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Die
vorliegende Erfindung betrifft stufenlose Getriebe ("CVTs") und Verfahren zur
Steuerung derselben.
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Die
Erfindung ist insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, auf
Getriebe in Kraftfahrzeugen anwendbar.
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Stufenlose
Getriebe verwenden herkömmlicherweise
eine Form von Übersetzungsverhältnisänderungseinheit
("Variator"), um die erforderliche
kontinuierliche Änderung
des Übersetzungsverhältnisses
bereitzustellen, wobei der Variator zwischen dem Getriebeantrieb
und -abtrieb über
ein Zahnradgetriebe und eine oder mehrere Kupplungen gekuppelt ist. Die
vorliegende Erfindung wurde im Zusammenhang mit Getrieben entwickelt,
die Variatoren des Typs verwenden, der eine Toroidbahn und Rollenantrieb
aufweist, ist jedoch potenziell auf bestimmte andere Variatortypen
anwendbar.
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Bei
einem Variator wird die Antriebskraft durch Reibeingriff zwischen
sich bewegenden Teilen übertragen,
wobei diese Teile in Eingriff miteinander vorgespannt sind. Somit
wird beispielsweise bei dem Variator des Typs, der eine Toroidbahn
und Rollenantrieb aufweist, die Antriebskraft mit Hilfe einer Rolle oder
typischer mit Hilfe einer Gruppe von Rollen, die zwischen den Scheiben
angeordnet sind, von einer rotierenden Scheibe auf eine andere übertragen.
Es wird eine Vorspannungskraft angelegt (z. B. durch Drücken einer
Scheibe in Richtung der anderen, obwohl die Rollen selbst stattdessen
in Richtung der Scheiben vorgespannt sein können), um zwischen der Rolle
und den Scheiben einen Druck zu erzeugen und so die Übertragung
der Antriebskraft zu ermöglichen.
Tatsächlich
sind die Rollen und die Scheiben in diesem Fall durch einen dünnen Film
aus "Antriebsfluid" getrennt und die
erforderliche Reibung ist ein Ergebnis von Scherung in dem Film.
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Das
Drehmoment, das von dem Variator übertragen werden kann, ist
unter anderem in Funktion zur Vorspannungskraft begrenzt. Des Weiteren wird
die Vorspannungskraft typischerweise bei Betrieb variiert, da große Kräfte erforderlich
sind, wenn ein großes
Drehmoment gehandhabt wird, jedoch würde die Aufrechterhaltung einer
derart großen
Vorspannungskraft die Energieeffizienz und die Lebensdauer der Komponenten
verringern.
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Eine
der seit langem erkannten Anforderungen bei der Konstruktion eines
Variators besteht darin, sicherzustellen, dass zwischen der Vorspannungskraft
und dem Drehmoment, das gehandhabt wird, keine Fehlanpassung auftritt,
da eine übermäßige Drehmomentbelastung
auf den Variator im Verhältnis
zur Vorspannungskraft die Gefahr mit sich bringt, einen nicht akzeptablen
Pegel von Schlupf zwischen den sich bewegenden Komponenten des Variators zu
erzeugen und demzufolge einen Ausfall oder eine Beschädigung des
Variators hervorzurufen.
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So
genannte "drehmomentgesteuerte" Variatoren weisen
in dieser Hinsicht einen gewissen Vorteil auf, da das Variatorreaktionsdrehmoment
automatisch geregelt wird. Es ist sinnvoll, zwischen den "übersetzungsverhältnisgesteuerten" Variatoren und den
drehmomentgesteuerten Variatoren einen Vergleich anzustellen. Bei
den Ersteren wird einen erforderliches Variatorantriebsübersetzungsverhältnis typischerweise
durch einen elektronischen Kontroller bestimmt und eine Steuersignaleingabe
in den Variator veranlasst diesen, dieses vorherbestimmte Übersetzungsverhältnis anzunehmen.
Ein drehmomentgesteuerter Variator muss ebenfalls ein Steuersignal empfangen,
jedoch wird das tatsächliche
Variatorübersetzungsverhältnis in
diesem Fall nicht ausschließlich
dadurch bestimmt. Stattdessen nimmt der Variator automatisch ein Übersetzungsverhältnis an, bei
dem das Steuersignal durch die Drehmomente, die auf den Variator
einwirken, ausgeglichen wird. Daher entspricht das Steuersignal
einem gewählten Gleichgewicht
von Variatordrehmomenten und nicht einem vorherbestimmten Übersetzungsverhältnis.
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Dieses
Prinzip wird unter Bezugnahme auf einen Variator 10 veranschaulicht,
der in 1 veranschaulicht ist. Dieser Variator ist ein
Variator des vollständigen
Toroidtyps und seine allgemeine Konstruktion ist Fachleuten bekannt.
Zwei Antriebsscheiben 12, 14 sind auf einer Antriebswelle
zur Drehung mit derselben angebracht, und weisen entsprechende Teiltoroidflächen 18, 20 auf,
die in Richtung entsprechender Teiltoroidflächen 22, 24 einer
zentralen Abtriebsscheibe 26 weisen, um ein Paar Toroidhohlräume abzugrenzen.
Die Abtriebsscheibe ist so gelagert, dass sie sich unabhängig von
der Welle 16 drehen kann. Die Antriebskraft von einem Motor
oder einer anderen Antriebsmaschine, die über die Antriebswelle 16 und
die Antriebsscheiben 12, 14 eingegeben wird, wird über eine
Gruppe von Rollen, die in den Toroidhohlräumen angeordnet sind, zur Antriebsscheibe 26 übertragen.
Eine einzelne stellvertretende Rolle 28 ist veranschaulicht,
jedoch sind typischerweise drei derartige Rollen in jedem Hohlraum
vorgesehen. Die vorgenannte Vorspannungskraft für den Eingriff der Rollen in
die Scheiben ist in Form einer "Endlast" bereitgestellt,
die mit Hilfe einer hydraulischen Kolben-Zylinder-Anordnung 15,
die auf eine der Scheiben 14 wirkt, an die Antriebsscheiben
angelegt wird. Jede Rolle ist in einem jeweiligen Wagen 30 gelagert,
der selbst mit einem doppelt wirkenden hydraulischen Stellglied 32 gekuppelt
ist, wodurch eine gesteuerte Translationskraft an die Kombination
aus Rolle und Wagen angelegt wird. Neben der Fähigkeit einer Translationsbewegung
entlang eines Kreises, der auf der Variatorachse zentriert ist,
ist die Kombination aus Rolle und Wagen in der Lage, sich um eine
geneigte Achse drehen, die durch die Positionierung des Stellglieds 32 bestimmt
wird, um den "Neigungswinkel" der Rolle im Verhältnis zu
den Scheiben zu ändern,
wodurch das Variatorübersetzungsverhältnis geändert wird,
wie Fachleuten bekannt ist. Es ist zu beachten, dass die Neigungsachse
nicht präzise
in einer radialen Ebene liegt. Vielmehr ist die Neigungsachse zur
radialen Ebene hin abgewinkelt, wobei dieser Winkel als "Nachlaufwinkel" bezeichnet wird.
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Die
oben beschriebene Anordnung hat eine Drehmomentsteuerung des Variators
zur Folge. Das Stellglied 32 übt eine einstellbare Kraft
auf die Rolle aus. Die beiden Scheiben üben ebenfalls jeweilige Kräfte auf
die Rolle aus. Für
ein Gleichgewicht muss die Kraft, die durch das Stellglied entlang
der Tangentenrichtung der Bewegung der Rolle angelegt wird, der
sogenannten "Reaktionkraft" entsprechen, die von
den Scheiben auf die Rolle ausgeübt
wird. Jedes Ungleichgewicht zwischen der Stellgliedkraft und der Reaktionskraft
wird schnell unterdrückt.
Daher hängt das
Variatorübersetzungsverhältnis nicht
nur von der Stellgliedkraft ab, sondern auch von den Drehmomenten
an beiden Seiten des Variators.
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Es
kann leicht gezeigt werden, dass die Stellgliedkraft (oder äquivalent
die Reaktionskraft) proportional zur Summe der Drehmomente in den
und aus dem Variator ist. Allgemeiner ausgedrückt, bestimmt das Steuersignal,
das an den Variator (die Stellgliedkraft oder entsprechend die Differenz
zweier Hydraulikdrücke
in dem Stellglied 32) angelegt wird, die Summe der Drehmomente
in den und aus dem Variator (das "Reaktionsdrehmoment").
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Das
Stellglied 32 ist mit einem Hydraulikkreis 50 verbunden,
veranschaulicht in 1a, mit dessen Hilfe Hydraulikfluiddrücke in dem
Stellglied einstellbar sind, um entsprechend die Reaktionskraft
einzustellen. In dem veranschaulichten Beispiel ist das Stellglied
ein doppelt wirkender Typ, der zwei entgegengesetzt wirkende Fluiddrücke erhält. 1 zeigt ein
Stellglied mit einem einzelnen Kolben. 1a weicht
dahingehend etwas ab, dass Stellglieder 32 gezeigt werden,
die zwei entgegengesetzte Kolben 52, 54 in entsprechenden
Zylindern 56, 58 verwenden, obwohl die Funktion
der Stellglieder in beiden Fällen
dieselbe ist. Der Schaltkreis 50 verwendet ein Paar elektronisch
gesteuerte Ventile 60, 62, um in einem jeweiligen
Paar von Fluidleitungen S1, S2, die jeweils mit Hilfe einer entsprechenden
Pumpe 64, 66 mit einer konstanten Fluidströmung versorgt
werden, einen Gegendruck zu erzeugen. Das Einstellen der Ventile
stellt den Gegendruck in den Leitungen und damit die Reaktionskraft
ein. Die Differenz zwischen den beiden Leitungsdrücken bestimmt
die Reaktionskraft und dient damit als das vorgenannte Steuersignal
für den
Variator. Durch Verwendung eines „Ventils 68, das
den höheren
Druck durchlässt", um diejenige der
beiden Leitungen, die einen höheren
Druck aufweist durch eine Leitung 70 mit der Endlastanordnung 15 aus 1 zu
verbinden, kann die Endlast im Allgemeinen in Übereinstimmung mit der Reaktionskraft
variiert werden.
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Ein
Hydraulikkreis, der dem aus 1a ähnelt, ist
in U.S.-Patent Nr. 5938557 (Greenwood), das den nächsten Stand
der Technik darstellt, gezeigt. Dieser Schaltkreis zeigt ebenfalls
eine Ventilanordnung zum Schalten von Drücken zu Kupplungen, wobei die
Drücke
von Ausgaben aus den Fluidleitungen abgeleitet werden.
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Unter
gleichbleibenden Bedingungen wird das Steuersignal – die Hydraulikdrücke – durch
die Zustände
der Ventile bestimmt. Wenn jedoch eine Änderung des Drehmomentgleichgewichts
am Variator eine Änderung
des Variatorübersetzungsverhältnisses
verursacht, werden die Hydraulikdrücke und die Reaktionskraft
modifiziert. Beispielsweise erzeugt das Bremsen eines Fahrzeugs
durch den Fahrer eine Änderung
des Drehmoments am Getriebeabtrieb, was eine Änderung des Variatorübersetzungsverhältnisses
und eine entsprechende Bewegung der Rollen 28 und ihrer
Stellglieder 32 erfordert. Fluid muss in eine Seite des
Stellglieds hinein und aus der anderen heraus fließen. Diese
Strömung selbst
verursacht Druckänderungen
im Hydraulikkreis, die der erforderlichen Rollenbewegung entgegengesetzt
sind. Das heißt,
dass das Steuersignal von dem Variator beeinflusst wird. Der Effekt
besteht darin, die Rollenbewegung etwas zu dämpfen, was bei den meisten
Betriebsbedingungen von Vorteil ist und zur Variatorstabilität gegen
Schwingungen beisteuert. Es können
tatsächlich
Verengungen oder „Öffnungen" in den Kreis integriert
werden, um diesen Dämpfungseffekt
durch Einschränkung
der Fluidströmung
zu erhöhen.
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Es
können
jedoch Probleme auftreten, wenn die Änderung des Drehmomentgleichgewichts
sehr abrupt ist, zum Beispiel im Fall einer Notbremsung eines Fahrzeugs.
Die sehr schnelle Verzögerung
des Getriebeabtriebs muss durch eine entsprechend schnelle Änderung
des Übersetzungsverhältnisses angepasst
werden, jedoch wirken Gegendrücke
in dem Hydraulikkreis gegen die erforderliche Rollenbewegung und
können
verhindern, dass sich der Variator mit einer ausreichenden Geschwindigkeit
anpasst. Das Ergebnis kann eine große Übergangsdrehmomentbelastung
in dem Variator bedeuten (eine „Drehmomentspitze"). Unter dieser Bedingung folgt
das Variatorreaktionsdrehmoment nach wie vor genau den Hydraulikdrücken in
den Stellgliedern 32. Jedoch sind die Drücke unter
dieser Bedingung nicht nur eine Funktion der Ventileinstellungen
in dem Hydraulikkreis sondern auch der Geschwindigkeit der Übersetzungsverhältnisänderung
des Variators. Dies führt
zu einem drastischen Anstieg der Druckdifferenz in den Leitungen
S1/S2, wodurch ein entsprechend großes Reaktiondrehmoment des
Variators erzeugt wird.
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Wenn
die Übergangsreaktion
der Vorspannungskraft des Variators (Endlast) nicht dem erhöhten Drehmoment
angepasst wird, besteht eine Gefahr einer Drehmomentspitze darin,
dass ein übermäßiger Schlupf
zu einem Ausfall des Variators führen
kann. Wenn Variatorschlupf verhindert wird, bleibt das Problem,
dass eine nicht ausreichende Geschwindigkeitsänderung des Übersetztungsverhältnisses
des Variators während
einer Notbremsung zu einer Verringerung der Motordrehzahl und somit möglicherweise
zu einem Abwürgen
des Motors führt.
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Derartige
Probleme treten nicht nur bei schnellem Bremsen auf. Es wird beispielsweise
der Fall eines Fahrzeugs betrachtet, das anfänglich auf einer vereisten
Straßenoberfläche stillsteht
und daraufhin beschleunigt und auf eine asphaltierte Straßenoberfläche fährt, wie
es der Fall sein kann, wenn eine vereiste Nebenstraße auf eine
gestreute Hauptstraße
trifft. Um das Fahrzeug zu beschleunigen, werden die Ventile des
Variatorkreises so eingestellt, dass sie die Rollen 28 in
die geeignete Richtung vorspannen und es wird Drehmoment an die
Räder angelegt,
was diese veranlasst, auf dem Eis durchzudrehen. Das Drehmoment,
das an den Fahrzeugrädern
erforderlich ist, ist niedrig und das Übersetzungsverhältnis ist
entsprechend hoch. Wenn die angetriebenen Räder des Fahrzeugs jedoch auf
den Asphalt treffen und eine bessere Haftung erreichen, wird ihre
Drehzahl drastisch verringert. Es sind ein größeres Raddrehmoment und ein
niedrigeres Übersetzungsverhältnis gefordert
und die Einstellung muss schnell erfolgen. Die Einstellung der Ventile, die
auf der Anforderung nach einem positiven Raddrehmoment basiert,
wirkt jedoch der Bewegung der Variatorrollen 28 entgegen,
die für
die Durchführung der
Einstellung erforderlich ist, und diese Bedingung kann zu Schlupf
in dem Variator führen.
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Die
Probleme der Variatorreaktionzeit und der Anpassung der Vorspannungskraft
(Endlast) an das Variatorreaktionsdrehmoment werden durch eine zunehmende
Viskosität
des Hydraulikfluids des Variators, die durch niedrige Temperaturen
verursacht wird, verstärkt.
Kraftfahrzeuge müssen
in sehr kalten Bedingungen in akzeptabler Weise betrieben werden können. Bekannte
Variatorkonstruktionen verwenden dasselbe „Antriebsfluid" für die Hydraulik
und für
die Übertragung
von Drehmoment an der Rolle-Scheibe-Grenzfläche. Bekannte Antriebsfluide
zeigen bei niedrigen Temperaturen eine deutlich erhöhte Viskosität. Dies
kann den Gegendruck erhöhen,
der durch Veränderungen
des Variatorübersetzungsverhältnisses
in der Hydraulik erzeugt wird (und damit die Reaktionzeit des Variators
verlangsamen) und ebenfalls die Verzögerung zwischen Änderungen
des Reaktionsdrehmoments und der entsprechenden Einstellung der
Vorspannungskraft (Endlast) erhöhen.
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Es
wurde jetzt erkannt, dass ein oder mehrere der oben genannten Probleme
durch eine geeignete Steuerung der Kupplung oder der Kupplungen des
Getriebes angegangen werden können.
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Gemäß einem
ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird Folgendes bereitgestellt: ein
stufenloses Getriebe, das Folgendes umfasst: einen Getriebeantrieb,
einen Getriebeabtrieb und eine stufenlose Übersetzungseinheit ("Variator"), die so angeordnet
ist, dass sie mit Hilfe mindestens einer Kupplung zwischen dem Getriebeantrieb
und dem Getriebeabtrieb gekuppelt wird, wodurch zwischen dem Antrieb
und dem Abtrieb Antriebskraft mit einem stufenlosen Übersetzungsverhältnis übertragen
werden kann, wobei der Variator mit einem Hydrauliksteuerschaltkreis
verbunden ist und so einem Hydrauliksteuerdruck unterliegt, der
von dem Steuerschaltkreis eingestellt werden kann und ebenfalls durch
Veränderungen
des Übersetzungsverhältnisses
beeinflusst wird, der Variator so konstruiert und angeordnet ist,
dass er sein Übersetzungsverhältnis so
anpasst, dass ein Variatorreaktionsdrehmoment bereitgestellt wird,
das dem Steuerdruck entspricht, wobei das Getriebe durch die Bereitstellung
eines Mittels zur Einstellung der Drehmomentkapazität der Kupplung,
während
sie eingekuppelt ist, gekennzeichnet ist, das Getriebe des Weiteren
eine Steuerelektronik umfasst, die einen gewünschten Steuerdruck festlegt
und den Schaltkreis abhängig
davon einstellt, und die Steuerelektronik auch dazu dient, die Drehmomentkapazität der Kupplung
einzustellen, während
die Kupplung eingekuppelt ist, so dass Abweichungen des Steuerdrucks
von dem gewünschten
Pegel aufgrund von Änderungen
der Variatorlast durch ein Durchrutschen der Kupplung gesteuert werden.
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Die
Steuerung der Kupplung ist wirksam, wenn die Kupplung eingekuppelt
ist, jedoch durchrutscht.
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Der
Begriff "Kupplung", wie er in diesem Kontext
verwendet wird, bezeichnet jede Anordnung, die den Variator durch
Reibeingriff dazu veranlasst, antriebsfähig mit dem Getriebeabtrieb
gekuppelt zu sein. Es können
beispielsweise Anordnungen konzipiert werden, die die vorliegende
Erfindung verwirklichen, bei denen eine Bremse, die auf ein gewisses Element
eines Getriebezuges wirkt, diese Funktion erfüllt, wobei derartige Anordnungen
in den Bereich der vorliegenden Erfindung fallen sollen. Typische Ausführungsformen
verwenden jedoch eine herkömmliche
Kupplung, die verschachtelte rotierende Scheiben aufweist, zwischen
denen Drehmoment übertragen
wird, wenn die Scheiben zusammengebracht werden.
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Vorzugsweise
ist das Getriebe mit einer Steuerelektronik versehen, um die Drehmomentkapazität der Kupplung
abhängig
von einem Drehmomentbedarf einzustellen. Die Drehmomentkapazität der Kupplung
steht jedoch typischerweise in Funktion zu bestimmten zusätzlichen
Variablen.
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Der
Drehmomentbedarf des Getriebes wird vorzugsweise basierend auf einem
Bedienelement, das vom Fahrer bedient wird, herkömmlicherweise ein Gaspedal,
ermittelt.
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Vorzugsweise
ist die Steuerelektronik mit einem Mittel zur Überwachung des Variatorübersetzungsverhältnisses
verbunden und zieht dieses zusätzlich
bei der Einstellung der Drehmomentkapazität der Kupplung in Betracht.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform kann
das Getriebe mindestens in zwei unterschiedlichen Betriebsbereichen
betrieben werden, wobei die Steuerelektronik den Getriebebetriebsbereich
zusätzlich
bei der Einstellung der Drehmomentkapazität der Kupplung in Betracht
zieht.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
stellt die Steuerelektronik einen Steuermodus bereit, in dem die
Drehmomentkapazität
der Kupplung auf einen Pegel eingestellt wird, der den Pegel um
einen gewählten
Bereich überschreitet,
der für
die Übertragung
des Drehmoments, das das Getriebe anfordert, erforderlich ist.
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Vorzugsweise
steuert die Elektronik die Kupplung so, dass der Steuerdruck entlang
eines gesteuerten Profils auf den gewünschten Pegel zurückgebracht
wird.
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Gemäß einem
zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren
zum Betrieb eines stufenlosen Getriebes bereitgestellt, das Folgendes
umfasst: einen Getriebeantrieb, einen Getriebeabtrieb und eine stufenlose Übersetzungseinheit
("Variator"), die so angeordnet
ist, dass sie zwischen dem Getriebeantrieb und dem Getriebeabtrieb mit
Hilfe mindestens einer Kupplung gekoppelt wird, wodurch zwischen
dem Antrieb und dem Abtrieb Antriebskraft mit einem stufenlosen Übersetzungsverhältnis übertragen
werden kann, wobei der Variator mit einem Hydrauliksteuerschaltkreis
verbunden ist und so konstruiert und angeordnet ist, dass er sein Übersetzungverhältnis so
anpasst, dass ein Variatorreaktionsdrehmoment bereitgestellt wird,
das einem Steuerdruck von dem Steuerschaltkreis entspricht, wobei
das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es Folgendes umfasst:
Festlegung eines gewünschten
Steuerdrucks, Einstellung des Steuerschaltkreises in Abhängigkeit
davon, wobei der Steuerdruck auch von Veränderungen des Übersetzungsverhältnisses
des Variators beeinflusst wird, und Einstellen der Drehmomentkapazität der Kupplung, während sie
eingekuppelt ist, so dass Abweichungen des Steuerdrucks von dem
gewünschten
Pegel aufgrund von Änderungen
der Variatorlast durch ein Durchrutschen der Kupplung gesteuert
werden.
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Es
ist bekannt, einen Variator in ein stufenloses Getriebe zu integrieren,
das in zwei oder mehreren unterschiedlichen Betriebsbereichen betrieben werden
kann, wodurch ein Bereich von Übersetzungsverhältnissen
bereitgestellt wird, der größer ist als
der von dem Variator selbst verfügbare
Bereich. Es wird lediglich beispielhaft auf die veröffentlichte
internationale Patentanmeldung PCT/GB97/00938 Bezug genommen, die
ein Getriebe mit einem niedrigen Betriebsbereich, bei dem die Ausgabe
des Variators in einen epizyklischen Mischer geführt und darin modifiziert wird,
und einem hohen Betriebsbereich, bei dem die Ausgabe des Variators
durch einen Getriebezug mit einem festen Übersetzungsverhältnis zur Getriebeabtriebswelle
geleitet wird, beschreibt.
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Bei
einem derartigen Getriebe braucht der Variator nicht von den Rädern getrennt
zu werden, wenn das Fahrzeug steht. Stattdessen wird der epizyklische
Mischer verwendet, um einen "Leerlaufzustand" bereitzustellen,
wobei dessen Abtrieb – und die
Fahrzeugräder – trotz
der Drehung der Getriebeantriebswelle und des Variators stillstehen.
Die Funktion der vorgenannten Kupplung (oder der Kupplungen) besteht
darin, mit einem Betriebsbereich oder einem anderen in Eingriff
zu kommen, und einen Wechsel dazwischen zu bewirken. Es ist wichtig, dass
Betriebsbereichwechsel sanft und ohne mechanische Stöße durchgeführt werden.
Wie in der Technik bekannt ist, kann der erforderliche sanfte Wechsel
erreicht werden, indem der Zustand der Kupplung geändert wird,
wenn keine relative Bewegung an ihren Elementen vorliegt (bei dem
herkömmlichen Kupplungstyp
z. B. ihren verschachtelten Kupplungsscheiben). Dies wird als synchroner
Betriebsbereichswechsel bezeichnet. Die erforderliche synchrone
Bewegung der Kupplung tritt nur kurzzeitig auf, so dass zum Erreichen
eines sanften Wechsels eine akkurate Zeitbestimmung und Steuerung
des Kupplungszustands erforderlich sind. Die bevorzugte Lösung besteht
darin, den Eingriff der Kupplung schnell zu bewirken, indem Hydraulikfluid
bei hohem Druck an die Kupplung angelegt wird.
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Bei
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung stellt das System die Drehmomentkapazität der Kupplung
wiederholt ein, während
die Kupplung eingekuppelt ist. Eine derartige wiederholte Einstellung,
die beispielsweise unter einer elektronischen Steuerung implementiert ist,
kann tatsächlich
ein kontinuierlicher Prozess sein.
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Im
Folgenden wird eine spezifische Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben,
wobei:
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1 eine
vereinfachte teilweise Schnittansicht eines Variators des Typs ist,
der eine Toroidbahn und Rollenantrieb aufweist, der an sich bekannt ist
und in ein Getriebe gemäß der vorliegenden
Erfindung integriert werden kann;
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1a ein
Plan eines bekannten Hydraulikkreises zur Steuerung des Variators
aus 1 ist;
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2 eine
symbolische Darstellung eines Getriebes ist, das gemäß der vorliegenden
Erfindung betrieben werden kann;
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3 ein
Plan eines Verbindungsdrucksteuerkreises gemäß der vorliegenden Erfindung
ist;
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4 ein
Plan eines Kupplungssteuerkreises gemäß der vorliegenden Erfindung
ist;
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5 ein
Plan eines weiteren Kupplungssteuerkreises gemäß der vorliegenden Erfindung
ist;
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6 bestimmte
Eingaben in eine elektronische Steuereinheit eines Getriebes gemäß der vorliegenden
Erfindung in schematischer Form zeigt;
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7 und 8 Diagramme
von experimentellen Daten sind, die die Veränderung verschiedener Betriebsparameter
im Verhältnis
zur Zeit während
eines Versuchs mit einem System zeigt, das die vorliegende Erfindung
verwirklicht.
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Das
Verhältnis
des Variators 10 zu anderen Getriebekomponenten ist aus 2 ersichtlich.
Das veranschaulichte Getriebe kann entweder in einem hohen oder
in einem niedrigen Betriebsbereich betrieben werden. Ein Motor oder
eine andere Antriebmaschine 200 treibt über eine Antriebswelle 205 und ein
Zahnradgetriebe 210 sowohl die Antriebsseite des Variators 10 als
auch, wie bei C gezeigt, den Träger
eines epizyklischen Mischers 220 an (die Konstruktion eines
geeigneten epizyklischen Mischers ist Fachleuten bekannt und wird
hier nicht ausgeführt). Das
Sonnenrad des Mischers wird, wie bei S gezeigt, von dem Variatorabtrieb
angetrieben. Daher variiert die Ausgabe O des epizyklischen Mischers
gemäß dem Variatorübersetzungsverhältnis, unterscheidet sich
jedoch von diesem, wodurch der niedrige Betriebsbereich des Getriebes
bereitgestellt wird. Der niedrige Betriebsbereich wird von einer
Kupplung 230 eingekuppelt, die den Mischerabtrieb weiter
zur Getriebeabtriebswelle 240 überträgt. Dies wird manchmal als "Kraftumwälzungsbetriebsbereich" bezeichnet, da die
Kraft in einer Schleife umgewälzt wird,
die den Variator 10, das Zahnradgetriebe 210 und
den epizyklischen Mischer 220 umfasst.
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Im
hohen Betriebsbereich ist die Kupplung 230 des niedrigen
Betriebsbereichs ausgekuppelt und der Variatorabtrieb wird über eine
Kupplung 250 eines hohen Betriebsbereichs zur Abtriebswelle 240 übertragen,
wobei der epizyklische Mischer dadurch umgangen wird.
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Es
ist ersichtlich, dass bei beiden Betriebsbereichen ein Durchrutschen
der eingekuppelten Kupplung 230 oder 250 ein Entkoppeln
der Antriebs- und Abtriebswelle 200, 240 verursacht,
und auf diese Weise können
Probleme, die mit Drehmomentspitzen im Zusammenhang stehen, vermieden
werden.
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Bei
der vorliegenden Ausführungsform
sind die Kupplungen von einem herkömmlichen hydraulisch betätigten Typ
und ein Kreis 300, der als Versorgungsmittel zur Erzeugung
eines angemessenen gesteuerten Hydraulikdrucks zum Anlegen an die
Kupplung dient, während
diese eingekuppelt ist, um während
Drehmomentspitzen ein Durchrutschen zu ermöglichen, ist in 3 dargestellt.
Hier wird ein Akkumulator 302 eines herkömmlichen
Typs, der ein elastisch variables Volumen aufweist, mit Hilfe einer Pumpe 304 und
einem Überdruckventil 306,
das sich öffnet,
um die Pumpenausgabe abzulassen, wenn der erforderliche Akkumulatordruck
erreicht ist, auf einem hohen Druck gehalten. Andere energieeffizientere
Anordnungen zum Erreichen des erforderlichen Akkumulatordrucks sind
Fachleuten bekannt und könnten
verwendet werden. Die Pumpenausgabe wird über ein Einwegventil 308 dem
Akkumulator zugeführt,
der des Weiteren mit einer Eingangsöffnung eines Druckminderungsventils 310 verbunden ist,
wobei die Ausgangsöffnung
dieses Ventils der "Verbindungsdruckausgang" FP des Kreises ist.
Der Begriff "Verbindungsdruck" bezeichnet hier
einen gesteuerten Druck, der an die Kupplung angelegt wird.
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Der
Druck des Ausgangs wird von einer elektronischen Steuerungseinheit
(ECU) 311 gesteuert, die ein Signal, das an einen Solenoid
des Ventils 310 angelegt wird, moduliert, wobei der resultierenden Kraft
an der Spule des Ventils durch ein Pilotdrucksignal, das vom Ausgang
des Ventils genommen wird, entgegengewirkt wird, wie bei 312 gezeigt.
Wenn der Druck, der von den Solenoidsignal ermittelt wird, erreicht
ist, übersteigt
die Kraft aufgrund dieses Drucks die Solenoidkraft und die Spule
bewegt sich, um das Ventil 310 zu schließen und
daher seinen Ausgang von dem Akkumulator zu trennen. Ein begrenzter Strömungspfad
weg von dem Ausgang des Ventils muss bereitgestellt werden, damit
der Druck abfallen kann, wenn das Ventil 310 geschlossen
ist, und dies ist bei 314 dargestellt, obwohl bei bestehenden
Systemen eine Undichtigkeit zurück
zum Sumpf 316 des Getriebes eine ausreichende Strömung bereitstellt.
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Der
Verbindungsdruckausgang FP aus dem Kreis 300 wird, anders
als während
Betriebsbereichswechseln, an die eingekuppelte Kupplung 230 oder 250 angelegt
und wird von der ECU 311 gesteuert, um eine Einkupplungskraft,
die von der ECU bestimmt wird, aufrechtzuerhalten.
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Die
ECU 311 erhält
Eingaben, die unterschiedliche Fahrzeugbetriebsparameter betreffen, und
der Verbindungsdruck kann als Reaktion auf eine gewählte Kombination
derselben eingestellt werden. Durch Verwendung der ECU 311 zur
Steuerung des Verbindungsdrucks kann sichergestellt werden, dass Druckspitzen
in dem hydraulischen Variatorsteuerschaltkreis aufgrund von Drehmomentspitzen
den Verbindungsdruck nicht beeinflussen, was das Ziel andernfalls
vereiteln könnte.
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Ein
Betriebsbereichswechsel umfasst das Einkuppeln einer Kupplung und
das Auskuppeln der anderen. Es wird gewünscht, den Wechsel während eines
synchronen Betriebes schnell zu erreichen, wie oben erläutert ist,
und der Verbindungsdruck der Kupplung ist bei gegenwärtigen Systemen
unangemessen, um die erforderliche Geschwindigkeit der Einkupplung
zu erreichen.
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4 veranschaulicht
einen Hydraulikkreis 400, der dieses Problem überwindet.
Der Einfachheit halber ist in der Figur eine einzelne Kupplung gezeigt,
jedoch versteht es sich, dass dies entweder die Kupplung 230 des
niedrigen Betriebsbereichs oder die Kupplung 250 des hohen
Betriebsbereichs sein könnte,
abhängig
von den Betriebsbereichswechseln (hoch zu niedrig oder umgekehrt).
Ein Akkumulator 402 wirkt als Hochdruckzufuhrmittel, das
mit Hilfe einer Pumpe 404 und einem zugehörigen Überdruckventil 406 auf
einem hohen Druck gehalten wird. Der Verbindungsdruckkreis (ausführlich in 3 veranschaulicht)
ist hier als Kasten 300 dargestellt. Ein pilotbetätigtes doppeltes
Richtungsventil 408 dient dazu, entweder den Hochdruckakkumulator 402 oder den
Verbindungsdruckkreis 300 mit einem Solenoidventil 410 mit
drei Öffnungen
und zwei Positionen zu verbinden, das seinerseits mit der Kupplung 230, 250 hydraulisch
verbunden ist. Dem pilotbetätigten
Ventil 408 werden von der Kupplung und vom Verbindungsdruckkreis 300,
wie jeweils bei 409 und 411 angezeigt, entgegengesetzte
Pilotdrucksignale zugeführt.
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Der
Kreis 400 arbeitet wie folgt. Wenn das Solenoidventil 410 nicht
erregt ist, dient es dazu, die Kupplung direkt mit dem Sumpf 412 zu
verbinden, so dass die Kupplung 230, 250 ausgekuppelt
ist. Dem Verbindungsdruck, der durch die Leitung 411 auf
die Spule des pilotbetätigten
Ventils 408 wirkt, wird, während die Kupplung ausgekuppelt
ist und somit atmosphärischen
Druck aufweist, nur durch die Federvorspannung entgegengewirkt,
die auf die Spule wird. Die Kraft aufgrund des Verbindungsdrucks
dominiert und das pilotbetätigte
Ventil 408 ruht in einer Position, in der es eine geschlossene Öffnung des
Solenoidventils 410 mit dem Akkumulator 402 verbindet. Das
Solenoidventil 410 verhindert somit eine Strömung vom
Akkumulator.
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Wenn
das Solenoidventil 410 erregt wird, um die Einkupplung
einzuleiten, beaufschlagt der Hochdruckakkumulator schnell die Kupplung,
wenn eine Strömung
sowohl durch das pilotbetätigte
Ventil 408 als auch durch das Solenoidventil 410 fließt. Der Kupplungsdruck
steigt schnell an, was verursacht, dass die Kupplung schnell einkuppelt
und wenn der Kupplungsdruck die Differenz zwischen der Kraft aufgrund
des Verbindungsdrucks und der Federvorspannung an der Spule des
pilotbetätigten
Ventils 408 überwindet,
wechselt die Spule, um die Kupplung 230, 250 mit
dem Verbindungsdruckkreis 300 zu verbinden. Aufgrund der
Federvorspannung findet dieser Wechsel des Ventils statt, bevor
die Kupplung den Verbindungsdruck von dem Kreis 300 erreicht. Daraufhin
wird der Kupplungsdruck auf den Verbindungsdruck erhöht, wodurch
die Kraft an der pilotbetätigten
Ventilspule erhöht
wird und diese in der Verbindungsposition gehalten wird, wodurch
die Kupplung mit dem Verbindungsdruckkreis 300 wie erforderlich
verbunden wird und die Kupplung somit bis zum nächsten Betriebsbereichswechsel
eingekuppelt bleibt.
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Zum
Auskuppeln der Kupplung wird das Solenoidventil 410 nicht
erregt, die Kupplung wird folglich durch das Ventil 410 in
den Tank abgelassen und der Verbindungsdruck übersteigt wiederum den in der
Kupplung. Das pilotbetätigte
Ventil kehrt somit in die Position zurück, in der das Solenoidventil 410 mit dem
Akkumulator 402 verbunden wird.
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Vorteile
dieses Kreises umfassen die Tatsache, dass der Kupplungsablasspfad
nur durch ein einziges Ventil verläuft, wodurch das Ablassen schnell
erfolgt, und dass das pilotbetätigte
Ventil 408 bereits mit dem Akkumulator 402 verbunden
ist, wenn die Kupplungsbeaufschlagung eingeleitet wird und es sich
nur einmal während
des Einkuppelns bewegen muss. Jedoch ist der Kupplungsbeaufschlagungspfad,
der zwei Ventile umfasst, einschränkend und dies könnte die
Kupplungsfülldauer
erhöhen – das heißt den Zustandswechsel
der Kupplung von ausgekuppelt zu eingekuppelt verlangsamen.
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Ein
alternativer Hydraulikkreis 500 ist in 5 veranschaulicht.
Wiederum wird ein Akkumulator 502 von einer Pumpe 504 und
einem zugehörigen
Ventil 506 unter Druck gesetzt. Ein doppeltes pilotbetätigtes Richtungssteuerungsventil 508 in
diesem Kreis steuert einen direkten Pfad 507 von dem Akkumulator 502 zur
Kupplung 230, 250 und ebenfalls einen Pfad über ein
Solenoidventil 510 mit drei Öffnungen und zwei Positionen
zum Verbindungsdruckkreis 300. Um das doppelte pilotbetätigte Richtungssteuerungsventil
zu steuern, wird ein erstes Pilotdrucksignal von einem Punkt in
dem Kreis zwischen den beiden Ventilen 508, 510 über die
Leitung 511 zum pilotbetätigten Ventil 508 übertragen.
Ein zweites Pilotdrucksignal, das dem ersten entgegengesetzt ist,
wird von der Kupplungsseite des pilotbetätigten Ventils 508 über eine
Leitung 509 übertragen;
dieses zweite Pilotsignal weist Kupplungsfluiddruck auf. Der Kreis 500 arbeitet
wie folgt.
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Wenn
das Solenoidventil 510 nicht erregt ist, ist der Verbindungskreis 300 getrennt
und das doppelte pilotbetätigte
Richtungssteuerungsventil 508 ruht in einer Position, die
von seiner Federvorspannung vorgegeben wird, in der es das Solenoidventil 510 mit
der Kupplung 230, 250 verbindet, und die Kupplung
wird durch das Solenoidventil 510 zum Sumpf geleitet und
wird somit abgelassen und ausgekuppelt.
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Wenn
das Solenoidventil 510 erregt wird, um eine Einkupplung
der Kupplung einzuleiten, wird der Verbindungsdruck durch einen
Pilotdurchgang 511 an einem Ende der pilotenbetätigten Ventilspule
erhöht,
wodurch sie zur Kupplungsbeaufschlagungsposition des Akkumulators
bewegt wird, in der sie die Kupplung 230, 250 durch
die Leitung 507 mit dem Akkumulator 502 verbindet.
Der Akkumulator 502 beaufschlagt jetzt die Kupplung 230, 250,
wenn eine Strömung
nur durch das pilotbetätigte
Ventil 508 strömt.
Dies stellt einen Pfad mit einer im Vergleich zu dem Kreis aus 4 verringerten
Einschränkung dar,
wodurch schnellere Füllzeiten
erreicht werden können.
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Wenn
der Kupplungsdruck die Differenz zwischen der Kraft aufgrund des
Verbindungsdrucks und der Federvorspannung an der Spule des pilotbetätigten Ventils 508 überwindet,
wechselt dieses Ventil, um die Kupplung 230, 250 direkt
mit dem Verbindungsdruckkreis 300 zu verbinden. Der Kupplungsdruck
wird daraufhin auf den Verbindungsdruck erhöht, wodurch die Kraft an der
Spule des pilotbetätigten
Ventils 508 erhöht
wird und dieses in der Verbindungsposition gehalten wird.
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Wenn
die Kupplung wieder ausgekuppelt werden soll, wird die Erregung
des Solenoidventils 510 unterbrochen. Das pilotbetätigte Ventil 508 bleibt in
derselben Position und die Kupplung wird wiederum über das
Solenoidventil 510 mit dem Sumpf verbunden.
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Bei
dem Kreis aus 5 verläuft der Kupplungsbeaufschlagungspfad
nur durch ein einzelnes Ventil und das pilotbetätigte Ventil 508 weist
typischerweise eine wesentlich größere Öffnung als ein Solenoidventil
auf, so dass die Füllzeit
verglichen mit dem Kreis aus 4 verbessert
werden kann. Das pilotbetätigte
Ventil 508 muss sich zur Akkumulatorzufuhr hin und zurück bewegen,
um die Kupplung zu füllen,
was eine gewisse Verzögerung
verursacht. Jedoch ist dieses Ventil wahrscheinlich schneller als
ein ähnlich
bemessenes Solenoidventil. Jedoch umfasst der Ablasspfad zwei Ventile
anstelle von einem. Daher kann die Ablasszeit länger sein als die, die mit dem
Kreis aus 4 erreicht wird.
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Eine
Alternative zu den Kreisen, die in 4 und 5 veranschaulicht
sind, besteht in der Verwendung des Kreistyps, der in 3 veranschaulicht ist,
um den Kupplungsdruck insgesamt zu steuern und anfänglich einen
hohen Druck bereitzustellen, um ein schnelles Einkuppeln der Kupplung
durch eine entsprechende Softwaresteuerung des Ventils 310 zu
bewirken.
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Die
Steuerung des Drucks der Kupplung und folglich ihrer Drehmomentkapazität ermöglicht eine große Flexibilität beim Betrieb
des Getriebes. Die Kupplung stellt tatsächlich eine zweite Stufe der
Getriebedrehmomentsteuerung bereit. Wie weiter unten erläutert wird,
kann die Kupplung des Weiteren zur Steuerung des Variatorsteuersignals
verwendet werden, d.h. der Steuerdrücke, die an die Variatorstellglieder 32 angelegt
werden.
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Bei
der vorliegenden Ausführungsform
wird der Verbindungsdruck und somit die Drehmomentübertragungskapazität der eingekuppelten
Kupplung in Funktion von (1) einem Drehmomentbedarf (2) dem Variatorübersetzungsverhältnis und
(3) dem Getriebebetriebsbereich gesteuert.
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Der
Drehmomentbedarf wird von der ECU 311 ermittelt, die, wie 6 in
stark schematischer Form zeigt, Eingaben hinsichtlich der verschiedenen Betriebsparameter
empfängt,
einschließlich,
wie bei dem veranschaulichten Beispiel, der Position eines vom Fahrer
betätigten
Gaspedals 600 und dem Variatorübersetzungsverhältnis 602 (das
direkt erfasst oder von anderen gemessenen Größen, wie beispielsweise der
Motordrehzahl, dem Getriebebetriebsbereich und der Raddrehzahl abgeleitet
werden kann). Die ECU 311 sendet ebenfalls Steuerausgaben
z. B. zu den Ventilen 60, 62 in den Hydraulikleitungen
S1, S2 und zu den oben beschriebenen Ventilanordnungen, wie beispielsweise 500,
die den Getriebebetriebsbereich steuern.
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Die
ECU 311 bestimmt einen Bedarf für das Reaktionsdrehmoment des
Variators. Dies stellt einen Teil der Gesamtstrategie zur Steuerung
des Motors und des Getriebes dar. Die ECU interpretiert die Position
des Pedals 600 typischerweise als eine Anforderung nach
Drehmoment an den angetriebenen Rädern und steuert sowohl den
Motor als auch das Getriebe in einer Weise, dass das erforderliche
Raddrehmoment in effizienter Weise bereitgestellt wird, wobei die
verschiedenen Betriebsparameter in Betracht gezogen werden. Das
Hauptsteuersignal zum Variator sind die Hydraulikdrücke in den
Leitungen S1, S2, die dem Variatorreaktionsdrehmoment entsprechen,
und die Ventile 60, 62 stellen ein Mittel für die ECU 311 zur
Einstellung dieser Drücke
bereit.
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Der
Drehmomentbedarf entspricht einem bestimmten Drehmomentpegel, der
von der eingekuppelten Kupplung 230, 250 zu übertragen
ist. Das Verhältnis
zwischen dem Drehmoment an der eingekuppelten Kupplung und dem Variatorreaktionsdrehmoment
ist im hohen und niedrigen Betriebsbereich unterschiedlich, was
einen weiteren Faktor darstellt, den die ECU 311 in Betracht
zieht.
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Daher
kann die ECU 311 einen Drehmomentpegel festlegen, den die
eingekuppelte Kupplung übertragen
soll. Die gegenwärtig
bevorzugte Steuerstrategie besteht darin, den Verbindungsdruck – und somit
die Drehmomentkapazität
der Kupplung – um
einem gewählten
Bereich, zum Beispiel 10 Prozent über dem erforderlichen Pegel,
einzustellen.
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Daher
rutscht die Kupplung nicht durch, während das Drehmoment an der
Kupplung bei der Anforderung oder nahe der Anforderung bleibt, die
von der ECU 311 bestimmt wird. Wenn jedoch das Drehmoment
an der eingekuppelten Kupplung über
den erforderlichen Pegel ansteigt, wie im Fall einer Drehmomentspitze
aufgrund eines plötzlichen
Bremsens durch den Fahrer, dann rutscht die Kupplung durch.
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Es
wird angemerkt, dass die ECU 311 den Kupplungsdruck nicht
unmittelbar als Reaktion auf eine Drehmomentspitze einstellen muss.
Indem sie die Kupplung fortwährend
auf einem Pegel knapp oberhalb des Pegels hält, der zur Übertragung
des angeforderten Drehmoments erforderlich ist, stellt sie statt
dessen sicher, dass die Kupplung fortwährend bereit ist, als Reaktion
auf eine Spitze durchzurutschen. Die Reaktion kann als passiv an
Stelle von aktiv bezeichnet werden. Dies ist von Vorteil, da Drehmomentspitzen
typischerweise schneller auftreten als die ECU und die Hydraulik
darauf reagieren können.
Die passive Reaktion durch die Kupplung kann unmittelbar sein und
erlaubt dem System somit, mit ausreichender Schnelligkeit auf Drehmomentspitzen zu
reagieren. Eine aktive Reaktion, die auf der Erfassung einer Drehmomentspitze
und als Reaktion darauf einer nachfolgenden Durchführung von
Einstellungen an dem Getriebe beruht, kann nicht schnell genug erfolgen,
um gegen die Spitzen zu schützen. Die
Einstellung der Kupplung wird in einer Schleife durchgeführt, und
ist tatsächlich
ein quasi kontinuierlicher Prozess.
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Das
Getriebe wird von der Kupplung gegen jegliche Abweichungen von dem
angeforderten Variatordrehmoment geschützt. Wenn eine Übersetzungsverhältnisänderungsgeschwindigkeit
auftritt, die ein übermäßiges Drehmoment
am Antriebsstrang erzeugt, dann rutscht die Kupplung durch und begrenzt
die Geschwindigkeit der Übersetzungsverhältnisänderung
des Variators.
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Die
Steuerung der Drehmomentkapazität
der Kupplung stellt ein sekundäres
Mittel zur Steuerung sowohl des Reaktionsdrehmoments des Variators
als auch der Steuerdrücke
in den Leitungen S1 und S2 bereit. 7 und 8 zeigen
experimentelle Daten, die diesen Punkt beispielhaft veranschaulichen. Bei
beiden Figuren ist die Zeit in Sekunden auf der horizontalen Achse
gezeigt. Die Einheiten auf der vertikalen Achse in 8 sind
Umdrehungen pro Minute. 7 zeigt mehrere unterschiedliche
Quantitäten
und die Einheiten auf ihrer vertikalen Achse sind beliebig. Die
Linie 800 zeigt die Drehzahl des Getriebeabtriebs, die
bei etwa 600 U/min beginnt und zum Zeitpunkt 802 innerhalb
von etwa 0,1 Sekunden gestoppt – bis
zum Stillstand verzögert – werden
soll, wie es bei einem Fahrzeug auftreten kann, wenn der Fahrer
die Fahrzeugräder
durch scharfes Bremsen blockiert. Die Linie 804 stellt
das Durchrutschen der Kupplung dar – das heißt die Drehzahl einer Seite
der Kupplung im Verhältnis
zu anderen. Bei diesem Versuch wird die Kupplung einem geregelten
Verbindungsdruck unterzogen, der bei etwa 7,5 Bar beginnt. Wenn
der Getriebeabtrieb blockiert wird, rutscht die Kupplung folglich
anfänglich
durch. Eine Seite der Kupplung dreht sich mit 600 U/min weiter, während die
andere (an der Getriebeabtriebsseite) selbst blockiert ist. Im Gegensatz
dazu muss sich das Variatorübersetzungsverhältnis, das
durch die Linie 700 gezeigt ist, aufgrund des Durchrutschens
der Kupplung nicht unmittelbar ändern.
Eine zusätzliche Belastung
am Variator aufgrund der Blockierung des Abtriebs (die eine sehr
schnelle Änderung
des Variatorübersetzungsverhältnisses
erforderlich gemacht hätte,
wenn die Kupplung nicht durchgerutscht wäre) wird durch das Durchrutschen
der Kupplung verringert. Die zusätzliche
Last, die die Kupplung zum Variator überträgt, veranlasst diesen, sein Übersetzungsverhältnis nach
und nach über
einen Zeitraum von etwa 2 Sekunden in diesem Beispiel zu ändern, um
die Drehzahl des Antriebs und des Abtriebs des Getriebes aneinander
anzupassen. In dieser Zeitspanne 808, in der der Variator "aufholt", wird das Durchrutschen
der Kupplung nach und nach verringert. Zum Zeitpunkt 809 hat
der Variator ein Übersetzungsverhältnis erreicht,
das dem Leerlauf entspricht, woraufhin die Kupplung aufhört durchzurutschen.
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Die
Linien 810 und 812 stellen Drücke an den Leitungen S1 und
S2 dar. Wenn die Kupplung nicht durchgerutscht wäre, hätte die schnelle Änderung
des Übersetzungsverhältnisses
nach dem Blockieren des Getriebeabtriebs eine extreme und schnelle Änderung
dieser Drücke
hervorgerufen. Jedoch werden die Drücke hier von der Kupplung gesteuert
und ändern
sich folglich nicht wahrnehmbar zum Zeitpunkt 802. In dieser
Hinsicht ist das Beispiel etwas ungewöhnlich. Typischerweise wäre eine
gewisse Änderung
der Drücke
zu erwarten, wobei ihre Größe vom Bereich
zwischen dem Drehmomentbedarf (der den anfänglichen Drücken in S1 und S2 entspricht,
wie sie von den Ventilen 60, 62 eingestellt werden)
und der Drehmomentkapazität
der Kupplung abhängen
würde.
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Nachdem
die Kupplung beginnt durchzurutschen, wird das Drehmoment, das diese
belastet, zum Variator weitergeleitet und entspricht der Drehmomentkapazität der Kupplung.
Der Variator ist daher von Schwankungen am Getriebeabtrieb getrennt. Die
Drehmomentkapazität
der Kupplung beeinflusst daraufhin direkt die Änderungsgeschwindigkeit des Variatorübersetzungsverhältnisses
und damit die Differenz zwischen dem angeforderten und dem tatsächlichen
Variatorsteuerdruck.
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Der
Steuerungsmodus durch die Kupplung kann wie folgt erläutert werden:
- i. Zwischen den Zeitpunkten 802 und 809 bestimmt
die Drehmomentkapazität
der durchrutschenden Kupplung das Drehmoment, das an den Variatorabtrieb
angelegt wird;
- ii. dieses angelegte Drehmoment verursacht eine Verschiebung
des Variatorübersetzungsverhältnisses
mit einer zugehörigen
Bewegung der Variatorrollen und ihrer Kolben 52, 54;
- iii. die resultierende Änderung
der Strömungsgeschwindigkeit
an den Ventilen 60, 62 erzeugt eine Änderung
der Drücke,
die auf die Kolben 52, 54 wirken, und eine resultierende Änderung
des Reaktionsdrehmoments des Variators;
- iv. Erzeugung eines Abtriebsdrehmoments entgegengesetzt dem
Drehmoment, das von der Kupplung angelegt wird;
- v. wodurch die Geschwindigkeit bestimmt wird, mit der sich das
Variatorübersetzungsverhältnis einstellt,
um sich an die plötzliche
Verzögerung des
Getriebeabtriebs anzupassen.
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Die Änderung
dP des Druckdifferenzials von S1/S2 ist nicht nur eine Funktion
des Drehmoments, das von der Kupplung angelegt wird, sondern hängt ebenfalls
vom Variatorübersetzungsverhältnis ab. Das
Reaktionsdrehmoment – und
die entsprechende Druckdifferenz von S1/S2-, das von einem gegebenen
Antriebsdrehmoment (Kupplungsdrehmoment) erzeugt wird, ändert sich
mit dem Variatorübersetzungsverhältnis. Wenn
das Variatorübersetzungsverhältnis abnimmt,
nimmt der Widerstand des Variators gegenüber Änderungen des Übersetzungsverhältnisses,
die durch die Kupplung verursacht werden, zu. Anders ausgedrückt, nimmt
das Abtriebsdrehmoment des Variators für ein gegebenes Reaktionsdrehmoment
zu, wenn das Übersetzungsverhältnis abnimmt.
Folglich wird für
ein gegebenes Reaktionsdrehmoment bei einem niedrigeren Variatorübersetzungsverhältnis eine
größere Kupplungskapazität benötigt.
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Um
den dP exakt zu regeln, ist es daher notwendig, die Drehmomentkapazität der Kupplung
als Funktion einer zusätzlichen
Variablen – des
Variatorübersetzungsverhältnisses – zu steuern.
Die Linie 814 stellt einen Kupplungsdruck dar, der sich ändert, wenn
sich das Übersetzungverhältnis des
Variators ändert.
Die Kupplungskapazität
muss ebenfalls schnell genug eingestellt werden, um Veränderungen des
Variatorübersetzungsverhältnisses
aufzunehmen. Dies kann erreicht werden, da die Änderungsgeschwindigkeit des
Variatorübersetzungsverhältnisses
selbst von der Kupplungskapazität
gesteuert wird und somit innerhalb akzeptabler Grenzwerte gehalten
werden kann.
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Da
verhindert wird, dass Änderungen
der Variatorbelastung große Änderungen
der Druckdifferenz von S1/S2 (und entsprechend große Änderungen
des Reaktionsdrehmoments des Variators) verursachen, werden die
vorgenannten Probleme der Fehlanpassung zwischen der Endlast und
dem Reaktionsdrehmoment des Variators, sogar bei niedrigen Fluidtemperaturen,
wie beispielsweise bei einem Start in einem kalten Klima, vermieden.
Bei derartigen Bedingungen kann die Drehmomentkapazität der Kupplung
tatsächlich
auf einen Pegel eingestellt werden, der ein fortwährendes
Durchrutschen der Kupplung erlaubt, wobei bei dieser Periode die
Kupplung anstelle des Variators der Hauptbestimmungsfaktor für das Abtriebsdrehmoment
ist.
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Es
versteht sich, dass durch die vorliegende Erfindung zahlreiche Möglichkeiten
geschaffen werden, wobei die oben beschriebenen Ausführungsformen
lediglich als Beispiel dienen und der Bereich der Erfindung durch
die angehängten
Ansprüche
abgegrenzt wird.