DE3628490A1 - System zum steuern eines leistungsabgabesystems mit einem stufenlosen getriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Steuerung von Leistungsabgabesystemen mit einem Getriebe mit stufenlos veränderbarem Umsetzungsverhältnis, wie sie in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden können. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verkürzen der Verzögerungszeit zwischen einem Befehl zum Ändern der Ausgangsleistung oder des Ausgangsdrehmoments des Leistungsabgabesystems und dem Zeitpunkt der tatsächlichen Abgabe der geforderten Leistung bzw. des geforderten Drehmoments.

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 erfolgversprechend 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 die 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 eine 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 der 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 der 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 zwischem 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 Leistungsabgabesystem 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 und 3 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 Brennstoffzuführvorrichtung 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 Abänderung 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 Abtriebsscheibe wird durch einen Abtriebsscheiben-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 einen Fluidverteiler 500 gesteuert.

Obwohl das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der vorstehenden Beschreibung eine wesentliche Verbesserung gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Getriebe-Steuerschemata darstellen, wurde festgestellt, daß das Ansprechvermögen des Fahrzeugs auf Befehle bzw. Bedienungsvorgänge des Fahrers beträchtlich verbessert werden kann. Nach den beschriebenen Steuerschemata kann das Maschinenausgangsdrehmoment nur durch Ändern der Maschinendrehzahl geändert werden. Die Maschinendrehzahl kann jedoch nur durch Ändern des Übersetzungsverhältnisses des stufenlosen Getriebes geändert werden. Infolgedessen verstreicht eine verhältnismäßig lange Zeit bis zum Erreichen einer geforderten Änderung des Maschinenausgangsdrehmoments. Dies gilt insbesondere für niedrige Maschinendrehzahlen. Darüberhinaus besteht bei einem Befehl zum Ändern des Ausgangsdrehmoments bei niedrigen Maschinendrehzahlen die Tendenz, daß infolge des steilen Anstiegs auf der idealen Arbeitslinie der Maschine die Maschine auf eine Drehzahl beschleunigt wird, die höher als die von dem Fahrer angestrebte ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zum Vermeiden der angeführten Nachteile und Mängel früherer Steuersysteme für ein Leistungsabgabesystem mit einem stufenlosen Getriebe ein System bzw. ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verkürzen der Verzögerungszeit zwischen einem Befehl zu einer Änderung des Ausgangsdrehmoments oder der Ausgangsleistung des Leistungsabgabesystems und dem Zeitpunkt der tatsächlichen Abgabe der befohlenen Leistung bzw. des befohlenen Drehmoments zu schaffen.

Ferner soll mit der Erfindung zum Steuern eines Leistungsabgabesystems ein System für ein stufenloses Getriebe mit den vorstehend genannten Merkmalen geschaffen werden, welches wirtschaftlich herzustellen und leicht einzubauen ist.

Weiterhin soll mit der Erfindung für das Steuern eines Leistungsabgabesystems mit einem stufenlosen Getriebe mit den vorstehend genannten Merkmalen ein System geschaffen werden, das eine genauere Steuerung des stufenlosen Getriebes ergibt.

Die Aufgabe wird bei dem erfindungsgemäßen Steuersystem dadurch gelöst, daß anfänglich eine direktere Steuerung der Öffnung der Maschinendrosselklappe durch das Fahrpedal erfolgt, wenn ein Befehl zur Änderung des Maschinendrehmoments oder der Leistung auftritt. Es wurde festgestellt, daß bei Befehlen zu kleinen Änderungen des Maschinendrehmoments die Maschine weiterhin nahe der idealen Arbeitslinie arbeitet. Dies führt zu geringen Verlusten hinsichtlich des Maschinenwirkungsgrads.

Zum Vermeiden einer Verwechslung mit dem in den vorangehend genannten Patentanmeldungen beschriebenen Brennstoffreduziersystem wird nachstehend das entsprechende erfindungsgemäße System als Brennstoffdrosselungssystem bezeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen 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 Personenkraftfahrzeuge ist,

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

Fig. 3 eine schematische Darstellung ist, die das gesamte Steuersystem nach Fig. 2 und dessen Zusammenhang mit dem stufenlosen Scheiben/Keilriemen-Getriebe sowie der Anfahrkupplung zeigt,

Fig. 4 eine schematische Darstellung ist, die das erfindungsgemäß abgeänderte Steuersystem nach Fig. 3 als Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems zeigt, und

Fig. 5 bis 8 Maschinenleistungsdiagramme sind, die jeweils die Maschinenleistung bei unterschiedlichen Drosselklappenöffnungen veranschaulichen.

Anhand der Fig. 4 werden das Verfahren und die Vorrichtung zum verbesserten Steuern einer Leistungsabgabe mit einem stufenlosen Getriebe beschrieben. Es ist erkennbar, daß das erfindungsgemäße Steuersystem eine Abänderung des in Fig. 3 gezeigten Steuersystems ist. Einander entsprechende Elemente der beiden Systeme sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die Fig. 4 ist in Teile A und B unterteilt. In dem Teil A sind die Komponenten zum Steuern der Maschine gezeigt, während in dem Teil B die Komponenten zum Steuern des stufenlosen Getriebes gezeigt sind. Gemäß Fig. 4 wird ein die Fahrpedalstellung darstellendes Signal an eine Soll-Leistungssteuereinheit 900 angelegt. In der Leistungssteuereinheit 900 wird zum Bestimmen einer geforderten Leistung Pcom eine Funktion f(α) der Fahrpedalstellung herangezogen. In einer Steuerstufe 901 wird die Soll-Leistung Pcom mit der tatsächlich von der Maschine abgegebenen Istleistung Pa kombiniert, um ein Leistungsänderungssignal Δ P zu erhalten. Das Signal Δ P wird an eine Regelverstärker-Korrekturstufe 902 angelegt, die das Leistungsänderungssignal Δ P in ein Signal Δ R für eine Änderung der Drosselklappenöffnung der Maschine umsetzt. Das Signal Δ R wird in einer Steuerstufe 903 mit einem Signal R ₁ zusammengefaßt, welches die Drosselklappenöffnung darstellt, bei der Maschinenarbeitspunkt auf der idealen Arbeitslinie gemäß Fig. 1 gehalten wäre. Das Ausgangssignal (Δ R + R ₁) wird dann zum Steuern der Drosselservovorrichtung bzw. des Drosselklappen-Servoverstärkers 13 benutzt, wodurch die Öffnung der Drosselklappe 12 der Maschine eingestellt wird.

Wie aus der Fig. 4 zu ersehen ist, sind in dem Maschinensteuerteil des Systems zwei Rückführungswege vorgesehen. der erste Weg ist durch einen Block 905 dargestellt, in dem die Drosselklappenöffnung, die den Maschinenarbeitspunkt auf der idealen Arbeitslinie halten würde, als Funktion der Maschinendrehzahl N _E bestimmt wird. Der zweite Rückführungsweg ist durch einen Block 906 dargestellt, in dem die tatsächliche Maschinenleistung bzw. Istleistung Pa als Funktion der maschinendrehzahl N _E oder der Ansaugluftmenge Af der Maschine bestimmt wird.

Die in dem Teil B in Fig. 4 gezeigte Getriebesteuereinheit arbeitet wie die vorangehend anhand der Fig. 3 beschriebene.

Die Funktion des erfindungsgemäßen Steuersystems wird nun anhand der graphischen Darstellung in Fig. 5 beschrieben, in der eine Linie a eine ideale Arbeitslinie für die Maschine ist und Linien b ₁, b ₂, . . . Maschinenausgangsleistungswerten entsprechen. Es sei angenommen, daß bei einem Arbeitspunkt A auf der idealen Arbeitslinie eine Änderung der Fahrpedalstellung erfolgt, mit der eine Leistungssteigerung befohlen wird. Wenn dies zutrifft, wird die erforderliche Änderung Δ R der Drosselklappenöffnung berechnet und die Drosselklappe beispielsweise für einen Punkt B in dem Leistungsdiagramm geöffnet. Da Δ R mit R ₁ addiert wird, wird die Drosselklappe weiter geöffnet als es für das Halten der Maschine auf der idealen Arbeitslinie erforderlich ist. Dieser Zustand erlaubt jedoch einen schnelleren Anstieg der Ausgangsleistung, wie es durch die grafische Darstellung gezeigt ist. Es ist zu bemerken, daß bei einem Punkt B auf einer Maschinenleistungskurve b 6 die Ausgangsleistung der Maschine höher als bei einem Punkt C ist, an dem die Kurve b 6 die ideale Arbeitslinie für die Maschine schneidet. Daher gibt die Maschine die geforderte Ausgangsleistung nahezu sofort ab. Die tatsächliche Lage des Punkts B im Leistungsdiagramm wird durch die in Fig. 4 gezeigte Regelverstärker-Korrekturstufe 902 bestimmt. Die Regelverstärker- Korrekturstufe 902 enthält eine Kompensations- bzw. Korrekturstufe 907 und einen Verstärkungsregler 908. Die Korrekturstufe 907 verändert Δ P nach einer vorbestimmten Funktion wie nach einer ersten Funktion Gc = 5,06 (s + 2,22)/(s + 11,24) oder nach einer zweiten Funktion Gc = s/(s + 10) wobei s eine Konstante ist. Während des stationären Betriebszustands der Maschine entsteht bei der Anwendung der ersten Funktion eine gewisse Abänderung von Δ P. Andererseits ergibt die Anwendung der zweiten Funktion während des stationären Betriebszustands der Maschine keine Änderung von Δ P.

Der Verstärkungsregler kann so eingestellt werden, daß die Lage des Punkts B in dem in Fig. 5 gezeigten Leistungsdiagramm für ein bestimmtes Fahrzeug oder Leistungsabgabesystem optimiert wird.

Es wurde ferner festgestellt, daß bei der Verwendung der zweiten Funktion der in Fig. 4 gezeigte Pa-Rückführungsweg nicht erforderlich ist. Weiterhin wurde festgestellt, daß bei einer kleinen Änderung von Δ P die Maschine weiterhin nahe der idealen Arbeitslinie arbeiten kann, wie es durch den gestrichelten Bereich in Fig. 6 dargestellt ist. Bei einer großen Änderung von Δ P arbeitet die Maschine in dem in Fig. 7 gestrichelt dargestellten Bereich.

Bei den Getriebe-Steuersystemen nach dem Stand der Technik wird die Drosselklappenöffnung auf direkte Weise durch das Fahrpedal gesteuert, bis die Kupplung eingekuppelt hat. Wenn dies eintritt, wird die Maschine sofort zwangsweise entlang der idealen Arbeitslinie betrieben, was eine sprunghafte Änderung des Maschinendrehmoments ergibt.

Falls beispielsweise gemäß Fig. 8 die Kupplung bei einem Arbeitspunkt A einkuppelt, wird die Drosselklappe der Maschine sofort zu einem Punkt B geöffnet. Falls andererseits das Einkuppeln während des Betriebs der Maschine bei einem Punkt C erfolgt, würde die Drosselklappenöffnung zwangsweise den Betrieb der Maschine an einem Punkt D herbeiführen. In jedem Fall ergibt sich eine plötzliche Änderung des Maschinendrehmoments, die von dem Fahrer des Fahrzeugs zu fühlen wäre. Ein solcher Zustand kann durch das erfindungsgemäße Steuersystem vermieden werden, da die Maschinendrosselklappe zu einer Steuerung des Maschinendrehmoments eingestellt werden kann. Auf diese Weise kann an dem Übergangspunkt des Getriebebetriebs das Maschinendrehmoment so gesteuert werden, daß keine plötzliche Änderung des Drehmoments auftritt. Erfindungsgemäß kann die Drosselklappe auch während der Steuerung des stufenlosen Getriebes eingestellt werden.

Es wird ein Steuersystem für ein Leistungsabgabesystem wie ein solches in einem Kraftfahrzeug angegeben, bei dem eine Maschine mit einem stufenlos veränderbarem Getriebe verbunden ist. Die völlig voneinander unabhängige Steuerung der Maschine und des Getriebes ermöglicht es, daß die Maschine auf genaue Weise einer gewünschten Arbeitskennlinie wie einer idealen Arbeitslinie für niedrigen Brennstoffverbrauch folgt. Das Getriebeübersetzungsverhältnis wird als Funktion einer geforderten Sollsystemleistung, beispielsweise hinsichtlich der Antriebskraft oder des Drehmoments, und einer gemessenen Istsystemleistung wie des Getriebeausgangsdrehmoments gesteuert, während der Maschinenbrennstoffverbrauch wie beispielsweise über die Drosselklappenstellung genau eine Funktion der gemessenen Maschinendrehzahl ist. Die Brennstoffverbrauchswerte werden daher auf genaue Weise entsprechend der idealen Kennlinie für irgendeine beliebige Maschinenlast eingestellt. Durch geeignete Steuerungen wird ein abnormales Verhalten der Maschine und des Fahrzeugs verhindert, während der Anfahrübergang aus dem Stillstand ermöglicht wird. Ferner wird die Verzögerung zwischen einem Befehl zum Ändern des Drehmoments oder der Leistung des Leistungsabgabesystems und dem Zeitpunkt der tatsächlichen Abgabe des geforderten Drehmoments bzw. der geforderten Leistung verkürzt.

Claims (5)

1. System zum Steuern des Betriebs eines Leistungsabgabesystems mit einer Maschine und einem an die Maschine gekuppelten Getriebe mit stufenlos veränderbarem Übersetzungsverhältnis für die Abgabe von Maschinenleistung an einer Ausgangswelle, 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 tatsächlichen Leistung des Leistungsabgabesystems (10, 14), eine mit der Bedienungsvorrichtung (18) und der Istleistungsmeßvorrichtung funktionell verbundene Verhältnissteuereinrichtung (200, 300) 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, und eine mit der Bedienungsvorrichtung und der Istleistungsmeßvorrichtung verbundene Steuereinrichtung (900 bis 903) für die Abgabe eines Signals, das eine befohlene Änderung der Leistung anzeigt, wobei der Maschine (10) der Brennstoff mittels der Brennstoffzuführvorrichtung (12) in Abhängigkeit von dem Signal zugeführt wird.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Istleistung des Leistungsabgabesystems (10, 14) eine Funktion der Maschinendrehzahl ist.

3. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Brennstoffunktionseinrichtung (905, 906) zum Bestimmen eines Sollbrennstoffbedarfs der Maschine in Zusammenhang mit der Arbeitsdrehzahl der Maschine.

4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal zum Steuern der Brennstoffzuführvorrichtung (12) entsprechend der Brennstofffunktionseinrichtung (905, 906) veränderbar ist.

5. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die befohlene Leistung entsprechend einer vorbestimmten Funktion veränderbar ist.