DE19912999B4

DE19912999B4 - Verfahren zum Schutz eines Variators bei einem stufenlosen Umschlingungsgetriebe

Info

Publication number: DE19912999B4
Application number: DE19912999A
Authority: DE
Inventors: Peter Janssen; Andreas Piepenbrink
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1999-03-23
Filing date: 1999-03-23
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2019-03-24
Also published as: US6684142B2; US20030045986A1; DE19912999A1

Abstract

Verfahren zum Schutz des Variators bei einem stufenlosen Umschlingungsgetriebe eines Kraftfahrzeugs bei dem ein Anpressdrucksollwert am Variator abhängig von einem die Höhe des Motormomentes enthaltenden Motorsignal und einem Sicherheitsaufschlag berechnet wird, mit den Verfahrensschritten:
– Messung des Anpressdrucks am Variator mit einem Drucksensor,
– Berechnung eines maximal übertragbaren Getriebeeingangsmoments, abhängig von dem gemessenen Anpressdruck,
– Vergleich des berechneten maximal übertragbaren Getriebeeingangsmoments mit dem Motormoment aus dem Motorsignal,
– Vornahme eines geführten Motoreingriffs, der das Motormoment um einen Differenzbetrag aus Motormoment und berechnetem, maximal übertragbaren Getriebeeingangsmoments reduziert, falls das berechnete, maximal übertragbare Getriebeeingangsmoment kleiner ist als das Motormoment.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schutz des Variators für ein stufenloses Umschlingungsgetriebe eines Kraftfahrzeugs.
Ein stufenloses Automatgetriebe besteht üblicherweise unter anderem aus einer Anfahreinheit, einer Vorwärts-/Rücwärtsfahreinheit, einer Zwischenwelle, einem Differential, aus hydraulischen und elektronischen Steuereinrichtungen sowie aus einem Variator. Der Variator umfaßt üblicherweise eine Primär- und eine Sekundärscheibe, auch Primär- und Sekundärseite genannt, wobei beide Scheiben aus paarweise angeordneten Kegelscheiben gebildet sind, und ist mit einem momemtenübertragenden Umschlingungselement versehen, das zwischen den beiden Kegelscheibenpaaren umläuft. In einem derartigen Getriebe wird die aktuelle Übersetzung durch den Laufradius des Umschlingungselementes definiert, der wiederum eine Funktion der axialen Position der Kegelscheiben ist. Ein stufenloses Automatgetriebe (CVT-Getriebe) ist folglich ein kraftschlüssiges Getriebe; das Motormoment wird durch (Haft-)Reibung zwischen dem Umschlingungselement und den Variatorscheiben übertragen.
Nach dem Stand der Technik erfolgt meist eine funktionelle Aufteilung des Variators in eine Seite zur Beeinflussung der Übersetzungsänderung (Verstellung) und in die andere Seite zur Einstellung der notwendigen Anpressdrücke (Anpressung), die den erforderlichen Kontakt zwischen der Scheibe und dem Umschlingungselement gewährleisten, so dass kein Schlupf entsteht. Je nach Betriebspunkt wird entweder die Primär- oder die Sekundärscheibe zur Bereitstellung der Anpressdrücke verwendet.
Hierzu stellt die Getriebesteuerung einen hydraulischen Anpreßdruck am Variator ein, um das momentane (Motor)Moment übertragen zu können. Die Haupteingangsgrößen für diesen Druck sind das momentane Getriebeeingangsmoment und die Getriebeübersetzung. Dieser Anpreßdruck soll so hoch wie nötig und so niedrig wie möglich sein: Ist der Druck zu niedrig, so kommt es zum Durchrutschen des Variators (Schlupf) und damit zu einem Getriebeschaden. Ist der Druck zu hoch, so wird der Getriebewirkungsgrad unnötig verschlechtert.
Der Stand der Technik lehrt, zur Vermeidung von Schlupf zwischen der Scheibe und dem Umschlingungselement große Sicherheitsaufschläge bzw. Sicherheitsfaktoren auf die berechneten Steuerdruckwerte aufzulegen. Diese Vorgehensweise weist den Nachteil auf, dass dadurch der Wirkungsgrad des Automatgetriebes verschlechtert wird. Dieser Sicherheitsaufschlag (Sicherheitsfaktor) sollte daher möglichst klein gewählt werden.
Wenn sich das Motormoment schnell erhöht, z.B. weil der Fahrer mehr Gas gibt, dann soll spätestens gleichzeitig mit dem tatsächlichen Motormoment der nötige Anpreßdruck am Variator bereitgestellt sein. Hierzu ist ein dem wirklichen Moment vorauseilendes Momentensignal notwendig, da das Getriebe eine gewisse Zeit braucht, um die benötigte Drücke zu berechnen und bereitzustellen.
Ein solches vorauseilendes Momentensignal ist z.B. das Fahrerwunschmoment M_mot_fahrerwunsch. Dieses Signal wird auch als Eingangsgröße für nie Getriebesteuerung benutzt. Um das Fahrverhalten nicht negativ zu beeinflussen, ist diese Vorauseilung jedoch zeitlich sehr begrenzt.
Des weiteren kann sich die hydraulische (Regel-)Strecke durch Tieftemperaturen oder Verschmutzung verschlechtern; in diesem Fall reicht die Vorauseilung nicht aus, wodurch es zum Durchrutschen des Variators und damit zum Getriebeschaden kommen kann.
Zudem kann auch im stationären Betriebspunkt ein Fehler in der elektronischen oder hydraulischen Strecke zu Unteranpressung und damit zum Getriebeschaden führen, wenn der Sicherheitsaufschlag (Sicherheitsfaktor) nicht ausreicht.

Die DE 19712 713 A1 offenbart ein Verfahren zum Schutz des Variators bei einem stufenlosen Umschlingungsgetriebe. Bei diesem Verfahren wird ein Anpressdruck-Sollwert am Variator, abhängig von einem Motorsignal und einem Sicherheitsaufschlag, berechnet. Ferner enthält dieses bekannte Verfahren die Verfahrensschritte:

– Messung des Anpressdrucks am Variator mit einem Drucksensor,
– Berechnung eines maximal übertragbaren Getriebeeingangsmoments, abhängig von dem gemessenen Anpressdruck,
– Vergleich des aus dem maximal übertragbaren Getriebeeingangsmoment und der aktuellen Momentenverstärkung des Wandlers berechneten maximalen Motorausgangsmoments mit dem Motormoment aus dem Motorsignal und
– Vornahme eines geführten Motoreingriffs, der das Motormoment reduziert, falls das berechnete maximale Motorausgangsmoment kleiner ist als das Motormoment.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von dem erwähnten Stand der Technik ein Verfahren zum Schutz des Variators für ein stufenloses Umschlingungsgetriebe anzugeben, derart, dass ein bestmögli cher Getriebewirkungsgrad bei gleichzeitiger Optimierung der Vermeidung von Getriebeschäden erzielt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren soll die Anpressung an die Betriebspunktlage derart anpassen, dass es möglich wird, die wirkungsgradrelevanten Effekte einer Überanpressung auf ein Minimum zu reduzieren.

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

Demnach wird vorgeschlagen, gleichzeitig mit der auf einem die Höhe des Motormoments enthaltenden Motorsignal basierenden Berechnung und anschließender Umsetzung eines mit einem Sicherheitsaufschlag behafteten Anpressdruck-Sollwertes den Anpressdruck am Variator über einen Drucksensor zu messen und das entsprechende, maximale übertragbare Getriebeeingangsmoment anhand dieses Wertes zu berechnen. Das maximal übertragbare Getriebeeingangsmoment wird dann mit dem Motormoment am Getriebe verglichen und im Fall, dass das maximal übertragbare Getriebeeingangsmonent kleiner ist als das Motormoment wird ein geführter Motoreingriff um den Differenzbetrag (Motormoment – maximal übertragbares Getriebeeingangsmonent) vorgenommen, der das Motormoment bis auf den übertragbaren Wert reduziert.

Das Motorsignal ist bevorzugterweise ein dem wirklichen Moment vorauseilendes Momentensignal z.B. das bereits erwähnte Fahrerwunschmoment M_mot_fahrerwunsch.

Desweiteren wird vorgeschlagen, für die als Kennfeld abgelegten Sicherheitsfaktoren zusätzlich adaptive Korrekturkennfelder für die Sicherheitsaufschläge des Anpreßdrucks abzulegen, wobei die Abhängigkeit von der Temperatur, der Last und dem Übersetzungsverhältnis berücksichtigt wird, so dass ein Mororeingriff möglichst vermieden wird. So kann gewährleistet werden, dass bei Betriebstemperatur die Sicherheitsfaktoren nicht unnötig ansteigen.

Das Verfahren lässt sich bevorzugterweise anhand einer Regelkreisstruktur mit dem Sollwert des Sicherheitsfaktors Sf_soll als Führungsgröße, dem Istwert des Sicherheitsfaktors Sf als Regelgröße und dem Motormoment M_soll als Stellgröße durchführen.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen auf der Hand:
Es wird ein permanenter Variatorschutz durch einen geführten Motoreingriff gewährleistet, wenn die hydraulische Anpressung bei kritischen Situationen nicht ausreicht, wobei die benötigten Sicherheitsfaktoren in Abhängigkeit von Temperatur, Last und Übersetzungsverhältnis adaptiert und als Korrekturkennfeld abgelegt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht einen optimalen Getriebewirkungsgrad durch Minimierung der Sicherheitsreserven bei Betriebstemperatur, die aufgrund der Möglichkeit eines Motoreingriffs nicht in hohem Maße erforderlich sind.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass eine Online Korrektur im hydraulischen Steuergerät oder in der Motorsteuerung über die gesamte Lebensdauer des Systems möglich ist. Die Korrekturwerte können zu Diagnosezwecken (Fehlerfrüherkennung, Fehlermeldung, Aktivierung von Ersatzfunktionen) weiterverwendet werden.

Die Erfindung ist im folgenden anhand der beigefügten Figur, die eine Blockschaltbilddarstellung einer dem erfindungsgemäßen Verfahren zugrundeliegenden Regelkreisstruktur wiedergibt, näher erläutert.
Im Rahmen dieser Regelkreisstruktur ist der Sollwert des Sicherheitsfaktors Sf_soll die Führungsgröße, der Istwert des Sicherheitsfaktors Sf die Regelgröße und das Motormoment M_soll die Stellgröße.
Die einzelnen Module des Regelkreises sind in der folgenden Tabelle erläutert:

mit:

P:: Anpreßdruck
M:: Antriebsmoment
A:: Scheibenfläche
r:: aktueller Laufradius als Funktion der
Übersetzung:: f(iv)
iv:: Übersetzung
a:: Scheibenwinkel
μ:: Reibbeiwert des Kontaktes Band-Kegelscheibe
Sf:: Sicherheitsfaktor
a1:: feststehender Systemparameter

Claims

Verfahren zum Schutz des Variators bei einem stufenlosen Umschlingungsgetriebe eines Kraftfahrzeugs bei dem ein Anpressdrucksollwert am Variator abhängig von einem die Höhe des Motormomentes enthaltenden Motorsignal und einem Sicherheitsaufschlag berechnet wird, mit den Verfahrensschritten: – Messung des Anpressdrucks am Variator mit einem Drucksensor, – Berechnung eines maximal übertragbaren Getriebeeingangsmoments, abhängig von dem gemessenen Anpressdruck, – Vergleich des berechneten maximal übertragbaren Getriebeeingangsmoments mit dem Motormoment aus dem Motorsignal, – Vornahme eines geführten Motoreingriffs, der das Motormoment um einen Differenzbetrag aus Motormoment und berechnetem, maximal übertragbaren Getriebeeingangsmoments reduziert, falls das berechnete, maximal übertragbare Getriebeeingangsmoment kleiner ist als das Motormoment.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorsignal ein dem wirklichen Motormoment vorauseilendes Momentensignal ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Korrekturwerte für den Sicherheitsaufschlag des Anpressdrucks als Kennfeld abgelegt werden, wobei die Abhängigkeit von Temperatur, Last und Übersetzungsverhältnis berücksichtigt werden, so dass ein Motoreingriff möglichst vermieden wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mittels einer Regelkreisstruktur mit dem Sollwert des Sicherheitsfaktors Sf_soll als Führungsgröße, dem Istwert des Sicherheitsfaktors Sf als Regelgröße und dem Motormoment M_soll als Stellgröße durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturwerte zu Diagnosezwecken, wie Fehlerfrüherkennung, Fehlermeldung und/oder Aktivierung von Ersatzfunktionen, weiterverwendet werden.