungsfunkti on in Fig. 4 in Betracht gezogen wird, um mit dem Totzeitpunkt übereinzustimmen.

Fig. 6 ist ähnlich der Fig. 4, jedoch zeigt sie eine zweite Ausführungsform dieser Erfindung.

Fig. 7 ist ähnlich zu Fig. 4, jedoch zeigt sie eine dritte Ausführungsform dieser Erfindung.

Fig. 8 ist ein Motorcharakteristikschaubild gemäß des drit ten Ausführungsbeispiels.

Fig. 9A und 9B sind Zeitdiagramme, die eine berechnete Fahrzeugge schwindigkeit zeigen, die von dem Steuerdiagramm des ersten Ausführungsbeispiels verwendet werden, und ei ne berechnete Fahrzeuggeschwindigkeit, die durch ein digitales Differenzierverfahren berechnet wurde.

Fig. 10A und 10B sind ähnlich zu den Fig. 9A und 9B, jedoch zeigen sie einen Zustand bei durchgetretenem Gaspedal.

Fig. 11A und 11B sind Graphen der Fahrzeuggeschwindigkeit und Fahr zeuggeschwindigkeitsabweichung, die simulierte Ergeb nisse zeigen, die das Steuerdiagramm der zweiten Aus führungsform ohne Phasenausgleich anwenden.

Fig. 12A und 12B sind Kurven der Fahrzeuggeschwindigkeit und Fahrzeug geschwindigkeitsabweichung, die simulierte Ergebnisse zeigen, die das Steuerdiagramm der zweiten Ausfüh rungsform mit Phasenausgleich anwenden.

Fig. 13A und 13B sind Kurven der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Fahr zeuggeschwindigkeitsabweichung, die simulierte Ergeb nisse zeigen, die das Steuerdiagramm der vierten Aus führungsform ohne offene Kreislaufkorrektur verwen den.

Fig. 14A und 14B sind Kurven der Fahrzeuggeschwindigkeit und Fahrzeug geschwindigkeitsabweichung, die simulierte Ergebnisse zeigen, die auf das Steuerdiagramm der dritten Aus führungsform mit offener Kreislaufkorrektur aufwei sen.

Fig. 15 ist ein Fließdiagramm, das einen Drehzahlwechselsteu ervorgang der Übersetzungsverhältnissteuereinheit, die in Fig. 3 gezeigt ist, beschreibt.

In Fig. 1 der Zeichnungen ist ein Drehmomentenwandler 12 ge zeigt, der mit einer Motorabtriebswelle 10 verbunden ist.

Der Drehmomentenwandler 12 umfaßt eine Sperrkupplung 11. Die Sperrkupplung 11 verbindet oder entkoppelt mechanisch ein Flü gelrad 12a, welches ein Eingangsteil darstellt, und eine Turbi ne 12b, welche ein Ausgangsteil darstellt, gemäß des Öldrucks, der einer Wandlerkammer 12c und einer Sperrölkammer 12d zuge führt wird.

Die Turbine 12b ist mit einer Welle 13 verbunden, wobei die Welle 13 mit einem Vorwärts/Rückwärts-Umschaltmechanismus 15 verbunden ist. Der Mechanismus 15 umfaßt einen Planetengetrie bemechanismus 19, eine Vorwärtskupplung 40 und Rückwärtsbremse 50. Die Abtriebswelle des Mechanismus 19 ist mit einer An triebswelle 14 verbunden, die koaxial zur Welle 13 ausgebildet ist. Die Antriebswelle 14 umfaßt eine Eingangswelle des stufen los verstellbaren Getriebes (CVT) 17.

Das CVT 17 umfaßt ein Antriebsrad 16 und ein Abtriebsrad 26 und einen Keilriemen 24, welcher die Drehbewegung des Antriebsrads 16 auf das Abtriebsrad 26 überträgt, wie oben beschrieben.

Das Antriebsrad 16 umfaßt eine feststehende konische Scheibe 18, welche zusammen mit der Antriebswelle 14 rotiert und eine bewegbare konische Scheibe 22, die relativ zu der festen koni schen Scheibe 18 angeordnet ist und eine Keilnut mit der festen konischen Scheibe 18 formt. Die bewegbare konische Scheibe 22 bewegt sich in axialer Richtung der Antriebswelle 14 gemäß ei nem Öldruck, der auf eine Antriebsradzylinderkammer 20 wirkt, während diese mit der festen konischen Scheibe 18 dreht. Die Antriebsradzylinderkammer 20 umfaßt eine Kammer 20a und eine Kammer 20b. Die bewegbare konische Scheibe 22 weist eine Druck aufnahmefläche auf, die größer ist als die einer bewegbaren ko nischen Scheibe 34, wie im späteren noch beschrieben wird.

Das Antriebsrad 26 ist auf einer Antriebswelle 28 installiert. Das Abtriebsrad 26 umfaßt eine feste konische Scheibe 30, wel che zusammen mit der Antriebswelle 28 rotiert, und eine beweg bare konische Scheibe 34, die relativ zu der festen konischen Scheibe 30 angeordnet ist und eine Keilnut mit der festen koni schen Scheibe 30 formt. Die bewegbare konische Scheibe 34 be wegt sich in axialer Richtung der Abtriebswelle 28 gemäß einem Öldruck, der auf eine Abtriebsradzylinderkammer 32 wirkt, wäh rend dieses mit der festen konischen Scheibe 30 dreht.

Dieses Antriebsrad 28 ist mit einem Abtriebszahnrad 46 verse hen, welches zusammen mit der Scheibe 28 dreht. Das Abtriebs zahnrad 46 kämmt mit einem Zwischenrad 48 auf einer Zwischen welle 52. Die Zwischenwelle 52 umfaßt ein Antriebszahnrad 54, welches zusammen mit der Welle 52 dreht. Das Antriebszahnrad 54 kämmt mit einem Abschlußzahnrad 44. Das Abschlußzahnrad 44 treibt eine Propellerachse oder Antriebswelle, nicht gezeigt, über eine Differenzialeinheit 56 an.

Das Drehmoment von der Motorabtriebswelle 10 wird zu dem Vor wärts/Rückwärts-Umschaltmechanismus 15 über den Drehmomenten wandler 12 und die Welle 13 auf das CVT 17 übertragen. Wenn die Vorwärtskupplung 40 im Eingriff ist, und die Rückwärtsbremse 50 gelöst ist, wird die Drehbewegung der Welle 13 auf die An triebswelle 14 des CVT 17 mit derselben Drehrichtung über den Planetenradmechanismus 19 übertragen, wovon die Eingangswelle und Ausgangswelle zusammen rotieren. Im anderen Falle, wenn die Vorwärtskupplung 40 gelöst ist und die Rückwärtsbremse 50 im Eingriff steht, wird die Drehbewegung der Welle 13 zu der An triebswelle 14 mit der gegengerichteten Drehrichtung aufgrund der Tätigkeit des Planetengetriebemechanismus 19 übertragen.

Die Rotation der Antriebswelle 14 wird durch die Differen zialeinheit 56, Antriebsrad 16, Keilriemen 24, Abtriebsrad 26, Abtriebswelle 28, Abtriebszahnrad 46, Antriebszahnrad 48, Aus gleichswelle 53, Antriebszahnrad 54 und Abschlußzahnrad 44 übertragen. Wenn die Vorwärtskupplung 40 und Rückwärtsbremse 50 beide gelöst sind, schaltet der Vorwärts/Rückwärts-Um schaltmechanismus 15 in die neutrale Stellung und eine Über tragung einer Drehbewegung von der Welle 13 zur Antriebswelle 14 findet nicht statt.

In der zuvor erwähnten dynamischen Übertragung variiert das Drehzahlverhältnis, das bedeutet das Übersetzungsverhältnis (Verzögerungsverhältnis) zwischen dem Antriebsrad 16 und dem Abtriebsrad 26 variiert, wenn die bewegliche konische Scheibe 22 des Antriebsrad 16 und bewegliche konische Scheibe 34 des Abtriebsrads 26 in axialer Richtung bewegt werden, um den Kon taktpunktradius mit dem Keilriemen 24 zu verändern. Z.B. ver ringert sich, wenn die Breite der Keilnut des Antriebsrades 16 vergrößert wird und die Breite der Keilnut des Abtriebsrads 26 verkleinert wird, der Kontaktpunktradius des Keilriemens 24 auf der Seite der Antriebsscheibe 16 und der Kontaktpunktradius des Keilriemens 24 auf der Seite der Abtriebsscheibe 24 vergrößert sich, so daß ein großes Verzögerungsverhältnis erreicht wird. Wenn die bewegbaren konischen Scheiben 22, 34 in die entgegen gesetzte Richtung bewegt werden, wird das Verzögerungsverhält nis kleiner.

Diese Steuerung der Breite der Keilnuten des Antriebsrades 16 und Abtriebsrades 26 wird durchgeführt durch Steuern der Rela tivdrücke in der Antriebszylinderkammer 20 (20a, 20b) und Ab triebszylinderkammer 32 über ein im folgenden beschriebenes Steuersystem.

Das Drehzahlverhältnis des CVT 17 wird durch die Steuereinheit gesteuert, die in Fig. 2 gezeigt ist. Die gleichen Symbole werden verwendet wie für den Mechanismus in Fig. 1.

In Fig. 2 stellt 101 eine elektronische Steuereinheit dar, die einen Mikrocomputer umfaßt, und 102 eine Öldrucksteuereinheit dar, die verschiedene Öldrucksteuerventile umfaßt. In diesem Steuersystem sind die Haupteinrichtungen der Steuerung des CVT 17 die elektronische Steuereinheit 101 und die hydraulische Steuereinheit 102.

Die elektronische Steuereinheit 101 umfaßt eine zentrale Verar beitungseinheit (CPU) 101A, welche verschiedene Steuerberech nungen durchführt, eine Eingangseinheit 101B, welche Laufzu standssignale von dem Motor und des Fahrzeugs zu einem geeigne ten Format zum Verarbeiten umwandelt und diese in die CPU 101A einfüttert, und eine Ausgangseinheit 101C, welche Steueraus gangssignale der CPU 101A zu Antriebssignalen für entsprechende Instrumente und Kreisläufe umwandelt und diese abführt. Ver schiedene Signale werden in die Eingangseinheit 101B eingege ben, diese sind ein Wassertemperatursignal von einem Wassertem peratursensor S1, welcher von einem Steuermodul 103 zum elek tronischen Steuern einer Kraftstoffeinspritzmenge und eines Zündzeitpunkts des Motors 100 verwendet wird, ein Drosselöff nungssignal von einem Drosselöffnungssensor S2, ein Motordreh zahlsignal von einem Motordrehzahlsensor S3, ein ABS-Arbeits signal von einem Schalter S4, der an einem Antiblockier brems (ABS)-Steuergerät 104 angebracht ist, ein Bremssignal S5 von einem Bremssensor S5, ein Wahlhebelstellungssignal von ei nem Wahlhebelstellungssensor S6, welcher die Betriebsstellung eines Wahlhebels 105 anzeigt, ein Drehzahlsignal (Turbinendrehzahlsignal) von einem Turbinendrehzahlsensor Dreh zahlsignal (Fahrzeuggeschwindigkeitssignal) von einem Drehzahl sensor S8, welcher die Drehzahl des Abtriebsrads 26 anzeigt.

Die Eingabeeinheit 101B sendet diese Signale zu der CPU 101A, wie es notwendig ist.

Die CPU 101A umfaßt eine Übersetzungsverhältnissteuereinheit 106, Leitungsdrucksteuereinheit 107 und Sperrsteuereinheit 108, und berechnet Steuersignale durch Verwenden erforderlicher Si gnale, die von den zuvor erwähnten Signalen ausgesucht sind, und steuert das Übersetzungsverhältnis, den Leitungsdruck und die Sperrkupplung des CVT 17 durch Antreiben eines Schrittmo torkreislaufs 109, Leitungsdrucksolenoidantriebskreislaufs 110 und Sperrsolenoidantriebskreislauf 111.

Wenn die Funktion der CPU 101A im größeren Detail beschrieben wird, ergibt sich, daß die Übersetzungsverhältnissteuereinheit 106 Steuersignale an den Schrittmotorantriebskreislauf 109 ab gibt, so daß ein Verändern des Übersetzungsverhältnisses gemäß einem vorgesetzten Schema abläuft, das abhängig ist von der Mo torlast, die durch die Drosselöffnung, Motordrehzahl und Fahr zeuggeschwindigkeit repräsentiert wird.

Basierend auf diesen Steuersignalen treibt der Schrittmotoran triebskreislauf 109 einen Schrittmotor 113 an, der mit dem Steuerventil 112 der Öldrucksteuereinheit 102 verbunden ist.

Der Schrittmotor 113 treibt das Steuerventil 112 an, so daß ein Übersetzungsverhältnis erreicht wird, das mit dem Signal des Schrittmotorantriebskreislaufs 109 korrespondiert, steuert den Leitungsdruck, der auf die Antriebsradzylinderkammer 20 aufge bracht wird, wie in Fig. 1 gezeigt ist, und variiert den Druck der Antriebsradzylinderkammer 20 und Abtriebsradkammer 32 rela tiv zueinander.

In dem Steuerventil 112 wird die Verstellposition des Antriebs rads 16, das heißt das Übersetzungsverhältnis, über ein Verbin dungsglied 114 mit Rückführung gesteuert. Aufgrund dieser Steuerung mit Rückführung (Regelkreis) fixiert die Überset zungsverhältnissteuereinheit 106 den relativen Druck der Radzy linderkammern 20 und 32, so daß das Übersetzungsverhältnis an einem Zielübersetzungsverhältnis gehalten wird, nachdem das Übersetzungsverhältnis entsprechend der Stellung des Schrittmo tors 113 erreicht wurde. In dieser Übersetzungsverhältnissteue rung des CVT 17 sind, wenn der Leitungsdruck, der auf die Räder 16 und 26 wirkt, zu klein ist, die Reibkräfte zwischen den Scheiben 16, 18 und dem Keilriemen 24 nicht ausreichend, so daß der Keilriemen 24 durchrutscht. Umgekehrt werden, wenn der Lei tungsdruck zu hoch ist, die Reibungskräfte unnütz groß. In bei den Fällen entsteht eine umgekehrte Wirkung auf den Kraftstoff verbrauch und die Leistung des Fahrzeugs. Die Leitungsdruck steuereinheit 107 steuert deshalb den Leitungsdruck über den Leitungsdruckantriebskreislauf 110, so daß die Leistung, die übertragen wird, weder zu hoch noch zu gering ist entsprechend den Laufbedingungen.

In anderen Worten bedeutet das, daß der Drucksolenoidantriebs kreislauf 110 die Stellung des Leitungsdruckssolenoids 115 der Öldrucksteuereinheit 102 gemäß den Steuersignalen von dem An triebskreislauf 110 steuert. Der Leitungsdrucksolenoid 115 führt einen Öldruck von einer Hydraulikpumpe, nicht gezeigt, der Antriebsradkammer 32 zu, nachdem der Druck auch einen ge eigneten Zielleitungsdruck über ein Umsteuerelement (Drucksteuerventil) 116 und einen Regler (Konstantdruckventil) 117 eingestellt ist, und versorgt ebenso die Antriebsradzylin derkammer 20 über das Steuerventil 112.

Die Sperrsteuereinheit 108 steht mit der Sperrkupplung 11 in Eingriff, wenn z. B. die Fahrzeuggeschwindigkeit sich über einen vorbestimmten Wert erhöht und geht außer Eingriff mit dieser, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit unter diesen vorbestimmten Wert fällt.

In anderen Worten bedeutet dies, daß die Sperrsteuereinheit 108 den Sperrsolenoid 118 der Drucksteuereinheit 102 über den Sperrsolenoidantriebskreislauf 111 gemäß der Fahrzeuggeschwin digkeit antreibt und das Sperrsteuerventil 119 wird entspre chend umgeschaltet. Das Sperrsteuerventil 119 ist ein Ventil, welches umschaltet zwischen einem System, in dem der Öldruck der Ölpumpe auf eine Wandlerkammer 12c des Drehmomentenwandler 12 als ein auf die Sperrkupplung 11 aufgebrachter Druck aufge bracht wird, während eine Sperrölkammer 12d entlastet wird, und einem System, welches den Öldruck der Ölpumpe der Sperrölkammer 12d als Entlastungsdruck aufbringt, während die Wandlerkammer 12c entlastet wird.

Das oben erwähnte CVT und die Basisstruktur seines Steuergerä tes sind in Tokkai Hei 8-178 055, veröffentlicht durch das japa nische Patentamt in 1996, offenbart.

Diese Erfindung weist spezielle unterscheidende Merkmale im Hinblick auf die Übersetzungsverhältnissteuereinheit 106 auf. Wie durch die Fig. 3 gezeigt, umfaßt die Übersetzungsverhält nissteuereinheit 106 eine Zielübersetzungsverhältnissteuerein heit 410, ein Übersetzungsverhältnisbefehlsgerät 420, eine Be rechnungseinheit 430 für das wahre Übersetzungsverhältnis und eine Fahrzeuggeschwindigkeitsabschätzeinheit 440, und führt die Übersetzungsverhältnissteuerung gemäß dem Kontrolldiagramm aus Fig. 15 durch.

Nun wird der Übersetzungsverhältnissteuervorgang beschrieben, in welchem in einem Schritt S101 bestimmt wird, ob, oder ob nicht eine vorbestimmte Zeit von dem unmittelbar vorangegange nen Ereignis verstrichen ist, wenn der Vorgang ausgeführt wur de, so daß der Vorgang in vorbestimmten Zeitintervallen ausge führt wird. In einem Schritt S102 werden die Signale von den Sensoren S1-S3 und S6-S8 gelesen.

In einem Schritt S103 berechnet die Berechnungseinheit 430 für das wahre Übersetzungsverhältnis ein wahres Übersetzungsver hältnis i_pR des CVT 17 aus der Drehzahl des Antriebsrads 16 und der Drehzahl des Abtriebsrads 26.

In einem Schritt S104 schätzt die Fahrzeuggeschwindigkeitsab schätzeinheit 440 die Fahrzeuggeschwindigkeit (vorausgelesene Fahrzeuggeschwindigkeit) nachdem eine vorbestimmte Zeit von der Jetztzeit verstrichen ist.

In einem Schritt S105 berechnet die Zielübersetzungsverhältnis berechnungseinheit 410 ein Zielübersetzungsverhältnis i_pT ent sprechend eines Laufzustandes, welcher zusätzlich zu Laufzu standssignalen, wie z. B. das Drosselöffnungssignal und das Mo tordrehzahlsignal, auf der Fahrzeuggeschwindigkeit nachdem die vorbestimmte Zeit verstrichen ist, was in dem Schritt S104 ab geschätzt wurde, basiert.

In einem Schritt S106 führt das Übersetzungsverhältnissteuerge rät 420 eine Rückkopplungsberechnung aus, welche einen Überset zungsverhältnisbefehlswert berechnet, der das wahre Überset zungsverhältnis i_pR dazu bringt, das Zielübersetzungsverhältnis i_pT mit der vorbestimmten Eigenschaft zu erreichen, und in ei nem Schritt S107 wird der Übersetzungsverhältnisbefehlswert als Antriebssignal Sθ entsprechend der Winkelstellung des Schritt motors 113 ausgegeben.

Die Fahrzeuggeschwindigkeitsabschätzeinheit 440 umfaßt eine Ab weichungsberechnungseinheit 450, welche einen Unterschied zwi schen der wahren Fahrzeuggeschwindigkeit und einer ersten abge schätzten Fahrzeuggeschwindigkeit berechnet, eine zweite Ge schwindigkeitsabschätzeinheit 460, welche eine zweite Fahrzeug geschwindigkeit V₂ abschätzt, und eine erste Geschwindigkeits abschätzeinheit 470, welche eine erste abgeschätzte Fahrzeugge schwindigkeit V₁ berechnet.

Die Fahrzeuggeschwindigkeitsabschätzeinheit 440 multipliziert Eingangssignale mit einer Rückkopplungszunahme K in der zweiten Geschwindigkeitsabschätzeinheit 460 und führt eine Integration mit einem Laplace-Operator s durch, so daß eine zweite abge schätzte Fahrzeuggeschwindigkeit V₂ wie in Fig. 4 gezeigt, be rechnet wird. Die erste Geschwindigkeitsabschätzeinheit 470 führt eine Nacheilverarbeitung an der zweiten abgeschätzten Fahrzeuggeschwindigkeit V₂ aus, so daß die erste abgeschätzte Fahrzeuggeschwindigkeit V₁ abgeschätzt wird.

Wenn die erste abgeschätzte Fahrzeuggeschwindigkeit V₁ mit der wahren Fahrzeuggeschwindigkeit V übereinstimmt, wird die zweite abgeschätzte Fahrzeuggeschwindigkeit V₂ als vorausgelesene Fahrzeuggeschwindigkeit angesehen, welche innerhalb einer Zeit spanne erlangt wird, die abhängig ist von den vorbestimmten Nacheilelementen. Daraus ergibt sich, daß die Fahrzeuggeschwin digkeitsabschätzeinheit 440 die zweite abgeschätzte Fahrzeugge schwindigkeit V₂, wenn die erste abgeschätzte Fahrzeuggeschwin digkeit V₁ und die wahre Fahrzeuggeschwindigkeit V übereinstim men, in die Zielübersetzungsverhältnisberechnungseinheit 410 eingibt.

Die detaillierte Verarbeitung, die durch die Fahrzeuggeschwin digkeitsabschätzeinheit 440 durchgeführt wird, wird nun be schrieben werden.

Ein Fahrzeuggeschwindigkeitsfehler Verr wird zuerst auf der Ba sis des folgenden Ausdruckes (1-1) von der wahren Fahrzeugge schwindigkeit V und der ersten abgeschätzten Fahrzeuggeschwin digkeit V₁ berechnet.

Verr = V-V₁ (1-1)

In dieser Berechnung kann der anfängliche Wert von V₁ auf die wahre Fahrzeuggeschwindigkeit V gesetzt werden, das heißt der anfängliche Wert von Verr ist null.

Die zweite abgeschätzte Fahrzeuggeschwindigkeit V₂ wird durch Eingeben des Fahrzeuggeschwindigkeitsfehlers Verr und multipli zieren mit einem willkürlichen Rückführzuwachs K und durchfüh ren einer Integralberechnung, die durch den folgenden Ausdruck (1-2) dargestellt ist, berechnet.

wobei
K = Rückkopplungszunahme
s = Laplace-Operator

Die zuvor erwähnte, erste abgeschätzte Fahrzeuggeschwindigkeit V₁ wird durch Eingeben der zweiten abgeschätzten Fahrzeugge schwindigkeit V₂ und Anwenden eines Verzögerungskoeffizienten erster Ordnung G_M(s), der in dem folgenden Ausdruck (1-3) in der Berechnungseinheit 470 gezeigt ist, berechnet.

wobei
T_M = Zeitkonstante, die einer vorausgelesenen Zeit entspricht, die durch den Entwickler eingestellt ist.

G_M(s) kann ebenso ausgedrückt werden durch die Totzeit, die durch Fig. 5 und die folgende Gleichung (1-4) repräsentiert wird.

Durch Bestimmen des Zielübersetzungsverhältnis durch Verwenden der vorausgelesenen Fahrzeuggeschwindigkeit V₂ an einem vorbe stimmten, zukünftigen Zeitpunkt, der in dieser Weise berechnet wird, werden die Führungseigenschaften der Variation des wahren Übersetzungsverhältnis relativ zu der Veränderung des Zielüber setzungsverhältnisses verbessert und die Übersetzungsverhält nisansprechverhalten des CVT ist verbessert.

Die experimentalen Ergebnisse, die mit dieser Steuereinheit, die in einem Motorteststand verwendet wurde, erreicht wurden, sind in den Fig. 9A und 9B und Fig. 10A und 10B gezeigt. Fall A entspricht diesem Ausführungsbeispiel. Fig. 9A und 9B zeigen das Übersetzungsverhältnis, wenn das Fahrzeug unmittel bar nach dem Starten beschleunigt und in die Ausrollstellung abbremst. Fig. 10A und 10B zeigen das Übersetzungsverhält nis, wenn ein Durchtreten des Gaspedals stattfindet.

Die Kostanten, die durch die Fahrzeuggeschwindigkeitsab schätzeinheit verwendet werden, sind wie folgt.

T_M = 0.5 (sec), K = 10.0

Die vorausgelesene Fahrzeuggeschwindigkeit kann erreicht werden durch digitale Differenzierung von der jetzigen Fahrzeugge schwindigkeit und der vergangenen Fahrzeuggeschwindigkeit.

Die erhaltenen experimentellen Ergebnisse, wenn das Zielüber setzungsverhältnis bestimmt wird, basierend auf dieser digita len Differenzierungsverfahrens, sind ebenso in Fall B gezeigt.

Wie von den experimentellen Ergebnissen gesehen werden kann, wurde es gefunden, daß der Fall A vorteilhafter ist zu Fall B in den folgenden Punkten.

- Wenn der Fuß von dem Gaspedal heruntergenommen wird am Ende der Beschleunigung und wenn Durchtreten des Gaspedals durch geführt wird, um zu Beschleunigen, wird ein Nachpendeln der vorausgelesenen Fahrzeuggeschwindigkeit unterdrückt.
- Die vorausgelesene Fahrzeuggeschwindigkeit variiert gleichmä ßig und es entsteht kein Rauschen. Insbesondere ein Nachpen deln tritt nicht auf, wenn das Fahrzeug ausrollt.

Fig. 6 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.

Betrachtet man das zuvor beschriebene Verzögerungsglied der er sten Ordnung, kann der Systemübertragungskoeffizient G(s) un terdrückt werden durch die folgende Gleichung

wobei

Die folgenden Beobachtungen können gemacht werden, wenn die na türliche Schwingfrequenz ω_n und der Dämpffaktor ζ in den Glei chungen (2-2), (2-3) betrachtet werden.

- Wenn die Rückkopplungszunahme K mit der Anstrengung die Dif ferenz zwischen der wahren Fahrzeuggeschwindigkeit und der ersten abgeschätzten Fahrzeuggeschwindigkeit zu reduzieren erhöht wird, wird die natürliche Schwingfrequenz des Steue rergebnisses größer und die Dämpfung wird schlechter.
- Wenn die zukünftige vorausgelesene Zeitkonstante T_M groß ist, ist die Dämpfung schlecht.

Gemäß des zweiten Ausführungsbeispiels ist daher ein 1.Grad/1.Grad Phasenausgleichsgerät 480 zum Ausgleichen der Phase in der Gleichung

nach der Integrations berechnung von der zweiten Fahrzeugabschätzeinheit 460 hinzuge fügt, wie in Fig. 6 gezeigt. Die offene Kreislaufübertragungs funktion G (s) der Fahrzeuggeschwindigkeitsabschätzeinheit 440 wird in der folgenden Gleichung gezeigt (3-1).

wobei
P_m = Verzögerungspol erster Ordnung
T₁ = Phasenausgleichskonstante-1
T₂ = Phasenausgleichskonstante-2

Im Hinblick auf (3-2)-(3-4) sind für die drei Unbekannnten P_m, ω_n und ζ die drei Konstanten vorhanden, die willkürlich durch den Entwickler vorgegeben werden können, das heißt die Phasenausgleichskonstanten T₁, T₂ und der Rückkopplungszunahme K. Der Entwickler kann somit die Phasenausgleichskonstanten T₁, T₂ und die Rückkopplungszunahme K bestimmen, so daß ein ge wünschter Verzögerungspol P_m erster Ordnung, natürliche Schwingfrequenz ω_n und Dämpfungsfaktor ζ erreicht werden.

Fig. 11A, 11B zeigen simulierte Ergebnisse, wenn der Phasen ausgleich nicht angewendet wird, und Fig. 12A und 12B zeigen simulierte Ergebnisse, wenn der Phasenausgleich angewendet wird. Von den Ergebnissen ist es zu sehen, daß die Antwort der vorausgelesenen Fahrzeuggeschwindigkeit unmittelbar nach dem Fahrzeugstart (2.5-6.0 sec) durch Anwenden des Phasenausgleichs verbessert ist. Die Konstanten, die durch die Fahrzeuggeschwin digkeitsabschätzeinheit in dem Experiment mit und ohne Phasen ausgleich verwendet wurden, sind wie folgt.

Mit Phasenausgleich:
T₁ = 0.125 (sec)
T₂ = 0.49 (sec)
T_M = 0.5 (sec)
K = 4.0

ohne Phasenausgleich:
T_M = 0.5 (sec)
K = 10.0

Fig. 7 zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel dieser Erfin dung, worin die zweite Fahrzeuggeschwindigkeitsabschätzeinheit 460 zusätzlich bereitgestellt ist in einer offenen Kreislauf korrekturfunktion, so daß die vorausgelesene Fahrzeuggeschwin digkeit mit größerer Präzision abgeschätzt werden kann.

Gemäß dieses Ausführungsbeispiels umfaßt die zweite Geschwin digkeitsabschätzungseinheit 460 z. B. eine Motorcharakteristik karte 490 zum Suchen des Drehmomentes, das durch den Motor er zeugt wurde, abhängig von der Motordrehzahl Ne und Drosselöff nung Tvo, wie in Fig. 8 gezeigt ist. Es umfaßt weiter eine Be schleunigungsabschätzeinheit 500, welche eine Beschleunigung α abschätzt, die durch das Fahrzeug erzeugt wurde, durch Verwen den der folgenden Gleichung (4-1) abhängig von dem erlangten Drehmoment Te.

wobei
i_pR = wahres Übersetzungsverhältnis
M = Fahrzeugmasse
Rt = Radradius

Eine Berechnungseinheit 510 wendet eine offene Kreislaufkorrek tur auf die Fahrzeuggeschwindigkeitsdifferenz durch Verwenden der berechneten Beschleunigung α an.

Fig. 13A, 13B zeigen simulierte Ergebnisse, wenn die offene Kreislaufkorrektur nicht angewendet wird und Fig. 14A und 14B zeigen simulierte Ergebnisse, wenn die offene Kreislaufkor rektur angewendet wurde. Von diesen Ergebnissen kann es gesehen werden, daß die vorausgelesene Fahrzeuggeschwindigkeit mit grö ßerer Präzision durch Anwenden der offenen Kreislaufkorrektur abgeschätzt werden kann. Die Konstanten und Fahrzeugdimensio nen, die durch die Fahrzeuggeschwindigkeitsabschätzeinheit in dem Experiment verwendet wurden, sind wie folgt.

Konstanten:
T₁ = 0.125 (sec)
T₂ = 0.49 (sec)
K = 4.0

Fahrzeugdimension:
M = 1561 (kg)
Rt = 0.283 (m)

Die Ausführungsbeispiele dieser Erfindung, für welche ein aus schließliches Eigentum oder Privileg beansprucht wird, sind durch die folgenden Ansprüche definiert.

Claims

1. Ein Übersetzungsverhältnissteuergerät (101, 102, 113) für ein stufenlos verstellbares Getriebe (17), welches eine Dreh zahl einer Motorabtriebswelle (10) eines Fahrzeugs auf eine An triebswelle des Fahrzeugs verändert und überträgt, umfaßt:
Einrichtungen (S8) zum Ermitteln einer Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs, Einrichtungen (S7, S8, 430) zum Ermitteln eines wahren Übersetzungsverhältnisses des stufenlos verstellbaren Getriebes (17), Einrichtungen (440) zum Abschätzen einer Fahr zeuggeschwindigkeit an einem zukünftigen Zielvorgabezeitpunkt basierend auf der Fahrzeuggeschwindigkeit, Einrichtungen (410) zum Berechnen eines Zielübersetzungsverhältnisses basierend auf der Fahrzeuggeschwindigkeit an dem zukünftigen Zielvorgabezeit punkt und Einrichtungen (420) zum Steuern des wahren Überset zungsverhältnisses auf das Zielübersetzungsverhältnis.

2. Ein Übersetzungsverhältnissteuergerät (101, 102, 113) gemäß Anspruch 1, worin die Fahrzeuggeschwindigkeitsabschätzeinrich tung (440) Einrichtungen (470) zum Berechnen einer Rückkopp lungsfahrzeuggeschwindigkeit durch Verarbeiten der Fahrzeugge schwindigkeit an dem Zielvorgabezeitpunkt mit einem vorbestimm ten Verzögerungsglied, Einrichtungen (450) zum Berechnen einer Differenz zwischen der Fahrgeschwindigkeit und der Rückkopp lungsfahrzeuggeschwindigkeit, und Einrichtungen (460) zum Be rechnen der Fahrzeuggeschwindigkeit an dem zukünftigen vorbe stimmten Zeitpunkt durch eine vorbestimmte Integration basie rend auf der Differenz, umfaßt.

3. Ein Übersetzungsverhältnissteuergerät (101, 102, 113) gemäß Anspruch 2, worin die Fahrzeuggeschwindigkeitsabschätzeinrich tung (440) Einrichtungen (S2) zum Ermitteln einer Motorlast, Einrichtungen (S3) zum Ermitteln einer Motordrehzahl, Einrich tungen (490) zum Berechnen eines Drehmomentes, das durch den Motor erzeugt wird, Einrichtungen (500) zum Berechnen einer Fahrzeugbeschleunigung, die auf dem erzeugten Drehmoment und dem wahren Übersetzungsverhältnis basiert, und Einrichtungen (510) zum Berechnen einer korrigierten Differenz basierend auf der Beschleunigung und der Differenz, umfaßt, und wobei die Fahrzeuggeschwindigkeitsberechnungseinrichtung (460) die Fahr zeuggeschwindigkeit an dem zukünftigen vorbestimmten Zeitpunkt durch Ausführen einer vorbestimmten Integration basierend auf dieser korrigierten Differenz, berechnet.

4. Ein Übersetzungsverhältnissteuergerät (101, 102, 113) gemäß Anspruch 2, worin das Verzögerungsglied ein Verzögerungsglied erster Ordnung ist, das durch die folgende Gleichung (1) fest gelegt ist: wobei
G_M(s) = Verzögerungsglied
T_M = Zeitkonstante entsprechend einer vorausgelesenen Zeit, die durch den Entwickler festgesetzt ist
s = Laplace-Operator

5. Ein Übersetzungsverhältnissteuergerät (101, 102, 113) gemäß Anspruch 2, worin das Verzögerungsglied eine Totzeit ist, die durch die folgende Gleichung (2) festgelegt ist: wobei
G_M(s) = Verzögerungsglied
T_M = Zeitkonstante entsprechend einer vorausgelesenen Zeit, die durch den Entwickler festgesetzt ist
s = Laplace-Operator

6. Ein Übersetzungsverhältnissteuergerät (101, 102, 113) gemäß Anspruch 2, worin die Fahrzeuggeschwindigkeitsabschätzeinrich tung (440) ein Phasenausgleichsgerät (480) zum freien Vorgeben einer Antwort der Fahrzeuggeschwindigkeit an dem zukünftigen, vorbestimmten Zeitpunkt relativ zu einem Ergebnis der vorbe stimmten Integralrechnung umfaßt.

7. Ein Übersetzungsverhältnissteuergerät (101, 102, 113) gemäß Anspruch 6, worin ein Ausgleich des Phasenausgleichsgeräts (480) festgelegt wird durch die folgende Gleichung (3): wobei
T₁ = Phasenausgleichskonstante-1
T₂ = Phasenausgleichskonstante-2.