DE19904920A1

DE19904920A1 - Verfahren zur Überwachung eines stufenlosen Getriebes

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Publication number: DE19904920A1
Application number: DE19904920A
Authority: DE
Inventors: Armin Gierling
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1999-02-06
Filing date: 1999-02-06
Publication date: 2000-08-17
Anticipated expiration: 2019-02-07
Also published as: US6224509B1; DE19904920B4

Abstract

Das Verfahren zur Überwachung eines stufenlosen Getriebes (CVT) mit einem Variator zur Übersetzungsverstellung, dessen Primär- und Sekundärverstellvorrichtung jeweils von einem Druckregelventil angesteuert wird, besteht in einer Wegüberwachung und/oder einer Drucküberwachung für die Druckregelventile, wobei im Falle des Erkennens einer Fehlfunktion die kraftflußführende Kupplung geöffnet wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines von einer Antriebseinheit angetriebenen stufenlosen Getriebes (CVT), vorzugsweise für ein Kraft fahrzeug. Stufenlose Getriebe besitzen einen Variator zur Übersetzungseinstellung zwischen einer kleinsten Überset zungsstufe (LOW) und einer größten Übersetzungsstufe (OD). Bekannte Variatoren arbeiten nach dem Toroid- oder Um schlingungsprinzip.

Ein derartiges stufenloses Getriebe ist üblicherweise mit einer Brennkraftmaschine oder einem Elektromotor über eine Antriebswelle verbunden. So beschreibt die DE A 44 36 506 ein stufenloses Getriebe, das einen hydrody namischen Wandler mit Überbrückungskupplung, einen Wende satz, ein erstes Kegelscheibenpaar, ein zweites Kegelschei benpaar, ein Umschlingungsorgan und ein hydraulisches und ein elektronisches Steuergerät aufweist. Die Antriebswelle treibt den hydrodynamischen Wandler an, der aus einem Pum penrad, einem Turbinenrad und einem Leitrad besteht. Dem hydrodynamischen Wandler ist eine Wandlerüberbrückungskupp lung zugeordnet. Das Turbinenrad bzw. die Wandlerüber brückungskupplung sind mit der Getriebeeingangswelle verbunden. Diese treibt einen Wendesatz an, über den die Drehzahl der Getriebeeingangswelle direkt auf das erste Kegelscheiben paar übertragen wird oder aber es erfolgt eine Drehrich tungsumkehr für Rückwärtsfahrt. Der Variator ist als Um schlingungsvariator ausgeführt, mit jeweils einem Kegel scheibenpaar auf einer Antriebs- bzw. Abtriebswelle und mit einem Umschlingungsorgan, das zwischen den Kegelscheiben paaren umläuft, wobei das auf der Antriebswelle angeordnete Kegelscheibenpaar eine in axialer Richtung feststehende Kegelscheibe und eine in axialer Richtung mittels eines ersten Verstellraums und eines Primärdruckregelventils ver schiebbare Primärscheibe aufweist und das auf der Abtriebs welle angeordnete Kegelscheibenpaar eine in axialer Rich tung feststehende Kegelscheibe und eine in axialer Richtung mittels eines zweiten Verstellraums und eines vom Primär druckregelventil unabhängigen Sekundärdruckregelventils verschiebbare Sekundärscheibe aufweist und mit einem elek tronischen Steuergerät, das über elektromagnetische Stell glieder und hydraulische Ventile das Druckniveau der Stell räume von Primärscheibe und Sekundärscheibe bestimmt. Auf grund der axialen Verschiebbarkeit von Primärscheibe bzw. Sekundärscheibe ändert sich der Laufradius des Umschlin gungsorgans, das hierbei als Schubgliederband ausgeführt ist und damit die Übersetzung des stufenlosen Getriebes. Der Abtrieb erfolgt über eine Abtriebswelle.

Das stufenlose Getriebe, d. h. das CVT, wird von einem elektronischen Steuergerät mittels elektromagnetischer Stellglieder und hydraulischer Ventile gesteuert, die Kupp lungen und Bremsen bzw. deren Druckverlauf als Funktion von Eingangsgrößen wie Signal einer Laststellung der Antriebs einheit, Drehzahl einer Getriebeeingangswelle, Drehzahl einer Abtriebswelle oder Temperatur eines Druckmediums re geln.

Das elektronische Steuergerät bestimmt aus den Ein gangsgrößen einen Betriebspunkt und stellt die dazugehöri gen Drehzahlen des Variators oder die Übersetzung des CVT ein. Tritt hierbei ein gravierender Fehler auf, so wird eine Getriebediagnosefunktion aktiviert und das CVT geht in den Notfahrbetrieb über. Unter Notfahrbetrieb wird dabei der Zustand des CVT verstanden, bei dem keine Drehzahlrege lung und keine Anpreßdruckregelung der Sekundärscheibe sei tens der elektronischen Getriebesteuerung erfolgt. Um die sen Notfahrbetrieb zu ermöglichen, bei dem ein konstantes Druckverhältnis bzw. Kraftverhältnis zwischen Primärscheibe und Sekundärscheibe eingehalten wird mit konstantem Druck niveau des Verstellraums der Sekundärscheibe, sind vorge steuerte hydraulische Notventile vorgesehen, die auf die Druckregelventile des Variators einwirken.

Wichtige Komponenten eines derartigen CVT sind insbe sondere der Primärdruckkreislauf und der Sekundärdruck kreislauf zur Beaufschlagung der Verstellräume des durch die Kegelscheibenpaare und das Umschlingungsorgan gebilde ten Variators einerseits zur momentenabhängigen Anpressung des Umschlingungsorgans und andererseits zur Übersetzungs verstellung. Die Primärscheibe und die Sekundärscheibe des Variators werden über voneinander unabhängige Druckregel ventile angesteuert, die wiederum von einem übergeordneten Hauptdruckkreislauf versorgt werden.

Prinzipbedingt sind Primär- und Sekundärdruckregelven tile hochgenaue Hydraulikkomponenten und hinsichtlich der Systemsicherheit elementar wichtig. So kann eine unerkannte Fehlfunktion eines dieser Ventile zu einer ungewollten Übersetzungsverstellung und damit zu einem sicherheitskri tischen Fahrzustand führen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Über wachung eines CVT zu schaffen, mit dem eine Fehlfunktion des Primärdruckregelventils und/oder des Sekundärdruckre gelventils erkannt wird, so daß Maßnahmen eingeleitet wer den können, mit denen sowohl sicherheitskritische Fahrsi tuationen als auch Folgeschäden im Getriebe selbst vermie den werden.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im kenn zeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen; vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Erfindungsgemäß wird also vorgeschlagen, daß kontinu ierlich oder während diskreter Prüfzyklen eine Wegüberwa chung und/oder eine Drucküberwachung für das Primärdruckre gelventil und/oder das Sekundärdruckregelventil durchge führt wird und daß im Falle des Erkennens einer Fehlfunkti on eines dieser Druckregelventile die kraftflußführende Kupplung geöffnet und der elektronischen Motorsteuerung ein den Motorhochlauf verhinderndes Signal übermittelt wird.

Das Verfahren ermöglicht eine Übersetzungs-Absicherung von Primär- und Sekundärdruckkreislauf, insbesondere bei einem Blockieren des Kolbens im Primärdruckregelventil und/oder Sekundärdruckregelventil, entweder an der Tank- Steuerkante oder an der Druck-Steuerkante.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, wobei in der einzigen Figur ein Hydraulik schema für das CVT dargestellt ist, mit dem das erfindungs gemäße Verfahren durchgeführt werden kann und in dem nur die wesentlichen für das Verständnis der Erfindung notwen digen Bauteile mit Bezugszeichen versehen sind.

Mit S1 ist die axial verstellbare Primärscheibe und mit S2 die axial verstellbare Sekundärscheibe eines Um schlingungsvariators bezeichnet, deren nicht dargestellte Verstellräume über ein Primärdruckregelventil 1 bzw. ein Sekundärdruckregelventil 2 angesteuert werden. Diese beiden Druckregelventile werden von einem übergeordneten Haupt druckventil 4 über eine Leitung 3 versorgt, wobei das Fluid dem Hauptdruckventil 4 über eine mit einem Motor 6 verbun dene Pumpe 5 und ein Filter 7 aus einem Sumpf 8 zugeführt wird. Mit 9 ist ein Druckreduzierventil bezeichnet, mit 10 und 11 Drucksensoren, mit 16, 17, 18 Leitungen für weitere Verbraucher und mit 12, 13, 14 elektromagnetische Druckre gelventile.

Das CVT kann, ähnlich wie in der eingangs erwähnten DE A 44 36 506 beschrieben, mit einer Notfahreinrichtung versehen sein, die ein hydraulisches Notprogramm mit einem konstanten Druckverhältnis zwischen Primär- und Sekundär druck in den Verstellräumen von Primärscheibe und Sekundär scheibe aktiviert für den Fall des Ausfalls des elektroni schen Steuergerätes. Zu diesem Zweck ist ein Notventil 15 vorgesehen.

Erfindungsgemäß werden nun die Funktionen von Primär druckregelventil 1 und Sekundärdruckregelventil 2 über wacht, wobei zur Definition der Übersetzungsabsicherung folgende Grenzsituationen und deren Fehlerfolgen betrachtet werden:

1. Primärventil blockiert an der Tank-Steuerkante
- - Primärdruck unabhängig von der Primärdruckregler vorgabe
- - Rückverstellung nach LOW entsprechend Druckvorga be an der Sekundärscheibe (motormomentenabhängi ger Anpreßdruck)
  → kritisch für Fahrsicherheit
- - momentenabhängiger Schlupf zwischen Umschlin gungselement und Primärscheibe im stationären Zu stand
  → mechanischer Folgeschaden am Variator
2. Primärventil blockiert an der Druck-Steuerkante
- - Primärdruck: Maximum aus anstehendem Sekundär druck und Primärdruckreglervorgabe
- - Sekundärdruck größer als Primärdruck-Sollwert
  → Hochschaltung nach OD
  → unkritisch für Fahrsicherheit
- - fehlende Druckabsicherung und Sekundärdruck grö ßer als zulässiger Primärdruck
  → mechanischer Folgeschaden am Primärvariator
3. Sekundärventil blockiert an der Tank-Steuerkante
- - Sekundärdruck unabhängig von der Sekundärdruck reglervorgabe
- - Hochschaltung nach OD entsprechend Druckvorgabe an der Primärscheibe
  → unkritisch für Fahrsicherheit
- - momentenabhängiger Schlupf zwischen Umschlin gungsmoment und Sekundärscheibe im stationären Zustand
  → mechanischer Folgeschaden am Variator
4. Sekundärventil blockiert an der Druck-Steuerkante
- - Sekundärdruck: Maximum aus anstehendem Primär druck und Sekundärdruckreglervorgabe
- - Primärdruck größer als Sekundärdruck-Sollwert
  → Hochschaltung nach OD
  → unkritisch für Fahrsicherheit
- - fehlende Druckabsicherung und Primärdruck größer als zulässiger Sekundärdruck (letzteres ist kon struktiv und auslegungsbedingt jedoch unwahr scheinlich)
  → mechanischer Folgeschaden am Sekundärvariator

Aus dieser Fehlerfolge-Betrachtung ist ersichtlich, daß die Überwachung der Funktion des Primärdruckregelven tils zur Vermeidung von sicherheitskritischen Fahrsituatio nen höchste Priorität hat, wobei im Falle einer konstruktiv vorgesehenen Druckabsicherung des Primärdruckregelventils eine Überwachung im Bereich der Tank-Steuerkante ausreicht; im Falle einer konstruktiv nicht vorgesehenen Druckabsiche rung des Primärdruckregelventils ist die Überwachung auch auf die Druck-Steuerkante auszudehnen. Die Überwachung der Funktion des Sekundärdruckregelventils ermöglicht eine Schadensbegrenzung durch Schlupfvermeidung.

Für die Überwachung der Funktion von Primär- und/oder Sekundärventil wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, das Ven til mit einem Prüfimpuls zu beaufschlagen und entweder den Ventilweg als Reaktion auf den Prüfimpuls oder den Druck, der sich durch den Prüfimpuls und der daraus resultierenden Ventilbewegung ergibt, auszuwerten und daraus auf die feh lerfreie Funktion des zu überwachenden Ventils zu schlie ßen.

Der Prüfimpuls wird zweckmäßigerweise durch das elek tromagnetische Stellglied übertragen, das dem zu überwa chenden Ventil für die normale Funktionalität zugeordnet ist.

Der Prüfimpuls ist dabei eine Zeitfunktion und insbe sondere so auszuführen, daß keine unerwünschten Verstellre aktionen des Variators eintreten. Beispielsweise wird der Prüfimpuls von der elektronischen Getriebesteuerung als sehr kurzer Stromimpuls ausgegeben, der einen sehr kurzen Druckimpuls eines elektromagnetischen Stellgliedes erzeugt und dadurch eine sehr kurze Bewegung des zu überwachenden Ventils auslöst, die wiederum eine nur so kurze Druckände rung im zu überwachenden Variatordruckregelkreis zufolge hat, daß das Verstellsystem aufgrund der eigenen mechani schen Trägheit nicht mit einer spürbaren Verstellung rea giert.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden für die Überwachung der Funktionen von Primär- und/oder Sekundärdruckregelventil vier verschiedene Wege vorgeschlagen:

1. Wegüberwachung von Primär- und/oder Sekundärventil mit aktivem Prüfimpuls
- - Wegmessung der Ventilkolbenbewegung mittels In duktiv- oder Hallsensor, längs zum Ventil oder als Näherungsgeber zur Ventilstirnfläche hin an geordnet
- - Funktionsprüfung während diskreter Prüfzyklen mittels Bestromung der zugeordneten elektromagne tischen Stellglieder (Druckregler)
- - Überwachung Ventilweg = Ventilweg_soll ± Toleranz mit Ventilweg_soll = f (Prüfstrom, Zeit)
- - besonderer Vorteil: Genauigkeit
2. Wegüberwachung von Primär- und/oder Sekundärventil ohne Prüfimpuls
- - Wegmessung der Ventilkolbenbewegung mittels In duktiv- oder Hallsensor, längs zum Ventil oder als Näherungsgeber zur Ventilstirnfläche hin an geordnet
- - permanente Funktionsprüfung
- - Überwachung Ventilweg = Ventilweg_soll ± Toleranz mit Ventilweg_soll = f (Druckreglerstrom, Zeit, Druckreglerhysterese, Ventilhysterese)
- - besonderer Vorteil: ständige Prüfung ohne Ein griff in die Bestromung der zugeordneten elektro magnetischen Stellglieder (Druckregler)
3. Drucküberwachung von Primär- und Sekundärventil mit aktivem Prüfimpuls
- - Druckmessung mittels Druck- oder Piezoaufnehmer zwischen Ventil und entsprechendem Variatorkol ben; Meßstelle möglichst ventilnah
- - Funktionsprüfung während diskreter Prüfzyklen mittels Bestromung der zugeordneten elektromagne tischen Stellglieder (Druckregler)
- - Überwachung Druck = Druck_soll ± Toleranz mit Druck_soll = f (Prüfstrom, Zeit, Ventilhysterese, Druckelastizität der Strecke Ventil/Variator)
- - besondere Vorteile: u. U. kein zusätzliches Meß system, relative Genauigkeit
4. Drucküberwachung von Primär- und/oder Sekundärventil ohne Prüfimpuls
- - Druckmessung mittels Druck- oder Piezoaufnehmer zwischen Ventil und entsprechendem Variatorkol ben; Meßstelle möglichst ventilnah
- - permanente Funktionsprüfung
- - Überwachung Druck = Druck_soll ± Toleranz mit Druck_soll = f (Druckreglerstrom, Zeit, Druckreg lerhysterese, Ventilhysterese, Druckelastizität der Strecke Ventil/Variator)
- - besondere Vorteile: u. U. kein zusätzliches Meß system, ständige Prüfung ohne Eingriff in die Be stromung der zugeordneten elektromagnetischen Stellglieder (Druckregler)

In allen Fällen einer erkannten Funktionsstörung im Primär- und/oder Sekundärdruckkreislauf des CVT wird nun mit einer Ersatzfunktion seitens der elektronischen Getrie besteuerung reagiert. Ein Aktivieren eines hydraulischen Notprogramms, wie es in der eingangs erwähnten DE A 44 36 506 beschrieben ist, mit mechanischer Einwirkung auf die den Variator mit Druck beaufschlagenden Steuerven tile, kann vermieden werden.

Erfindungsgemäß wird vorgesehen, daß als Ersatzfunkti on die kraftflußführende Kupplung entweder sofort, d. h. schlagartig oder mit einer zeit-, druck- und/oder dreh zahlgesteuerten Rampenfunktion, geöffnet wird.

Eine parallel dazu ausgelöste Funktion der elektroni schen Motorsteuerung, der ein entsprechendes Signal von der elektronischen Getriebesteuerung übermittelt wird, z. B. ein Aktivierungsbit über eine CAN-Datenleitung oder ein Steuerstrom über Kabel zwischen EGS und Motorelektronik, kann den womöglichen freien Motorhochlauf begrenzen, bei spielsweise mittels Einspritzausblendung oder Drosselklap penrücknahme. Dies dient sowohl dem Schutz des Motors als auch der akustischen Fahrerentlastung.

Bezugszeichen

1

Primärdruckregelventil

2

Sekundärdruckregelventil

3

Leitung

4

Hauptdruckventil

5

Pumpe

6

Motor

7

Filter

8

Sumpf

9

Druckreduzierventil

10

Drucksensor

11

Drucksensor

12

,

13

,

14

Druckregelventile

15

Notventil

16

,

17

,

18

Leitungen
S1 Primärscheibe
S2 Sekundärscheibe

Claims

1. Verfahren zur Überwachung eines von einer Antriebs einheit angetriebenen stufenlosen Getriebes (CVT), mit ei nem Variator zur Übersetzungsverstellung, der eine an triebsseitige Primärverstellvorrichtung und eine ab triebsseitige Sekundärverstellvorrichtung aufweist, mit einem elektrohydraulisch gesteuerten oder geregelten Pri märdruckkreis und einem elektrohydraulisch gesteuerten oder geregelten Sekundärdruckkreis zur Druckbeaufschlagung des Variators, insbesondere zur Übersetzungsverstellung, mit einem Primärdruckregelventil zur Druckbeaufschlagung der Primärverstellvorrichtung und einem vorzugsweise vom Pri märdruckregelventil unabhängigen Sekundärdruckregelventil zur Druckbeaufschlagung der Sekundärverstellvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wegüber wachung und/oder eine Drucküberwachung für das Primärdruck regelventil und/oder das Sekundärdruckregelventil durchge führt wird und daß im Falle des Erkennens einer Fehlfunkti on der Druckregelventile der Kraftfluß im Getriebe unter brochen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Überwachung von Primärdruckre gelventil und/oder Sekundärdruckregelventil während diskre ter Prüfzyklen durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die Überwachung von Primär druckregelventil und/oder Sekundärdruckregelventil mittels einer Wegmessung der Ventilkolbenbewegung mit Hilfe eines oder mehrere Induktiv- oder Hallsensoren erfolgt, die ent weder in Längsrichtung des Ventilkolbens angeordnet sind oder als Näherungsgeber für die Ventilstirnfläche ausgebil det sind und daß die Funktionsprüfung mit aktivem Prüfim puls während diskreter Prüfzyklen durch Bestromung eines dem zu überwachenden Ventil zugeordneten elektromagneti schen Stellgliedes erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die Überwachung von Primär druckregelventil und/oder Sekundärdruckregelventil mittels einer Druckmessung mit Hilfe von Druck- oder Piezoaufneh mern zwischen Druckregelventil und entsprechendem Kolben im Variatorstellraum erfolgt und daß die Funktionsprüfung mit aktivem Prüfimpuls während diskreter Prüfzyklen durch Be stromung eines dem zu überwachenden Ventil zugeordneten elektromagnetischen Stellgliedes.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Überwachung von Primärdruckre gelventil und/oder Sekundärdruckregelventil kontinuierlich durchgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 und 5, dadurch ge kennzeichnet, daß die Überwachung von Primär druckregelventil und/oder Sekundärdruckregelventil mittels einer Wegmessung der Ventilkolbenbewegung mittels einer oder mehrere Induktiv- oder Hallsensoren erfolgt, die ent weder in Längsrichtung des Ventilkolbens angeordnet sind oder als Näherungsgeber für die Ventilstirnfläche ausgebil det sind und daß die Funktionsprüfung ohne Prüfimpuls per manent erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 1 und 5, dadurch ge kennzeichnet, daß die Überwachung von Primär druckregelventil und/oder Sekundärdruckregelventil mittels einer Druckmessung mit Hilfe von Druck- oder Piezoaufneh mern zwischen Druckregelventil und zugehörigem Kolben im Variatorstellraum erfolgt und daß die Funktionsprüfung ohne Prüfimpuls permanent erfolgt.

8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß als weitere Fehlerreaktion ein Signal von der Getriebesteuerung an die Motorsteuerung übermittelt wird, das zur Verhinderung eines Motorhochlaufs führt.