DE4411553A1

DE4411553A1 - Vorrichtung zur Sensierung einer Drehbewegung und einer Axialverschiebung eines Körpers

Info

Publication number: DE4411553A1
Application number: DE19944411553
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Dr Ing Senger; Joachim Dr Ing Luh; Peter Dipl Ing Baeuerle
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1994-04-02
Filing date: 1994-04-02
Publication date: 1995-10-05
Also published as: WO1995027213A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Sensierung einer Drehbewegung eines Körpers um seine Drehachse und zur Sen sierung einer Verschiebung entlang seiner Drehachse.

Aus dem Stand der Technik sind eine Vielzahl von Anwendungen bekannt, bei denen es gilt, eine Drehbewegung eines Körpers um seine Drehachse und eine Verschiebung des selben Körpers entlang seiner Drehachse zu erfassen. Hierzu sind in der Regel zwei unterschiedliche Sensoren notwendig. Beispielhaft soll der Stand der Technik im folgenden anhand eines konti nuierlich verstellbaren Getriebes beschrieben werden.

In der Fig. 1 ist hierzu ein solcher Getriebeaufbau im Schnitt dargestellt. Der Verbrennungsmotor 1 kann durch die Drosselklappe 2 in seinem abgegebenen Motormoment M_m beein flußt werden. Die Drosselklappe 2 ist z. B. mechanisch oder elektrisch mit dem Fahrpedal (nicht dargestellt) gekoppelt. Der Verbrennungsmotor 1 ist meist mittels einer Kupplung und/oder einem Wandler 3 an die Antriebs- (Primär-) Seite des CVT-Getriebes 4 angekoppelt. Die Abtriebs-(Sekunder-) Seite des CVT-Getriebes 4 ist über ein nachgeschaltetes Getriebe (nicht dargestellt) mit den Rädern des Fahrzeugs verbunden. Das CVT-Getriebe besitzt auf der Primär- und Se kundärseite je eine axial verschiebbare Kegelscheibe 5 und 6. Zur Verstellung der Übersetzung wird in den Ölkammern 7 und 8 ein entsprechender Primärdruck P_p bzw. Sekundärdruck P_s aufgebaut. Durch eine geeignete Wahl der Stellgrößen Primärdruck P_p und Sekundärdruck P_s muß gewährleistet werden, daß

1. die Getriebeübersetzung i dem gewünschten Verhältnis von Primärdrehzahl N_p und Sekundärdrehzahl N_s entspricht, und
2. das kraftübertragende Schubgliederband 9 (bzw. Kette, Band) ausreichend stark an die Scheiben angepreßt wird, um ein Durchrutschen des Schubgliederbandes 9 zu verhindern.

Der obengenannte Punkt 1 wird durch eine elektrohydrauli sche Übersetzungs- oder Primärdrehzahlregelung 10 reali siert. Für den Punkt 2 wird eine Bandspannungsregelung 11 eingesetzt.

Zur Übersetzungs- und Bandspannungsregelung sind am Motor 1 und an dem CVT-Getriebe 4 Drehzahlsensoren 12, 13 und 14 vorhanden, welche die Motordrehzahl M_m, die Primärdrehzahl N_p und die Sekundärdrehzahl N_s erfassen.

In dem häufig eingesetzten und in der Fig. 1 gezeichneten Master-Slave-Prinzip dient der Sekundärdruck P_s zur Ein stellung der Bandspannung und der Primärdruck P_p zur Ein stellung der Übersetzungs- bzw. Primärdrehzahl. Bei dem alternativ möglichen Partner-Prinzip beeinflußt die Band spannungsregelung sowohl den Primär- als auch den Sekundär druck.

Allgemein kann man davon sprechen, daß für die Band spannungsregelung ein Stellsignal in Form einer Druckgröße P_B zur Verfügung steht. Aus der Literatur sind mehrere Ver fahren zur Regelung der Bandspannung bekannt, die jedoch alle in ähnlicher Form arbeiten. Im folgenden wird die EP,A1,0 451 887 zur Erläuterung herangezogen:

Hierzu zeigt die Fig. 2 die Bandspannungsregelung, die in diesem Schutzrecht beschrieben wird. Aus dem Drosselklappen winkel β und der Motordrehzahl N_m wird mit dem Kennfeld 34 das abgegebene Motormoment T_m bestimmt. Mit den Blöcken 38 und 35 kann das vom Wandler abgegebene Primärmoment T_pr be rechnet werden. Der Block 45 berechnet die Übersetzung des CVT. Mit dem Block 46 kann aus der Übersetzung und dem Pri märmoment T_pr das Sekundärmoment T_sec abgeschätzt werden. Mit dem Block 49 berechnet man aus der Übersetzung den Se kundärradius R_sec. Aus dem Sekundärradius und dem Sekundär moment T_sec folgt nun mit 52 der mindestens erforderliche Sekundärdruck R_sec. Nach Aufschlag eines Reservedrucks in Block 64 wird das Signal durch einen Tiefpaß 68 geglättet. Anschließend wird der durch Fliehkräfte an der Sekundär scheibe erzeugte mittlere Druck P_sec (CENTR) mit dem Block 60 von obigem Druck abgezogen. Zudem wird das Ergebnis des Drucks 63 durch ein Sensorsignal zur Messung der Bodenun ebenheit 94 beeinflußt und anschließend durch einen Be grenzer 168 auf einen wählbaren Bereich eingeschränkt. Das Ergebnis der bisherigen Berechnungen P_sec (TV) wird nun von einem unterlagerten Druckregelkreis 70, 72 usw. weiterver wendet. Der Druckregelkreis sorgt dafür, daß an der Sekun därscheibe letztlich der Druck P_sec (MV) auf den Wert P_sec (DV) eingestellt wird.

Wird nun die bisher übliche Bandspannungsregelung durch eine Schlupfregelung ersetzt, so muß mit Hilfe von Sensoren der Schlupf und damit das Durchrutschen des Bandes ermittelt und das Stellsignal P_p so eingestellt werden, daß der Schlupf einen akzeptablen Wert annimmt, der einem hohen Wirkungsgrad des Getriebes entspricht. Hierzu ist die genaue Kenntnis der momentan eingestellten Übersetzung des Getriebes notwendig, obwohl das Band einen gewissen Schlupf aufweist. Die in der Fig. 2 mit dem Block 45 gezeigte Methode der Ermittlung der tatsächlichen Übersetzung aus dem Verhältnis der Eingangs- und Ausgangsdrehzahl versagt hier. Eine einfache, aber auf wendige Methode der Ermittlung des momentanen Übersetzungs verhältnisses kann darin bestehen, die axiale Auslenkung der Primärscheibe 5 (beim Master-Slave-Prinzip) oder die axiale Auslenkung der Primärscheibe 5 und Sekundärscheibe 6 (beim Partner-Prinzip) zu erfassen. Hierzu sind zusätzlich zu den erwähnten Drehzahlsensoren 13 und 14 für jede Scheibe ein weiterer Sensor zur Erfassung der axialen Auslenkung notwen dig.

Ähnliche Probleme sind bei Werkzeugmaschinen (beispielsweise bei Drehbänken) bekannt, bei denen zur Regelung und/oder Steuerung des Vortriebs und der Drehzahl beide Bewegungen aktuell erfaßt werden müssen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, in einfacher Weise eine Vorrichtung zur Sensierung einer Drehbewegung eines Körpers um seine Drehachse und zur Sensierung einer Verschiebung entlang seiner Drehachse zu entwerfen.

Dies wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 erreicht.

Vorteile der Erfindung

Erfindungsgemäß ist die Vorrichtung zur Sensierung einer Drehbe wegung eines Körpers um seine Drehachse und zur Sensierung einer Verschiebung entlang seiner Drehachse dadurch gekennzeichnet, daß ein gegenüber dem Körper raumfest angeordneter Sensor vorge sehen ist. Dieser Sensor tastet einen auf dem Umfang des Körpers verlaufenden Bereich ab, wobei dieser Bereich eine durch den Sensor abtastbare in axialer und entlang des Umfangs sich signi fikant ändernde Struktur aufweist. Die erfindungsgemäße Vorrich tung hat den Vorteil, daß zur Sensierung der beiden Bewegungen lediglich ein einziger Sensor notwendig ist.

Besonders vorteilhaft ist es, daß die durch den Sensor abtast bare Struktur derart ausgestaltet ist, daß eine axiale Verschie bung des Körpers durch eine erste signifikante Änderung des Aus gangssignals des Sensors repräsentiert wird.

Weiterhin ist vorteilhaft, daß die durch den Sensor abtastbare Struktur derart ausgestaltet ist, daß eine Änderung der Drehzahl des Körpers um seine Rotationsachse durch eine zweite signifi kante Änderung des Ausgangssignals des Sensors repräsentiert wird.

Die Struktur kann dabei die Form eines Dreiecks-, Sägezahn- oder ähnliches Muster aufweisen. Der Sensor kann ein induktiver Sensor sein.

Zur erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die Struktur eine Inhomo genität des Materials des auf dem Umfang des Körpers verlaufen den Bereichs darstellen. Alternativ oder in Kombination hiermit kann die Struktur durch Erhöhungen und/oder Vertiefungen der Oberfläche des auf dem Umfang des Körpers verlaufenden Bereichs realisiert werden.

Besonders vorteilhaft ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Steuerung eines stufenlos in seiner Übersetzung verstellbaren Getriebes mit einer Antriebsseite und einer Ab triebsseite und mit Wirkmitteln zur Herstellung einer in ihrem Schlupfverhalten beeinflußbaren mechanischen Wirkverbindung zwischen der Antriebs- und Abtriebsseite, wobei Regelmittel vor gesehen sind, mittels der der Schlupf der Wirkmittel auf einen vorgebbaren Sollwert geregelt wird.

Ein solches Getriebe kann als ein Umschlingungsgetriebe ausge staltet sein, bei dem die Antriebsseite und/oder die Abtriebs seite wenigstens ein axial verschiebbares Element aufweist, das im wesentlichen die Form einer Kegelscheibe besitzt. Als Wirk mittel ist wenigstens ein Band, vorzugsweise ein Schubglieder band, oder ein Riemen oder eine Kette zwischen Scheibenpaaren, die die Antriebs- und die Abtriebsseite darstellen, eingespannt. Dabei wird der Schlupf zwischen dem Wirkmittel und den die Wirk mittel einspannenden Scheibenpaaren geregelt.

Vorteilhafterweise sind die Regelmittel derart ausgestaltet, daß zur Regelung des Schlupfes der aktuelle Schlupf mit einem vor gebbaren Sollwert verglichen wird. Hierzu wird die Drehzahl und die axiale Verschiebung wenigstens einer axial verschiebbaren Kegelscheibe durch den Sensor erfaßt. Zur Regelung des Schlupfes werden dann die Ausgangssignale des Sensors den Regelungsmitteln zugeführt.

Weiterhin ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung des Vorschubs und/oder der Dreh zahl bei einer Werkzeugmaschine vorteilhaft.

Verwendet man die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Schlupfregelung eines Umschlingungsgetriebes, beispielsweise in der schon beschriebenen Fig. 1 zu sehen ist, so kann mit einfachsten Mitteln der Schlupf auf einen akzeptablen Wert geregelt werden. Dieser Schlupf entspricht einem hohen Wirkungsgrad des Getriebes. Hierdurch ergeben sich folgende Vorteile:

1. Das Durchrutschen der Wirkmittel, im allgemeinen ein Schubgliederband oder ein Riemen oder eine Kette, wird sicher verhindert. Bei den bekannten Lösungen muß der Druck so hoch festgelegt werden, daß ein Durchrutschen sicher verhindert wird. Straßenunebenheiten, Bremsmanöver, Herunterschalten und kurzzeitige Erhöhung des zu übertra genden Moments durch dynamische Lastschwankungen können jedoch Probleme bereiten, wodurch zusätzliche Maßnahmen zur Vermeidung des Durchrutschens notwendig werden.
2. Das Getriebe arbeitet mit einem höheren Wirkungsgrad.
3. Das mittlere Druckniveau und somit die hydraulischen Ver luste werden verringert.
4. Die Anforderungen an die Genauigkeit der unterlagerten Druckregelung sind geringer.

Zur Schlupfregelung wird also erfindungsgemäß eine Abwand lung des bisher eingesetzten Drehzahlsensors an der Primär und/oder Sekundärseite verwendet. Die Grundidee besteht dabei darin, daß mit dem Drehzahlsensor gleichzeitig der axiale Versatz der beweglichen Kegelscheiben gemessen werden kann und aus dem axialen Versatz auf die normale Übersetzung des CVT bei Schlupf Null geschlossen werden kann.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen und dem im folgenden beschriebenen Aus führungsbeispiel zu entnehmen.

Zeichnung

In der Fig. 3 wird ein Ablaufdiagramm des Schlupfreglers für ein Umschlingungsgetriebe gezeigt. In den Fig. 4 bis 6 wird ein Ausführungsbeispiel des Schlupfreglers gezeigt. Hierzu wird die spezielle Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in der Fig. 4 dargestellt, wobei die Fig. 5 ein Impulsdiagramm des kombinierten Drehzahl- und Über setzungssensors zeigt. Die Fig. 6 beinhaltet das Block schaltbild des Schlupfreglers.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll im folgenden anhand der Ausführungsbei spiele am Beispiel eines Schlupfreglers für ein Um schlingungsgetrieb detailliert beschrieben werden.

Der in der Fig. 3 gezeigte Steueralgorithmus des Schlupfreglers prüft ständig, ob der Absolutwert der Primär drehzahl N_p größer ist als eine minimale Primärdrehzahl N_pmin (Konstante) (Schritt S1). Wenn das nicht der Fall ist, wird im Schritt S2 das Stellsignal P_p (beim Master-Slave- Prinzip gleich dem Sekundärdruck P_s) auf einen festen Wert P_Bmin (Konstante) gesetzt. Anderenfalls wird im Schritt S3 der Algorithmus des Schlupfreglers nach Fig. 5 bzw. 8 abge arbeitet und das Stellsignal auf den dort ermittelten Wert gesetzt. Die Weiterverarbeitung des Stellsignals erfolgt durch eine unterlagerte Druckregelung, wie sie beispiels weise in der schon erwähnten EP,A1,0 451 887 beschrieben ist.

In der Fig. 4 wird die erfindungsgemäße Vorrichtung am Bei spiel eines Schlupfreglers für ein Umschlingungsgetriebe ge zeigt. Zur Messung der Primär- und/oder Sekundärdrehzahl wird einer oder werden mehrere abgewandelte Drehzahlsenso ren, die gleichzeitig als Übersetzungssensoren benutzt werden, verwendet. Eine mögliche konstruktive Ausführung ist in der Fig. 4 am Beispiel der Primärscheibe dargestellt.

Die axialbewegliche Scheibe 28 wird z. B. durch Fräsen auf dem äußeren Umfang derart modifiziert, daß ein Dreiecks-, Sägezahn oder ähnliches Muster 100 entsteht, welches bei Drehung der Scheibe in dem induktiven Sensor 29 ein Signal derart erzeugt, daß sowohl eine Drehzahlinformation, als auch eine Information über die axiale Position der beweg lichen Scheibe aus diesem Signal ablesbar ist. Das durch den Sensor 29 abtastbare Muster 100 kann selbstverständlich auch durch unterschiedliche durch den Sensor 29 abtastbare Materialeigenschaften in diesem Bereich erreicht werden. Beispielsweise soll in diesem Zusammenhang auf unterschied liche magnetische Eigenschaften hingewiesen werden.

Die Fig. 5 zeigt nun ein Impulsdiagramm, wie es beispiels weise bei Drehung der Scheibe durch den induktiven Sensor 29 nach Fig. 4 erzeugt werden kann. Der zeitliche Abstand T₁ zwischen den beiden Flanken 30 und 31 kann in ein Drehzahl signal N_p bzw. N_s umgerechnet werden (diese Umrechnung ist aus der Literatur hinlänglich bekannt). Setzt man den Ab stand T₂ der Flanken 30 und 32 ins Verhältnis zum Abstand T₁ der Flanken 30 und 31, so kann daraus der axiale Versatz der beweglichen Kegelscheibe 28 berechnet werden.

In der Fig. 6 ist zu sehen, daß das Ausgangssignal des Sensors 29 im Block 29.1, wie anhand der Fig. 5 beschrieben wurde, ausgewertet wird. Mit dem Block 33 wird aus den Signalen T₁ und T₂ der axiale Versatz der Kegelscheibe X_a berechnet (wie anhand der Fig. 5 beschrieben) und durch den Tiefpaß 34 geglättet. Der Kennfeldblock 35 bestimmt daraus die Übersetzung i₀. Diese Übersetzung würde das Getriebe aufweisen, wenn der Schlupf Null wäre. Der Block 36 er mittelt die Übersetzung I aus der Primärdrehzahl N_p und der Sekundärdrehzahl N_s. Der Block 37 berechnet nach der Formel

S_ist = 1-(I_o/I)

den Istschlupf S_ist. Der Sollschlupf wird mit einem Kennfeld in den Block 38 in Abhängigkeit von der Übersetzung I und der Primärdrehzahl N_p festgelegt. Die Summationsstelle 39 bildet die Differenz zwischen Soll- und Istschlupf. Diese Differenz wird von einem PID-Regler 40 in ein Stellsignal P_Bu umgerechnet. Die anschließende Begrenzung auf minimale und maximale Werte durch den Block 41 liefert das Signal P_B, das, wie anhand der Fig. 2 beschrieben ist, dem unterlagerten Druckregler 41.1 zugeführt wird.

Zusammenfassend ist zur Verwendung der vorliegenden Erfin dung folgendes zu sagen:

Für ein elektro-hydraulisch betätigbares stufenloses Um schlingungsgetriebe muß der Anpreßdruck an den beweglichen Kegelscheiben so groß gewählt werden, daß die Kette, das Schubgliederband oder ähnliches nicht durchrutscht. Anderer seits soll der Anpreßdruck nicht zu hoch sein, um einen hohen Wirkungsgrad des Getriebes in jedem Betriebspunkt zu erzielen. Die Erfindung verhindert sicher das Durchrutschen des Bandes (Kette, Schubgliederband oder ähnliches) durch Regelung des Bandschlupfes. Dadurch wird der mittlere An preßdruck reduziert. Somit sinken die mechanischen und hydraulischen Verluste am Getriebe. Zur Schlupfregelung ent hält das Ausführungsbeispiel eine Ausführung eines Drehzahl sensors mit dem gleichzeitig auch die axiale Position der Scheibe(n) gemessen werden kann. Infolgedessen verringert sich der zusätzliche Aufwand, der für eine Schlupfregelung im Vergleich zur Bandspannungsregelung erforderlich ist.

Claims

1. Vorrichtung zur Sensierung einer Drehbewegung eines Körpers (28) um seine Drehachse und zur Sensierung einer Verschiebung entlang seiner Drehachse, dadurch gekennzeichnet, daß ein gegen über dem Körper (28) raumfest angeordneter Sensor (29) vorge sehen ist, der einen auf dem Umfang des Körpers (28) verlaufen den Bereich (100) abtastet, wobei dieser Bereich (100) eine durch den Sensor (29) abtastbare in axialer und entlang des Um fangs sich signifikant ändernde Struktur aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch den Sensor (29) abtastbare Struktur derart ausgestaltet ist, daß eine axiale Verschiebung des Körpers (28) durch eine erste signifikante Änderung (T₁) des Ausgangssignals des Sensors (29) repräsentiert wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die durch den Sensor (29) abtastbare Struktur derart ausge staltet ist, daß eine Änderung der Drehzahl des Körpers (28) um seine Drehachse durch eine zweite signifikante Änderung (T₂/T₁) des Ausgangssignals des Sensors (29) repräsentiert wird.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur die Form eines Dreiecks-, Säge zahn- oder ähnliches Muster aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (29) ein induktiver Sensor ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur eine Inhomogenität des Materi als des auf dem Umfang des Körpers (28) verlaufenden Bereichs (100) darstellt und/oder durch Erhöhungen und/oder Vertiefungen der Oberfläche des auf dem Umfang des Körpers (28) verlaufenden Bereichs (100) dargestellt wird.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekenn zeichnet durch seine Verwendung zur Steuerung eines stufenlos in seiner Übersetzung verstellbaren Getriebes mit einer Antriebs seite und einer Abtriebsseite und mit Wirkmitteln (9) zur Her stellung einer in ihrem Schlupfverhalten beeinflussbaren mecha nischen Wirkverbindung zwischen der Antriebs- und Abtriebsseite, wobei Regelmittel (18-25, 33-39) vorgesehen sind, mittels der der Schlupf der Wirkmittel (9) auf einen vorgebbaren Sollwert geregelt wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe ein Umschlingungsgetriebe ist und die Antriebsseite und/oder die Abtriebsseite wenigstens ein axial verschiebbares Element (5, 6) aufweist, das im wesentlichen die Form einer Kegelscheibe besitzt und als Wirkmittel (9) wenigstens ein Band, vorzugsweise ein Schubgliederband, oder ein Riemen oder eine Kette zwischen Scheibenpaaren, die die Antriebs- und die Ab triebsseite darstellen, eingespannt ist, wobei der Schlupf zwischen dem Wirkmittel und den die Wirkmittel einspannenden Scheibenpaaren regelbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelmittel (18-25, 33-39) derart ausgestaltet sind, daß zur Re gelung des Schlupfes der aktuelle Schlupf (S_ist) mit einem vor gebbaren Sollwert (S_soll) verglichen wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl und axiale Verschiebung wenigstens einer axial verschiebbaren Kegelscheibe (28) durch den Sensor (29) erfaßt wird und zur Regelung des Schlupfes wenigstens die Ausgangs signale des Sensors (29) den Regelungsmitteln (29-39) zugeführt werden.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch seine Ver wendung zur Steuerung und/oder Regelung des Vorschubs und/oder der Drehzahl bei einer Werkzeugmaschine.