DE60011066T2

DE60011066T2 - Stufenlos verstellbares Getriebe und Steuerungsverfahren dafür

Info

Publication number: DE60011066T2
Application number: DE60011066T
Authority: DE
Inventors: Hendrikus Adrianus Arnoldus Wilhelmi Pelders; Pieter Abraham Veenhuizen
Original assignee: Van Doornes Transmissie BV
Current assignee: Bosch Transmission Technology BV
Priority date: 2000-06-30
Filing date: 2000-06-30
Publication date: 2004-10-14
Anticipated expiration: 2020-07-01
Also published as: US20020002100A1; EP1167839A1; JP2002039359A; US6612949B2; EP1167839B1; DE60011066D1; ATE267967T1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Getriebe und ein Steuer- bzw. Regelsystem wie angegeben in dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Ein solches Getriebe und Steuer- bzw. Regelsystem ist aus der nicht vorveröffentlichten Internationalen Anmeldung PCT/ EP 99/07000 und generell aus der EP-A-0 451 887 bekannt. Stufenlos veränderliche Getriebe dieser Art für die Übersetzung einer Kraft verlassen sich vollständig auf die Reibung zwischen den Getriebekomponenten und repräsentieren eine relativ neue Getriebetechnologie im Vergleich mit den herkömmlichen kinematischen Getrieben, die mechanisch zusammenwirkende Zahnräder verwenden, wobei deren Entwicklung für Kraftfahrzeuganwendungen etwa vor einem Jahrhundert begonnen hat. Um eine sichere, d.h. nicht destruktive und andauernde Betriebsweise solcher stufenlos veränderlicher Getriebe zu erhalten, ist es erforderlich, die Übersetzung der Kraft generell schiupflos auszuführen, insbesondere dort, wo die reibschlüssig zusammenwirkenden Getriebeelemente wie in dem vorliegenden Fall aus Metall hergestellt sind, d. h. aus einer vergleichbaren Oberflächenhärte, sodass an den Berührungsflächen ein gegenseitiges Kratzen stattfinden kann. Weil die Berührungsflächen nur bis zu einer begrenzten Tiefe einer Oberflächenschicht gehärtet sind, ist es unter anderen Dingen sehr wichtig, eine Beschädigung an den Berührungsflächen der Riemenscheibe und des Riemens zu verhindern.
In den frühen Tagen des bekannten Getriebes wurde die Klemmkraft in einer Riemenscheibe, die für eine Realisierung der Übersetzung eines zu übertragenden aktuellen Drehmoments benötigt wurde, durch einen zusätzlichen Betrag der Sicherheitskraft vergrößert. Dieser Sicherheitsbetrag wurde zu allen Werten einer Klemmkraft hinzugefügt, die für die Übertragung jedes für die Übertragung beliebig gewünschten Drehmoments innerhalb des Bereichs von möglichen Drehmomenten benötigt wurden, die durch das betreffende Getriebe übersetzbar sein sollten.
Der vorerwähnte Sicherheitsbetrag, der zu der geforderten Höhe der Klemmkraft hinzugefügt wurde, konnte für das durch das betreffende Getriebe übersetzbare größte Drehmoment ausgedrückt werden als ein Sicherheitsfaktor, wie es durch ein neues Getriebekonzept der Anmelderin, wie beschrieben in der "High torque CVT P930, design and test results", anlässlich des 1997 Imech-E Kongresses in London demonstriert wurde. Es wurde demonstriert, dass dieser Sicherheitsfaktor für eine sogenannte optimierte Sicherheit, über den virtuell gesamten Bereich von Drehmomenten benutzt werden könnte, die durch das betreffende Getriebe übertragen werden können, ohne dass bei dem Getriebe ein Schaden auftritt. Der aktuelle Sicherheitsfaktor, der für eine Optimierung der angewandten Klemmkraft praktikabel erschienen ist, hat sich augenscheinlich mit 1.3 ergeben, womit eine beträchtliche Erhöhung des Getriebewirkungsgrades im Vergleich zu den früher allgemein angewandten Sicherheitsbeträgen erhalten wurde, die einen Vergleich mit einem Sicherheitsfaktor zwischen 2 und 2.5 bei einer Berechnung des maximal übertragbaren Drehmoments durch ein betreffendes Getriebe ergaben. Es war als notwendig angegeben, dass die Klemmkraft so nahe wie möglich an der Grenze des Sicherheitsfaktors gesteuert bzw. geregelt werden sollte.
Gemäss der Internationalen Veröffentlichung WO 9802679 wird weiterhin angestrebt, den Wirkungsgrad des gattungsgemäßen, stufenlos veränderlichen Getriebes dadurch zu verbessern, dass der Sicherheitsfaktor als eine Funktion des Übersetzungsverhältnisses angegeben wird, wodurch sich der Sicherheitsfaktor er höht, wenn das Übersetzungsverhältnis größer wird. Aus der Europäischen Patentanmeldung EP-A-O 759 518 ist es andererseits bekannt, den Sicherheitsfaktor als eine Funktion des durch das Getriebe zu übersetzenden Drehmoment anzugeben, wodurch der Sicherheitsfaktor bei relativ hohen Drehmomentwerten verringert wird, wobei auch dabei angestrebt wird, den Wirkungsgrad des Getriebes zu verbessern.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dass stufenlos veränderliche Getriebe wie angegeben als solches in der letzteren Veröffentlichung noch weiter zu optimieren, um dabei das Risiko eines plötzlichen Verlustes des Getriebewirkunsgrades durch den virtuell unmittelbaren Abfall des Getriebewirkungsgrades von einem Optimum auf Null bei jedem beliebigen Auftreten eines Schlupfes als Folge einer unzureichenden Klemmkraft so niedrig wie möglich zu halten. Es ist gleichzeitig auch eine Aufgabe, die wirksame Anwendung desselben Getriebes in günstiger Weise zu optimieren. Gemäss der Erfindung wird dies durch eine Maßnahme gemäss den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 realisiert.
Bei einem Getriebe, das mit den Steuer- bzw. Regelmaßnahmen gemäss der Erfindung versehen ist, kann eine bedeutsame Verringerung des Kraft- bzw. Brennstoffverbrauchs bei einer Verwendung des Getriebes bsp. in einem Fahrzeug auf der Grundlage der Einsicht realisiert werden, dass die Getriebeübersetzungen nahe der Overdriveübersetzung (OD) dominieren, d.h. während der meisten Zeit ihres Einsatzes. Eine relativ bedeutsame weitere Verringerung des Sicherheitsfaktors realisiert so eine beträchtliche Verringerung der Kosten bei der Verwendung eines solchen Getriebes. Dies wird dadurch realisiert, dass von dem Umstand vorteilhaft der Nutzen gezogen wird, dass bei höheren Werten des übersetzten Drehmoments das absolute Ausmaß der Klemmkraft auf ein bedeutsames hohes Niveau gebracht wurde, sodass gemäss der Erfindung irgendwelche Wechsel bei dem zu übersetzenden Drehmoment bei solchen Höhen des tatsächlichen Drehmoments, die entweder durch die Maschine oder durch Straßenumstände eingeleitet wurden, bei einer Erhöhung der aktuellen Drehmomentwerte relativ klein werden. Auf diese Art und Weise ist vorgesehen, dass bsp. bei dem durch das betreffende Getriebe setzbaren höchsten Drehmoment der Sicherheitsfaktor weiter verringert werden kann bis hin zu einem Wert nahe 1. Die Erfindung ist auch auf die zu Grunde liegende Einsicht und das Erkennen gegründet, dass während in dem sogenannten LOW Übersetzungsmodus die Schlupfrate eines Getriebes allmählich höher wird, wenn sich die zu übersetzenden Drehmomente erhöhen, und sich ein Sprung bei der Schlupfrate innerhalb des übersetzbaren Drehmomentbereichs zeigt, während die Schlupfrate im Overdrive zuvor relativ verlässlich bei einem relativ niedrigen Niveau verbleibt oder sich plötzlich erhöht bis hin zu einem unendlichen maximalen Drehmoment, das durch das betreffende Getriebe übersetzbar ist.
Vorteilhafte Ausführungsformen des Getriebes und seiner Steuerung bzw. Regelung sind selbsterläuternd mit den kennzeichnenden Merkmalen der Unteransprüche des Anspruches 1 angegeben.
Zur Darstellung der vorliegenden Erfindung sind die 1 und 2 als Ausführungsbeispiel hinzugefügt, bei welchen
1 eine typische Beziehung zwischen dem durch ein betreffendes Getriebe übersetzbaren Drehmoment T und dem aktuellen Druck P zeigt, der für die Realisierung eines erforderlichen Ausmaßes der Klemmkraft mit einem hydraulisch verwirklichten Steuer- bzw. Regelsystem realisiert wird;
2 zeigt eine typische Beziehung zwischen einem übersetzbaren Drehmoment T und der Schlupfrate S, ausgedrückt in Prozentangaben bei den betreffenden Übersetzungen LOW und dem Overdrive OD des Getriebes.
Die bei diesem Ausführungsbeispiel gezeigten Beziehungen sind von einem stufenlos veränderlichen Getriebe abgeleitet, welches einen metallischen Schubriemen verwendet und für Anwendungen bei einem Kraftfahrzeug angepasst ist, jedoch kann das gemäss der vorliegenden Erfindung definierte Prinzip allgemein für andere Getriebe angewandt werden unter Berücksichtigung von deren Eigenheiten, wie es dem allgemeinen Geschick der Praktiker auf dem vorliegenden Fachgebiet entspricht. Das Getriebe selbst und die Art und Weise der Steuerung bzw. Regelung solcher Getriebe wird als in der Technik allgemein bekannt vorausgesetzt und wird im übrigen weiter erläutert in den Dokumenten, auf welche in der Einleitung der Beschreibung hingewiesen ist. Der Modus eines Getriebe wird wenigstens definiert durch das aktuelle Übersetzungsverhältnis und das übersetzte aktuelle Drehmoment.
In den beigefügten Figuren haben die Angaben die folgende Bedeutung:
Sf: Sicherheitsfaktor;
T: aktuelles Drehmoment, das durch eine besondere Übersetzung zu übertragen ist;
Tm: maximal übersetzendes Drehmoment, das durch ein besonderes Getriebe übersetzbar ist;
S: Schlupfrate eines Getriebes, hier ausgedrückt als eine prozentuelle Angabe;
P: aktueller hydraulischer Druck P, der zur Realisierung jedes beliebigen Ausmaßes der Klemmkraft in dem Fall eines hydraulisch ausgeführten Steuer- bzw. Regelsystems angewandt wird und der tatsächlich die Klemmkraft oder eine sonstwie ausgedrückte Klemmkraft wie erwähnt in der Einleitung darstellt;
Pr: zur Übertragung eines betreffenden Drehmoment benötigter Druck;
Ps: Pr vergrößert um den Betrag eines Sicherheitsdruckes, der einen Betrag einer Sicherheitskraft wiedergibt, wie erörtert in der Einleitung der Beschreibung;
Pso: Ps optimiert in Übereinstimmung mit der in der Einleitung vermittelten Erklärung durch die Realisierung des Betrages der Sicherheit als ein Faktor des Betrages des erforderlichen Druckes Pr;
Psn: neue Verwirklichung und weitere Optimierung von Pso, wie erläutert in der Einleitung der Beschreibung.
In Abhängigkeit von der besonderen Anwendung kann die Abhängigkeit des Sicherheitsfakors, welcher Psn realisiert, des aktuellen Drehmoments T über den gesamten Bereich der zu übersetzenden Drehmomente vorhanden sein. Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform beginnt die Abhängigkeit bei einem zuvor eingestellten Schwellwert T, mehr bevorzugt bei einem Wert nahe der Hälfte von Tmax. Bsp. kann der Sicherheitsfaktor zwischen T = 150 und Tmax = 300 linear verringert werden von einem nominellen Sicherheitsfaktor Sf = 1.3 zu einem zuvor eingestellten niedrigsten Sicherheitsfaktor Sf = 1.1, wie dargestellt in 1. Aus Gründen einer äußersten Sicherheit könnte diese Verringerung nur bei dem Übersetzungsmodus OD angewandt werden. Er kann jedoch auch bei Übersetzungen nahe OD angewandt werden. Eine solche Verringerung von Sf wird begonnen bei einer Getriebeübersetzung mit dem Übersetzungsverhältnis 1, jedoch bevorzugt linear gemäßigt durch einen Faktor, der von 1 bei einem Übersetzungsverhältnis 1 auf 0 (Null) bei dem OD Übersetzungsverhältnis herabgesetzt wird, sodass der nominelle Sicherheitsfaktor (1.3) immer noch bei dem Übersetzungsverhältnis 1 angewandt wird und T nicht den zuvor eingestellten Schwellwert des Drehmoments (150) überschritten hat, während der niedrigste Sicherheitsfaktor (1.1) bei Od und dem maximal übersetzbaren Drehmoment Tmax erreicht wird. Der zuvor eingestellte niedrigste Wert kann bei jedem beliebigen Wert nahe 1 gewählt werden, während die vorliegende Erfindung auch eine Erhöhung des nominellen Sicherheitswertes erlaubt, wenn es für eine besondere Anwendung erwünscht werden sollte, ohne dass der Wirkungsgrad bei der Verwendung des Getriebes unnötig beeinträchtigt wird.

Claims

Stufenlos veränderliches Getriebe, das aus einem Paar Riemenscheiben besteht, die V-förmige Nuten zur Aufnahme eines Endlos-Getriebeelements zur Übertragung eines Drehmoments der Riemenscheiben aufweist, wobei jede Riemenscheibe aus wenigstens einer axial beweglichen Scheibe besteht, die durch eine Vorwärts-Treibeinrichtung axial in Richtung des Getriebeelements getrieben werden kann, um eine Klemmkraft zwischen der besagten Scheibe und dem besagten Getriebeelement zu bewirken, wobei die bewirkte Klemmkraft einer Kraft entspricht, die für die Übertragung eines zu übertragenden Drehmoments durch eine wenigstens virtuell schlupflose Reibung zwischen den Riemenscheiben und dem Riemen ausreicht, vergrössert durch einen Sicherheitsabstand, der als ein Sicherheitsfaktor Sf der Klemmkraft ausgedrückt werden kann, die für die Übertragung eines aktuellen Drehmoments, das zu übertragen ist, benötigt wird, und wenigstens über einen Hauptteil des durch das Getriebe übertragbaren Bereichs von Drehmomenten angewandt wird, wobei der Sicherheitsfaktor Sf als eine Funktion der aktuellen Getriebeübersetzung eingestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherheitsfaktor Sf weiterhin als eine Funktion des zu übertragenden Drehmoments so eingestellt ist, dass der aktuelle Sicherheitsfaktor bei vorbestimmten Übersetzungsbedingungen von einem voreingestellten nominellen Sicherheitsfaktor (Sfo) über dem Wert 1 allmählich erniedrigt wird auf einen voreingestellten niedrigsten Wert oberhalb 1 und weniger als der nominelle Sicherheitsfaktor (Sfo), wie bsp. von einem voreingestellten Drehmoment-Schwellwert und vorausgesetzt dass ein voreingestellter Schwellwert der Getriebeübersetzung überschritten wurde, wobei die vorbestimmten Bedingungen mit relativ hohen Drehmomenten zusammenhängen innerhalb des Bereichs der übertragbaren Drehmomente und den Werten der aktuellen Getriebeübersetzung nahe der Overdriveübersetzung (OD) innerhalb des Bereichs der Getriebeübersetzungen des Getriebes.
Stufenlos veränderliches Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der voreingestellte Drehmoment-Schwellwert übereinstimmt mit dem mittleren Drehmomentwert zwischen null und dem durch das Getriebe übertragbaren maximalen Drehmoment.
Stufenlos veränderliches Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der voreingestellte Drehmoment-Schwellwert übereinstimmt mit einem mittleren Getriebe-Übersetzungswert, der 1 genügt.
Stufenlos veränderliche Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der voreingestellte niedrigste Wert des Sicherheitsfaktors 1.1 genügt.
Stufenlos veränderliches Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert des nominellen Sicherheitsfaktors 1.3 genügt.