DE19914931A1

DE19914931A1 - Vorrichtung zum Steuern eines CVT

Info

Publication number: DE19914931A1
Application number: DE19914931A
Authority: DE
Inventors: Klaus Gessler; Klaus-Juergen Strecker; Hubert Koenig; Stefan Sommer
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1999-04-01
Filing date: 1999-04-01
Publication date: 2000-10-05
Anticipated expiration: 2019-04-02
Also published as: DE19914931B4; US6299564B1

Abstract

Die Vorrichtung zum Steuern eines von einer Antriebseinheit angetriebenen CVT weist ein elektromagnetisch angesteuertes Druckregelventil auf, welches sowohl das Hauptdruckventil als auch das Sekundärventil für die Sekundärscheibe beaufschlagt, wobei Geometrie und Federkraft von Hauptdruckventil und Sekundärventil derart ausgelegt sind, dass die beiden Ventile unterschiedliche Ventilkennlinien aufweisen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Steuern eines von einer Antriebseinheit angetriebenen CVT nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stufenlose Automatgetriebe, auch CVT genannt, für Kraftfahrzeuge bestehen üblicherweise aus einer Anfahrein heit, einer Vorwärts-/Rückwärtsfahreinheit, einem Variator, einer Zwischenwelle, einem Differential, sowie einem hy draulischen und elektronischen Steuergerät. Das CVT wird von einer Brennkraftmaschine über eine Antriebswelle, ins besondere die Kurbelwelle, angetrieben. Als Anfahreinheit dient entweder eine Anfahrkupplung oder ein hydrodynami scher Wandler. Die Vorwärts-/Rückwärtsfahreinheit dient der Drehrichtungsumkehr für Vorwärts- bzw. Rückwärtsfahrt und besteht üblicherweise aus einem Planetenwendegetriebe.

Der Variator besteht aus zwei Kegelscheibenpaaren und einem Umschlingungsorgan, wobei jedes Kegelscheibenpaar eine in Axialrichtung feststehende erste Kegelscheibe und eine in Axialrichtung verschiebbare zweite Kegelscheibe aufweist. Die antriebsseitig angeordneten Kegelscheiben werden im weiteren als Primärscheibe bezeichnet und die abtriebsseitig angeordneten Kegelscheiben werden im weite ren als Sekundärscheibe bezeichnet. Zwischen diesen beiden Kegelscheibenpaaren läuft das Umschlingungsorgan um, z. B. ein Schubgliederband.

Über die Verstellung der Kegelscheiben ändert sich der Laufradius des Umschlingungsorgans und damit die Überset zung des CVT. Das zweite Kegelscheibenpaar ist drehfest mit einer Abtriebswelle verbunden, die das Moment über ein Zahnradpaar auf eine Zwischenwelle überträgt. Die Zwischen welle dient der Drehrichtungsumkehr sowie der Moment- und Drehzahlanpassung. Das Moment der Zwischenwelle wird über ein weiteres Zahnradpaar auf das Differential übertragen.

Die Steuerung bzw. Regelung des CVT wird durch das elektronische Steuergerät über das hydraulische Steuergerät ausgeführt. Das hydraulische Steuergerät beinhaltet die elektromagnetischen Stellglieder und die hydraulischen Ven tile. Eine Pumpe fördert hierbei das Druckmedium vom Schmiermittelsumpf zum hydraulischen Steuergerät zu den Verbrauchern des CVT.

Aus der EP-A 0 634 590 ist eine Vorrichtung zur hy draulischen Steuerung eines CVT bekannt. Hierbei erfolgt die Verstellung der Primärscheibe und der Sekundärscheibe jeweils über ein hydraulisches Ventil. Das erste Ventil steuert die Primärscheibe und das zweite Ventil steuert die Sekundärscheibe. Sowohl das erste als auch das zweite Ven til werden durch einen elektromagnetischen Druckregler vor gesteuert. Das zweite Ventil wird hierbei von der Pumpe mit Druckmedium versorgt, wobei die Druckversorgung des ersten Ventils über eine Steuerkante des zweiten Ventils einge stellt wird. Das Druckniveau der Versorgungsleitung für das erste Ventil ist somit identisch mit dem von der Pumpe ge lieferten Druckniveau. Durch diese Anordnung ergibt sich der Nachteil, dass das Druckniveau der Sekundärscheibe nicht unterhalb des von der Pumpe bereitgestellten minima len Druckniveaus eingestellt werden kann, sodass eine Über anpressung zwischen Sekundärscheibe und Umschlingungsorgan zu einer Wirkungsgradverschlechterung führt.

Um diesen Nachteil zu vermeiden, wurde bereits in der Patentanmeldung 195 33 976.2 der Anmelderin ein hydrauli sches System für ein vorzugsweise von einer Brennkraftma schine angetriebenes CVT vorgeschlagen, mit einem gemeinsa men zentralen ersten Hydraulikzweig, in dem ein erstes Druckniveau herrscht und der von einer Pumpe gespeist wird, wobei vom ersten Hydraulikzweig zu jedem Verbraucher eine eigene Druckzuführung abzweigt; die Verbraucher sind dabei die Primärscheibe, die Sekundärscheibe, die Kupplung bzw. Bremse der Vorwärts-/Rückwärtsfahreinheit, die Anfahrein heit und die Schmierstellen des CVT. In jeder Druckzufüh rung zu einem Verbraucher befindet sich sowohl ein hydrau lisches Ventil als auch ein diesem zugeordnetes elektroma gnetisches Druckregelventil, dergestalt, dass das elektro magnetische Druckregelventil über das hydraulische Ventil das Druckniveau in der Druckzuführung des Verbrauchers be stimmt. Die elektromagnetischen Druckregelventile sind da bei in einem zweiten Hydraulikzweig angeordnet.

Aus der DE-P 44 36 506.3 der Anmelderin ist eine Ein richtung zum Steuern eines von einer Antriebseinheit ange triebenen CVT bekannt, welches eine sogenannte Notfahrein richtung mit zwei Notventilen aufweist, welche bei einem Ausfall des elektronischen Steuergerätes aktiviert wird und die ein konstantes Druckverhältnis bzw. Kraftverhältnis zwischen Primärscheibe und Sekundärscheibe einstellt, wobei das Druckniveau des Verstellraums der Sekundärscheibe kon stant ist. Das erste Notventil ist dabei mit dem Primärven til für die Primärscheibe verbunden und das zweite Notven til mit dem Sekundärventil für die Sekundärscheibe; die Schaltstellungen der beiden Notventile werden durch ein elektromagnetisches Druckregelventil bestimmt und zwar der art, dass in einer ersten Stellung der beiden Notventile ein erstes Druckregelventil vorsteuernd auf das Primärven til und ein zweites Druckregelventil vorsteuernd auf das Sekundärventil wirken, während in einer zweiten Stellung der beiden Notventile das Druckniveau eines Druckreduzier ventils vorsteuernd sowohl auf das Primärventil als auch auf das Sekundärventil wirkt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vor richtung zum Steuern eines CVT vorzuschlagen, die die glei chen Vorteile und die gleiche Zuverlässigkeit wie die be kannten Vorrichtungen bietet, jedoch einen vereinfachten Aufbau und damit eine kostengünstigere Herstellung ermög licht.

Ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs näher ge nannten Art erfolgt die Lösung dieser Aufgabe mit den in den kennzeichnenden Teilen der Ansprüche 1 und 5 angegebe nen Merkmalen; vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung sieht also einmal vor, dass das Haupt druckventil und das hydraulische Sekundärventil für die Sekundärscheibe mit einem gemeinsamen elektromagnetisch angesteuerten Druckregelventil verbunden sind und dass Geo metrie und Federkraft von Hauptdruckventil und Sekundärven til derart ausgelegt sind, dass die beiden Ventile unter schiedliche Ventilkennlinien aufweisen.

Die Ventilkennlinien sind dabei derart festgelegt, dass der Primärdruck im Primärventil im Bereich der hohen Übersetzung des Getriebes (Overdrive) höher ist als der Sekundärdruck im Sekundärventil, im übrigen Übersetzungsbe reich des Getriebes jedoch niedriger ist als der Sekundär druck.

Vorzugsweise befindet sich in der Leitung zwischen dem Sekundärventil und der Sekundärscheibe ein Drucksensor.

Damit der vom gemeinsamen Druckregelventil bereitge stellte Steuerdruck auch bei Leckagen an den Wirkdurchmes sern von Hauptdruckventil und Sekundärventil gewährleistet ist, ist es von Vorteil, wenn dem Druckregelventil ein Vo lumenverstärkungsventil nachgeschaltet ist.

Bei einem anderen vorteilhaften Ausführungsbeispiel wirkt das elektromagnetische Druckregelventil nur auf das Hauptdruckventil, während das Sekundärventil als Druckredu zierventil ausgebildet ist, wobei ein Sekundärdruck einge stellt wird, der um einen konstanten Wert kleiner als der Hauptdruck ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es also, einen Druckregler einzusparen, da der Hauptdruck mit dem Anpreßdruck gekoppelt ist, wobei eine Absenkung des Anpreß druckes bis auf Null bar möglich ist. Die erforderliche Variation zwischen Hauptdruck und Anpreßdruck erfolgt hier bei über unterschiedliche Kennlinienverläufe der beiden Ventile. Abweichend zu den aus dem Stand der Technik be kannten Vorrichtungen wird der Hauptdruck nicht direkt mit dem Anpreßdruck verbunden. Bedingt durch ein entsprechendes Flächenverhältnis von Primär- und Sekundärscheibe werden bei allen benötigten Fahrzuständen die Randbedingungen in erforderlicher Weise eingehalten, da der Anpreßdruck klei ner als der Hauptdruck ist. Die Ansteuerung des Hauptdruck ventiles und des Sekundärventiles erfolgt also entweder über einen gemeinsamen Druckregler, wobei über Federkennung und Ventilübersetzung zwei unterschiedliche Kennlinien rea lisiert werden können oder aber über die direkte Ankopplung des Sekundärventiles an das Hauptdruckventil, wobei das Sekundärventil als Druckreduzierventil ausgeführt ist.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können also niedrige Anpreßdrücke, verbunden mit hohen Verstellgradien ten, realisiert werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert, in der die beiden Ausführungsbeispiele schematisch dargestellt sind.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Teil eines Steuerschemas im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel;

Fig. 2 ein Teil eines Steuerschemas im Zusammenhang mit dem zweiten Ausführungsbeispiel und

Fig. 3 und 4 graphische Darstellungen der erforderlichen Variatordrücke bzw. Ventilkennlinien für die beiden Ausführungsbeispiele.

In den Fig. 1 und 2, in denen gleiche Teile mit glei chen Bezugszeichen versehen sind, sind nur die für das Ver ständnis der Erfindung notwendigen Bauteile bezeichnet. In herkömmlicher Weise weist die Vorrichtung einen Schmiermit telsumpf 1 auf, aus dem über ein Filter 2 das Öl von einer Pumpe 3 angesaugt wird. Mit S1 ist die Primärscheibe eines ersten Kegelscheibenpaars und mit S2 die Sekundärscheibe eines zweiten Kegelscheibenpaars des Variators für das CVT bezeichnet, wobei das Umschlingungsorgan gestrichelt ange deutet ist. Mit 6 ist das Primärventil zur Verstellung der in Axialrichtung verschiebbaren Primärscheibe S1 bezeichnet und mit 5 das Sekundärventil der Verstellung der in Axial richtung verschiebbaren Sekundärscheibe S2. Mit 4 ist das herkömmliche Hauptdruckventil bezeichnet, mit 8 ein Notven til für den Notfahrbetrieb, mit 9 ein Druckreduzierventil und mit 11, 12, 13 und 14 Abzweigungen zu weiteren, hier nicht dargestellten, Verbrauchern, wie hydrodynamischer Wandler, Vorwärts-/Rückwärtsfahreinheit, Schmierstellen, etc. Die Druckversorgung der Abzweigungen 12 und 13 erfolgt in herkömmlicher Weise mit einzelnen Druckreglern 12A und 13A, beispielsweise zur Steuerung einer Vorwärts-/ Rückwärtsfahreinheit und einer Wandlerkupplung. Die Steue rung des Primärventils 6 erfolgt ebenfalls in herkömmlicher Weise über einen einzelnen Druckregler 6A.

Erfindungsgemäß ist nun bei dem in Fig. 1 dargestell ten Ausführungsbeispiel ein gemeinsamer Druckregler 10 so wohl für das Hauptdruckventil 4 als auch für das Sekundär ventil 5 für die Sekundärscheibe S2 vorgesehen, der auf beide Ventile einwirkt. Mit 7 ist dabei ein den Druck er fassender Sensor bezeichnet, der in der Leitung zwischen Sekundärventil 5, Sekundärscheibe S2 vorgesehen ist. Die Signale des Drucksensors 7 werden zusammen mit weiteren fahrzustandsabhängigen Kenngrößen, wie z. B. Motordrehzahl, Motormoment und Variatorübersetzung, in einer nicht darge stellten elektronischen Getriebesteuereinheit ausgewertet und daraus eine Druckvergabe für den Druckregler 10 berech net. Dessen Steuerdruck wird über die Steuerleitungen 15, 15A dem Hauptdruckventil 4 und über die Steuerleitungen 15, 15B dem Sekundärdruckventil 5 zugeführt. Damit der vom Druckregler 10 bereitgestellte Steuerdruck bei Leckagen an den Wirkdurchmessern des Hauptdruckventils 4 und des Sekun därventils 5 gewährleistet ist, ist es vorteilhaft, wenn dem Druckregler 10 ein nicht näher dargestelltes Volumen verstärkungsventil nachgeschaltet ist.

Die Auslegung von Hauptdruckventil 4 und Sekundärven til 5 ist frei wählbar. Die Ventilkennlinien, d. h. Stei gung und Achsversatz, werden nur von der gewählten Geome trie und der Federkraft bestimmt. Bei der Auslegung der beiden Ventile ist darauf zu achten, dass die vom Variator, d. h. der Primärscheibe S1 und der Sekundärscheibe S2 ge forderten Drücke (Primärdruck, Sekundärdruck) auch einge stellt werden können. Eine Anforderung ist hierbei die For derung nach einem höheren Primärdruck als der Sekundärdruck im Bereich der Overdrive-Übersetzung des Getriebes.

Hierbei sind also Hauptdruck und Anpreßdruck gekop pelt, wobei eine Absenkung des Anpreßdruckes bis auf Null bar möglich ist. Die Variation zwischen dem Hauptdruck und dem Anpreßdruck erfolgt über unterschiedliche Kennlinien verläufe der Ventile; abweichend zu den bestehenden Konzep ten, wobei sowohl dem Hauptdruckventil als auch dem Sekun därventil ein eigenes elektromagnetisches Druckregelventil zugeordnet ist, ist der Hauptdruck nicht direkt mit dem Anpreßdruck verbunden. Bedingt durch ein entsprechendes Flächenverhältnis von Primärscheibe zu Sekundärscheibe wer den bei allen Fahrzuständen die Randbedingungen eingehal ten, d. h. dass der Anpreßdruck kleiner als der Hauptdruck ist. Die Ansteuerung des Hauptdruckventiles 4 und des Se kundärventiles 5 erfolgt hierbei also über das gemeinsame elektromagnetisch gesteuerte Druckregelventil 10, wobei über Federkennung und Ventilübersetzung zwei unterschiedli che Druckkennlinien realisiert werden können.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wirkt das elektromagnetisch gesteuerte Druckregelventil 10 nur auf das Hauptdruckventil 4. Das Sekundärventil 5 ist hierbei als Druckreduzierventil ausgebildet und stellt ei nen Sekundärdruck ein, der um einen konstanten Wert kleiner als der Hauptdruck ist. Hier erfolgt also eine direkte An kopplung des Sekundärventiles 5 an das Hauptdruckventil 4, wobei es notwendig ist, dass das Sekundärventil als Druck reduzierventil ausgebildet ist.

Fig. 3 zeigt im Zusammenhang mit dem in Fig. 1 darge stellten Ausführungsbeispiel im oberen Bereich eine graphi sche Darstellung der Variatordrücke, wobei an der Ordinate der Druck und an der Abszisse der Übersetzungsbereich des Getriebes abgetragen ist. Man erkennt, dass der Hauptdruck größer ist als der Sekundärdruck und der Primärdruck und dass im Bereich der hohen Übersetzung des Getriebes, d. h. im Overdrive-Bereich (OD), der Primärdruck für die Primär scheibe größer als der Sekundärdruck für die Sekundärschei be ist, nicht jedoch im übrigen Übersetzungsbereich.

Im unteren Bereich sind die im Zusammenhang mit Fig. 1 erforderlichen Ventilkennlinien graphisch dargestellt, wo bei hier an der Ordinate der Druck des Ventils und an der Abszisse der Druck des elektromagnetischen Druckregelven tils abgetragen ist. In allen Bereichen ist der Hauptdruck größer als der Sekundärdruck, d. h. dass der Anpreßdruck kleiner als der Hauptdruck ist.

In Fig. 4 sind die graphischen Darstellungen für Va riatordrücke und Ventilkennlinen im Zusammenhang mit dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel dargestellt. Im oberen Bereich verlaufen die Kennlinien für das Hauptdruck ventil und das Sekundärdruckventil parallel, wobei auch hier wieder der Primärdruck im Bereich der hohen Überset zung, d. h. im Overdrive-Bereich größer als der Sekundär druck ist, nicht jedoch im übrigen Übersetzungsbereich.

Bei den im unteren Bereich von Fig. 4 dargestellten Ventilkennlinien ist der Sekundärdruck um einen konstanten Wert Δp kleiner als der Hauptdruck, da das Sekundärventil als ein Druckreduzierventil ausgebildet ist.

Bezugszeichen

1

Schmiermittelsumpf

2

Filter

3

Pumpe

4

Hauptdruckventil

5

Sekundärventil

6

Primärventil

6

A elektromagnetisches Druckregelventil

7

Drucksensor

8

Notventil

9

Druckreduzierventil

10

elektromagnetisches Druckregelventil

11

Abzweigung

12

Abzweigung

12

A elektromagnetisches Druckregelventil

13

Abzweigung

13

A elektromagnetisches Druckregelventil

14

Abzweigung

15

Steuerleitung

15

A Steuerleitung

15

B Steuerleitung
S1 Primärscheibe
S2 Sekundärscheibe

Claims

1. Vorrichtung zum Steuern eines von einer Antriebs einheit angetriebenen CVT, mit je einem Kegelscheibenpaar auf einer Antriebs- bzw. Abtriebswelle und mit einem dazwi schen umlaufenden Umschlingungsorgan, wobei das antriebs seitige Kegelscheibenpaar eine in Axialrichtung feststehen de Kegelscheibe und eine in Axialrichtung gesteuert ver schiebbare Primärscheibe (S1) aufweist und das abtriebssei tige Kegelscheibenpaar eine in Axialrichtung feststehende Kegelscheibe und eine in Axialrichtung gesteuert verschieb bare Sekundärscheibe (S2) aufweist und mit einem hydrauli schem Steuergerät, das elektromagnetische Stellglieder und hydraulische Ventile aufweist, die mittels eines elektroni schen Steuergeräts ansteuerbar sind, wobei der Primärschei be (S1) und der Sekundärscheibe (S2) ein Primärventil (6) bzw. ein Sekundärventil (5) zugeordnet sind, die für eine Verstellung von Primärscheibe (S1) und Sekundärscheibe (S2) und damit eine Änderung der Übersetzung des CVT sorgen, dadurch gekennzeichnet, daß das Haupt druckventil (4) und das Sekundärventil (5) mit einem ge meinsamen elektromagnetisch angesteuerten Druckregelven til (10) verbunden sind und dass Geometrie und Federkraft von Hauptdruckventil (4) und Sekundärventil (5) derart aus gelegt sind, dass die beiden Ventile unterschiedliche Ven tilkennlinien aufweisen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Ventilkennlinien derart festgelegt sind, dass der Primärdruck im Primärventil (6) im Bereich der hohen Übersetzung des Getriebes (Overdrive) höher ist als der Sekundärdruck im Sekundärventil (5), im übrigen Übersetzungsbereich des Getriebes jedoch niedriger ist als der Sekundärdruck.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß in der Leitung zwischen Sekundärventil (5) und Sekundärschei be (S2) ein Drucksensor (7) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß dem ge meinsamen Druckregelventil (10) für das Hauptdruckven til (4) und das Sekundärventil (5) ein Volumenverstärkungs ventil nachgeschaltet ist.

5. Vorrichtung zum Steuern eines von einer Antriebs einheit angetriebenen CVT, mit je einem Kegelscheibenpaar auf einer Antriebs- bzw. Abtriebswelle und mit einem dazwi schen umlaufenden Umschlingungsorgan, wobei das antriebs seitige Kegelscheibenpaar eine in Axialrichtung feststehen de Kegelscheibe und eine in Axialrichtung gesteuert ver schiebbare Primärscheibe (S1) aufweist und das abtriebssei tige Kegelscheibenpaar eine in Axialrichtung feststehende Kegelscheibe und eine in Axialrichtung gesteuert verschieb bare Sekundärscheibe (S2) aufweist und mit einem hydrauli schen Steuergerät, das elektromagnetische Stellglieder und hydraulische Ventile aufweist, die mittels eines elektroni schen Steuergeräts ansteuerbar sind, wobei der Primärschei be (S1) und der Sekundärscheibe (S2) ein Primärventil (6) und ein Sekundärventil (5) zugeordnet sind, die für eine Verstellung von Primärscheibe (S1) und Sekundärscheibe (S2) und damit eine Änderung der Übersetzung des CVT sorgen, dadurch gekennzeichnet, daß das elektro magnetisch gesteuerte Druckregelventil (10) auf das Haupt druckventil (4) einwirkt und dass das Sekundärventil (5) ein Druckreduzierventil ist, welches derart ausgestaltet ist, dass der Sekundärdruck um einen konstanten Wert (Δp) kleiner ist als der Hauptdruck.