DE19904920B4

DE19904920B4 - Verfahren zur Überwachung eines stufenlosen Getriebes

Info

Publication number: DE19904920B4
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: 2006-08-24
Anticipated expiration: 2019-02-07
Also published as: US6224509B1; DE19904920A1

Abstract

Verfahren zur Überwachung eines von einer Antriebseinheit angetriebenen stufenlosen Getriebes (CVT), mit einem Variator zur Übersetzungsverstellung, der eine antriebsseitige Primärverstellvorrichtung und eine abtriebsseitige Sekundärverstellvorrichtung aufweist, mit einem elektrohydraulisch gesteuerten oder geregelten Primärdruckkreis 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 Primärdruckregelventil unabhängigen Sekundärdruckregelventil zur Druckbeaufschlagung der Sekundärverstellvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wegüberwachung und/oder eine Drucküberwachung für das Primärdruckregelventil und/oder das Sekundärdruckregelventil durchgeführt wird und daß im Falle des Erkennens einer Fehlfunktion der Druckregelventile der Kraftfluß im Getriebe unterbrochen wird.

Description

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

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 hydrodynamischen Wandler mit Überbrückungskupplung, einen Wendesatz, ein erstes Kegelscheibenpaar, ein zweites Kegelscheibenpaar, ein Umschlingungsorgan und ein hydraulisches und ein elektronisches Steuergerät aufweist. Die Antriebswelle treibt den hydrodynamischen Wandler an, der aus einem Pumpenrad, einem Turbinenrad und einem Leitrad besteht. Dem hydrodynamischen Wandler ist eine Wandlerüberbrückungskupplung zugeordnet. Das Turbinenrad bzw. die Wandlerüberbrükkungskupplung sind mit der Getriebeeingangswelle verbunden. Diese treibt einen Wendesatz an, über den die Drehzahl der Getriebeeingangswelle direkt auf das erste Kegelscheibenpaar übertragen wird oder aber es erfolgt eine Drehrichtungsumkehr für Rückwärtsfahrt. Der Variator ist als Umschlingungsvariator ausgeführt, mit jeweils einem Kegelscheibenpaar auf einer Antriebs- bzw. Antriebswelle und mit einem Umschlingungsorgan, das zwischen den Kegelscheibenpaaren 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 verschiebbare Primärscheibe aufweist und das auf der Abtriebswelle angeordnete Kegelscheibenpaar eine in axialer Richtung feststehende Kegelscheibe und eine in axialer Richtung mittels eines zweiten Verstellraums und eines vom Primärdruckregelventil unabhängigen Sekundärdruckregelventils verschiebbare Sekundärscheibe aufweist und mit einem elektronischen Steuergerät, das über elektromagnetische Stellglieder und hydraulische Ventile das Druckniveau der Stellräume von Primärscheibe und Sekundärscheibe bestimmt. Aufgrund der axialen Verschiebbarkeit von Primärscheibe bzw. Sekundärscheibe ändert sich der Laufradius des Umschlingungsorgans, 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 Kupplungen und Bremsen bzw. deren Druckverlauf als Funktion von Eingangsgrößen wie Signal einer Laststellung der Antriebseinheit, Drehzahl einer Getriebeeingangswelle, Drehzahl einer Abtriebswelle oder Temperatur eines Druckmediums regeln.

Das elektronische Steuergerät bestimmt aus den Eingangsgrößen einen Betriebspunkt und stellt die dazugehörigen 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 Drehzahlregelung und keine Anpreßdruckregelung der Sekundärscheibe seitens der elektronischen Getriebesteuerung erfolgt. Um diesen Notfahrbetrieb zu ermöglichen, bei dem ein konstantes Druckverhältnis bzw. Kraftverhältnis zwischen Primärscheibe und Sekundärscheibe eingehalten wird mit konstantem Druckniveau des Verstellraums der Sekundärscheibe, sind vorgesteuerte hydraulische Notventile vorgesehen, die auf die Druckregelventile des Variators einwirken.

Wichtige Komponenten eines derartigen CVT sind insbesondere der Primärdruckkreislauf und der Sekundärdruckkreislauf zur Beaufschlagung der Verstellräume des durch die Kegelscheibenpaare und das Umschlingungsorgan gebildeten Variators einerseits zur momentenabhängigen Anpressung des Umschlingungsorgans und andererseits zur Übersetzungsverstellung. Die Primärscheibe und die Sekundärscheibe des Variators werden über voneinander unabhängige Druckregelventile angesteuert, die wiederum von einem übergeordneten Hauptdruckkreislauf versorgt werden.

Prinzipbedingt sind Primär- und Sekundärdruckregelventile hochgenaue Hydraqulikkomponenten und hinsichtlich der Systemsicherheit elementar wichtig. So kann eine unerkannte Fehlfunktion eines dieser Ventile zu einer ungewollten Übersetzungsverstellung und damit zu einem sicherheitskritischen Fahrzustand führen.

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

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den angegebenen Merkmalen des Anspruchs 1 vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Erfindungsgemäß wird also vorgeschlagen, daß kontinuierlich oder während diskreter Prüfzyklen eine Wegüberwachung und/oder eine Drucküberwachung für das Primärdruckregelventil und/oder das Sekundärdruckregelventil durchgeführt wird und daß im Falle des Erkennens einer Fehlfunktion 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 Hydraulikschema für das CVT dargestellt ist, mit dem das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann und in dem nur die wesentlichen für das Verständnis der Erfindung notwendigen Bauteile mit Bezugszeichen versehen sind.
Mit S1 ist die axial verstellbare Primärscheibe und mit S2 die axial verstellbare Sekundärscheibe eines Umschlingungsvariators bezeichnet, deren nicht dargestellte Verstellräume über ein Primärdruckregelventil 1 bzw. ein Sekundärdruckregelventil 2 angesteuert werden. Diese beiden Druckregelventile werden von einem übergeordneten Hauptdruckventil 4 über eine Leitung 3 versorgt, wobei das Fluid dem Hauptdruckventil 4 über eine mit einem Motor 6 verbundene 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 Druckregelventile.
Das CVT kann, ähnlich wie in der eingangs erwähnten DE A 44 36 506 beschrieben, mit einer Notfahreinrichtung versehen sein, die ein hyraulisches Notprogramm mit einem konstanten Druckverhältnis zwischen Primär- und Sekundärdruck in den Verstellräumen von Primärscheibe und Sekundärscheibe aktiviert für den Fall des Ausfalls des elektronischen Steuergerätes. Zu diesem Zweck ist ein Notventil 15 vorgesehen.
Erfindungsgemäß werden nun die Funktionen von Primärdruckregelventil 1 und Sekundärdruckregelventil 2 überwacht, wobei zur Definition der Übersetzungsabsicherung folgende Grenzsituationen und deren Fehlerfolgen betrachtet werden:

1. Primärventil blockiert an der Tank-Steuerkante – Primärdruck unabhängig von der Primärdruckreglervorgabe – Rückverstellung nach LOW entsprechend Druckvorgabe an der Sekundärscheibe (motormomentenabhängiger Anpreßdruck) – kritisch für Fahrsicherheit – momentenabhängiger Schlupf zwischen Umschlingungselement und Primärscheibe im stationären Zustand – mechanischer Folgeschaden am Variator
2. Primärventil blockiert an der Druck-Steuerkante – Primärdruck: Maximum aus anstehendem Sekundärdruck und Primärdruckreglervorgabe – Sekundärdruck größer als Primärdruck-Sollwert – Hochschaltung nach OD – unkritisch für Fahrsicherheit – fehlende Druckabsicherung und Sekundärdruck größer als zulässiger Primärdruck – mechanischer Folgeschaden am Primärvariator
3. Sekundärventil blockiert an der Tank-Steuerkante – Sekundärdruck unabhängig von der Sekundärdruckreglervorgabe – Hochschaltung nach OD entsprechend Druckvorgabe an der Primärscheibe – unkritisch für Fahrsicherheit – momentenabhängiger Schlupf zwischen Umschlingungsmoment und Sekundärscheibe im stationären Zustand – mechanischer Folgeschaden am Variator
4. Sekundärventil blockiert an der Druck-Steuerkante – Sekundärdruck: Maximum aus anstehendem Primärdruck und Sekundärdruckreglervorgabe – Primärdruck größer als Sekundärdruck-Sollwert – Hochschaltung nach OD – unkritisch für Fahrsicherheit – fehlende Druckabsicherung und Primärdruck größer als zulässiger Sekundärdruck (letzteres ist konstruktiv und auslegungsbedingt jedoch unwahrscheinlich) – mechanischer Folgeschaden am Sekundärvariator

Aus dieser Fehlerfolge-Betrachtung ist ersichtlich, daß die Überwachung der Funktion des Primärdruckregelventils zur Vermeidung von sicherheitskritischen Fahrsituationen 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 Druckabsicherung 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 Ventil 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 fehlerfreie Funktion des zu überwachenden Ventils zu schließen.
Der Prüfimpuls wird zweckmäßigerweise durch das elektromagnetische Stellglied übertragen, das dem zu überwachenden Ventil für die normale Funktionalität zugeordnet ist.
Der Prüfimpuls ist dabei eine Zeitfunktion und insbesondere so auszuführen, daß keine unerwünschten Verstellreaktionen 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 Druckänderung im zu überwachenden Variatordruckregelkreis zufolge hat, daß das Verstellsystem aufgrund der eigenen mechanischen Trägheit nicht mit einer spürbaren Verstellung reagiert.
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 Induktiv- oder Hallsensor, längs zum Ventil oder als Näherungsgeber zur Ventilstirnfläche hin angeordnet – Funktionsprüfung während diskreter Prüfzyklen mittels Bestromung der zugeordneten elektromagnetischen 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 Induktiv- oder Hallsensor, längs zum Ventil oder als Näherungsgeber zur Ventilstirnfläche hin angeordnet – permanente Funktionsprüfung – Überwachung Ventilweg = Ventilweg soll + Toleranz mit Ventilweg soll = f (Druckreglerstrom, Zeit, Druckreglerhysterese, Ventilhysterese) – besonderer Vorteil: ständige Prüfung ohne Eingriff in die Bestromung der zugeordneten elektromagnetischen Stellglieder (Druckregler)
3. Drucküberwachung von Primär- und Sekundärventil mit aktivem Prüfimpuls – Druckmessung mittels Druck- oder Piezoaufnehmer zwischen Ventil und entsprechendem Variatorkolben; Meßstelle möglichst ventilnah – Funktionsprüfung während diskreter Prüfzyklen mittels Bestromung der zugeordneten elektromagnetischen 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 Meßsystem, relative Genauigkeit
4. Drucküberwachung von Primär- und/oder Sekundärventil ohne Prüfimpuls – Druckmessung mittels Druck- oder Piezoaufnehmer zwischen Ventil und entsprechendem Variatorkolben; Meßstelle möglichst ventilnah – permanente Funktionsprüfung – Überwachung Druck = Druck soll + Toleranz mit Druck soll = f (Druckreglerstrom, Zeit, Druckreglerhysterese, Ventilhysterese, Druckelastizität der Strecke Ventil/Variator) – besondere Vorteile: u. U. kein zusätzliches Meßsystem, ständige Prüfung ohne Eingriff in die Bestromung 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 Getriebesteuerung 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 Steuerventile, kann vermieden werden.
Erfindungsgemäß wird vorgesehen, daß als Ersatzfunktion die kraftflußführende Kupplung entweder sofort, d. h. schlagartig oder mit einer zeit-, druck-, und/oder drehzahlgesteuerten Rampenfunktion, geöffnet wird.
Eine parallel dazu ausgelöste Funktion der elektronischen 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, beispielsweise mittels Einspritzausblendung oder Drosselklappenrücknahme. Dies dient sowohl dem Schutz des Motors als auch der akustischen Fahrerentlastung.

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

Verfahren zur Überwachung eines von einer Antriebseinheit angetriebenen stufenlosen Getriebes (CVT), mit einem Variator zur Übersetzungsverstellung, der eine antriebsseitige Primärverstellvorrichtung und eine abtriebsseitige Sekundärverstellvorrichtung aufweist, mit einem elektrohydraulisch gesteuerten oder geregelten Primärdruckkreis 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 Primärdruckregelventil unabhängigen Sekundärdruckregelventil zur Druckbeaufschlagung der Sekundärverstellvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wegüberwachung und/oder eine Drucküberwachung für das Primärdruckregelventil und/oder das Sekundärdruckregelventil durchgeführt wird und daß im Falle des Erkennens einer Fehlfunktion der Druckregelventile der Kraftfluß im Getriebe unterbrochen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachung von Primärdruckregelventil und/oder Sekundärdruckregelventil während diskreter Prüfzyklen durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachung von Primärdruckregelventil 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 ausgebildet sind und daß die Funktionsprüfung mit aktivem Prüfimpuls während diskreter Prüfzyklen durch Bestromung eines dem zu überwachenden Ventil zugeordneten elektromagnetischen Stellgliedes erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachung von Primärdruckregelventil und/oder Sekundärdruckregelventil mittels einer Druckmessung mit Hilfe von Druck- oder Piezoaufnehmern zwischen Druckregelventil und entsprechendem Kolben im Variatorstellraum erfolgt und daß die Funktionsprüfung mit aktivem Prüfimpuls während diskreter Prüfzyklen durch Bestromung eines dem zu überwachenden Ventil zugeordneten elektromagnetischen Stellgliedes.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachung von Primärdruckregelventil und/oder Sekundärdruckregelventil kontinuierlich durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachung von Primärdruckregelventil und/oder Sekundärdruckregelventil mittels einer Wegmessung der Ventilkolbenbewegung mittels einer oder mehrere Induktiv- oder Hallsensoren erfolgt, die entweder in Längsrichtung des Ventilkolbens angeordnet sind oder als Näherungsgeber für die Ventilstirnfläche ausgebildet sind und daß die Funktionsprüfung ohne Prüfimpuls permanent erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachung von Primärdruckregelventil und/oder Sekundärdruckregelventil mittels einer Druckmessung mit Hilfe von Druck- oder Piezoaufnehmern zwischen Druckregelventil und zugehörigem Kolben im Variatorstellraum erfolgt und daß die Funktionsprüfung ohne Prüfimpuls permanent erfolgt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als weitere Fehlerreaktion ein Signal von der Getriebesteuerung an die Motorsteuerung übermittelt wird, das zur Verhinderung eines Motorhochlaufs führt.