DE19851113A1

DE19851113A1 - Verfahren zur Übersetzungsregelung eines CVT-Getriebes mit elektrohydraulischer Ansteuerung

Info

Publication number: DE19851113A1
Application number: DE1998151113
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Danz; Andreas Piepenbrink; Andreas Schwenger
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1998-11-06
Filing date: 1998-11-06
Publication date: 2000-05-11

Abstract

Im Rahmen des Verfahrens zur Übersetzungsregelung eines stufenlosen Automatgetriebes mit elektrohydraulischer Ansteuerung werden das Übersetzungsverhältnis (iv = n_primär/n_sekundär) des Variators und die Primärdrehzahl als Regelgrößen eingesetzt, so dass in Abhängigkeit der zu erzielenden Genauigkeit und der Fahrstrategie ein sanfter Übergang in der Regelgröße von der Übersetzung zur Primärdrehzahl oder umgekehrt gewährleistet wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übersetzungsregelung eines stufenlosen Automatgetriebes mit elektrohydraulischer Ansteuerung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein stufenloses Automatgetriebe besteht üblicherweise u. a. aus einer Anfahreinheit, einer Vorwärts/Rückwärts fahreinheit, einer Zwischenwelle, einem Differential, aus hydraulischen und elekronischen Steuereinrichtungen sowie aus einem Variator. Der Variator umfasst üblicherweise eine Pri mär- und eine Sekundärscheibe auch Primär- und Sekundärseite genannt, wobei beide Scheiben aus paarweise angeordneten Ke gelscheiben gebildet sind und ist mit einem momentenübertra genden Umschlingungselement versehen, das zwischen den beiden Kegelscheibenpaaren umläuft. In einem derartigen Getriebe wird die aktuelle Übersetzung durch den Laufradius des Um schlingungselementes definiert, der wiederum eine Funktion der axialen Position der Kegelscheiben ist.

Nach dem Stand der Technik wird bei der Ansteuerung von stufenlosen Getrieben in der Regel die Primärdrehzahl des Variators bzw. die Motordrehzahl als Regelgröße für die Einstellung des von der übergeordneten Fahrstrategie vorge gebenen Betriebspunkts gewählt.

Hierbei werden üblicherweise Regelkreisstrukturen ver wendet, wie sie in der DE 196 06 311 A1 der Anmelderin be schrieben sind. Derartige Regelkreisstrukturen kombinieren eine physikalisch-mathematisch modellbasierte Linearisie rung der Regelstrecke mittels eines Korrekturgliedes mit einem linearen PID-Regler. Die Stellgröße des PID-Reglers wird dabei direkt als Vorgabe für den einzustellenden Ver stellgradienten interpretiert.

Üblicherweise wird die Regelung von Mikrocontrolern übernommen, die mit relativ geringer Auflösung (z. B. 8 Bit) arbeiten. Somit ergibt sich die Problematik, daß die Auflösungsgrenzen des Rechners die erreichbare stationäre Regelgenauigkeit direkt beeinflussen.

Insbesondere für den Fall der Übersetzungsregelung läßt sich zeigen, daß bei einer gegebenen erreichbaren Re chengenauigkeit eine direkte Abhängigkeit der stationären Regelgenauigkeit auch direkt mit der Sekundärdrehzahl des Variators bzw. der Fahrzeuggeschwindigkeit besteht.

Bei niedrigen Sekundärdrehzahlen (Fahrzeuggeschwin digkeiten) wird eine höhere Genauigkeit mit der Übersetzung als Regelgröße erreicht, während es sich im Falle hoher Sekundärdrehzahlen (Fahrzeuggeschwindigkeiten) genau umge kehrt verhält: In diesem Bereich resultiert die Verwendung der Primärdrehzahl als Regelgröße in einer höheren Genauig keit in Bezug auf den stationären Betriebspunkt.

Da es wünschenswert ist, über alle Geschwindigkeitsbe reiche eine optimale Regelgenauigkeit einzuhalten, er scheint es notwendig, in Abhängigkeit von der Sekundärdreh zahl (Fahrzeuggeschwindigkeit) die Regelgröße zwischen Übersetzung und Primärdrehzahl umzuschalten.

Die eingangs beschriebene Problematik ist heute, wo meist höher auflösende Mikrocontroller (16, 32 Bit) einge setzt werden eher von untergeordneter Bedeutung. Dennoch bleibt die Frage der Umschaltung der Regelgröße zwischen Übersetzung und Primärdrehzahl weiterhin in einem anderen Zusammenhang interessant.

Mit den steigenden Anforderungen an die Fahrstrategie, wie z. B. Adaption an den Fahrertyp und an die Fahrsituati on, gibt es Betriebsbereiche, in denen es vorteilhaft ist, statt der Primärdrehzahl direkt das Übersetzungsverhältnis (iv = n_primär/n_sekundär, wobei n_primär die Drehzahl der Primärscheibe und n_sekundär die Drehzahl der Sekundär scheibe ist) des Variators als Regelgröße zur Betriebspunk teinstellung zu verwenden.

Folglich entsteht auch hier die Notwendigkeit, be triebspunktabhängig die Regelgröße zwischen Primärdrehzahl und Übersetzung umzuschalten.

Hierbei müssen beim Wechsel der Regelgröße auch die internen Zustandsgrößen im Regler den äußeren Randbedingun gen angepaßt werden, was programmtechnisch sehr aufwendig sein kann. Zudem sind Unstetigkeiten im Stellgrößenverlauf bei der "diskreten Umschaltung der Regelgröße" meist unver meidbar, die auch als Komforteinbußen für den Fahrer spür bar sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ausgehend von dem erwähnten Stand der Technik, ein Verfahren zur Regelung eines stufenlosen Automatgetrie bes anzugeben, welches die beiden Möglichkeiten der Regel größe Primärdrehzahl und Übersetzung kontinuierlich berück sichtigt und in Abhängigkeit der zu erzielenden Genauigkeit und der Fahrstrategie einen sanften Übergang in der Regel größe von der Übersetzung zur Primärdrehzahl oder umgekehrt ermöglicht.

Zudem soll das erfindungsgemäße Verfahren programm technisch einfach realisierbar sein und das aufwendige An passen der Zustandsgrößen vermeiden.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die Merk male des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Demnach wird vorgeschlagen, zwei Regler - einen für jede Stellgröße - zu verwenden und beide Stellgrößen mit einem Faktor λ komplementär zu gewichten.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine optima le Genauigkeit bei einer gleichzeitigen Vermeidung von Kom forteinbußen aufgrund einer "harten" Umschaltung zwischen den Regelgrößen erzielt.

Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Pro blematik ist im folgenden anhand der beigefügten Figur, die die erreichbaren Genauigkeiten bei Übersetzungs- und Pri mädrehzahlregelung in Abhängigkeit von der Sekundärdrehzahl bzw. Fahrzeuggeschwindigkeit graphisch darstellt näher er läutert.

Gemäß der Figur steigt bei einer gegebenen erreichba ren Genauigkeit Div mit der Übersetzung als Regelgröße die Ungenauigkeit delta_ns1 der Primärdrehzahl in direkter Ab hängigkeit von der Sekundärdrehzahl ns2. Bei hohen Fahr zeuggeschwindigkeiten liegt die Ungenauigkeit der Primär drehzahl im hörbaren Bereich. Dahingegen sinkt die Ungenau igkeit der Übersetzung delta_iv mit der Primärdrehzahl ns1 als Regelgröße bei hohen Sekundärdrehzahlen. Wie aus der Figur ersichtlich, wird bei niedrigen Sekundärdrehzahlen bzw. Fahrzeuggeschwindigkeiten eine höhere Genauigkeit mit der Übersetzung als Regelgröße erreicht, während es sich im Falle hoher Sekundärdrehzahlen die Verwendung der Primär drehzahl als Regelgröße in einer höheren Genauigkeit in Bezug auf den stationären Betriebspunkt resultiert.

Erfindungsgemäß werden als Stellgrößen des verwendeten PID-Regelalgorithmus die Übersetzung ivp_soll und die Pri märdrehzahl ns1p_soll gebildet, indem im ersten Fall die Übersetzung iv und im zweiten Fall die Primärdrehzahl ns1 als Regelgrößen angesetzt werden.

In einem weiteren Schritt werden beide Stellgrößen ivp_soll und ns1p_soll zu einer Gesamtstellgröße zusammen gefaßt und eine parametrisierte Kräftebilanz aufgestellt.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Berechnungsvor schrift lautet:

wobei die Stellgrößen in entsprechende Kräfte F umgerechnet werden, mit:
Fsoll: Gesamtsollkraftvorgabe für die Kräftebilanz am Variator,
Fsoll,iv: Sollkraftvorgabe für die Kräftebilanz am Variator mit der Übersetzung als Regelgröße,
Fsoll,ns1: Sollkraftvorgabe für die Kräftebilanz am Variator mit der Primärdrehzahl als Regelgröße
k(iv): übersetzungsabhängiger Dämpfungsbeiwert,
ivp_soll: Stellgröße mit der Übersetzung als Regelgröße (Verstellgradient),
ns2: Sekundärdrehzahl,
ns1p_soll: Stellgröße mit der Primärdrehzahl als Regelgröße (Verstellgradient) und
λ: Gewichtungsfaktor

Die rechte Seite der oben angegebenen Gleichung resul tiert aus folgendem Zusammenhang:

Da die zeitliche Änderung der Sekundärdrehzahl ns2 vernachlässigbar klein ist, gilt für den Verstellgradienten

Beide Stellgrößen werden erfindungsgemäß mit einem Faktor λ komplementär gewichtet. Dieser Faktor kann konti nuierlich im Wertebereich zwischen 0 und 1 eingestellt wer den.

Der aktuelle Wert des Faktors λ hängt von übergeordne ten Funktionen, z. B. von die Fahrstrategie ab. Somit kann dieser Faktor in einer beliebigen Art und Weise dazu ver wendet werden, um die zu erzielende Genauigkeit oder die Stellgröße oder auch beides in den Vordergrund der Anforde rungen zu stellen.

Eine kontinuierliche Variation des Faktors λ gemäß einer Kennlinie zwischen den Werten 0 und 1 resultiert ge mäß der Erfindung in einem sanften Übergang in der Regel größe von der Übersetzung zur Primärdrehzahl oder umge kehrt.

Dadurch, dass im Rahmen einer besonders vorteilhaften Variante des Verfahrens beide Regler mit der Übersetzung und der Primärdrehzahl ständig im Einsatz sind, entfällt das aufwendige Anpassen der Zustandsgrößen gänzlich.

Im Rahmen einer weiteren Variante des erfindungsgemä ßen Verfahrens wird der Tatsache Rechnung getragen, dass die oben dargestellte gewichtete Kräftebilanz im Nenner des zweiten Terms beim Stillstand des Fahrzeugs eine Singulari tät aufweist, da in diesem Fall die Sekundärdrehzahl ns2 den Wert 0 annimmt.

Die Regelung müßte daher in diesen Betriebszuständen ausgesetzt werden, was beim Wiedereinschalten programmtech nische Nachteile aufweisen würde (Zustandsspeicher setzen).

Um diesen Effekt zu vermeiden wird vorgeschlagen, die Gleichung der Kräftebilanz wie folgt zu modifizieren:

Die zusätzliche 1 im Nenner des zweiten Terms vermei det den numerischen Fehler bei n_s2 = 0, so daß die Berech nung durchgängig in allen Betriebszuständen erfolgen kann. Hierbei sei betont, dass der Fehler im Berechnungsergebnis vernachlässigbar klein ist.

Folglich lassen sich beide Varianten des erfindungsge mäßen Verfahrens durch die Einführung eines numerischen Faktors m wie folgt zusammenfassen:

wobei m die Werte 0 und 1 annehmen kann.

Die auf diese Weise berechnete Sollkraft-Vorgabe kann über die aus dem Stand der Technik bekannte Gleichung

mit
k(iv): übersetzungsabhängiger Dämpfungsbeiwert
div/dt: Verstellgradient (Übersetzungsgradient)
p₁: Ansteuerdruck der Primärseite
p₂: Ansteuerdruck der Sekundärseite
A₁: Scheibenfläche der Primärseite
A₂: Scheibenfläche der Sekundärseite
k_pk_s: Verstellkraftverhältnis
in entsprechende Ansteuerdrücke (p2, p1) für einen eingesetz ten Variator umgerechnet werden.

Bezugszeichen

Fsoll: Gesamtsollkraftvorgabe für die Kräftebilanz am Variator
Fsoll,iv: Sollkraftvorgabe für die Kräftebilanz am Variator mit der Übersetzung als Regelgröße
Fsoll,ns1: Sollkraftvorgabe für die Kräftebilanz am Variator mit der Primärdrehzahl als Regelgröße
ivp_soll: Stellgröße mit der Übersetzung als Regelgröße (Verstellgradient)
ns1: Primärdrehzahl
ns2: Sekundärdrehzahl
ns1p_soll: Stellgröße mit der Primärdrehzahl als Regelgröße (Verstellgradient)
λ: Gewichtungsfaktor
k(iv): übersetzungsabhängiger Dämpfungsbeiwert
div/dt: Verstellgradient (Übersetzungsgradient)
p₁

: Ansteuerdruck der Primärseite
p₂

: Ansteuerdruck der Sekundärseite
A₁

: Scheibenfläche der Primärseite
A₂

: Scheibenfläche der Sekundärseite
k_p

k_s

: Verstellkraftverhältnis
µ: numerischer Faktor
iv: Übersetzung

Claims

1. Verfahren zur Übersetzungsregelung eines stufenlo sen Automatgetriebes mit elektrohydraulischer Ansteuerung, dadurch gekennzeichnet, dass kontinuier lich das Übersetzungsverhältnis (iv = n_primär/n_sekundär) des Variators und die Primärdrehzahl als Regelgrößen einge setzt werden, dass zu diesem Zweck zwei Regler vorgesehen sind, wobei ein Regler jeweils das Übersetzungsverhältnis bzw. die Primärdrehzahl als Stellgröße liefert und dass beide Stellgrößen ivp_soll und ns1p_soll zu einer mit einem Faktor 1 komplementär parametrisierten Gesamtstellgröße gemäß der Gleichung
zusammengefaßt werden, mit
Fsoll: Gesamtsollkraftvorgabe für die Kräftebilanz am Variator,
Fsoll,iv: Sollkraftvorgabe für die Kräftebilanz am Variator mit der Übersetzung als Regelgröße,
Fsoll,ns1: Sollkraftvorgabe für die Kräftebilanz am Variator mit der Primärdrehzahl als Regelgröße,
k(iv): übersetzungsabhängiger Dämpfungsbeiwert,
ivp_soll: Stellgröße mit der Übersetzung als Regelgröße (Verstellgradient),
ns2: Sekundärdrehzahl,
ns1p_soll: Stellgröße mit der Primärdrehzahl als Regelgröße (Verstellgradient),
µ: numerischer Faktor und
λ: Gewichtungsfaktor
und wobei der Faktor λ gemäß einer Kennlinie zwischen den Werten 0 und 1 variiert wird, um die gewünschte Genauigkeit oder das gewünschte Fahrverhalten zu realisieren, so dass ein sanfter Übergang in der Regelgröße von der Übersetzung zur Primärdrehzahl oder umgekehrt gewährleistet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass der numerische Faktor µ die Wer te 0 oder 1 annimmt.