DE3628489A1 - System fuer das nutzen des bremsdrehmoments eines leistungsabgabesystems mit einem getriebe mit stufenlos veraenderbarem uebersetzungsverhaeltnis zum bremsen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Steuerung von Leistungsabgabesystemen mit einem Getriebe mit stufenlos veränderbarem Übersetzungsverhältnis, die beispielsweise in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden können. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein System, bei dem das negative bzw. Bremsdrehmoment des Leistungsabgabesystems zum Bremsen genutzt wird.

Die Forderung höherer Brennstoffwirtschaftlichkeit von Kraftfahrzeugen hat zu beträchtlichen Verbesserungen hinsichtlich der Konstruktion und Steuerung von Maschinen und Getrieben geführt. In dieser Hinsicht haben sich Getriebe mit stufenlos veränderbarem Übersetzungsverhältnis bzw. stufenlose Getriebe als besonders erfolgsversprechend erwiesen. Es ist ersichtlich, daß für eine gegebene Maschine bei irgendeiner gegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit und irgendeiner benötigten Vortriebskraft ein bestimmtes Übersetzungsverhältnis die maximale Brennstoffwirtschaftlichkeit ergibt. Ferner erlaubt für irgendeine gegebene Fahrzeuggeschwindigkeit ein bestimmtes Übersetzungsverhältnis die maximale Beschleunigung der Maschine. Da irgendein erwünschtes Übersetzungsverhältnis mit einem stufenlosen Getriebe mit dem geeigneten Verhältnisbereich erreicht werden kann, ist dieses offensichtlich für Fahrzeuge im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit, geringen Schadstoffausstoß und die Leistung vorteilhaft. Wenn der mechanische Wirkungsgrad des stufenlosen Getriebes hoch ist und dessen Verhältnisbereich ausreichend breit ist, ist es sogar möglich, im gleichen Fahrzeug sowohl die maximale Wirtschaftlichkeit als auch maximale Leistung zu erzielen. Zu den offensichtlichen Vorteilen zählen der vollautomatische Betrieb, das stoßfreie, stufenlose und schnelle Ansprechen auf Anforderungen des Fahrers und eine ruhigere Fahrt.

Nach dem Stand der Technik wurden vielerlei unterschiedliche Getriebe mit stufenlos veränderbarem Verhältnis entwickelt. Zu diesen zählen beispielsweise hydrostatische bzw. hydraulische Getriebe, Rollkontakt-Fahrzeuggetriebe, Freilaufkupplungsvorrichtungen, elektrische Kupplungen, Mehrganggetriebe mit Schleifkupplung und Keilriemengetriebe. Von diesen sind die Keilriemengetriebe wegen ihres kompakten Aufbaus, ihres geringen Gewichts und ihrer einfachen Konstruktion für kleine bis mittlere Personenkraftwagen besonders vorteilhaft. Ein stufenloses Getriebe dieser Art weist grundlegend einen Keilriemen auf, der eine Antriebsscheibe mit einer Abtriebsscheibe verbindet, wobei die Durchmesser der Scheiben veränderbar sind, um damit das Übersetzungsverhältnis des Getriebes zu ändern. Die letzten Fortschritte hinsichtlich der Gestaltung des Riemens haben zu einer Verbesserung der Haltbarkeit und Lebensdauer des Riemens geführt. Falls die Scheibenverstellung auf geeignete Weise so gesteuert werden kann, daß übermäßige Belastungen des Riemens vermieden werden, ist zu erwarten, daß eine sehr lange Lebensdauer des Riemens erreicht werden kann.

Bei den Bestrebungen zum Maximieren bzw. Optimieren der Brennstoffwirtschaftlichkeit wurden für die Maschine/Getriebe- Systeme mit den stufenlosen Getrieben vielerlei Steuerschemata vorgeschlagen. Diese beruhten auf der empirischen Analyse der Leistung der einzelnen Maschine und der Erkenntnis, daß für irgendeine gewünschte Ausgangsleistung hinsichtlich der Maschinendrehzahl und des Drehmoments eine optimale Kombination vorliegt, die den geringsten Brennstoffverbrauch ergibt. Dies ist in Fig. 1 dargestellt.

Die Fig. 1 ist ein typisches Leistungsdiagramm eines Vierzylinder- Ottomotors für Personenkraftfahrzeuge, der einen Hubraum von ungefähr 2,5 l hat. In dem Diagramm sind das Maschinendrehmoment T _E und die Nutzleistung BHP (Bremspferdestärken) als Funktion der Maschinendrehzahl N _E aufgetragen. Als strichpunktierte Linie ist nahe dem Oberrand des Diagramms das Maschinendrehmoment bei voll geöffneter Drosselklappe aufgetragen. Eine Reihe von ausgezogen dargestellten Kurven stellt Brennstoffverbrauch-Umrißlinien dar, welche jeweils einem konstanten effektiven spezifischen Brennstoffverbrauch (BSFC) in lbsM/BHPh (= 608,3 g/kWh) entsprechen. Der geringste Brennstoffverbrauch tritt an einem Punkt auf, der mit 0,4 (lbs/BHPh) bezeichnet ist (243,3 g/kWh). Die Maschinenausgangsleistung ist durch eine Reihe gestrichelter Linien dargestellt. Eine Idealarbeitslinie für geringen Brennstoffverbrauch ist durch eine stark ausgezogene Linie f (N _E ) als Funktion der Maschinendrehzahl dargestellt. Die ideale Arbeitslinie für geringen Brennstoffverbrauch ist ausschließlich ein Funktion der Maschineneigenschaften und unabhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit optimal. In dem Leistungsdiagramm können auch andere ideale Arbeitslinien aufgetragen werden, wie beispielsweise eine ideale Arbeitslinie für geringen Schadstoffausstoß.

Bei einem Fahrzeug mit einem herkömmlichen handgeschalteten Rädergetriebe stehen gewöhnlich nur vier oder fünf Vorwärts- Drehzahlverhältnisse bzw. Gänge zur Verfügung. Der Arbeitspunkt der Maschine in dem Leistungsdiagramm ist durch die Antriebswellendrehzahl, die verlangte Leistung bzw. das verlangte Drehmoment und das Getriebeübersetzungsverhältnis bestimmt. Da bei einem typischen Getriebe nur wenige Übersetzungsverhältnisse einschaltbar sind, muß die Maschine über die meiste Zeit gedrosselt werden. Daher muß die Maschine die meiste Zeit mit hohem spezifischem Brennstoffverbrauch arbeiten. Im Gegensatz dazu kann bei einem stufenlosen Getriebe das Übersetzungsverhältnis stufenlos verändert werden, so daß die Maschine bei weiter geöffneter Drosselklappe mit niedrigeren spezifischen Brennstoffverbrauchswerten laufen kann.

Die vielleicht schwierigste Aufgabe bei einem Steuersystem für ein Maschine/Getriebe-System ist es, den Maschinenarbeitspunkt auf der idealen Arbeitslinie zu halten. Dies ist auf das nahezu ständige Übergangsverhalten bei dem Kraftfahrzeugbetrieb zurückzuführen, bei dem kaum über längere Zeit die Fahrlast durch die Straße und das verlangte Drehmoment bzw. die verlangte Leistung konstant bleiben. Den Übergangsvorgängen wird üblicherweise durch eine Änderung des Übersetzungsverhältnisses des stufenlosen Getriebes, der Maschinendrehzahl und der Drosselklappenöffnung begegnet. Bei den Steuersystemen nach dem Stand der Technik ist durch ihre grundlegende Beschaffenheit vor einer Rückkehr in einen steten Zustand eine Abweichung des Maschinenarbeitspunkts von der idealen Arbeitslinie zugelassen. Ein Beispiel für eine derartige Abweichung ist in der Fig. 1 durch eine gestrichelte Linie X-Y-Z dargestellt. Das Ergebnis ist, daß der Maschinenarbeitspunkt an die ideale Arbeitslinie angenähert wird, aber kaum bzw. selten ständig auf dieser Arbeitslinie gehalten wird.

Bei praktisch allen Maschinen/Getriebesteuersystemen ist die Drosselklappenstellung direkt mit dem Fahrpedal steuerbar oder eine direkte Funktion der Fahrpedalstellung sowie anderer Parameter. Die Maschinensteuerung und die Getriebesteuerung stehen üblicherweise in direktem Zusammenhang. Derartige Steuerschemata erlauben eine Abweichung des Maschinenarbeitspunkts von der idealen Arbeitslinie während der Übergänge. Die Abweichungen von der idealen Arbeitslinie ergeben einen nicht mehr optimalen Maschinenbetrieb (wie z. B. einen übermäßigen Brennstoffverbrauch oder einen übermäßigen Schadstoffausstoß), bis dann von dem System während des stationären bzw. steten Betriebszustands wieder die wirksame Steuerung aufgenommen wird. Gemäß den vorangehenden Ausführungen liegt jedoch bei dem Fahrzeugbetrieb von Natur aus größtenteils eher als der stete Zustand der Übergangszustand vor, so daß im wesentlichen alle Arbeitspunkte von der idealen Arbeitslinie abliegen. Ferner müssen die meisten herkömmlichen Steuersysteme besonders an bestimmte Maschinen angepaßt werden. Daher sind für eine Flotte von Fahrzeugen mit unterschiedlichen Maschinen viele auf spezielle Weise ausgelegte Steuersysteme erforderlich. Weiterhin können bei den meisten Steuersystemen nach dem Stand der Technik irgendwelche Änderungen der Maschinenzustände nicht kompensiert werden, was zur Folge hat, die sich das Fahrverhalten des Fahrzeugs mit der Maschinentemperatur, dem Einstellzustand, dem Alter und der Höhenlage ändert. Ein Problem bei den Getriebe-Steuerschemata nach dem Stand der Technik ist auch die enge Anpassung bzw. Angleichung an die normalen Fahrzeugeigenschaften bzw. -Kennwerte.

Die vorstehend angeführten Nachteile und Mängel der Getriebe- Steuerschemata nach dem Stand der Technik werden mit Steuersystemen ausgeschaltet, die in den US-PS 45 15 041, 44 59 878 und 44 58 560 beschrieben sind. Gemäß diesen Patentschriften kann der Maschinenarbeitspunkt auf einfache Weise dadurch auf der idealen Arbeitslinie gehalten werden, daß die Maschine und das Getriebe völlig unabhängig voneinander gesteuert werden. D. h., die Stellung der Maschinendrosselklappe ist völlig unabhängig von der Fahrpedalstellung. Die Drosselklappenstellung und damit das Ausgangsdrehmoment der Maschine ist einfach eine Funktion allein der Maschinendrehzahl, wobei diese Funktion irgendeiner erwünschten Beziehung, nämlich beispielsweise der idealen Arbeitslinie für geringen Brennstoffverbrauch, der idealen Arbeitslinie für geringen Schadstoffausstoß oder einer idealen Arbeitslinie als Kompromiß zwischen geringem Brennstoffverbrauch und geringem Schadstoffausstoß entsprechen kann. Gemäß dem Drehmoment, der Antriebskraft oder anderen erwünschten Leistungsparametern, die mit dem Fahrpedal befohlen werden, wird das Übersetzungsverhältnis des stufenlosen Getriebes gesteuert, während die Maschinendrehzahl durch die anliegende Last bestimmt ist, die eine Funktion des Fahrwiderstands und des Übersetzungsverhältnisses ist. Daher wird die Drosselklappe auf genaue Weise entsprechend der idealen Funktion für irgendeine an der Maschine anliegende Last eingestellt. Mit dem Steuersystem und dem Verfahren, die in den bekannten Patentanmeldungen beschrieben sind, kann ein abnormales Verhalten der Maschine und des Fahrzeugs wie eine Überdrehzahl oder eine Unterdrehzahl der Maschine verhindert werden, ein Stoß bei dem Anfahren aus dem Stillstand abgefangen werden und ein Fahrzeugverhalten erreicht werden, das in nahezu jeder Hinsicht gleich demjenigen eines Fahrzeugs mit einem herkömmlichen automatischen Getriebe ist.

Zur Vereinfachung werden das Steuersystem und das Steuerverfahren gemäß den früheren Patentanmeldungen sowie die mit der Erfindung geschaffenen Verbesserungen in dieser Beschreibung durchgehend im Zusammenhang mit einem Kraftfahrzeug-Antriebssystem mit einer Maschine und einem stufenlosen Getriebe beschrieben. Es ist jedoch offensichtlich, daß die beschriebenen Prinzipien gleichermaßen bei irgendeiner Art von Leistungsabgabesystemen anwendbar sind, einschließlich anderen Fahrzeugsystemen mit Kraftmaschinen mit innerer oder äußerer Verbrennung in irgendeiner Ausführung oder ortsfester Antriebsmaschinenanlagen für den Antrieb von Kompressoren, Generatoren oder irgendwelchen anderen Maschinenanlagen. Wenn der Ausdruck "Drosselklappe" verwendet wird, umfaßt er irgendeinen Mechanismus zum Steuern der Brennstoffzufuhr zu dem Motor oder einer anderen Antriebsmaschine, wie beispielsweise zu einem herkömmlichen Vergaser-Ottomotor, bei dem sich der Brennstofffluß mit der Drosselklappenstellung ändert, zu einem Ottomotor oder Dieselmotor mit Brennstoffeinspritzung, zu einer Gasturbine usw.

Anhand der Fig. 2 bis 9 wird nun das in den genannten Patentschriften beschriebene Steuersystem erläutert. Die Fig. 2 veranschaulicht die funktionellen Zusammenhänge der für den Aufbau des Steuersystems verwendeten Komponenten. Eine Maschine 10 ist treibend über eine (nicht gezeigte) mechanische oder Fluidkupplung mit einem stufenlosen Getriebe 14 mit kontinuierlich veränderbarem Übersetzungsverhältnis verbunden. Der Maschine 10 wird Brennstoff mittels einer Brennstoffzuführungsvorrichtung 12 zugeführt, die bei einem herkömmlichen Vergaser die Drosselklappe und die Brennstoffdüse, ein Brennstoffeinspritzsystem oder dergleichen sein kann. Das Getriebe 14 kann irgendeines der stufenlosen Getriebe der vorstehend beschriebenen vielerlei Arten sein. Die Antriebskraft und das Drehmoment aus der Maschine und dem Getriebe werden an einer Ausgangswelle 16 abgegeben. Das Übersetzungsverhältnis des Getriebes wird durch eine Übersetzungssteuereinheit bzw. Getriebesteuereinheit 17 eingestellt, die als Funktion eines mit einem Drehmomentsensor 19 gemessenen Ausgangsdrehmoments T ₀ und der Antriebskraft bzw. Leistung oder des Drehmoments, die mittels eines Fahrpedals 18 gefordert werden, ein Verhältnisänderungsraten-Signal k erzeugt. Für eine gleichartige Änderung des Übersetzungsverhältnisses können von der Getriebesteuereinheit 17 auch andere Parameter herangezogen werden, die die Leistung des Maschine/Getriebe- Systems angeben. Beispielsweise können statt der Soll- Ausgangsleistung bzw. des Soll-Drehmoments und des gemessenen Ist-Ausgangsdrehmoments die geforderte und die gemessene Fahrzeugbeschleunigung oder Ausgangswellenbeschleunigung oder andere Parameter herangezogen werden. Bei dem in Fig. 2 gezeigten Steuersystem entspricht jedoch das Übersetzungsverhältnis streng einer Funktion der geforderten Leistung bzw. des geforderten Drehmoments und des gemessenen Ausgangsdrehmoments, so daß das Verhältnis völlig unabhängig von dem Maschinenbetrieb ist. Andererseits wird die Maschine mit einer Maschinensteuereinheit 100 gesteuert, welche die Brennstoffzuführvorrichtung 12 entsprechend einer gemessenen Maschinendrehzahl N _E einstellt. Dieser Zusammenhang kann auf gewünschte Weise der idealen Maschinenarbeitslinie für geringen Brennstoffverbrauch, der idealen Arbeitslinie für geringen Schadstoffausstoß, einem Kompromiß zwischen diesen beiden Arbeitslinien oder irgendeiner anderen angestrebten Maschinenarbeitskennlinie entsprechen.

Die Fig. 3 zeigt schematisch das ganze Steuersystem in größeren Einzelheiten. Das in Fig. 3 gezeigte besondere stufenlose Getriebe ist ein Keilriemen-Getriebe mit Riemenscheiben veränderbaren Durchmessers, das eine mit der Ausgangswelle 16 verbundene Abtriebsscheibe 20 und eine mit der Maschine 10 verbundene Antriebsscheibe 30 enthält. Zur Drehkraftübertragung verbindet ein Riemen 15 die Scheiben 20 und 30. Zur Änderung des wirksamen Durchmessers sind die Scheiben 20 und 30 auf hydraulische Weise durch Druckfluid verstellbar. Die Scheibe 20 hat ein axial festes Teil 22 und ein axial bewegbares Teil 24. Das Druckfluid in einer Fluidkammer 26 hinter dem bewegbaren Teil 24 liefert eine axiale Kraft, die dazu erforderlich ist, die Teile 22 und 24 in einem festen Abstand zueinander zu halten (nämlich den wirksamen Durchmesser der Scheibe 20 konstant zu halten) oder zum Ändern des Antriebsdurchmessers das Teil 24 zu dem Teil 22 hin oder von diesem weg zu bewegen. Gleichermaßen hat die Scheibe 30 ein axial festes Teil 32 und ein bewegbares Teil 34, welches durch den Fluiddruck in einer Fluidkammer 36 verstellbar ist. Gemäß der nachfolgenden Beschreibung werden von dem Steuersystem in den Fluidkammern 26 und 36 geeignete Druckwerte derart eingestellt, daß an dem Riemen 15 die richtige Zugspannung aufrecht erhalten wird.

Die Stellung der Drosselklappe 12 als Brennstoffzuführvorrichtung wird mittels einer Drosselservovorrichtung 13 gesteuert, die Signale aus der Maschinensteuereinheit bzw. Maschinensteuerschaltung 100 empfängt. Während bestimmter nachstehend beschriebener Übergangszustände kann die Brennstoffzufuhr mit einem Brennstoffreduzierventil bzw. Brennstoffdrosselventil 11 vermindert oder mit einem Brennstoffabsperrmechanismus 9 völlig abgestellt werden. Das Vermindern und Abstellen des Brennstoffs kann beispielsweise mittels eines einzigen Solenoidventils vorgenommen werden, das in verschiedenen Betriebsarten betreibbar ist. Die Maschinensteuerschaltung 100 spricht auf Eingangssignale für die Fahrpedalstellung (α), die Maschinendrehzahl (N _E ), einen Überordnungsschalter (A/M), der die Wahl zwischen der automatischen Steuerung und der Handsteuerung zuläßt, und einem Anlaß/Neutral-Schalter (S/N) an, mit dem sichergestellt wird, daß das Fahrzeug stehen bleibt, wenn die Maschine angelassen wird.

Der Fluiddruck für das Verstellen der Abtriebscheibe wird durch einen Abtriebscheiben-Druckgeber 200 vorgeschrieben, der über eine Druckservosteuereinheit 250 und einen Fluidverteiler 500 die Einstellung bewirkt. Auf gleichartige Weise wird der Fluiddruck für das Einstellen der Antriebsscheibe 30 durch einen über eine Druckservosteuereinheit 350 und den Fluidverteiler 500 wirkenden Antriebsscheiben-Druckgeber 300 bestimmt. Der Druckgeber 200 spricht auf Eingangssignale N _E für die Maschinendrehzahl, α für die Fahrpedalstellung, N _DS für die mit einem Sensor an der Ausgangswelle 16 gemessene Treibwellendrehzahl und R für das Getriebeübersetzungsverhältnis an. Das Verhältnis R wird in einer Verhältnisschaltung 600 bestimmt und ist der Quotient der Teilung der Maschinendrehzahl N _E durch die Treibwellendrehzahl N _DS .

Die Maschine 10 ist mit dem Getriebe 14 über eine Anfahrkupplung 40 verbunden. Die Anfahrkupplung 40 ist bei dem Stillstand des Fahrzeugs ausgekuppelt und wird bei langsamer Fahrt teilweise eingekuppelt, wobei allmählich die Vollkupplung erreicht wird, die unterhalb eines vorbestimmten Arbeitspunkts auftritt. Die Anfahrkupplung 40 wird mittels einer Steuerschaltung 400, die auf die Fahrpedalstellung α, die Maschinendrehzahl N _E und den Überordnungsschalter A/M anspricht, über eine Servosteuereinheit 450 und den Fluidverteiler 500 gesteuert.

Die Fig. 5, 6 und 7 zeigen schematisch in größeren Einzelheiten die funktionellen Zusammenhänge der in Fig. 2 gezeigten Komponenten. Die Fig. 5 zeigt hauptsächlich die Maschinensteuerschaltung 100. Ein Hauptelement der Maschinensteuerschaltung 100 ist ein Funktionsgenerator 102, der eine Funktion erzeugt, welche irgendeine gewünschte Maschinenarbeitskennlinie darstellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist als Funktion f (N _E ) die ideale Arbeitslinie für geringen Brennstoffverbrauch gewählt. Mit ϑ ist der Drosselöffnungswinkel bezeichnet, der zu dem Sollausgangsdrehmoment der Maschine proportional ist. Diese Funktion f (N _E ) ist in der Fig. 1 grafisch dargestellt. Der von dem Funktionsgenerator 102 abgegebene Funktionswert wird direkt über einen Verstärker 104 der Drosselservovorrichtung 13 zugeführt. Falls die automatische Steuerung abgeschaltet wird, wird über einen Betriebsartschalter 106 eine manuelle Betriebsart eingeschaltet. Bei der manuellen Betriebsart wird die Fahrpedalstellung α direkt über den Verstärker 104 der Drosselservovorrichtung 13 zugeführt. Der Anlaß/Neutral-Schalter S/N ist gleichfalls über den Betriebsartschalter 106 wirksam.

Ein Brennstoffabstellvergleicher 108 dient zu einer Steuerung bei einer Maschinenüberdrehzahl, die bei einer starken Beschleunigung oder bei einer Funktionsstörung im Steuersystem auftreten könnte. Der Brennstoffabstellvergleicher 108 vergleicht die Maschinendrehzahl N _E mit einer maximal zulässigen Maschinendrehzahl von beispielsweise 600 Umdrehungen je Minute. Wenn die Drehzahl N _E höher als 600 Umdrehungen je Minute ist, wird der Brennstoffabsperrmechanismus 9 für das Unterbrechen der Brennstoffzufuhr zur Maschine 10 in Betrieb gesetzt. Der Brennstoffabsperrmechanismus 9 kann beispielsweise ein Solenoid-Absperrventil sein.

Eine weitere Maschinendrehzahlsteuerung wirkt einer innewohnenden Tendenz zur Beschleunigung des Fahrzeugs bei der Freigabe des Fahrpedals entgegen. Diese Erscheinung tritt auf die Verlangsamung hin auf, weil die Fahrzeugträgheit mit der Trägheit einer verhältnismäßig ungedrosselten Maschine über ein Getriebe gekoppelt wird, dessen Übersetzungsverhältnis sich zu einer Schnellgangübersetzung hin ändert. Diese unerwünschte Tendenz ist ausgeprägter, wenn das Fahrpedal plötzlich und vollständig freigegeben wird. Dieses anomale Verhalten wrd durch eine Drosselung bzw. Reduzierung des Brennstoffflusses zur Maschine bei der Rücknahme des Druckes auf das Fahrpedal verhindert, wobei die Brennstoffzuflußdrosselung proportional zur Geschwindigkeit der Fahrpedalstellungsverringerung () ist und der Brennstoffzufluß ferner verringert wird, wenn die Fahrpedalstellung unter 3,6% des Vollausschlags fällt. Für diese Steuerung wird das Brennstoffdrosselventil 11 mit einem Impulsbreitenmodulator 110 gesteuert, an dem das Einschaltverhältnis (nämlich der prozentuale Anteil der Impulsperiode, während der das Brennstoffdrosselventil offengehalten wird) umgekehrt proportional zu der Geschwindigkeit - ist, mit der sich die Fahrpedalstellung verringert. Der Wert - wird aus einer Differenzierschaltung 112 nur dann abgeleitet, wenn kleiner als "0" ist. Zusätzlich wird mit einem Brennstoffdrosselungsvergleicher 114 das Einschaltverhältnis des Impulsbreitenmodulators 110 auf oder nahe an "0" verringert, wenn die Fahrpedalstellung α unter 3,6% abfällt.

Die Fig. 6 zeigt hauptsächlich die Steuerschaltung 400 für die Anfahrkupplung. Es ist offensichtlich, daß zwischen der Maschine und dem Getriebe irgendeine Kupplung vorgesehen werden muß, damit die Maschine leerlaufen kann, während das Fahrzeug stillsteht. Es könnte eine Fluidkupplung bzw. hydraulische Kupplung verwendet werden, jedoch stehen die einer solchen Kupplung anhaftenden mechanischen Verluste im Widerspruch zu dem angestrebten Ziel der Maximierung der Brennstoffnutzung. Ein Drehmomentwandler mit einer Sperrkupplung würde eine Verbesserung darstellen, jedoch ist eine mechanische Kupplung vorzuziehen, wobei für diesen Zweck eine hydraulisch betätigte Kupplung gut geeignet ist. Wie bei herkömmlichen Kraftfahrzeugen ist es hierbei das Ziel, bei stillstehendem Fahrzeug die Kupplung völlig auszukuppeln, bei dem Anfahren des Fahrzeugs die Kupplung allmählich einzukuppeln und mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit die Kupplung fortschreitend weiter einzukuppeln. Zu diesem Zweck wird einem Vergleicher 402 das gemessene Übertragungsverhältnis R zugeführt, das durch die Verhältnisschaltung 600 als Quotient der Maschinendrehzahl N _E zu der Treibwellendrehzahl N _DS berechnet wird. Der Vergleicher 402 schaltet bei einem Verhältnis R über 4,7 einen Schalter 404 durch, um über den Verstärker 104 der Drosselservovorrichtung 13 ein Signal aus einem Verstärker 406 zuzuführen. Dieses Signal entspricht α-N _E ′, wobei N _E ′ eine von einem Funktionsgenerator 408 erzeugte Funktion K(N _E -1000 U/min) ist. Damit wird das Fahrpedal 18 direkt mit der Drosselklappe 12 auf durch (α-N _E ′) veränderbare Weise gekoppelt. Die Konstante K wird derart gewählt, daß die Maschinendrehzahl nicht 2500 Umdrehungen je Minute übersteigen kann, falls die Kupplung nicht voll eingekuppelt ist. Diese direkte Verbindung des Fahrpedals mit der Drosselklappe ermöglicht eine Eingabe in das System für die Anfangsbewegung des Fahrzeugs aus dem Stillstand heraus.

Von dem Vergleicher 402 wird auch ein Schalter 410 durchgeschaltet, über den die Fahrpedalstellung α direkt der Druckservosteuereinheit 450 für die Anfahrkupplung zugeführt wird. Damit ist bis zu dem Punkt, an dem das Verhältnis R gleich 4,7 ist, das Ausmaß des Einkuppelns der Kupplung 40 zur Fahrpedalstellung proportional. Während dieser Periode wird das Ausmaß der direkten Steuerung der Drosselklappe 12 durch das Fahrpedal entsprechend der vorstehend beschriebenen Beziehung vermindert, sobald die Maschinendrehzahl zunimmt.

Wenn das Verhältnis R unter 4,7 abfällt, werden die Schalter 404 und 410 gesperrt, während ein Vergleicher 411 einen Schalter 412 durchschaltet, um der Druckservosteuereinheit 450 für die Kupplung einen Maximaldruck vorzuschreiben. Der Maximaldruck bewirkt das volle Einkuppeln der Kupplung. Sobald das Fahrzeug über diesen Punkt hinaus beschleunigt wird, wird es völlig automatisch gesteuert.

Es ist ersichtlich, daß ohne den Anlaß/Neutral-Schalter S/N irgendein Drücken des Fahrpedals 18 bei dem Anlassen ein Einkuppeln der Kupplung 40 und damit einen Vorwärtsruck des Fahrzeugs verursachen würde. Daher wird mit dem Schalter S/N die Einwirkung der Fahrpedalstellung α auf die Kupplung 40 ausgeschaltet, um ein sicheres Anlassen zu gewährleisten.

Die Fig. 7 zeigt hauptsächlich den Druckgeber 200 für die Abtriebsscheibe und den Druckgeber 300 für die Antriebsscheibe. Der Druckgeber 200 enthält eine Schaltung, die das Übertragungsverhältnis derart einstellt, daß die Maschinenbelastung gesteigert wird, falls die Maschinendrehzahl eine maximale Drehzahl N _MAX von 5500 Umdrehungen je Minute übersteigt. Ferner ist auch eine Schaltung vorgesehen, die das Übersetzungsverhältnis derart verändert, daß die Belastung der Maschine verringert wird, wenn an der Maschinendrehzahl ein Absinken unter eine Leerlaufdrehzahl N _MIN von 1000 Umdrehungen je Minute vorliegt. Diese Änderungen werden mit Summierverstärkern 230 und 232 sowie Begrenzerschaltungen 234 und 236 herbeigeführt. Der Summierverstärker 232 und die Begrenzerschaltung 236 bewirken eine Verringerung des Drucks an der Abtriebsscheibe 20, wodurch die Maschinenbelastung gesteigert wird. Der Summierverstärker 232 nimmt an seinem Negativeingang das Signal für die Maschinendrehzahl N _E und an seinem Positiveingang das Signal für die Maximaldrehzahl N _MAX auf und gibt ein Summenausgangssignal N _MAX -N _E ab. Dieses Summenausgangssignal wird an die Begrenzerschaltung 236 angelegt, die eine nichtlineare Schaltung mit der in Fig. 7 gezeigten Kennlinie ist. Diese Schaltung kann beispielsweise eine in Sperr-Richtung vorgespannte Diode sein, die bei einem negativen Eingangssignal ein im wesentlichen lineares negatives Ausgangssignal und bei einem positiven Eingangssignal ein Ausgangssignal "0" abgibt.

Falls somit N _E  N _MAX übersteigt, wird das an die Begrenzerschaltung 236 angelegte Eingangssignal negativ, was ein negatives Ausgangssignal ergibt. Dieses negative Ausgangssignal wird dann an einen Summierverstärker 210 angelegt, um dessen Summenausgangssignal um einen Wert zu verringern, der zu der Größe proportional ist, um die N _E  N _MAX übersteigt. Infolgedessen wird der Druck an der Abtriebsscheibe 20 proportional verringert. Falls andererseits N _E kleiner als N _MAX ist, ist das an die Begrenzerschaltung 236 angelegte Eingangssignal positiv, so daß daher an den Summierverstärker 210 ein Ausgangssignal "0" angelegt wird. Dieses Ausgangssignal hat keine Einwirkung auf das Summenausgangssignal des Summierverstärkers 210, so daß daher das der Druckservosteuereinheit 250 zugeführte Signal nicht verändert wird.

Der Summierverstärker 230 und die Begrenzerschaltung 234 bewirken eine Steigerung des Drucks an der Abtriebsscheibe 20, um damit die Maschinenbelastung zu vermindern. Der Summierverstärker 230 empfängt an seinem Negativeingang das Signal N _E für die Maschinendrehzahl und an seinem Positiveingang das Signal N _MIN für die Leerlaufdrehzahl und gibt ein Summenausgangssignal N _MIN -N _E ab. Dieses Summenausgangssignal wird an die Begrenzerschaltung 234 angelegt, die der Begrenzerschaltung 236 gleichartig ist. Die Begrenzerschaltung 234 hat jedoch eine nichtlineare Übertragungscharakteristik, gemäß der für ein positives Eingangssignal ein im wesentlichen lineare positives Ausgangssignal und für ein negatives Eingangssignal ein Ausgangssignal "0" abgegeben wird. Die Begrenzerschaltung 234 kann beispielsweise eine in Durchlaßrichtung vorgespannte Diode sein. Falls N _E unter N _MIN abfällt, wird das an die Begrenzerschaltung 234 angelegte Eingangssignal positiv, was zu einem positiven Ausgangssignal führt. Dieses positive Ausgangssignal wird dann an den Summierverstärker 210 angelegt, um den Wert des Summenausgangssignals desselben proportional zu dem Ausmaß zu erhöhen, um das N _E kleiner als N _MIN ist. Infolgedessen wird auf proportionale Weise der Druck an der Abtriebsscheibe 20 erhöht. Falls andererseits N _E größer als N _MIN ist, wird von der Begrenzerschaltung 234 das Ausgangssignal "0" abgegeben, das keine Einwirkung auf das an die Druckservosteuereinheit 250 abgegebene Summenausgangssignal hat.

Der Druckgeber 200 enthält auch eine Schaltung für das von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängige Einstellen der Empfindlichkeit des Fahrpedals 18, um damit näher das "Fahrempfinden" bei einem herkömmlichen Fahrzeug zu simulieren. Dies ist wegen der der Maschine und dem Getriebe anhaftenden Betriebseigenschaften erforderlich. D. h., bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten bleibt das von der Maschine abgegebene Drehmoment ziemlich hoch und konstant (siehe Fig. 1). Bei dem herkömmlichen Fahrzeug wird der verbleibende geringe Anteil des Drehmoments, der der Maschine entnommen werden kann, an die Hinterräder über ein Getriebe in einem hohen Gang mit einem festen, sehr geringen Untersetzungsverhältnis abgegeben. Daher spricht das Fahrzeug bei hohen Geschwindigkeiten hinsichtlich der Beschleunigung auf eine Fahrpedalbewegung ziemlich wenig an. Bei dem mit dem stufenlosen Getriebe ausgestatteten Fahrzeug ergibt das Drücken des Fahrpedals selbst bei hohen Fahrgeschwindigkeiten ein gesteigertes Untersetzungsverhältnis und eine damit verbundene Vervielfachung des Drehmoments über dasjenige bei dem herkömmlichen Fahrzeug hinaus. Falls daher bei höheren Fahrgeschwindigkeiten zum Steuern des Übersetzungsverhältnisses nur unmittelbar die Fahrpedalstellung α herangezogen wird, würde das Fahrzeug außerordentlich empfindlich auf die Fahrpedalbewegung ansprechen. Daher muß bei höheren Fahrgeschwindigkeiten die Empfindlichkeit des Fahrpedals 18 herabgesetzt werden.

Die Fahrpedalempfindlichkeit wird mit zwei Vergleichern 212 und 214 gesteuert. Sobald die Fahrgeschwindigkeit unterhalb eines Schwellenwerts liegt, der einer Teibwellendrehzahl N _DS von 1173 Umdrehungen je Minute oder weniger entspricht, bleibt ein Schalter 216 geschlossen, so daß das Signal α direkt an den Summierverstärker 210 abgegeben wird. Dies stellt in der Auswirkung eine Drehmomentsteuerung dar. Wenn die Treibwellendrehzahl N _DS 1173 Umdrehungen je Minute übersteigt, wird der Schalter 216 gesperrt und ein Schalter 218 durchgeschaltet, so daß dem Summierverstärker 210 ein von einer Dividierschaltung 220 geliefertes Fahrpedalstellsignal zugeführt wird, das dem durch N _DS geteilten Signal α entspricht. Dies stellt in der Wirkung eine Leistungssteuerung dar. Auf diese Weise wird im Bereich höherer Fahrgeschwindigkeiten die Auswirkung irgendeiner Bewegung des Fahrpedals 18 vermindert, um damit das Ansprechen eines herkömmlichen Kraftfahrzeugs auf die Pedalbewegung näher zu simulieren.

Die Fig. 8 zeigt eine Abwandlung des Abtriebscheiben-Druckgebers 200, bei der die Fahrpedalempfindlichkeit als eine Funktion des Übersetzungsverhältnisses R gesteuert wird. Wenn das Verhältnis R gleich oder größer als 3 ist, wird von einem Vergleicher 212′ der Schalter 216 durchgeschaltet, so daß das Fahrpedalstellungssignal α direkt an den Summierverstärker 210 angelegt wird. Wenn das Verhältnis R unter 3 liegt, wird von einem Vergleicher 214 ein Schalter 218 durchgeschaltet, über den dem Summierverstärker 210 und der Dividierschaltung 220 das verringerte Signal zugeführt wird.

Die vorstehend beschriebene Steuerung des Übertragungsverhältnisses ist faktisch eine Steuerung der Verhältnisänderungsgeschwindigkeit . D. h., je größer der mit dem Fahrpedal 18 befohlene Anstieg (oder Abfall) des Fluiddrucks an der Abtriebsscheibe 20 ist, umso schneller ändert sich der Scheibendurchmesser. Daher ergibt beispielsweise ein schnelles Drücken des Fahrpedals 18 eine schnelle Änderung des Übersetzungsverhältnisses und eine schnelle Beschleunigung. Dies stellt natürlich eine den Eigenschaften eines herkömmlichen Fahrzeugs nahekommende Simulation dar.

Das in den Fig. 2 bis 9 dargestellte Steuersystem umfaßt als einen Teil die Erkennung, daß die Steuerung der Verhältnisänderungsrate bzw. Verhältnisänderungsgeschwindigkeit des Getriebes statt der Steuerung allein des Übersetzungsverhältnisses eine verbesserte Getriebesteuerung ergibt. Diese verbesserte Steuerung wird anhand der folgenden Ableitungsgleichung für die Fahrzeugleistung erläutert:

In dieser Gleichung gilt
I _EQ = I _CDS + R ² I _E , während die Übersetzungsverhältnis- Änderungsgeschwindigkeit ist, R das Übersetzungsverhältnis ist, I _E die Trägheit bzw. das Trägheitsmoment der Maschine ist, N _E die Maschinendrehzahl ist, T _E das Maschinendrehmoment ist, T _RL das auf die Triebwelle zurückwirkende Fahrwiderstands- Drehmoment ist, in welchem die durch die Bereifung, den Hinterradantrieb und die Achsen hervorgerufenen Verluste enthalten sind, T _loss die Übertragungsverluste sind, I _CDS die Trägheit bzw. das Trägheitsmoment des Fahrzeugs in der Rückwirkung auf die Treibwelle ist und _DS die an der Treibwelle gemessene Fahrzeugbeschleunigung ist.

Es ist ersichtlich, daß die Fahrzeugbeschleunigung _DS in erster Linie von der Steuerung mindestens irgendeiner dieser Variablen wie beispielsweise von T _E , R oder abhängig ist. Im allgemeinen werden bei herkömmlichen Fahrzeugsystemen für die geforderte Getriebe- und Fahrzeugsteuerung das Übersetzungsverhältnis R und das Maschinenausgangsdrehmoment T _E verändert. Bei der Steuerung des Übersetzungsverhältnisses R ist es jedoch schwierig, das Maschinendrehmoment und die Drehzahl ständig auf der idealen Arbeitslinie zu halten. Dies beruht auf dem Umstand, daß bei jeder Änderung des Verhältnisses R die Maschinenbelastung geändert wird, was wiederum das Maschinenausgangsdrehmoment und die Fahrzeugbeschleunigung beeinflußt.

Für die Bestrebungen, das Maschinendrehmoment und die Drehzahl gleichzeitig zu ändern, um den Maschinenarbeitspunkt auf die Ideallinie zurückzuzwingen, waren sehr komplizierte Steuersysteme erforderlich, da die Steuerung von mehreren Variablen des Leistungssystems abhängig ist. Beispielsweise müssen diese Systeme zwangsläufig die komplizierte Berechnung der erforderlichen Drosselklappenstellung und des Übersetzungsverhältnisses R ausführen, um den Maschinenarbeitspunkt auf die Ideallinie zurückzubringen. Ferner muß bei diesen Systemen die Verhältnisrate bzw. Verhältnisänderungsgeschwindigkeit derart berechnet werden, daß diese Geschwindigkeit bei der Änderung des Verhältnisses auf den Sollwert nicht zu irgendwelchen unerwünschten "dynamischen" Vorgängen bzw. Regelschwingungen am Fahrzeug führt. Falls beispielsweise der Wert übermäßig hoch gewählt wird, tritt zunächst eine unerwünschte Verlangsamung des Fahrzeugs auf, bevor das Fahrzeug beschleunigt werden kann. Diese Erscheinung ergibt sich aus dem negativen Vorzeichen des -Glieds in der vorstehenden Leistungsgleichung.

Bei dem beschriebenen Steuersystem ist jedoch zu erkennen, daß der Wert auf einfache Weise erfaßt und so gesteuert werden kann, daß dadurch die Maschinenleistung nicht von den anderen Variablen beeinträchtigt wird. Dies wird durch Trennen der Maschinensteuerung von der Getriebesteuerung bewerkstelligt, so daß das Maschinendrehmoment und die Drehzahl auf die ideale Arbeitslinie der Maschine festgelegt werden. Infolge der Steuerung des Verhältnisses R tritt keine Beeinträchtigung der anderen abhängigen Variablen auf. Insbesondere wird durch das Ändern des Verhältnisses R zusammen mit einer entsprechenden Änderung des Werts der Maschinenarbeitspunkt nicht von der idealen Arbeitslinie weggeführt, da das Maschinendrehmoment und die Drehzahl ausschließlich durch die Brennstoffunktion f (N _E ) bestimmt werden. Infolgedessen werden die Fahrzeugbeschleunigung _DS und das Ausgangsdrehmoment T ₀ statt durch die anderen Variablen des Leistungssystems ausschließlich durch die Verhältnisänderungsgeschwindigkeit gesteuert.

Es wurde entdeckt, daß die Verhältnisänderungsgeschwindigkeit durch folgende Beziehungen eng angenähert werden kann:
k = α-T ₀ für niedrige Drehzahlen, Drehmomentsteuerung, und
k = α/k′N _DS -T ₀ für hohe Drehzahlen, Leistungssteuerung.

Bei dem vorstehend beschriebenen stufenlosen Keilriemengetriebe tritt für die Verhältnisänderung mit der Geschwindigkeit der Vergleich der Fahrpedalstellung α mit dem Ausgangsdrehmoment T ₀ von Natur aus in den Riemen- und Scheibenkomponenten auf. Bei derartigen Getrieben können für das Herbeiführen dieses Zusammenhangs andere Steuerelemente erforderlich sein. Wie vorangehend ausgeführt wurde, können jedoch andere Parameter, die die Systemleistung angeben, für eine Verhältnisänderung mit einer Geschwindigkeit herangezogen werden, wobei zu der Differenz zwischen dem geforderten Leistungsparameter und dem tatsächlich gemessenen Leistungsparameter proportional ist.

Das vorstehend beschriebene Steuerschema ist in der Fig. 9 grafisch dargestellt. In der Fig. 9 ist die Maschinendrehzahl N _E als eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit, nämlich der Treiberwellendrehzahl N _DS aufgetragen. Das kleinste und das größte Übersetzungsverhältnis sind durch Geraden dargestellt, die vom Koordinatenursprung ausgehen. Die Leerlaufdrehzahl N _MIN (= 1000 U/min) ist durch eine untere horizontale Linie dargestellt, während die maximal zulässige Maschinendrehzahl N _MAX (= 5500 U/min) durch eine obere horizontale Linie dargestellt ist. Die maximale Fahrzeuggeschwindigkeit ist durch eine vertikale Linie am rechten Rand des Diagramms bestimmt.

Die grafische Darstellung in Fig. 9 ist in eine Anzahl getrennter Arbeitsbereiche aufgeteilt. Mit A ist der normale Arbeitsbereich des Maschine/Getriebe-Systems bezeichnet. Der Bereich A ist durch die Linien für das maximale Übersetzungsverhältnis, die maximale Maschinendrehzahl, die maximale Fahrzeuggeschwindigkeit, das minimale Übersetzungsverhältnis und die Leerlaufdrehzahl begrenzt. Bei dem Betrieb des Systems in dem Bereich A ist die Kupplung 40 voll eingekuppelt, während die Drosselklappenstellung zur Gänze eine Funktion der Maschinendrehzahl gemäß der Brennstoffunktion f (N _E ) ist. Bei dem Betrieb an der linken Seite einer eine Treiberwellendrehzahl von 1173 U/min dargestellenden gestrichelten vertikalen Linie wird das Drehmoment gesteuert, während bei dem Betrieb rechts dieser Linie die Leistung gesteuert wird (siehe die beiden vorstehenden Gleichungen und die in Fig. 7 oder 8 gezeigte Schaltung für das Steuern der Fahrpedal- Ansprechempfindlichkeit). Ein Bereich B ist der Bereich der Anfahrsteuerung, nämlich für den Betrieb des Maschine/Getriebe- Systems bei langsamer Fahrt, bei der die Kupplung 40 nur teilweise eingekuppelt ist. Die Steuerschaltung 400 für diesen Betrieb ist in der Fig. 6 dargestellt.

Der Betrieb des Maschine/Getriebe-Systems in den übrigen drei Bereichen C, D und E wird wirkungsvoll mit dem vorstehend beschriebenen Steuersystem verhindert. D. h., der Betrieb in dem Bereich C wird durch die physikalische Begrenzung auf das kleinste Übersetzungsverhältnis sowie durch die Brennstoffdrosseleinrichtung mit dem Brennstoffdrosselventil 11 sowie mit dem Impulsbreitenmodulator 110, der Differenzierschaltung 112 und dem Brennstoffdrosselvergleicher 114 der Maschinensteuerschaltung 100 verhindert (Fig. 5). Der Bereich D ist der Bereich der Überdrehzahlsteuerung mittels des Brennstoffabsperrmechanismus 9 und des Brennstoffabstellvergleichers 108 der Maschinensteuerschaltung 100 (Fig. 5) sowie des Summierverstärkers 232 und der Begrenzerschaltung 236 des Druckgebers 200 (Fig. 7). Der Bereich E ist der Bereich der Maschinenleerlaufsteuerung mit dem Summierverstärker 230 und der Begrenzerschaltung 234 des Druckgebers 200 (Fig. 7).

In der grafischen Darstellung in Fig. 9 ist auch eine Lastlinie gezeigt, die die Maschinendrehzahl angibt, welche zum Beibehalten irgendeiner konstanten Fahrzeuggeschwindigkeit auf ebener Strecke erforderlich ist. Der Ausdruck "Last" umfaßt den Fahrwiderstand, die Radantriebsverluste und dergleichen und stellt die tatsächliche Belastung des Maschine/ Getriebe-Systems dar. Damit nach dem erfindungsgemäßen Steuerschema die Steuerung allein gemäß der Brennstoffunktion erfolgt, um den Maschinenarbeitspunkt auf der idealen Arbeitslinie zu halten, sollte der Übersetzungsverhältnisbereich des Getriebes im wesentlichen alle Übersetzungsverhältnisse enthalten, die für das Aufrechterhalten einer konstanten Fahrzeuggeschwindigkeit bei irgendeiner normalerweise auftretenden Last erforderlich sind. D. h., das kleinste Übersetzungsverhältnis ist vorzugsweise kleiner als das für das Aufrechterhalten der konstanten Fahrzeuggeschwindigkeit auf ebener Strecke erforderliche, während das größte Übersetzungsverhältnis vorzugsweise größer als das für das Aufrechterhalten der konstanten Fahrzeuggeschwindigkeit bei der steilsten Steigerung erforderliche ist, welche erwartet werden könnte. Dieser Zusammenhang ist in der Fig. 9 grafisch durch die Lage der Lastlinie im Bereich A oberhalb der Linie für das kleinste Übersetzungsverhältnis dargestellt. Alle anderen Lastlinien sollten unterhalb der Linie für das größte Übersetzungsverhältnis liegen. Ein hierfür anzustrebender Getriebe- Übersetzungsbereich ist ungefähr 11:1, wobei beispielsweise das Übersetzungsverhältnis bzw. Untersetzungsverhältnis des gesamten Fahrzeugs unter Einschluß des Radantrieb- Untersetzungsverhältnisses maximal 22:1 und minimal 2:1 beträgt. Ein Getriebe mit einem derart breiten Verhältnisbereich ist in der US-Patentanmeldung Seriennummer 2 90 293 vom 5. August 1981 beschrieben. Es kann natürlich ein stufenloses Getriebe mit einem schmäleren Verhältnisbereich eingesetzt werden, jedoch würde ein solches nicht die hohe Flexibilität bzw. Elastizität wie eines mit einem breiteren Bereich ergeben.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 4 werden nun die mechanischen Vorgänge bei einer Änderung des Übersetzungsverhältnisses im Zusammenhang mit den von dem Druckfluid in den Fluidkammern 26 und 36 hervorgerufenen Axialkräften beschrieben. Als untere Kurve in der Fig. 4 ist die stationäre Axialkraft an dem bewegbaren Teil 24 der Abtriebsscheibe 20 als Funktion des Übersetzungsverhältnisses aufgetragen. Auf gleichartige Weise ist als obere Kurve die einer Versetzung des bewegbaren Teils 34 nach innen entgegenwirkende stationäre Axialkraft als Funktion des Übersetzungsverhältnisses aufgetragen. Wenn z. B. gemäß der nachstehenden Beschreibung ein Signal zum Vergrößern des Übersetzungsverhältnisses von 1,0 auf ungefähr 1,7 erzeugt wird, wird der Fluiddruck in der Fluidkammer 26 so gesteigert, daß die Axialkraft von ungefähr 175 kg auf letztlich ungefähr 270 kg erhöht wird. Das bewegbare Teil 24 bewegt sich jedoch infolge der Trägheit des Systems nicht sofort. Infolgedessen ist die Kurve, die den Ausgleichsübergang in der Abtriebsscheibe 20 darstellt, durch die Bewegung von einem Punkt A zu einem Punkt B bei konstantem Verhältnis 1,0 und danach zu einem Punkt C bestimmt, an dem das Kräftegleichgewicht erreicht ist. Auf entsprechende Weise ergibt eine Steigerung des Drucks in der Fluidkammer 36 der Antriebsscheibe 30 eine Steigerung der Axialkraft an dem bewegbaren Teil 34 der Antriebsscheibe 30 von ungefähr 315 kg (Punkt D) bis ungefähr 380 kg (Gleichgewichtspunkt E). Trotz dieser Erhöhung der Axialkraft werden durch die infolge der Vergößerung des Durchmessers der Abtriebsscheibe 20 vergrößerte Zugspannung an dem Riemen 15 die beiden Teile 32 und 34 der Antriebsscheibe 30 auseinandergedrückt, so daß die Antriebsscheibe 30 einen kleineren Mitnahmedurchmesser erhält. Daher folgt die Antriebsscheibe 30 auf gesteuerte Weise jeglichen Änderungen, die an der Abtriebsscheibe 20 auftreten.

Der Antriebsscheiben-Druckgeber 300 gibt einen für die Antriebsscheibe 30 geeigneten Druck als eine Funktion des Übertragungsverhältnisses R und des gemessenen Ausgangsdrehmoments T ₀ vor. Diese Funktion wurde in der Weise ermittelt, daß eine ausreichende Zugspannung im Riemen 15 ohne übermäßige Belastung sowie ein ruckfreier Wechsel des Übersetzungsverhältnisses erreicht wird. Ein Beispiel für eine zu diesem Zweck geeignete Funktion ist folgende:

P _DR = K ₁ + (K _2/R + K ₃) T ₀

wobei P _DR der Fluiddruck in der Fluidkammer 36 der Antriebsscheibe 30 ist und K ₁, K ₂ und K ₃ geeignet gewählte Konstanten sind.

Das System gemäß den Fig. 2 bis 9 kann auch unter Einsatz der Mikroprozessortechnologie aufgebaut werden. Ein derartiges Steuersystem ist in Blockdarstellung in Fig. 10 gezeigt. Das Steuersystem weist eine Zentraleinheit 700 auf, die mit einer durch einen Quarz 701 bestimmten Taktfrequenz arbeitet. Die Zentraleinheit (CPU) 700 kann aus einer Anzahl bekannter Mikroprozessoreinheiten gewählt werden und eine 4-, 8- oder 16-Bit-Einheit sein. Die Frequenz des Quarzes 701 kann irgendeine für das Betreiben der Zentraleinheit 700 geeignete Frequenz sein. An die Zentraleinheit 700 sind über eine Adressen/Datenleitung 705 ein Festspeicher (ROM) 702, ein Schreib/Lesespeicher bzw. Arbeitsspeicher (RAM) 703 und Eingabe/Ausgabe-Einheiten 704 angeschlossen. Der Festspeicher 702 enthält ein Speicherprogramm, welches bei dem Betrieb des Steuersystems von der Zentraleinheit 700 ausgeführt wird. Die Algorithmen für das in dem Festspeicher 702 gespeicherte Programm werden nachstehend anhand der Fig. 14, 15 und 16 erläutert. Der Arbeitsspeicher 703 ist ein Hilfsspeicher, der zum zweiteiligen Speichern von durch die Zentraleinheit 700 bei der Ausführung des in dem Festspeicher 702 gespeicherten Programms berechneten Zwischenwerten und zum Speichern von aus den Eingängen der Eingabe/Ausgabe-Einheiten 704 ausgelesenen Werten benutzt wird. Der Festspeicher 702 und der Arbeitsspeicher 703 können gleichfalls aus einer Anzahl bekannter Speicher gewählt werden. Die Eingabe/Ausgabe-Einheiten 704 dienen als Schnittstelle zwischen der Zentraleinheit 700 und externen Vorrichtungen, die nachfolgend ausführlicher beschrieben werden. Die Eingabe/Ausgabe-Einheiten 704 können eine oder mehrere Peripherieschnittstellenschaltungen hohen Integrationsgrads aufweisen, die aus bekannten Schaltungen gewählt sind, oder aus einer Vielzahl adressierbarer Pufferschaltungen wie UND-Gliedern, ODER-Gliedern und Invertern bestehen. Es ist auch ersichtlich, daß der Festspeicher 702, der Arbeitsspeicher 703 und die Eingabe/Ausgabe-Einheiten 704 mit für die Zentraleinheit 700 erforderlichen Schnittstellenschaltungen für die Adressenwahl und für Daten auszustatten sind.

Die Eingabe/Ausgabe-Einheiten 704 haben mehrere Dateneingänge 706 und 707 für die Aufnahme von Eingangssignalen aus externen Vorrichtungen und mehrere Datenausgänge 708 und 709 für Abgabe von Ausgangssignalen an externe Vorrichtungen. An den Eingang 707 ist ein Analog/Digital- bzw. A/D-Wandler 710 für das Umsetzen analoger Eingangssignale in entsprechende Digitalwerte für die Verarbeitung durch die Zentraleinheit 700 angeschlossen. Es ist zwar nur ein A/D-Wandler gezeigt, jedoch können an den Eingang 707 mehrere derartige Wandler angeschlossen werden. Bei dem erfindungsgemäßen System sind gemäß der Darstellung an die Eingänge des A/D-Wandlers 710 Sensoren angeschlossen, die analoge Signale abgeben, welche die Fahrpedalstellung, die Drosselklappenstellung, das Maschinendrehmoment T _E und den Ansaugdruck wiedergeben. Diese analogen Signale werden durch den A/D-Wandler 710 in digitale Werte für die Verarbeitung durch die Zentraleinheit 700 umgesetzt. Diejenigen Vorrichtungen, die Eingangssignale liefern, bei denen keine Umsetzung erforderlich ist, sind direkt an den Eingang 706 angeschlossen. Gemäß Fig. 10 geben diese Vorrichtungen ein Einkuppelsignal, ein Schalthebelstellungssignal, ein Maschinendrehzahlsignal und ein Treibwellen- bzw. Ausgangsdrehzahlsignal ab. Obgleich dies nicht dargestellt ist, können auch alternativ in Abhängigkeit von der Art der verwendeten Drehmelder die Drehzahlsignale jeweiligen Frequenz/Spannungs- bzw. f/V-Umsetzern zugeführt werden, deren Ausgangssignale dem A/D-Wandler 710 zugeführt werden. Es ist auch anzumerken, daß die direkt an die Eingabe/Ausgabe-Einheiten 704 angeschlossenen Vorrichtungen alternativ über eine (nicht gezeigte) geeignete Pufferschaltung an den Eingang 706 angeschlossen werden können und jeweils mehrere eigene Eingänge haben können.

An den Ausgang 708 ist ein Digital/Analog- bzw. D/A-Wandler 711 für das Umsetzen digitaler Ausgangssignale der Zentraleinheit 700 in entsprechende analog Werte für das Steuern externer Vorrichtungen angeschlossen. Es ist zwar nur ein D/A-Wandler gezeigt, jedoch können an den Ausgang 708 mehrere derartige Wandler angeschlossen werden. Gemäß Fig. 10 sind an die Ausgänge des D/A-Wandlers 711 Solenoidtreiberstufen 712 bis 714 angeschlossen, mit denen Solenoide für das Steuern des Drucks an der Abtriebsscheibe, des Drucks an der Antriebsscheibe bzw. der Drosselklappenstellung betrieben werden. Diejenigen externen Vorrichtungen, die direkt mit digitalen Signalen gesteuert werden können, können über den Ausgang 709 direkt mit den Eingabe/Ausgabe-Einheiten 704 verbunden werden. Beispielsweise ist eine Solenoidtreiberstufe 715 zum Steuern des Brennstoffabsperrventils über den Ausgang 709 direkt mit den Eingabe/Ausgabe-Einheiten 704 verbunden. Ob die Solenoidtreiberstufen 712 bis 715 an die Eingabe/Ausgabe- Einheiten 704 direkt oder über einen D/A-Wandler angeschlossen werden, hängt von der für das jeweilige Solenoid benutzten Treiberschaltung ab. Die Solenoidtreiberstufen 712 bis 715 sind lediglich für die Erläuterung auf die in Fig. 10 gezeigte Weise angeschlossen. Es ist anzumerken, daß die direkt an die Eingabe/Ausgabe-Einheiten 704 angeschlossenen Vorrichtungen alternativ über (nicht gezeigte) geeignete Pufferschaltungen an den Ausgang 709 angeschlossen werden können und jeweils eine Vielzahl eigener Ausgänge haben können.

Das in Fig. 10 gezeigte Mikroprozessor-Steuersystem wird mittels einer Batterie 716 betrieben. Die Batterie 716 kann eine dem Steuersystem gesondert zugeordnete Batterie oder eine Batterie mit mehreren Funktionen sein, wie z. B. die Anlasserbatterie des Fahrzeugs. An die Batterie 716 ist eine Stromversorgungsschaltung 717 angeschlossen, die den jeweiligen Komponenten des Steuersystems Spannungen mit dem erforderlichen Pegel zuführt. Die Stromversorgungsschaltung 717 kann auf bekannte Weise einen oder mehrere Spannungsregler sowie zugeordnete Filterschaltungen enthalten.

In der Fig. 11 sind verschiedenerlei Signale zusammengefaßt, die bei dem erfindungsgemäßen Steuersystems den Eingabe/Ausgabe- Einheiten 704 zugeführt oder aus diesen abgegeben werden.

Die Funktion des Mikroprozessor-Steuersystems wird nun anhand der Fig. 12, 13 und 14 erläutert. Die Fig. 12 ist ein Hauptablaufdiagramm, das die Programmschritte des in dem Festspeicher 702 gespeicherten Programms zeigt. Die Programmschritte werden aufeinanderfolgend von der Zentraleinheit 700 in einem vorbestimmten festen Wiederholungstakt ausgeführt, der bei einem Schritt 3 des Ablaufdiagramms eingestellt wird. Die Fig. 13 ist ein Ablaufdiagramm der Programmschritte einer Brennstoffdrosselroutine, die bei einem Schritt 8 des Hauptablaufdiagramms abgerufen wird. Fig. 14 ist ein Ablaufdiagramm, das alternative Parameter zeigt, welche für die Bestimmung verglichen werden können, ob die Brennstoffdrosselung vorzunehmen ist.

Wenn bei einem Schritt 1 das Steuersystem in Betrieb gesetzt wird, nämlich beispielsweise die Maschine des Fahrzeugs angelassen wird, schreitet danach das Programm zu einem Schritt 2 weiter, bei dem eine Anfangseinstellungsroutine ausgeführt wird. Bei dem Schritt 2 werden alle Arbeitsvariablen auf vorbestimmte Anfangswerte eingestellt und in den Arbeitsspeicher 703 eingespeichert. Nachdem alle Variable eingestellt und gespeichert sind, schreitet das Programm zu dem Schritt 3 weiter, bei dem der Wiederholungstakt für die Programmschritte eingestellt wird. Der Wiederholungstakt bestimmt die Frequenz, mit der die Zentraleinheit 700 die Daten an den Eingängen 706 und 707 einliest, die Daten verarbeitet und die entsprechenden Steuerbefehle an die Ausgänge 708 und 709 abgibt. Die Daten werden bei einem Schritt 4 in die Zentraleinheit 700 eingelesen und in den nachfolgenden Schritten zu den entsprechenden Steuerbefehlen verarbeitet, was nachfolgend erläutert wird.

Bei einem Schritt 5 ermittelt die Zentraleinheit 700, ob der Fahrhebel in der Neutralstellung N, der Fahrstellung D oder der Rückfahrstellung R steht. Falls der Hebel in der Neutralstellung steht, schreitet das Programm zu einem Schritt 9 weiter, bei dem in Subroutinen die beim Schritt 4 eingegebenen Daten zu entsprechenden Befehlen für die Scheibendrucksteuerung (Fig. 7 und 8), die Maschinensteuerung (Fig. 5) und die Kupplungsschlupfsteuerung (Fig. 6) verarbeitet werden. Von dem Schritt 9 weg schreitet das Programm zu einem Schritt 10 weiter.

Falls der Schalthebel in der Fahrstellung oder der Rückfahrstellung steht, schreitet das Programm von dem Schritt 5 zu einem Schritt 6 weiter. Bei dem Schritt 6 wird der Zustand der Kupplung ermittelt. Wenn die Kupplung ausgekuppelt ist, schreitet das Programm zu dem Schritt 9 weiter, bei dem die vorstehend genannten Subroutinen ausgeführt werden, wonach das Programm zu dem Schritt 10 fortschreitet. Falls die Kupplung eingekuppelt ist, schreitet das Programm von dem Schritt 6 zu einem Schritt 7 weiter. Bei dem Schritt 7 wird das Getriebe-Übersetzungsverhältnis R durch Teilen der Maschinendrehzahl N _E durch die Treibwellen- bzw. Ausgangsdrehzahl N _DS festgelegt (Verhältnisschaltung 600 nach Fig. 6). Danach schreitet das Programm zu dem Schritt 8 weiter, bei dem in Subroutinen die bei dem Schritt 4 eingegebenen Daten zu geeigneten Befehlen für die Maschinensteuerung (Fig. 5), die Scheibendrucksteuerung (Fig. 7 oder 8) und die Brennstoffdrosselsteuerung (Fig. 5, Differenzierschaltung 112 und Impulsbreitenmodulator 110) weiterverarbeitet werden. Der Ablauf der Subroutine für die erfindungsgemäße Brennstoffdrosselung wird nachstehend ausführlicher anhand der Fig. 13 erläutert.

Nachdem bei dem Schritt 8 die Subroutinen ausgeführt worden sind, schreitet das Programm zu dem Schritt 10 weiter, bei dem die bei der Ausführung der vorstehend genannten Subroutinen berechneten und festgelegten verschiedenartigen Steuerbefehle in der Form von Befehlen über die Ausgänge 708 und 709 an die verschiedenartigen Steuervorrichtungen ausgegeben werden. Nachdem der Schritt 10 abgeschlossen ist, nimmt die Zentraleinheit 700 bei einem Schritt 11 einen Wartezustand ein. Der Wartezustand dauert bis zu dem Ablauf des bei dem Schritt 3 eingestellten Wiederholungstakts an, wonach dann das Programm zu dem Schritt 3 zurückkehrt, bei dem der Wiederholungstakt wieder eingestellt wird, wonach die Programmschritte bzw. Algorithmen wiederholt werden.

Gemäß den vorstehenden Ausführungen besteht die Tendenz, daß das Fahrzeug beschleunigt, wenn das Fahrpedal freigegeben wird. Diese Erscheinung tritt auf eine Verlangsamung bzw. Bremsung hin auf, da die Fahrzeugträgheit mit der Trägheit einer verhältnismäßig ungedrosselten Maschine über ein Getriebe gekoppelt wird, dessen Übertragungsverhältnis sich zu einer Schnellgangübertragung hin ändert. Diese unerwünschte Tendenz ist besonders ausgeprägt, wenn das Fahrpedal plötzlich und völlig freigegeben wird. Dieses anormale Verhalten wird dadurch verhindert, daß der Brennstofffluß zur Maschine reduziert bzw. gedrosselt wird, wenn der Druck auf das Fahrpedal verringert wird, wobei die Drosselung des Brennstoffflusses zur Geschwindigkeit (-) der Verringerung der Fahrpedalstellung proportional ist, und daß der Brennstofffluß ferner auch dann gedrosselt wird, wenn die Fahrpedalstellung unter 3,6% der Vollauslenkung abfällt.

Bei dem erfindungsgemäßen System wird diese Funktion von dem Mikroprozessor ausgeführt, wobei der erfindungsgemäße neuartige Prozeß herangezogen wird. Gemäß den vorangehenden Ausführungen wird die erfindungsgemäße Brennstoffreduzierung als Brennstoffdrosselung bezeichnet, um eine Verwechslung zwischen der in den anstehenden Patentanmeldungen offenbarten und mit diskreten Komponenten herbeigeführten Brennstoffreduzierung und dem mit der Erfindung offenbarten und in Mikroprozessor- Technologie ausgeführten Prozeß zu vermeiden. Die erfindungsgemäße Brennstoffdrosselung wird nun anhand der Fig. 11 bis 16 erläutert.

Die Fig. 16 ist eine grafische Darstellung des Fahrpedalwegs, wobei auf der Vertikalachse die Fahrpedalstellung und auf der Horizontalachse Zeiteinheiten t aufgetragen sind. Gemäß dieser Darstellung wird das Fahrpedal zwischen Zeitpunkten 1 und 8 in positiver Richtung bewegt, was anzeigt, daß das Fahrpedal gedrückt wird. Nach dem Zeitpunkt 8 ist eine Bewegung des Fahrpedals in negativer Richtung dargestellt, was anzeigt, daß das Fahrpedal freigegeben bzw. zurückgenommen worden ist. Wenn eine erste und eine zweite Fahrpedalstellung bekannt sind, kann die Änderung der Gaspedalstellung aus der folgenden Beziehung ermittelt werden:

= α (i) - α (i-1)

wobei die Änderung der Gaspedalstellung ist, α (i-1) die erste Gaspedalstellung ist und α (i) die zweite Gaspedalstellung ist.

Aus dieser Beziehung ist ersichtlich, daß bei = 0 die Fahrpedalstellung überhaupt nicht geändert wurde. Für positive Werte von wurde die Fahrpedalstellung insgesamt in positiver Richtung verändert, was anzeigt, daß das Fahrpedal gedrückt worden ist. Bei negativen Werten von wurde die Fahrpedalstellung in der negativen Richtung verändert, was anzeigt, daß das Fahrpedal freigegeben bzw. zurückgenommen worden ist. Daher besteht bei einem negativen Wert die Tendenz, daß die Maschine beschleunigt wird, obgleich sie gedrosselt bzw. gebremst werden sollte.

Die Fig. 17 veranschaulicht den Einschaltzyklus der Brennstoffdrosselung-Solenoidtreiberstufe 715, nämlich der Treiberstufe für das Brennstoffdrosselventil 11 bei einer Änderung der Fahrpedalstellung mit -Werten von weniger als "0". Die Brennstoffdrosselungs-Solenoidtreiberstufe 715 soll eine Treiberstufe sein, deren Einschaltzyklus bzw. Einschaltdauer sich umgekehrt proportional zu dem Ausmaß der Änderung der Fahrpedalstellung ändert. Daher ist für große negative Werte die Solenoideinschaltzeit entsprechend länger, um eine stärkere Brennstoffdrosselung für das Kompensieren der Maschinendrehzahlerhöhung zu ergeben. Für kleine negative Werte von ist die Solenoideinschaltzeit entsprechend kürzer, so daß eine geringere Brennstoffdrosselung zum Kompensieren der Drehzahlerhöhung erfolgt. Es ist somit ersichtlich, daß das Einschaltverhältnis bzw. die Einschaltdauer der Brennstoffdrosselungs- Solenoidtreiberstufe 715 entsprechend dem Ausmaß der Änderung von α moduliert wird. Hierzu ist anzumerken, daß der Maschine der Brennstoff nur während des Einschaltteils des Solenoideinschaltzyklus zugeführt wird. Daher bleibt bei einem Ausfall des Steuersystems die Brennstoffdrosselungs- Solenoidtreiberstufe 715 abgeschaltet, so daß der Maschine kein Brennstoff zugeführt wird.

Die Fahrpedalstellung kann mittels eines Sensors erfaßt werden, der ein der Fahrpedalstellung entsprechendes analoges Signal abgibt. Dieses Signal wird von dem A/D-Wandler 710 in digitale Werte für die Verarbeitung durch die Zentraleinheit 700 gemäß Fig. 12 umgesetzt. Der A/D-Wandler 710 kann ein 8- Bit-Wandler sein, der durch die Analogumsetzung 256 digitale Pegel liefert, von denen jeder somit 100%/256 bzw. 0,3870% des vollen Fahrpedalwegs darstellt. Ein solches Auflösungsvermögen ist mehr als ausreichend für das erfindungsgemäße Brennstoffdrosselungs-Steuersystem. Es kann auch ein 5-Bit- Wandler eingesetzt werden, der bei der Umsetzung der analogen Signale 32 digitale Pegel liefert, so daß jeder digitale Pegel 100%/32 bzw. 3,13% des vollen Fahrpedalwegs darstellt. Der Ablauf der bei dem Schritt 8 des Hauptablaufdiagramms in Fig. 12 abgerufenen Brennstoffdrosselungs-Subroutine wird nun anhand der Fig. 13 erläutert.

Die Fig. 13 ist ein Ablaufdiagramm einer Subroutine, bei der die bei dem Schritt 4 nach Fig. 12 eingegebenen Daten in geeignete Befehlssignale für die Brennstoffdrosselungs- Solenoidtreiberstufe 715 verarbeitet werden. Bei der folgenden Erläuterung sei angenommen, daß das Steuersystem gerade erst in Betrieb genommen wurde und die in Fig. 13 gezeigte Subroutine erstmalig abgearbeitet wird. Bei einem Schritt S 1 wird von der Zentraleinheit 700 die gerade bestehende Fahrpedalstellung α (i) aus dem A/D-Wandler 710 eingelesen und in den Arbeitsspeicher 703 eingespeichert. Dann schreitet das Programm zu einem Schritt S 2 weiter, bei dem die Maschinendrehzahl N _E mit einer vorbestimmten Maschinendrehzahl N _S verglichen wird. Falls N _E kleiner als N _S ist, erfolgt keine Brennstoffdrosselung, so daß die Zentraleinheit 700 zu einem Schritt S 16 fortschreitet, der die Rückkehr zu der Hauptsteuerroutine darstellt. Die vorbestimmte minimale Maschinendrehzahl N _S wird bei dem Schritt 2 gemäß Fig. 12 eingestellt. Der Wert N _S soll auf einen Wert eingestellt werden, der ausreichend hoch ist, das Stehenbleiben der Maschine bei der Brennstoffdrosselung zu verhindern. Falls N _E größer als oder gleich N _S ist, schreitet das Programm zu einem Schritt S 3 weiter. Bei dem Schritt S 3 wird die bei dem Schritt S 1 eingelesene gegenwärtige Fahrpedalstellung α (i) mit einer vorangehenden Fahrpedalstellung α (i-1) verglichen, um eine Änderung der Fahrpedalstellung zu ermitteln. Da die Subroutine erstmalig abgearbeitet wird, hat α (i-1) den bei dem Anfangseinstellungsschritt 2 der in Fig. 12 gezeigten Hauptsteuerroutine eingestellten Wert (z. B. "0"). Danach führt die Zentraleinheit 700 einen Schritt S 4 aus, bei dem der Zustand eines Zeitgebers für den Arbeitszyklus bzw. das Einschaltverhältnis des Brennstoffdrosselsolenoids, nämlich der in diesem Zeitgeber gespeichert Wert j überprüft wird. Der Wert j bestimmt die Einschaltdauer des Brennstoffdrosselsolenoids und wird in Abhängigkeit von dem Ausmaß der Änderung der Fahrpedalstellung eingestellt. Anfänglich wird der Zeitgeberwert j auf "0" eingestellt, was bedeutet, daß das Brennstoffdrosselsolenoid nicht eingeschaltet wird. Infolgedessen schreitet das Programm von dem Schritt S 4 zu einem Schritt S 5 weiter. Bei dem Schritt S 5 wird der bei dem Schritt S 3 ermittelte Wert der Änderung der Fahrpedalstellung überprüft. Wenn der Wert positiv ist, liegt keine Verlangsamung bzw. Zurücknahme vor, so daß keine Brennstoffdrosselung erforderlich ist. Daher schreitet das Programm von dem Schritt S 5 zu dem Schritt S 16 für die Rückkehr zur Hauptsteuerroutine weiter. Wenn der Wert negativ ist, wird dadurch eine Verlangsamung angezeigt, so daß die Brennstoffdrosselung erforderlich ist. Daher schreitet das Programm von dem Schritt S 5 zu einem Schritt S 7 weiter. Bei dem Schritt S 7 vergleicht die Zentraleinheit 700 den bei dem Schritt S 3 ermittelten Wert mit einem vorbestimmten Wert ₁. Der Schritt S 7 und ein folgender Schritt S 9 dienen dazu, die für das Ausmaß der Änderung der Fahrpedalstellung geeignete Einschaltdauer des Brennstoffdrosselsolenoids zu ermitteln. Daher wird bei dem Schritt S 7 mit ₁ und bei dem Schritt S 9 mit ₂ verglichen. Die Werte ₁ und ₂ werden im voraus festgelegt und anfangs bei dem Schritt 2 der Hauptroutine eingestellt. Falls der Vergleich bei dem Schritt S 7 zeigt, daß größer als ₁ ist, führt die Zentraleinheit 700 den Schritt S 9 aus, bei dem mit ₂ verglichen wird. Andernfalls stellt die Zentraleinheit 700 bei einem Schritt S 10 in dem j-Zeitgeber einen vorbestimmten Wert j ₁ ein. Von dem Schritt S 10 schreitet das Programm zu einem Schritt S 13 weiter, bei dem ein Wert SZ in einem Schleifenzähler auf "0" zurückgestellt wird. Wenn der j-Zeitgeber einen von "0" verschiedenen Wert j enthält, wird der im Schleifenzähler gespeicherte Wert SZ bei jedem Durchlaufen der Subroutine aufgestuft, was nachstehend erläutert wird. Von dem Schritt S 13 schreitet das Programm zu einem Schritt S 14 weiter, bei dem das Brennstoffdrosselsolenoid eingeschaltet wird. Von dem Schritt S 14 schreitet das Programm zu dem Schritt S 16 für die Rückkehr zur Hauptroutine weiter.

Wenn bei dem Schritt S 7 größer als ₁ ist, schreitet auf die vorstehend beschriebene Weise das Programm von dem Schritt S 7 zu dem Schritt S 9 weiter. Bei dem Schritt S 9 wird mit ₂ verglichen. Falls kleiner als ₂ ist, wird von der Zentraleinheit 700 bei einem Schritt S 11 in dem j-Zeitgeber ein vorbestimmter Wert j ₂ eingestellt. Danach schreitet das Programm zu dem vorstehend beschriebenen Schritt S 13 weiter. Falls größer als ₂ ist, wird von der Zentraleinheit 700 bei einem Schritt S 12 in dem j-Zeitgeber ein vorbestimmter Wert j ₃ eingestellt. Danach schreitet das Programm zu dem beschriebenen Schritt S 13 weiter.

Wenn die Subroutine zum zweiten Mal durchlaufen wird, werden die Schritte S 1, S 2 und S 3 auf die vorstehend beschriebene Weise ausgeführt. Bei dem Schritt S 3 wird jedoch als α (i-1) der bei dem vorangegangenen Durchlaufen der Subroutine von der Zentraleinheit 700 eingelesene Wert α (i) eingesetzt. Da der j-Zeitgeber nicht mehr auf "0" rückgesetzt ist, wenn das Programm den Schritt S 4 erreicht, schreitet das Programm zu einem Schritt S 6 weiter, bei dem der im Schleifenzähler gespeicherte WErt SZ aufgestuft wird. Danach schreitet das Programm zu einem Schritt S 8 weiter. Bei dem Schritt S 8 wird der in dem j-Zeitgeber gespeicherte Wert j mit dem in dem Schleifenzähler gespeicherten Wert SZ verglichen. Falls SZ kleiner als j ist, ist der Einschaltbereich bei dem Arbeitszyklus des Brennstoffdrosselsolenoids noch nicht abgelaufen, so daß das Programm von dem Schritt S 8 zu dem Schritt S 14 fortschreitet und auf die vorstehend beschriebene Weise fortdauert. Falls jedoch SZ größer als j ist, ist bei dem Arbeitszyklus des Brennstoffdrosselsolenoids der Einschaltbereich abgelaufen, so daß das Programm von dem Schritt S 8 zu einem Schritt S 15 fortschreitet, bei dem das Solenoid ausgeschaltet wird. Von dem Schritt S 15 schreitet das Programm zu dem Schritt S 16 für die Rückkehr zur Hauptroutine weiter.

Bei der durch das Ablaufdiagramm in Fig. 13 veranschaulichten Subroutine wird die Brennstoffdrosselung vorgenommen, wenn die Maschinendrehzahl N _E höher als die vorbestimmte Drehzahl N _S ist; dadurch wird verhindert, daß die Maschine stehenbleibt, wenn das Brennstoffdrosselsolenoid eingeschaltet wird. Die Fig. 14 zeigt alternative Vergleichsparameter für den Schritt S 2 des Ablaufdiagramms in Fig. 13. Gemäß Fig. 14A wird die Brennstoffdrosselung auf die vorstehend beschriebene Weise vorgenommen. Gemäß Fig. 14B wird die Brennstoffdrosselung vorgenommen, wenn das Maschinendrehmoment T _E höher als ein vorbestimmtes Maschinendrehmoment T _S oder gleich diesem ist. Gemäß Fig. 14C wird die Brennstoffdrosselung ausgeführt, wenn der Drosselklappenstellungswinkel ϑ größer als ein vorbestimmter Winkel ϑ _S oder gleich diesem ist. Gemäß Fig. 14D wird die Brennstoffdrosselung vorgenommen, wenn der Ansaugdruck Pm niedriger als ein vorbestimmter Ansaugdruck Pms oder gleich diesem ist. Es ist anzumerken, daß unter den vorstehend genannten Parametern der Vergleich zwischen der Maschinendrehzahl N _E und der vorbestimmten minimalen Maschinendrehzahl N _S die vollkommenste Ermittlung darüber ergibt, ob die Maschine stehenbleibt, wenn das Brennstoffdrosselsolenoid eingeschaltet wird.

Gemäß Fig. 13 werden in dem j-Zeitgeber drei diskrete Werte entsprechend dem Ausmaß der Änderung der Fahrpedalstellung eingestellt. Es können jedoch in dem j-Zeitgeber auch mehr Werte eingestellt werden, um damit eine genauere Steuerung des Arbeitszyklus bzw. der Einschaltdauer des Brennstoffdrosselsolenoids zu erzielen.

Es wurde festgestellt, daß die geeignete Einstellung für den j-Zeitgeber auch nach folgender linearen Gleichung festgelegt werden kann: j = INT ((*K) + K ₁) wobei j der in dem j- Zeitgeber einzustellende Wert ist, INT einen Programmvorgang darstellt, der aus der in Klammern nachgesetzten Größe einen ganzzahligen Wert ergibt, die Änderung der Fahrpedalstellung ist, K eine erste Konstante ist und K ₁ eine zweite Konstante ist. Diese lineare Beziehung kann anstelle der Schritte S 7 und S 9 bis S 12 des in Fig. 13 gezeigten Ablaufdiagramms herangezogen werden.

Das Ausmaß der Brennstoffdrosselung kann auch als eine Funktion des Übersetzungsverhältnisses R bestimmt werden. Falls das Übersetzungsverhältnis hoch ist und die negative Änderung der Fahrpedalstellung zu einer Brennstoffdrosselung führt, wechselt das Getriebe plötzlich auf die Schnellgangübersetzung mit einem entsprechenden Ruck des Fahrzeugs. Es wurde somit festgestellt, daß bei hohem Übersetzungsverhältnis die Einschaltdauer des Brennstoffdrosselsolenoids verkürzt werden muß, um den Wechsel des Getriebes in die Schnellgangübersetzung und den Ruck zu vermeiden. Daher kann dann, wenn das Übersetzungsverhältnis R größer als ein vorbestimmtes Verhältnis R _S ist, der j-Zeitgeber entsprechend der folgenden linearen Beziehung eingestellt werden:
j = INT ((*1/R*K) + K ₁) wobei j der Wert für den j-Zeitgeber ist, INT einen Programmvorgang dargestellt, der aus der in den Klammern nachgesetzten Größe einen ganzzahligen Wert ergibt, die Änderung der Fahrpedalstellung ist, 1/R der Kehrwert des Übersetzungsverhältnisses ist, K eine erste Konstante ist und K ₁ eine zweite Konstante ist.

Wenn es erwünscht ist, gemäß der Darstellung durch die Schritte S 7 und S 9 bis S 12 in dem in Fig. 13 gezeigten Ablaufdiagramm in dem j-Zeitgeber diskrete Werte einzustellen, und wenn das Übersetzungsverhältnis R größer als ein vorbestimmtes Verhältnis R _S ist, kann in dem j-Zeitgeber ein Wert gemäß folgender Beziehung eingestellt werden: j = INT ((J*1/R*K) + K ₁) wobei j der Wert für den j-Zeitgeber ist, INT einen Programmvorgang dargestellt, der aus der in den Klammern nachgesetzten Größe einen ganzzahligen Wert ergibt, J ein bei dem Schritt S 10, S 11 oder S 12 gewählter vorbestimmter Wert für den j-Zeitgeber ist, 1/R der Kehrwert des Übersetzungsverhältnisses ist, K eine erste Konstante ist und K ₁ eine zweite Konstante ist.

Die vorstehend angeführten Beziehungen ergeben für den j- Zeitgeber zur Brennstoffdrosselung einen Wert, der zum Übersetzungsverhältnis umgekehrt proportional ist. Infolgedessen wird bei einem hohen Übersetzungsverhältnis das Ausmaß der Brennstoffdrosselung entsprechend verringert, um die ungünstigen Auswirkungen in der Form des plötzlichen Wechsels auf die Schnellgangübersetzung und des Ruckens zu verhindern.

Das vorstehend beschriebene, durch den Mikroprozessor gesteuerte Brennstoffdrosselungssystem kann bei einem normaler Vergaser-Brennstoffzuführsystem, einem Brennstoffzuführsystem mit Einspritzung im Drosselklappengehäuse (TBI) oder einem Brennstoffzuführungssystem mit elektrischer Brennstoffeinspritzung (EFI) eingesetzt werden. Bei dem Vergaser-Brennstoffzuführsystem wird das vorstehend beschriebene Verfahren mit dem Brennstoffdrosselsolenoid angewandt. Bei den Einspritzungs- Brennstoffzuführsystemen wird der Arbeitszyklus einer Brennstoffeinspritzvorrichtung auf gleichartige Weise wie das vorstehend beschriebene Brennstoffdrosselsolenoid gesteuert.

Die Fig. 15 zeigt, daß während der Brennstoffdrosselung die Maschine nicht auf der idealen Arbeitslinie betrieben wird. Dieser Zustand ist jedoch nur von kurzer Dauer, wonach dann die Maschine wieder an ihrem idealen Arbeitspunkt betrieben wird. Die Fig. 18 zeigt eine Treiberschaltung, die zur Ansteuerung des erfindungsgemäßen Brennstoffdrosselsolenoids eingesetzt werden kann.

Obgleich das vorstehend beschriebene Steuersystem eine beträchtliche Verbesserung gegenüber den Systemen nach dem Stand der Technik bietet, wurde festgestellt, daß das System durch die Nutzung des Bremsdrehmoments der Maschine für eine Bremsung verbessert werden kann, so daß diesbezüglich der Erfindung die Aufgabe zugrunde liegt, für ein stufenloses Getriebe ein Steuersystem zu schaffen, das vorteilhafter eingesetzt werden kann als diese Systeme nach dem Stand der Technik. Im einzelnen soll mit der Erfindung für ein stufenloses Getriebe ein Steuersystem geschaffen werden, mit dem die Drosselklappenöffnung einer Maschine derart steuerbar ist, daß ein Maschinenbremsdrehmoment hervorgerufen wird.

Insbesondere soll mit der Erfindung für ein stufenloses Getriebe ein Steuersystem geschaffen werden, das eine Steuerung der Drosselklappenöffnung der Maschine in der Weise erlaubt, daß ein Maschinenbremsdrehmoment hervorgerufen wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Getriebe-Steuersystem gelöst, bei dem die Drosselklappenöffnung der Maschine verändert wird, nachdem die Brennstoffzufuhr gedrosselt bzw. reduziert wurde. Die auf diese Weise vorgenommene Drosselklappenverstellung ermöglicht es, daß für ein angestrebtes Bremsen eines Leistungsabgabesystems die Maschine ein höheres Bremsdrehmoment entwickelt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, in welcher

Fig. 1 das Leistungsdiagramm einer typischen 4- Zylinder-Maschine mit einem Hubraum von ungefähr 2,5 l für ein Personenkraftfahrzeug ist,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der funktionellen Zusammenhänge von Komponenten bei einem Maschine/Getriebe- Steuerschema gemäß US-PS 44 59 878 und 44 58 560 ist,

Fig. 3 eine schematische Darstellung ist, die das gesamte Steuersystem nach Fig. 2 sowie dessen Zusammenhang mit einem stufenlosen Getriebe mit Scheiben und einem Riemen sowie mit einer Fahrzeuganfahrkupplung zeigt,

Fig. 4 eine grafische Darstellung ist, die die an einer Antriebsscheibe und einer Abtriebsscheibe des stufenlosen Getriebes wirkenden Kräfte als Funktion des Übersetzungsverhältnisses zeigt,

Fig. 5 bis 8 schematisch das ganze in Fig. 2 gezeigte Maschine/Getriebe-Steuersystem zeigen, wobei die Figuren an Linien A-B und C-D miteinander verbunden werden und die Fig. 5 hauptsächlich eine Maschinensteuerschaltung zeigt, die Fig. 6 hauptsächlich eine Anfahrkupplungs-Steuerschaltung zeigt, die Fig. 7 hauptsächlich Getriebescheiben-Druckgeber zeigt und die Fig. 8 eine Abwandlung des in Fig. 7 gezeigten Druckgebers für die Abtriebsscheibe zeigt,

Fig. 9 eine grafische Darstellung des Betriebs eines Maschine/Getriebe-Systems gemäß dem in Fig. 2 gezeigten Steuerschema ist,

Fig. 10 eine Blockdarstellung eines mit einem Mikroprozessor gesteuerten erfindungsgemäßen Maschine/Getriebe- Systems ist,

Fig. 11 zusammengefaßt verschiedenartige Signale zeigt, die Eingabe/Ausgabe-Einheiten nach Fig. 10 zugeführt bzw. aus diesen entnommen werden,

Fig. 12 ein Ablaufdiagramm einer von einem in Fig. 10 gezeigten Mikroprozessor ausgeführten Hauptsteuerroutine ist,

Fig. 13 ein Ablaufdiagramm einer von dem in Fig. 10 gezeigten Mikroprozessor ausgeführten Brennstoffdrosselungs- Subroutine ist,

Fig. 14 alternative Vergleichsparameter bei der Ausführung der in Fig. 13 gezeigten Subroutine zeigt,

Fig. 15 eine grafische Darstellung des Betriebs eines Maschine/Getriebe-Systems gemäß dem erfindungsgemäßen Steuerschema ist,

Fig. 16 eine grafische Darstellung von Änderungen einer Fahrpedalstellung ist,

Fig. 17 eine grafische Darstellung von verschiedenartigen Arbeitszyklen eines Brennstoffdrosselsolenoids gemäß der Erfindung ist,

Fig. 18 eine elektrische Schaltung für das Betreiben von in Fig. 10 gezeigten verschiedenartigen Solenoide zeigt,

Fig. 19 eine grafische Darstellung der Maschinenbetriebsleistung ist, und

Fig. 20 ein Ablaufdiagramm einer erfindungsgemäß von dem in Fig. 10 gezeigten Mikroprozessor ausgeführten Brennstoffdrosselungs-Subroutine ist.

Sobald auf die vorangehend beschriebene Weise die Brennstoffzufuhr gedrosselt bzw. vermindert wird, ist das Maschinenbremsdrehmoment in Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl und der Drosselklappenöffnung veränderbar. Die Maschinendrehzahl kann nicht gesteuert werden, jedoch die Drosselklappenöffnung.

Wenn beispielsweise als Ergebnis dessen, daß die Fahrpedalstellung zu "0" wird, gemäß Fig. 19 der Arbeitspunkt der Maschine von einem Punkt p auf einer Arbeitslinie A zu einem Punkt q wechselt, entsteht ein Maschinenbremsdrehmoment gemäß der Darstellung durch die Kurve B. Dieses Drehmoment ist nicht hoch genug, um als Bremse für das Leistungsabgabesystem zu wirken. Bei den herkömmlichen Getriebe-Steuersystemen ist die Drosselklappenöffnung ausschließlich von der Maschinendrehzahl abhängig. Nachdem jedoch auf die vorangehend erläuterte Weise die Brennstoffzufuhr gedrosselt oder vermindert wurde, kann die Drosselklappenöffnung in der Weise gesteuert werden, daß ein höheres negatives bzw. Bremsdrehmoment der Maschine hervorgerufen wird.

Gemäß den vorangehenden Ausführungen liegen zwei Bedingungen vor, bei denen eine Brennstoffdrosselung bzw. -verminderung erforderlich ist:
1. eine befohlene bzw. geforderte Verlangsamung und
2. ein Schutz gegen Maschinenüberdrehzahl.

Erfindungsgemäß erfolgt die Steuerung der Brennstoffdrosselungsdauer und der Verstellung der Drosselklappe in Abhängigkeit von:
1. (α (n+1)-α (n)) und
2. der Maschinendrehzahl N _E .

Die erfindungsgemäße Gestaltung kann auf einfache Weise dadurch herbeigeführt werden, daß die in dem Ablaufdiagramm in Fig. 13 gezeigte Mikroprozessorroutine durch die in dem Ablaufdiagramm in Fig. 20 gezeigte Routine ersetzt wird.

Demnach wird bei einem Schritt ST 1 ermittelt, ob die Maschinendrehzahl über einer vorbestimmten Maximaldrehzahl liegt. Wenn dies der Fall ist, wird die Brennstoffdrosselung eingeleitet. Bei einem Schritt ST 2 wird ermittelt, ob die Maschinendrehzahl unterhalb einer vorgeschriebenen Minimaldrehzahl liegt. Wenn dies der Fall ist, erfolgt keine Brennstoffdrosselung. Bei einem Schritt ST 3 wird ermittelt, ob die gegenwärtige Treibwellen- bzw. Ausgangsdrehzahl niedriger als die vorherige Ausgangsdrehzahl ist. Wenn dies der Fall ist, wird keine Brennstoffdrosselung vorgenommen. Bei einem Schritt ST 4 wird ermittelt, ob die gegenwärtige Fahrpedalstellung kleiner als die vorherige Fahrpedalstellung ist und ob das gegenwärtige Übersetzungsverhältnis kleiner als das vorherige Übersetzungsverhältnis ist. Wenn beides zutrifft, wird die Brennstoffdrosselung herbeigeführt. Bei einem Schritt ST 5 wird ermittelt, ob die gegenwärtige Änderung der Fahrpedalstellung geringer als die vorherige Änderung der Fahrpedalstellung ist. Wenn dies der Fall ist, wird die Brennstoffdrosselung herbeigeführt.

Nachdem die Brennstoffdrosselung eingeleitet wurde, kann bei einem Schritt ST 8 entsprechend einer Funktion irgendeiner Kombination der aufgeführten Parameter die Drosselklappe so verstellt werden, daß ein höheres Maschinendrehmoment bzw. Bremsdrehmoment hervorgerufen wird.

Es werden ein System und ein Verfahren zum Steuern eines Leistungsabgabesystems angegeben, wie ein solches in einem Kraftfahrzeug, bei dem eine Maschine mit einem stufenlos veränderbaren Getriebe gekoppelt ist. Eine vollständig unabhängige Steuerung von Maschine und Getriebe ermöglicht es, daß der Maschinenarbeitspunkt auf genaue Weise einer angestrebten Arbeitskennlinie folgt, wie einer idealen Arbeitslinie für geringen Brennstoffverbrauch. Das Getriebeübersetzungsverhältnis wird gemäß einer Funktion der geforderten Sollsystemleistung, z. B. der Antriebskraft oder des Drehmoments, und der gemessenen Istsystemleistung wie des Getriebeausgangsdrehmoments gesteuert, während die Brennstoffzufuhr zur Maschine wie beispielsweise die Drosselklappenstellung genau einer Funktion der gemessenen Maschinendrehzahl entspricht. Die Brennstoffzufuhr wird daher bei jeglicher Maschinenbelastung genau gemäß der idealen Arbeitslinie eingestellt. Entsprechende Steuerungsvorgänge verhindern ein anormales Verhalten der Maschine des Fahrzeugs und ermöglichen den Übergang bei dem Anfahren aus dem Stillstand. Um der Eigentendenz des Fahrzeugs entgegenzuwirken, bei der Zurücknahme des Fahrpedals zu beschleunigen, wird auf den Befehl zu einer Verminderung der Leistungsabgabe hin von einem Mikroprozessor die Brennstoffzufuhr zur Systemantriebsmaschine vermindert.

Claims (5)

1. System zum Steuern des Arbeitens eines Leistungsabgabesystems, das die Maschine eines maschinenbetriebenen Fahrzeugs und ein an die Maschine angechlossenes Getriebe mit stufenlos veränderbarem Übersetzungsverhältnis für die Abgabe, von Maschinenleistung an einer Ausgangswelle enthält, wobei die Maschine eine Brennstoffzuführvorrichtung zum Zuführen einer veränderbaren Brennstoffmenge aufweist und das Leistungsabgabesystem mittels einer Bedienungsvorrichtung für das Befehlen einer erwünschten Leistung des Leistungsabgabesystems steuerbar ist, gekennzeichnet durch eine Istleistungsmeßvorrichtung (19) zum Messen der Istleistung des Leistungsabgabesystems (10, 14), eine funktionell mit der Bedienungsvorrichtung (18) und der Istleistungsmeßvorrichtung verbundene Übersetzungssteuereinrichtung (17; 700, 712, 713) zum Steuern des Übersetzungsverhältnisses als Funktion der mittels der Bedienungsvorrichtung befohlenen erwünschten Leistung und der gemessenen Istleistung, wobei sich die Maschinendrehzahl als Funktion des Übersetzungsverhältnisses ändert, eine Brennstoffunktionseinrichtung (100; 700) zum Festlegen eines Soll- Brennstoffbedarfs für die Maschine (10) im Zusammenhang mit der Maschinenarbeitsdrehzahl, eine Drehzahlmeßvorrichtung zum Messen der Maschinendrehzahl, eine funktionell mit der Brennstoffunktionseinrichtung und der Brennstoffzuführvorrichtung (12) verbundene Brennstoffsteuereinrichtung (13; 700, 714) zum Steuern der Brennstoffzuführvorrichtung allein entsprechend dem durch die Brennstoffunktionseinrichtung festgelegten Brennstoffbedarf in der Weise, daß die der Maschine zugeführte Brennstoffmenge allein durch die Maschinendrehzahl bestimmt ist, und eine von der Brennstoffsteuereinrichtung gesonderte Brennstoffdrosseleinrichtung (11; 700, 713), die den Brennstofffluß zur Brennstoffzuführvorrichtung unter den von der Brennstoffunktionseinrichtung festgelegten drosselt, wenn die mittels der Bedienungsvorrichtung befohlene Leistung verringert wird, wobei nach dem Drosseln des Brennstoffflußes die Brennstoffsteuereinrichtung zu einer Steigerung des Bremsdrehmoments des Leistungsabgabesystems gesteuert wird.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffdrosseleinrichtung (11; 700, 715) den Brennstofffluß in einem Ausmaß drosselt, das proportional zu der Geschwindigkeit ist, mit der die mittels der Bedienungsvorrichtung (18) befohlene Leistung verringert wird.

3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffsteuereinrichtung (13; 700, 714) zur Steigerung des Bremsdrehmoments des Leistungsabgabesystems oder gemäß einer Funktion der Maschinendrehzahl steuerbar ist.

4. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffsteuereinrichtung (13; 700, 714) zur Steigerung des Bremsdrehmoments des Leistungsabgabesystems oder gemäß einer Funktion des Übersetzungsverhältnisses des Getriebes (14) steuerbar ist.

5. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffsteuereinrichtung (13; 700, 714) zu der Steigerung des Bremsdrehmoments des Leistungsabgabesystems gemäß einer Funktion der Drehzahl der Maschinenantriebswelle steuerbar ist.