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Diese Erfindung bezieht sich auf Steuerungssysteme für
Antriebsstränge mit stufenlosen Getrieben (CVTs) . Mit
Antriebsstrang ist eine Kombination von Komponenten gemeint, die der
Reihe nach eine Antriebsmaschine oder einen anderen Motor, das
CVT und einen mit einem Nutzungspunkt verbindbaren
angetriebenen Abtrieb umfaßt. Die Erfindung findet besonders, aber nicht
ausschließlich Anwendung auf Antriebsstränge für
Kraftfahrzeuge, bei denen der Abtrieb direkt oder indirekt mit
angetriebenen Rädem des Fahrzeugs verbunden ist. Sie kann insbesondere
auf Antriebsstränge Anwendung finden, bei denen das CVT einen
Variator - d.h. eine übersetzungsändernde Komponente - vom
drehmonientgesteuerten Typ enthält, besonders einen, bei dem der
Variator vom Reibrollentoroid-Typ ist und das durch die Rollen
übertragene Drehmoment durch eine durch hydraulischen Druck
erzeugte Betätigungskraft gesteuert wird, die man auf einen
Kolben oder ein ähnliches Betätigungsglied einwirken läßt, mit
welchem jede solche Rolle verbunden ist. Beispiele solcher
Variatoren sind z.B. in der Patentveröffentlichung WO90/05860
beschrieben, aus der die im Oberbegriff des Anspruchs 1
dargelegten Merkmale bekannt sind.
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In einem modernen, einen Variator vom Reibrollentoroid-Typ
enthaltenden Antriebsstrang für ein Fahrzeug kann als
Schlüsselkomponente ein computergestütztes Steuerungssystem angesehen
werden, das so programmiert ist, daß es Eingaben zweierlei
Arten empfängt. Die erste derartige Eingabe ist die
typischerweise durch das Drosselpedal übertragene Forderung des Fahrers
typischerweise nach Motorleistung. Die zweite derartige Eingabe
umfaßt eine Vielzahl elektronischer Signale eines sowohl
Befehls- als auch Antworttyps. Das wesentliche Befehlssignal wird
eine Eingabe sein, die eine Motor-"Karte" repräsentiert, d.h.
eine gewünschte und programmierte Beziehung ("Steuerkurve")
eines Ausgangsdrehmoments (TE) des Motors und einer
Ausgangsdrehzahl bzw. -geschwindigkeit (NE) des Motors über den effektiven
Arbeitsbereich des Motors. Somit kann die Motorleistung (T) aus
entweder Werten des Drehmoments (TE) oder der Drehzahl bzw.
Geschwindigkeit (NE) für einen Betrieb auf der Steuerkurve
abgeleitet werden. Die "antwortenden" Eingangssignale versorgen das
Steuerungssystem ständig mit den momentanen Werten von Größen,
wie z.B. dem tatsächlichen Wert von NE, der tatsächlichen
Geschwindigkeit No, die durch den GVT-Abtrieb an die
angetriebenen Räder oder einen anderen Nutzungspunkt abgegeben wird, und
das Reaktionsdrehmoment TR, das über den Variator übertragen
wird. Eine geeignete Verarbeitung dieser Eingaben durch nach
dem Stand der Technik bekannte Einrichtungen ermöglicht dem
Steuerungssystem, andere Schlüsselmessungen einschließlich der
augenblicklichen Übersetzung R, die durch den Variator
übertragen wird, TE und des augenblicklichen Drehmoments TO am CVT-
Abtrieb zu berechnen. In der Praxis empfängt das
Steuerungssystem auch weitere Eingaben in bezug auf zum Beispiel
Leistungsbzw. Wirkungsgradfaktoren und viele andere Größen.
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Das Ergebnis der vielen Eingangssignale dieser beiden
Arten, die das Steuersystem empfängt, sind in der Praxis nur zwei
wichtige Ausgangssignale Eines von diesen wird verwendet, um
die Kraftstoffzufuhr zum Motor zu steuern, und das andere, um
das Getriebe zu steuern.
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Die Aufgabe dieser Erfindung besteht allgemein darin,
einen Antriebsstrang eines solchen Typs zu verbessern und
insbesondere zwei Verbesserungen zu unterstützen, und zwar erstens
um das Steuerungssystem zu betreiben, wenn sich die Forderung
des Fahrers ändert, um so einen glatten und schnellen Wechsel
von einem stationären Zustand - d.h. einer stationären
Beziehung von NE zu TE gemäß der funktionsmäßigen Motor-"Karte"- zu
einem anderen auszuführen, wenn dies durch den Bediener
gefordert wird, und zweitens, um die Forderung des Fahrers in
entweder eine Forderung nach einem Ausgangsdrehmoment des Getriebes
(über den unteren Teil des Übersetzungsbereichs des Getriebes)
oder eine Forderung nach einer Motorleistung, d.h. nach
Drehmoment und Geschwindigkeit, (über den höheren Teil des Bereichs)
zu übersetzen und einen automatischen und nicht wahrnehmbaren
Übergang zwischen den beiden Betriebsmodi des Steuerungssystems
zu bewerkstelligen.
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Die Erfindung ist durch die Ansprüche definiert, deren
Inhalte als in der Offenbarung der Beschreibung enthalten zu
lesen sind, und Ausführungsformen der Erfindung werden nun
beispielhaft mit Bezugnahme auf die beiliegenden zeichnungen
beschrieben, in denen:
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Figur 1 eine Gesamtdarstellung ist, die die
Wechselbeziehung des Steuerungssystems, des Motors und des CVT darstellt;
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Figuren 2 bis 5 schematisch die Antwort eines
Steuerungssystems auf eine Änderung in einer Bedienerforderung in einem
Antriebsstrang gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung
veranschaulichen;
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Figuren 6 bis 9 verschiedene Betriebsbedingungen eines
Antriebsstrangs gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung
veranschaulichen, und
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die Figuren 10 und 11 Diagramme sind.
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Die schematische Darstellung von Figur 1 zeigt die
wesentlichen Komponenten eines Antriebsstrangs gemäß der Erfindung:
eine Antriebsmaschine 1 oder einen anderen Motor, ein
stufenloses Getriebe 2 mit einem Variator 3 und zugeordneter
Transmission 4 und ein computergestützes Steuerungssystem 5, das auf
eine Eingabe einer Bedienerforderung anspricht, die durch ein
Beschleunigerpedal 6 geliefert wird. Wie schon zusammenfassend
dargestellt wurde, empfängt das Steuerungssystem 5 auch ein
Eingangssignal von einer Motor-"Karte" 7, die eine spezielle
Beziehung von TE und NE über zumindest einen Teil des
Arbeitsbereichs des Antriebsstrangs aussagt. Man erkennt, daß ein
Antriebsstrang die Möglichkeit haben könnte, diese Eingabe nicht
nur von einer solchen Karte 7, sondern von mehreren dieser zu
empfangen, mit der Möglichkeit, von einer zur anderen beim
Wechsel von einem Teil des Arbeitsbereichs zu einem anderen
oder bei der Wahl des Fahrers überzugehen, die Leistung z.B.
von sportlichem zu kraftstoffsparendem Fahren oder umgekehrt zu
ändern Figur 1 zeigt auch das Steuerungssystem, das eine einen
Wirkungsgradfaktor repräsentierende Eingabe 8 empfängt und
Eingaben überwacht, die die augenblicklichen Werte der
Motorgeschwindigkeit NE, der CVT-Ausgangsgeschwindigkeit No und des
Arbeitsdrehmoments TR des Variators repräsentieren, wie schon
beschrieben wurde: es ist in der Technik wohlbekannt, daß die
Drehmomentreaktion TR des Variators die Summe der Eingangs- und
Ausgangsdrehmomente des Variators ist.
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Bei jeder beliebigen Motorgeschwindigkeit NE ändert sich
die Drehmomentabgabe TE mit der Kraftstoffzufuhr bis zu einem
Maximum, das durch die Kurve "Vollgas" in
Drehmoment-Geschwindigkeit-Diagrammen der in den Figuren 2 bis 5 gezeigten Art
repräsentiert ist. Unterhalb dieser Kurve können Punkte definiert
werden, welche beispielsweise einen Betrieb bei bester
Kraftstoffökonomie oder geringsten Emissionen repräsentieren.
Verbindet
man die Punkte miteinander, ergibt dies eine
"Steuerkurve", auf der der Motor laufen sollte, um Leistung (d.h. das
Produkt von N und T an einem beliebigen Punkt auf der Kurve)
unter stationären Zustandsbedingungen abzugeben. Diese
Information ist in der Motor-"Karte" 7 gespeichert.
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Über Ausgänge gibt das Steuerungssystem 5 zwei
Steuersiguale aus. Ein solches Signal wird durch eine Leitung 9 an
die Kraftstoffzufuhr 10 des Motors 1 angelegt: ein Erhöhen der
Kraftstoffzufuhr wird die Drehmomentabgabe des Motors TE bis
zur Vollgasgrenze erhöhen. Das andere Ausgangssignal wird durch
Leitung 11 an die hydraulische Kraftquelle 12 abgegeben, die
den Öldruck innerhalb des Variators 3 liefert und steuert. Eine
Erhöhung des Variator-Öldrucks wird die Drehmomentlast TE
(siehe Figuren 2-5) auf den Motor erhöhen. Wenn TE und TE,
gleich sind, wird die Motorgeschwindigkeit konstant bleiben.
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Figuren 2 bis 5 veranschaulichen einen Gesichtspunkt der
vorliegenden Erfindung. Figur 2 ist eine graphische Darstellung
einer Motor-Karte 7, auf der die y-Achse ein Ausgangsdrehmoment
TE des Motors und die x-Achse die Motorgeschwindigkeit NE
repräsentiert. Die Bezugsgröße 15 gibt die Vollgasgrenze des
Motors und 16 die ausgewählte Steuerkurve an, die für den
Augenblick die Funktion des Motors bestimmt. Gemäß der Erfindung ist
ein Merkmal des Steuerungssystems, das in die "Karte" eingebaut
ist, die Reihe paralleler Linien 17, von denen jede den Betrag
repräsentiert, um den das Ausgangsdrehmoment TE des Motors
durch Ändern der Kraftstoffzufuhr für eine gegebene Abweichung
von der gewünschten Motorgeschwindigkeit NE geändert wird.
Falls TE und NE wie bei Punkt A liegen und der Bediener das
Pedal 6 niederdrückt, um zu fordern, daß sie auf durch Punkt B
repräsentierte Werte ansteigen, antwortet gemäß der Erfindung
das System mit einem schnellen Anstieg (18) in der
Kraftstoffzufuhr und einem sich ergebenden schnellen Anstieg in TE von TA
(dem Wert am Punkt A) auf TC (einem Punkt, der auf der schrägen
Linie 17B liegt). Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, ist der
Betrag des Motordrehmoments am Punkt C erheblich größer als der
angeforderte (TB) am Punkt B, wobei der Überschußbetrag durch
die vorbestimmte Wahl der Steigung der Kurven 17 festgelegt
wird. Der Drehmomentüberschuß wird damit beginnen, den Motor
von einer Geschwindigkeit NA am Punkt A zur gewünschten neuen
Geschwindigkeit NB am Punkt B zu beschleunigen. Gemäß der
Erfindung fällt jedoch, während die Geschwindigkeit von A nach B
ansteigt, das Überschußdrehmoment vom Punkt C die Kurve 17B
hinab, bis TE und NE das geforderte neue Gleichgewicht am Punkt
B erreichen.
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Figur 2 stellt die Wirkung eines der Ausgangssignäle (das
durch Leitung 9 in Figur 1 abgegeben wurde) des
Steuerungssystems 5 als Antwort auf eine Bedienerforderung dar. Figur 3,
in der die y-Achse die Last TE' auf den Motor statt dessen
Abgabe TE repräsentiert, zeigt den Effekt gemäß der Erfindung des
anderen Ausgangssignals (das durch Leitung 11 in Figur 1
abgegeben wurde) des Steuerungssystems als Antwort auf die gleiche
Bedienderforderung. In dieser Figur sind wie zuvor die
Völlgaskurve 15 und Steuerkurve 16, jedoch repräsentieren die schrägen
Kurven 20 den Betrag, um den die Drehmomentlast TE' durch
Variieren des hydraulischen Steuerdrucks im Variator für eine
gegebene Abweichung von der gewünschten Motorgeschwindigkeit
geändert wird. Eine Bedienerforderung, sich entlang der Steuerkurve
16 von Punkt A zu Punkt B zu bewegen, spiegelt sich nun in
einer schnellen Reduzierung im Variator-Öldruck, wie durch die
Kurve 21 angegeben ist, vom Wert am Punkt A (auf der Kurve 20A)
zum Wert bei Punkt D auf der Kurve 20B wider, dem geometrischen
Ort, der am Punkt B kreuzt. Während die Geschwindigkeit
ansteigt, steigt danach die Drehmomentlast TE' durch Übergang von
D nach B entlang der Kurve 20B an.
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Die graphischen Darstellungen der Figuren 2 und 3 können
wie in Figur 4 kombiniert werden, um eine nützliche Angabe der
Gesamtantwort des Antriebsstrangs auf die beiden Ausgaben
(Leitungen 9 und 11, Figur 1) des Steuerungssystems 5 als
Antwort auf eine Bedienerforderung zu liefern. Figur 3 zeigt klar,
daß sich die durch 21 repräsentierte schnelle Reduzierung des
Drehmoments, die sich aus der anfänglichen Reduzierung des
Variator-Öldrucks ergibt, zu dem Drehmoment addiert, das zur
Verfügung steht, um den Motor zu beschleunigen. In der Tat ist nun
dieses durch 18 in Figur repräsentierte Drehmoment auf DC
erhöht worden (d.h. 21+18). Die anfängliche Drehmomentreduzierung
21 aufgrund eines Öldruckabfalls wird jedoch auch zumindest
anfangs das Drehmoment an den Antriebsrädern verringern. Wo dies
unerwünscht ist, weil z.B. die Kombination einer ansteigenden
Motorgeschwindigkeit und eines fallenden Ausgangsdrehmoments
einen "hektischen" Eindruck und sogar einen Eindruck eines
Leistungsmangels
liefert, kann die Steigung der Kennlinien 20 zur
Drucksteuerung umgekehrt werden, zumindest in bezug auf die
lokale Steigung der Steuerkurve 16, wie in Figur 5 bei 22
dargestellt ist. Nun wird die Überschußdrehmomentabgabe, TC-TA,
zwischen einem Beschleunigen des Motors (TC-TD,) und einem
Bereitstellen eines zusätzlichen Drehmoments (TD,-TA) durch das
Getriebe auf die Antriebsräder aufgeteilt. Diese umgekehrte
Charakteristik kann äußerst nützlich sein, wenn die Lücke zwischen
der Steuerkurve 16 und der Vollgaskurve 15 groß ist,
typischerweise in der Mitte des Motorgeschwindigkeitsbereichs bei
Benzinmotoren. Es wird einleuchten, daß die Steigung der Kurven,
die den Öldruck bestimmen, über den vollen Bereich einer
Motorgeschwindigkeit NE von "umgekehrt" (wie in Figur 5 bei 22
dargestellt ist) bei einer mittleren Geschwindigkeit zu "normal"
(wie in den Figuren 3 und 4 bei 20 dargestellt ist) bei höheren
Geschwindigkeiten geändert werden kann. Es wird einleuchten,
daß wegen der Stabilität die Steigung der umgekehrten
Drucksteuerkurven 22 geringer als die lokale Steigung der
Steuerkurven 17 für die Kraftstoffzufuhr sein muß.
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Die Wahl der Steigung der Charakteristiken 17 und 20, 22
für die Kraftstoffzufuhr und den Öldruck und der Steuerkurve 16
und ihre Beziehung zur Vollgaskurve 15 bestimmen das "Gefühl"
des Antriebsstrangs unter Übergangsbedingungen.
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Zusammengefaßt kann man in einem diesen Gesichtspunkt der
Erfindung beispielhaft veranschaulichenden Antriebsstrang die
folgende Sequenz haben:
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1. Eine Bedienerforderung durch das Beschleunigerpedal nach
Motorleistung;
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2. zumindest eine Motor-"Karte", die die gewünschte
Motorgeschwindigkeit NE und das Motordrehmoment TE liefert, um die
so geforderte Motorleistung zu erzeugen;
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3. ein Steuerungssystem mit geschlossenem Regelkreis, das die
tatsächliche mit der gewünschten Motorgeschwindigkeit
vergleicht und die Kraftstoffzufuhr ändert, um die beiden in
Übereinstimmung zu bringen, und
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4. ein zweites Steuerungssystem mit geschlossenem Regelkreis,
welches das gewünschte Motor(Ausgangs-)drehmoment mit der
Drehmomentlast auf den Motor (aus der Variatorübersetzung
und der Drehmomentreaktion berechnet) vergleicht und die
Betatigungskraft des Variators (Steuerdruck) ändert, um die
beiden in Übereinstimmung zu bringen.
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Ein zweiter Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung
betrifft insbesondere die Programmierung des Steuerungssystems 5,
um die zweite seiner Ausgaben in Leitung 11 bereitzustellen, um
den Steuerdruck des Variators 3 zu regulieren. Dieser
Gesichtspunkt der Erfindung findet Anwendung auf einen Antriebsstrang,
der einen beliebigen drehmomentgesteuerten Variator enthält,
aber besonders auf einen, bei dem der Variator vom Reibrollen
toroid-Typ ist, bei dem die Traktionskräfte an den Rollen den
auf die Rollen angewandten Steuerkräften proportional sind und
die Eingangs- und Ausgangsdrehmomente des Variators bestimmen.
In einem präktischen Fahrzeuggetriebe gibt es ein maximales
Ausgangsdrehmoment des Getriebes, das sicher an die
Antriebsräder angelegt werden kann, und ein maximales Ausgangsdrehmoment
des Motors, z.B. TOM bzw. TEM. Falls das niedrigste
(Übersetzungs-) Verhältnis des Getriebes (No/NE) geringer als TEM/TOM ist
(d.h. die Drehmomentverstärkung ist größer als TOM/TEM), muß
dann ein Mittel gefunden werden, um TE unter TEM zu verringern,
so daß TO TOM - das maximal zulässige Ausgangsdrehmoment - nicht
überschreitet.
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Dieses Problem kann bei jedem Getriebe mit einem
ausreichend weiten Übersetzungsbereich auftreten und ist in einem
Zwei-Regime-system (der zu beschreibenden Art) unvermeidbar,
bei dem das Übersetzungsverhältnis R Null - eine theoretisch
unendliche Drehmomentmultiplikation - erreicht.
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Das Steuerungssystem muß folglich eine Fahrerforderung auf
zwei verschiedene Weisen interpretieren: über einen unteren
Teil des Übersetzungsbereichs muß es einen gewünschten Pegel
eines Ausgangsdrehmoments des Getriebes und über den höheren
Teil des Bereichs einen gewünschten Pegel eines
Motordrehmoments (oder einer Motorleistung) erzeugen. Der Übergang
zwischen diesen beiden Steuermodi muß automatisch erfolgen und
darf nicht feststellbar sein. Gemäß diesem Gesichtspunkt der
Erfindung enthalten die Steueralgorithmen im Steuerungssystem 5
Gleichungen, die die Drehmomentreaktion des Variators (TR,
proportional zum Steuerdruck) ständig berechnen und vergleichen,
was ergibt, wo die Fahrerforderung als ein Teil des maximalen
Motordrehmoments auf der einen Seite und als ein Teil des
maximalen Ausgangsdrehmoments des Getriebes auf der anderen zu
interpretieren ist. Der Steuerdruck, der benötigt wird, um den
niedrigeren dieser beiden Werte einer Drehmomentreaktion zu
liefern, wird dann gewählt und angelegt. Ein Betrieb innerhalb
der beiden Grenzen eines maximalen Motordrehmoments (Leistung)
und eines maximaleh Ausgangsdrehmoments des Getriebes ist so
sichergestellt.
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Diese Möglichkeit ist von besonderem Nutzen bei Getrieben,
welche Toroidbahn-Variatoren nutzen und bei denen der effektive
Bereich von Übersetzungen, die der Variator bereitstellen kann,
vergrößert wird, indem man das Getriebe in die Lage versetzt,
in zwei verschiedenen Modi oder "Regimes" zu arbeiten. Solche
Getriebe, von denen sich ein frühes Beispiel in der
Patentschrift GB-A-1078791 und ein jüngeres in der veröffentlichten
internationalen Schrift WO 91/08406 findet, enthalten zusätz
lich zum Variator eine oder mehr Getriebeeinheiten.
Typischerweise gibt es zwei solche Einheiten, von denen die erste eine
Geschwindigkeitsreduzierungsfähigkeit hat und gewöhnlich als
der "Reduzierer" bekannt ist, während die Ausgabe der zweiten
(Umlaufgetriebe-) Einheit - gewöhnlich als der "Mischer"
bekannt - die Ausgabe des Getriebes als Ganzes ist, und ihre
beiden anderen Zweige sind mit dem Variator bzw. dem Reduzierer
verbunden. Jede der Einheiten hat eine Komponente, die durch
eine Kupplung, Bremse oder dergleichen in Eingriff gebracht
werden kann. Wird die in Eingriff stehende Komponente des
Reduzierers gehalten und ist die des Mischers frei, bewirkt ein
Durchgang des Variators von einem Ende seines
Übersetzungsbereichs zum anderen, daß das Ausgangsglied des Mischers, von dem
alle Zweige Leistung übertragen, stetig von maximaler
Rückwärtsgeschwindigkeit durch einen als "neutral übersetzt" be
kannten Zustand, in dem der Getriebeabtrieb stationar ist,
fortschreitet und dann eine Vorwärtsgeschwindigkeit entwickelt.
Man sagt, daß sich das Getriebe während dieses Prozesses im
"niedrigen" Regime befindet. Die Komponenten und Übersetzungen
der beiden Getriebeeinheiten sind so gewählt, daß die in
Eingriff stehende Komponente des Reduzierers bei der höchsten
Vorwärtsübersetzung im niedrigen Regime gelöst werden kann und die
entsprechende Komponente im Mischer an ihrer Stelle eingerückt
ist, ohne jegliche momentane Änderung an der übertragenen
Übersetzung: Ein solcher Wechsel zwischen Regimes ist in der
Technik als "synchroner" Wechsel bekannt. Man sagt, daß das
Getriebe
nun im "hohen" Regime ist, und falls man den Variator nun
zum ursprünglichen Ende seines Übersetzungsbereichs zurückgehen
läßt, nimmt die Vorwärtsgeschwindigkeit des Ausgangsglieds
ständig zu.
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Die Figuren 6 bis 9 zeigen schematisch den Variator V, den
Reduzierer G und das Mischer-Umlaufgetriebe E eines solchen
Getriebes und veranschaulichen durch Bezugnahme auf einige
typische angenommene Größen, wie das Reaktionsdrehmoment TR des
Variators immer auf dem kleineren der beiden möglichen Werte
gehalten werden kann, indem TO als die Basis zum Bestimmen des
Steuerdrucks des Variators in gewissen Zuständen des
Antriebsstrangs und TE in anderen gewählt wird. In den Figuren 6 bis 9
sind die folgenden typischen Größen angenommen:
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Übersetzung R des Variators V von 0,5 bis 2,
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Übersetzung (Innenzahnrad-zu-Sonne) des Mischer-Umlaufgetriebes E 2
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Übersetzung des Reduzierers G 0,5 (und somit gleich dem minimalen Wert von R)
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Maximaler Wert von TE 1 Drehmomenteinheit
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Maximaler Wert von TO 4 Drehmomenteinheiten (willkürlich, aber typische Verstärkung von TE)
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Es sollte auch betont werden, daß in den Figuren 6 bis 9
Umkehrungen einer Drehung außer beim Berechnen von Drehmomenten
iguoriert sind, daß die Pfeile die Richtungen angeben, in denen
Leistung innerhalb verschiedener Abschnitte des Antriebsstrangs
fließt oder zirkuliert, und die Ziffern die Werte dieser
Drehmomente angeben. Die nicht eingeklammerten Ziffern sind
diejenigen, die vorliegen werden, falls das Reaktionsdrehmoment TE
des Variators auf dem kleineren der beiden möglichen Werte
gehalten wird, während die eingeklammerten Ziffern den Wert
angeben, der existieren würde, falls man zuließe, daß TR statt
dessen den anderen Wert annimmt. Es sollte auch betont werden, daß
aus Gründen der Einfachheit ein Wirkungsgrad von 100%
angenommen wird.
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Unter dieser Annahme lauten die beiden Gleichungen zum
Berechnen der Drehmomentreaktion im Variator aus dem
Motordrehmoment
TE und dem Ausgangsdrehmoment TO des Getriebes im
niedrigen Regime und bei einem Wirkungsgrad von 100%:
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1. TR = TO (R+1)/E
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2. TR = TE (R+1)/(GE+G-R)
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Figur 6 zeigt das Getriebe in "neutral übersetzten"
Zustand im niedrigen Regime, wenn NE einen endlichen, aber
unbestimmten Wert hat, NO jedoch Null ist. In dieser Situation ist
die einzig vernünftige Wahl zum Steuern des Öldrucks des
Variators V das Ausgangsdrehmoment (bei einem Maximalwert 4
angenommen), das eine berechnete Drehmomentreaktion in V von 5 (d.h.
die Summe seiner Eingangs- und Ausgangsdrehmomente 2 und 3)
ergibt. Die Verwendung von TE als das alternative Steuermittel
würde sehr hohe, gegen Unendlich gehende Werte für sowohl TR
als auch TO ergeben. Figur 7 veranschaulicht den Zustand des
Getriebes mit einer Variatorübersetzung R=1 im niedrigen
Regime, wo TE und TO beide bei ihren Maximalwerten von 1 bzw. 4
liegen. Gemäß der Erfindung gibt es hier eine Wahl, was den
Punkt anbetrifft, ob eine Steuerung des Öldrucks in V auf TE
oder TO beruht: in jedem Fall gilt: TR=4. Figur 8 zeigt das
Getriebe beim niedrigen Übersetzungsende (R=0,5) des niedrigen
Regimes, bei dem ein synchroner Wechsel zum hohen Regime
stattfindet und bei dem man annehmen kann, daß TE bei seinem
Maximalwert 1 liegen wird und TO, sofern nicht beschränkt, seinen
eigenen Maximalwert 4 aufsuchen wird. In diesem Zustand hat,
wie die Figur zeigt, eine Wahl von TE (=1) als die Steuerung
für den Öldruck in V einen Wert von 1,5 für TR zur Folge,
wohingegen eine Wahl von TO (=4) als die Steuerung TE auf 3
ansteigen ließe und auch dazu neigen würde, TE auf 2 ansteigen zu
lassen, was unmöglich ist: TE sollte daher nun ausgewählt
werden, um einen Variator-Öldruck zu steuern. Schließlich zeigt
Figur 9 den Zustand des Getriebes, während die
Variatorübersetzung R noch gleich 0,5 ist, aber ein synchroner Wechsel
stattgefunden hat, so daß das Getriebe nun im hohen Regime ist. Das
Glied des Getriebes, das ein Reduzierer-Umlaufgetriebe G
enthält, wird nun entkoppelt, und zwei Komponenten werden
innerhalb des Mischer-Umlaufgetriebes E so verriegelt, daß ein
Antrieb direkt von der Sonne (Eingang) zum Innenzahnrad (Ausgang)
übertragen wird. Hier ist wieder TE (angenommen = 1) die klare
Wahl zum Steuern des Variator-Öldrucks, was einen Wert von 3
für TR ergibt, im Vergleich zum Wert 6, der sich ergäbe, falls
man TO (angenommener Maximalwert 4) als die Grundlage für die
Steuerung verwände. Wie in Figur 8 würde eine Verwendung von T
wieder nur einen höheren Wert von TE fördern, aber auch einen
unmöglich hohen Wert von TE mit sich bringen.
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Die Figuren 6 bis 9 zeigen, daß in dem hypothetischen
Getriebe, das sie repräsentieren, mit dessen angenommenen Werten
für bestimmte Übersetzungen und für die Maximalwerte von TE und
TO gemäß der Erfindung der Variator-Öldruck durch Bezugnahme
auf den Ausgangsdrehmomentwert im Teil des niedrigen Regimes
einschließlich einer Rückwärtsbewegung, einer neutral
übersetzten und einer Vorwärtsbewegung bis zur Variatorübersetzung R=1
gesteuert wird. Danach sollte jedoch die Steuerung auf die
Eingangsleistung bezogen werden. Man sieht folglich, daß das
Ausgangsdrehmoment die Steuerung bei niedrigen Werten einer
Ausgangsgeschwindigkeit (NO) liefert und die Eingangsleistung bei
höheren Werten. Dies spiegelt die Tatsache wider, daß bei oder
nahe einer Ausgangsgeschwindigkeit Null die Forderung nach
Motorleistung selbst bei hohen Ausgangsdrehmomenten gering ist.
Eine solche Leistung kann bei nur niedriger
Motorgeschwindigkeit (NE) bereitgestellt werden, und die Erlaubnis, daß diese
Geschwindigkeit ansteigt, hat nur die Tendenz, die Leistung zu
erhöhen, die (mittels des Reduzierers G) im Getriebe
zurückgeführt wird Die Steuerung der Motorgeschwindigkeit unter diesen
Bedingungen kann eine zusätzliche Eingabe verlangen. Ein
Beispiel ist in Figur 1 bei 7a dargestellt und ist eine
Motor-"Karte", auf der eine Steuerkurve (16a) im Vergleich zur
Korrelation von NE und TE auf der Karte 7 die Motorgeschwindigkeit NE
und Ausgangsgeschwindigkeit NO korreliert. Wenn der
VariatorÖldruck unter der Steuerung des Eingangsdrehmoments TE ist,
kann man der Steuerkurve 16 der Karte 7 die
Motorgeschwindigkeit NE entnehmen. Wenn die Steuerung durch TO erfolgt, kann
eine alternative Karte wünschenswert sein, die die
Eingangsgeschwindigkeit direkt mit einer Ausgangscharakteristik in
Beziehung setzt. Durch eine ausgeklügeltere Verwendung der von einem
solchen Objekt, wie z.B. der Karte 7, verfügbaren Information
kann es jedoch möglich sein, daß eine solche Karte zu allen
Zeiten ausreicht. Wie schon beschrieben wurde, kann die
Drehmomentreaktion TR des Variators ständig gemäß einer
Forderung - d.h. der Pedalstellung (6, Figur 1) - in Form sowohl des
Ausgangsdrehmoments
TO als auch der Eingangsleistung TE berechnet
werden, und deü niedrigere dieser beiden Werte, wird ständig
gewählt, um den hydraulischen Druck zu steuern, durch den der
Variator gesteuert wird. Die Kenntnis dieses gewählten Drucks
(und sqmit der Drehmomentreaktion TR des Variators), der
Variatorübersetzung R, des gerade genutzten Regimes, der
Ausgangsgeschwindigkeit NO und des Getriebewirkungsgrades ermöglicht, daß
die Eingangsleistung TE berechnet wird, selbst wenn der
Variator-Öldruck gerade durch das Ausgangsdrehmoment gesteuert wird.
Weil der Wirkungsgrad in Betracht gezogen wird, ist die
Eingangsleistung TE selbst bei Stillstand im neutral übersetzten
Zustand niemals Null. Vorausgesetzt, daß die Eingangsleistung
TE wie in der gerade beschriebenen Weise berechnet werden kann,
kann eine einzige Motor-Karte 7, die auf den beiden Größen NE
und TE beruht, zu allen Zeiten verwendet werden, um den
geeigneten Wert von NE zu erhalten, was die Motordrossel steuert.
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Während die Figuren 6 bis 9 das Getriebe in vier einzelnen
stationären Zuständen zeigen und klar angeben, welcher der
beiden relevanten Parameter - TE und TO - gewählt werden sollte,
um den Variator-Öldruck in jedem dieser vier stationären
Zustände zu steuern, repräsentieren die graphischen Darstellung
der Figuren 10 und 11 ein zusammenhängendes Bild über den
Vollen Arbeitsbereich des Getriebes, das angibt, wie eine
Steuerung von TR idealerweise zwischen TE und TO über diesen Bereich
hin und her gehen könnte. In der graphischen Darstellung von
Figur 10 ist TR gegen die Variatorübersetzung R über den vollen
Bereich von Werten der letztgenannten Größe aufgetragen, von
einer maximalen Übersetzung von 2,0 bis zu einer minimalen
Übersetzung von 0,5 im niedrigen Regime, über einen synchronen
Wechsel zum hohen Regime bei diesem Wert von R, und dann durch
das hohe Regime zurück auf das Maximum von 2,0 ansteigend. Im
niedrigen Regime lauten die beiden Gleichungen zum Berechnen
des Reaktionsdrehmoments TR des Variators aus entweder dem
Motordrehmoment TE oder dem Ausgangsdrehmoment TO des Getriebes
unter der Annahme eines Wirkungsgrades von 100% wie schon
angegeben. Im hohen Regime verschwinden die Ausdrücke, die die
Übersetzungen des Mischer-Umlaufgetriebes E und des Reduzierers
G repräsentieren, aber die Gleichungen sind ansonsten ähnlich,
nämlich
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1. TR = TO (R+1)
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2. TR = TE (R+1)/R
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In diesen Figuren geben die durchgezogenen Kurven die Größe -
TO oder TE - an, die gewählt wird» um TE bei einem beliebigen
bestimmten Wert der Variatorübersetzung R zu steuern, und die
gestrichelten Kurven geben die andere Größe an, die also nicht
gewählt ist. Es ist auch einleuchtend, daß die Ordinatenwerte,
die auf die Drehmomentreaktion TR des Variators anwendbar sind,
auch überall auf die Drehmomente TO und TE Anwendung finden.
Figur 10 gibt klar an, daß beim Maximalwert 6,0 der
Variatorübersetzung R (Punkt 30) im niedrigen Regime theoretisch TR
durch entweder TE oder TO gesteuert werden könnte. In der Tat
ist es natürlich, TO zu wählen, weil&sub1; während die Übersetzung R
dann fällt, TO klar vorzuziehen ist. Am Punkt 31 befindet sich
das Getriebe in dem in Figur 6 gezeigten Zustand. Am Punkt 32
befindet es sich in dem in Figur 7 gezeigten Zustand, und eine
Steuerung von TR geht auf TE über. Am Punkt 33 ist das Getriebe
im Zustand von Figur 8 dargestellt, beim Ende R=0,5 des
niedrigen Regimes, aber bevor ein synchroner Wechsel zum hohen Regime
stattgefunden hat: an diesem Punkt ergibt eine Steuerung durch
TE einen Wert von 1,5 für TR, wohingegen einen Steuerung durch
TO einen Wert von 3,0 ergäbe. Der Punkt 34 zeigt das Getriebe
im Zustand von Figur 9: ein synchroner Wechsel hat
stattgefunden, und die Variatorübersetzung R beträgt noch 0,5 und
liegt daher bei ihrem niedrigsten Wert im hohen Regime. Hier
ergibt eine Steuerung durch TE einen Wert für TR von 3,0,
wohingegen eine Steuerung durch TO (Punkt 35) 6,0 ergäbe. Während
die Übersetzung R durch das hohe Regime zu einem Maximalwert
von 2,0 zunimmt, ist weiterhin TE die klare Wahl zum Steuern
von TR, dessen Wert bei R=2,0 auf 1,5 (Punkt 36) fällt.
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Obwohl der zweite Gesichtspunkt der Erfindung in Zwei-
Regime-Getrieben, auf die sich die Figuren 6 bis 10 bezogen
haben, von besonderer Bedeutung ist, kann er auch in einiem
einfacheren Getriebe mit einem einzigen Regime nützlich sein, in dem
der Variatoreingang mit dem Ausgang verbunden ist und der
Variatorausgang durch einen Anlaufkupplungs/Umkehrmechnismus mit
den Rädem oder einem anderen angetriebenen Mechanismus
gekoppelt ist. In Figur 11 ist die Übersetzung R des Variators in
einem solchen Getriebe mit einem einzigen Regime gegen eine
Drehmomentreaktion des Variators aufgetragen, genauso wie es in
Figur 10 der Fall ist. In dieser Figur sind jedoch zwei
Annahmen getroffen worden, die bei Getrieben mit einem einzigen
Bereich üblich sind. Erstens, daß ein Variator mit einem weiten
Übersetzungsbereich (von 1:3 bis 3:1) verwendet wird. Zweitens,
daß der Variator in der Theorie den dreifachen maximalen Wert
von TE abgeben könnte und daß der Maximalwert von TO auf das
Doppelte des Maximalwertes von TE beschränkt sein sollte. Unter
diesen Annahmen zeigt Figur 11, daß ein volles Motordrehmoment
TE verwendet werden kann, um TE über den Großteil des
Übersetzungsbereichs des Variators zu steuern. Am äußersten niedrigen
Ende des Übersetzungsbereichs ist jedoch unterhalb von Punkt
38, wo R gleich 0,5 ist und TR 3,0 ist, eine Steuerung durch T
vorzuziehen.