DE10130057A1

DE10130057A1 - Verfahren zur Regelung des Schlupfes im Variator eines stufenlos verstellbaren Getriebes

Info

Publication number: DE10130057A1
Application number: DE2001130057
Authority: DE
Inventors: Holger Wiesner; Uwe Hinrichsen
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2001-06-21
Filing date: 2001-06-21
Publication date: 2003-01-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Schlupfes (S¶Var¶) im Variator eines stufenlos verstellbaren Getriebes, insbesondere eines Kegelscheibenumschlingungsgetriebes eines Kraftfahrzeuges, wobei mittels einer Regeleinrichtung eine die Anpresskraft verstellende Stellgröße für das Anpressungssystem eines Variators erzeugt wird. DOLLAR A Es ist vorgesehen, dass als Regelgröße eine signifikante Ersatzgröße des realen Schlupfes (S¶Var¶) im Variator in Form eines sogenannten "synthetischen Variatorschlupfes" (S¶Var_s¶) aus am Getriebe erfassten Kenngrößen derart gebildet wird, dass er in allen Betriebsbereichen des Getriebes ein weitgehend proportionales Verhalten zum realen Schlupf (S¶Var¶) im Variator hat. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden hierzu mit Hilfe einer Modulation der Variatoranpresskraft (F¶An¶) durch periodische Signale je nach Lage der Betriebspunkte vom Betrag her unterschiedlich große Änderungen des Schlupfes (S¶Var¶) im Variator erzeugt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Schlupfes im Variator eines stufenlos verstellbaren Getriebes mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.
Es ist bekannt, in der Kraftfahrzeugtechnik stufenlos verstellbare Getriebe, so genannte CVT-Getriebe, einzusetzen. Ein Kraftfahrzeugantriebsstrang mit stufenlos verstellbarem Getriebe besteht im Wesentlichen aus Motor, Kupplung, Drehrichtungsumkehrgetriebe, Variator, Differential und Antriebsrädern. Anstatt einer Kupplung kann auch für jede Fahrtrichtung eine eigene Kupplung oder ein hydrostatischer Drehmomentwandler mit Wandler-Überbrückungskupplung vorgesehen sein. CVT-Getriebe in Form von stufenlosen Umschlingungsgetrieben bestehen aus je zwei Keilscheibensätzen, durch die über ein Umschlingungsmittel, zum Beispiel über eine Metallgliederkette, per Reibschluss ein Drehmoment übertragen werden kann. Durch eine gezielte Verstellung der Scheibensatzabstände kann die Position des Umschlingungsmittels verändert werden, woraufhin sich die resultierenden Laufradien auf den Scheibensätzen ändern. Dieser Prozess erfolgt stufenlos, das heißt, es lässt sich innerhalb gegebener Grenzen jede beliebige Übersetzung einstellen.
Im Wesentlichen gibt es dabei zwei Größen zur Ansteuerung des Variators, und zwar die Anpressung - modifizierbar durch ein gleichsinniges Beaufschlagen der Variatoranpresskräfte zwischen den Keilscheiben und dem Umschlingungsmittel sowohl auf dem Antriebs- als auch auf dem Abtriebsscheibensatz - und die Übersetzungsverstellung - modifizierbar durch ein gegensinniges Verändern der Variatoranpresskräfte, zum Beispiel durch antriebsseitige Anhebung der Variatoranpresskraft bei gleichzeitiger abtriebsseitiger Absenkung der Variatoranpresskraft.
Ausführungen eines Variators mit geeignetem Anpress- und Verstellsystem sind in unterschiedlicher Bauform möglich und bekannt. Auch die Anpress- und Verstellenergie kann in verschiedener Art und Weise aufgebracht werden, zum Beispiel mechanisch, hydraulisch, elektrisch oder auch in Kombination dieser Konzepte, beispielsweise elektrohydraulisch. Letztere Variante wäre beispielsweise mit elektrisch ansteuerbaren Hydraulikverstellventilen realisierbar. Dabei sind beispielsweise Systeme bekannt, in denen jeder Scheibensatz über zwei Kolben verfügt, von denen für jeden Scheibensatz einer elektronisch ansteuerbar ist. Von diesen beiden Kolben ist dann jeweils einer für die Anpressungs- und der andere für die Übersetzungsänderung zuständig.
Optional könnten die angesprochenen Variatorbauarten durchaus auch mit Hilfseinrichtungen, wie beispielsweise einem Drehmomentenfühler, erweitert werden, welcher somit zusätzlich zur elektronisch ansteuerbaren Anpressungskomponente eine Vorsteuergröße für das Anpressungssystem liefern könnte.
Die Getriebesteuerung hat die Aufgabe, in Abhängigkeit vom Fahrerwunsch durch eine entsprechende Übersetzungsverstellung des Variators die gewünschte Drehzahlübersetzung einzustellen. Außerdem ist es erforderlich, eine geeignete Anpressung von Umschlingungsmittel und Scheibensätzen zu gewährleisten, welches für gewöhnlich in Abhängigkeit von Drehmoment und Übersetzung geschieht. Dabei muss die Höhe der Anpressung prinzipiell den folgenden Anforderungen genügen.
Eine zu geringe Anpressung muss unbedingt vermieden werden, da es ansonsten zu übermäßigem Schlupf zwischen Umschlingungsmittel und Scheibensätzen kommt, welcher zu einer Zerstörung des Getriebes führen kann. Hohe Überanpressung ist aus Verschleiß- und Verbrauchsgründen ebenfalls zu vermeiden.
Optimal wäre damit eine Anpressung gemäß dem so genannten Anpressbedarf, bei der ein Minimum an erforderlicher Variatoranpresskraft aufgebracht wird, so dass es bei der Reibpaarung Umschlingungsmittel/Scheibensatz gerade nicht zu schädigendem Schlupf kommt und der Variator an der Haftgrenze betrieben werden kann. Gleichzeitig muss dabei aber sichergestellt werden, dass auch bei unvorhersehbaren Störeinflüssen, wie beispielsweise bei abtriebsseitigen Laststößen, ein übermäßiger Variatorschlupf sicher vermieden wird.

Aus der DE 43 12 745 C2 ist eine elektronische Anpresskraftsteuerung für Kegelscheibenumschlingungsgetriebe bekannt, bei der die Anpresskraftsteuerung über den Schlupf am Variator erfolgt. Dabei wird das wahre Wirk-Übersetzungsverhältnis des Variators bei definierten vorbestimmten Betriebsbedingungen erfasst und mittels einer Speichereinrichtung erfolgt ein Vergleich zwischen einer zulässig, vorbestimmten relativen Abweichung zu einem erfassten momentanen Übersetzungszustand. Durch eine zusätzliche nachgeschaltete Elektronikeinrichtung werden verschiedene Einfluss- und Störgrößen bereinigt und danach erfolgt mittels Druckänderung am Hydraulikzylinder eine Einstellung der Idealanpressung.

Der Nachteil dieser Anpresskraftregelung besteht darin, dass der Aufwand zur Ermittlung der Kenngrößen relativ hoch ist und die ermittelten Werte zur Einstellung einer Idealanpressung zu ungenau sind, da sie noch durch zusätzliche Einfluss- und Störgrößen verfälscht werden. Zur Ermittlung des Variatorschlupfes müssen viele Kenndaten herangezogen werden, die einerseits schwer zu erfassen sind und andererseits fehlerbehaftet sein können, so dass es insgesamt verhältnismäßig schwierig ist, eine Anpresskraftregelung an Kegelscheibenumschlingungsgetrieben entsprechend den idealen Bedingungen der Kraftübertragung zwischen Umschlingungsmittel und Keilscheiben zu realisieren.

Die DE 198 21 363 A1 beschreibt ein Verfahren zur Betätigungsregelung von Schalt- oder Stellgliedern eines Automatik-Getriebes unter Berücksichtigung eines möglichen Schlupfes. Dieses Verfahren setzt vorrichtungsseitig ein Automatik-Getriebe, insbesondere ein CVT- Getriebe, voraus, bei dem ein elektronisches Steuergerät durch Drehzahlsensoren die Motordrehzahl sowie die Antriebs- und Abtriebsdrehzahl erfasst und als Stellgrößen einen Strom zur Ansteuerung der Kupplung, einen Strom zur Steuerung der Anpresskraft des Antriebsscheibensatzes und einen Strom zur Steuerung der Anpresskraft des Abtriebsscheibensatzes ausgibt. Diese Ströme werden jeweils über Proportionalventile in hydraulische Drücke umgesetzt, die ihrerseits über Hydraulikzylinder in Anpress- oder Ausrückkräfte für die Kupplungslamellen oder -scheibe(n) und in Anpresskräfte für die Variatorscheibensätze umgesetzt werden.

Ein wesentlicher Nachteil dieser Lösung besteht darin, dass gemäß dem Verfahren zur Einstellung einer optimalen Variatoranpresskraft im Getriebe der Schlupf im Variator nicht für sich allein, sondern nur in Abhängigkeit vom Kupplungsschlupf verändert wird. Um die Variatoranpresskraft an einen vorgegebenen Sollwert anzugleichen, muss deshalb sowohl der Schlupf im Variator als auch der Kupplungsschlupf detektiert und verändert werden. Das Verfahren sieht vor, den Kupplungsschlupf zu erfassen und durch ein vorgegebenes Auswerteverfahren vom vorhandenen Kupplungsschlupf auf den Schlupf im Variator zu schließen.

Der Nachteil dieses Verfahrens besteht dabei darin, dass der Kupplungsschlupf unter Umständen stark schwankt und somit Fehlinterpretationen bezüglich des Schlupfes im Variator unvermeidbar sind. Die Folge ist, dass das Einstellen der Variatoranpresskraft im Getriebe fehlerbehaftet ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Regelung des Schlupfes im Variator eines stufenlos verstellbaren Getriebes der eingangs genannten Art zu schaffen, durch das mit einfachen Mitteln und mit hinreichender Genauigkeit Kenngrößen erfassbar sind, aus denen eine Regelgröße gebildet werden kann, deren Betrag in funktionaler Abhängigkeit von den Betriebszuständen des Getriebes dem aktuellen, realen Variatorschlupf weitgehend entspricht und mit dem Ziel der Annäherung der Anpresskraft an einen Sollwert verändert werden kann, um dadurch hohe Überanpressungen sowie zu geringe Anpressungen in jedem Übersetzungsbereich des Getriebes weitestgehend zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Regelung des Schlupfes im Variator eines stufenlos verstellbaren Getriebes mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Dadurch, dass als Regelgröße eine signifikante Ersatzgröße des realen Schlupfes im Variator in Form eines so genannten "synthetischen Variatorschlupfes" gebildet und verwendet wird, wobei der synthetische Variatorschlupf aus am Getriebe erfassten Kenngrößen derart gebildet wird, dass er in allen Betriebsbereichen des Getriebes ein weitgehend proportionales Verhalten zum realen Schlupf im Variator hat, sind mit einfachen Mitteln und mit hinreichender Genauigkeit Kenngrößen erfassbar, aus denen eine Regelgröße gebildet werden kann, deren Betrag in funktionaler Abhängigkeit von den Betriebszuständen des Getriebes dem aktuellen, realen Schlupf im Variator weitgehend entspricht. Mit dem Ziel der Annäherung der Anpresskraft an einen Sollwert kann der Schlupf im Variator vorteilhafterweise verändert werden, um dadurch hohe Überanpressungen sowie zu geringe Anpressungen in jedem Übersetzungsbereich des Getriebes weitestgehend zu vermeiden. Auf diese vorteilhafte Weise lässt sich eine an die Betriebsbedingungen des Variators angepasste Anpresskraftregelung durchführen, die auch bei entsprechenden Übersetzungsverstellungen eine nahezu optimale Variatoranpresskraft erzeugt.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden mit Hilfe einer Modulation der Variatoranpresskraft durch periodische Signale je nach Lage der Betriebspunkte unterschiedliche Änderungen des Schlupfes im Variator erzeugt.

Eine andere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass zur Gewinnung von Informationen über den Anpressfall, den Schlupf im Variator und die Änderung des Schlupfes im Variator der modulationsabhängige Drehzahlverlauf und/oder der Übersetzungsregelfehler genutzt werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird aus dem modulationsbedingten Verlauf des Übersetzungsregelfehlers der synthetische Variatorschlupf gebildet und als Regelgröße verwendet.

Die Vorteile der Erfindung bestehen im Wesentlichen darin, dass durch die Regelung des Schlupfes im Variator die Anpresskraft dem tatsächlichen Bedarf angepasst und somit ein Betrieb des Variators mit einer zu hohen Überanpressung vermieden werden kann. Daraus resultieren weitere Vorteile, die darin bestehen, dass Reibwertänderungen im Getriebe, die beispielsweise durch Temperatureinflüsse, Ölalterung, Änderung der Oberflächenbeschaffenheit von Scheibensätzen und Umschlingungsmitteln entstehen, automatisch kompensiert werden können. Durch den Betrieb des Variators nahe dem Anpressbedarf ergibt sich vorteilhafterweise eine Verringerung der benötigten hydraulischen Leistung. Die Belastung der Bauteile des stufenlos verstellbaren Getriebes verringert sich und führt damit zu einer Erhöhung deren Lebensdauer. Gleichzeitig können die Transmissionsverluste und Verluste in der Hydraulikpumpe verringert werden. Letztendlich bewirken die genannten Vorteile der Erfindung eine Reduzierung des Kraftstoffverbrauches des Kraftfahrzeuges.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine qualitative Variatorschlupf-Anpresskraft-Kennlinie für einen konstanten Betriebspunkt;

Fig. 2 eine Variatorschlupf-Anpresskraft-Kennlinie mit unterschiedlichen betriebspunktabhängigen Änderungen des Variatorschlupfes S_Var bei einer Absenkung der Variatoranpresskraft F_An um einen konstanten Betrag F_Mod und

Fig. 3a bis d den Einfluss der Modulation der Anpresskraft F_An auf die Drehzahlübersetzung i_{Var_n} für unterschiedliche Anpressfälle bei konstantem Drehmoment sowie konstanter Sollübersetzung i_{Var_Soll}.

Die Erfindung wird am Beispiel eines stufenlos verstellbaren Getriebes der Bauform Keilscheibenumschlingungsgetriebe erläutert. Das erfindungsgemäße Verfahren ist aber auch für andere CVT-Getriebebauformen einsetzbar, beispielsweise für Toroid- Reibradgetriebe.
Die Fig. 1 zeigt eine Kennlinie mit dem Verlauf des Schlupfes S_Var im Variator in Abhängigkeit von der Variatoranpresskraft F_An für einen konstanten Betriebspunkt. Dazu sind jeweils auf der Abszisse des Diagramms die Anpresskraft F_An und auf der Ordinate der Schlupf S_Var im Variator aufgetragen. Die geometrische Variatorübersetzung i_{Var_g} und das Variatoreingangsmoment M_SS1 sind dabei konstant. Entscheidend hierbei ist, dass die Kennlinie in jedem Punkt eine unterschiedliche Steigung besitzt. Daraus ist das Vorhandensein eines eindeutigen Zusammenhanges zwischen dem absoluten Schlupf S_Var im Variator und einer Änderung des Schlupfes S_Var im Variator ersichtlich. Zur Erkennung der Lage eines aktuellen Arbeitspunktes reicht es also aus, die Änderung des Schlupfes S_Var im Variator als Reaktion auf eine Absenkung der Variatoranpresskraft F_An zu betrachten.
Die Fig. 2 zeigt eine Kennlinie mit dem Verlauf des Schlupfes S_Var im Variator in Abhängigkeit von der Variatoranpresskraft F_An und der Darstellung der jeweils aus einer Absenkung der Variatoranpresskraft F_An resultierenden Änderung des Schlupfes S_Var im Variator für zwei unterschiedliche Betriebspunkte. Dazu sind jeweils auf der Abszisse des Diagramms die Variatoranpresskraft F_An und auf der Ordinate der Schlupf S_Var im Variator aufgetragen. Die geometrische Variatorübersetzung i_{Var_g} und das Variatoreingangsmoment M_SS1 sind wie in der Darstellung der Kennlinie gemäß Fig. 1 ebenfalls konstant. Erkennbar ist anhand der in Fig. 2 dargestellten Kennlinie, dass bei einer gleichgroßen Absenkung der Variatoranpresskraft F_An durch den Betrag F_Mod jeweils in einem ersten Betriebspunkt 10 und in einem zweiten Betriebspunkt 20 die daraus resultierenden Schlupfänderungen S₁ und S₂ unterschiedlich groß sind. Wichtig für das erfindungsgemäße Verfahren ist, dass man mit Hilfe einer Modulation der Variatoranpresskraft F_An durch ein periodisches Signal je nach Lage des Arbeitspunktes aufgrund dieser charakteristischen Kennlinienform eine unterschiedliche Änderung des resultierenden Schlupfes S_Var im Variator bewirkt.
Für das Modulationssignal können unterschiedliche Signalformen eingesetzt werden. Im einfachsten Fall, der nachfolgend beschrieben wird, kann ein Rechtecksignal mit zwei Pegeln verwendet werden. Von den Signalwerten entspricht der Signalwert mit Null der im Folgenden bezeichneten neutralen Phase und der Signalwert mit einem konstanten negativen Wert der im Folgenden bezeichneten modulationsbedingten Druckabsenkungsphase. Mit der Verwendung eines solchen Modulationssignales wird vorteilhafterweise erreicht, dass man sich während der modulationsbedingten Druckabsenkungsphase, in der die Variatoranpresskraft F_An um den Betrag F_Mod reduziert wird, jeweils kurzzeitig ein Stück in Richtung der Haftgrenze bewegt. Bei einer langsamen Reduzierung des allgemeinen Niveaus der Variatoranpresskraft F_An wird mit einer zeitlichen Verzögerung gezielt ein Ansteigen des Schlupfes S_Var im Variator und damit eine Änderung des Schlupfes S_Var im Variator hervorgerufen. Die langsame Reduzierung des allgemeinen Niveaus der Variatoranpresskraft F_An kann dabei vorteilhafterweise durch eine Regeleinrichtung erfolgen. Der modulationsbedingte Schlupf S_Var im Variator wird nach Abschluss der Druckabsenkungsphase wieder abgebaut, so dass sich in dieser neutralen Phase der Variator in einer vorgesehenen leichten Überanpressung befindet.
Wie eingangs der Beschreibung ausgeführt wurde, ist der reale Schlupf S_Var im Variator nur mit einem großen messtechnischen Aufwand messbar und trotz des hohen Aufwandes der tatsächliche Betrag nicht exakt ermittelbar. Unter Berücksichtigung einer ökonomischen Serienfertigung eines Kraftfahrzeuges steht deshalb der Schlupf S_Var im Variator als Messgröße nicht zur Verfügung. Aus den genannten Gründen wird beim erfindungsgemäßen Verfahren von einer Ersatzgröße für den Schlupf S_Var im Variator ausgegangen, die als Regelgröße in einem entsprechenden Regelkreis, in dem als Stellgröße die Variatoranpresskraft F_An eingestellt wird, nutzbar ist. Von entscheidender Bedeutung ist dabei, dass die Ersatzgröße, nachfolgend synthetischer Variatorschlupf S_{Var_s} genannt, ein weitgehendes proportionales Verhalten zum realen Schlupf S_Var im Variator hat.
Dabei ist davon auszugehen, dass der Begriff "Übersetzung" in Bezug auf den Variator eines stufenlos verstellbaren Getriebes nicht eindeutig ist. Es ist notwendig, zwischen der "geometrischen Variatorübersetzung", kurz geometrische Übersetzung i_{Var_g} genannt, und der "Drehzahlübersetzung des Variators", kurz Drehzahlübersetzung i_{Var_n} genannt, zu unterscheiden. Die geometrische Übersetzung i_{Var_g} wird durch die relative Position der Keilscheiben beider Scheibensätze zueinander bestimmt und entspricht dem Quotienten der resultierenden mittleren Laufradien des Umschlingungsmittels bezüglich beider Scheibensätze:
Die Drehzahlübersetzung i_{Var_n} berechnet sich dagegen durch die Division von Variatoreingangsdrehzahl n_SS1 und Variatorausgangsdrehzahl n_SS2:
In den Fig. 3b bis 3d ist der Einfluss der Modulation der Variatoranpresskraft F_An (Fig. 3a) auf die Drehzahlübersetzung i_{Var_n} für unterschiedliche Anpressfälle bei konstantem Drehmoment sowie konstanter Sollübersetzung i_{Var_Soll} in Abhängigkeit von der Zeit t dargestellt. Dazu ist jeweils auf der Abszisse der Diagramme gemäß den Fig. 3a bis 3d die Zeit t aufgetragen.
Die Fig. 3a zeigt in dem Diagramm den Verlauf der modulierten Variatoranpresskraft F_An in Abhängigkeit von der Zeit t. Bei den dargestellten Modulationssignalen entspricht T_Modulation der Periodendauer des Modulationssignals. Die Fig. 3b zeigt den Fall einer hohen Überanpressung. Wie aus dem Diagramm ersichtlich ist, sind hier die geometrische Übersetzung i_{Var_g} und die Drehzahlübersetzung i_{Var_n} identisch, so dass i_{Var_n} = i_{Var_Soll} ist.
Bei einer Unteranpressung stellt sich der Fall hingegen anders dar. Während ein zunehmender Schlupf S_Var im Variator die geometrische Übersetzung i_{Var_g} nicht beeinflusst, steigt dabei im Zugbetrieb die Drehzahlübersetzung i_{Var_n} an. Die Fig. 3c zeigt den Fall einer leichten Überanpressung, bei der die vorhandene Anpressung dem Anpressbedarf nahe kommt. Die Drehzahlübersetzung i_{Var_n} weicht hier nur geringfügig von der geometrischen Übersetzung i_{Var_g} ab. Bei der in Fig. 3d dargestellten gemäßigten Unteranpressung sind die Abweichungen der Drehzahlübersetzung i_{Var_n} von der geometrischen Übersetzung i_{Var_g} wesentlich größer.
Insgesamt ist anhand der in den Fig. 3a bis 3d dargestellten Diagramme zu erkennen, dass in Abhängigkeit von der Größe der Variatoranpresskraft F_An die Drehzahlübersetzung i_{Var_n} sich ändert. Auf Basis dieser Erkenntnis kann der Schlupf S_Var im Variator als Abweichung der geometrischen Übersetzung i_{Var_g} von der Drehzahlübersetzung i_{Var_n} definiert werden, wobei sich normiert auf die geometrische Übersetzung i_{Var_g} folgender Zusammenhang ergibt:
Diese ermittelten Zusammenhänge führen zu nachfolgend genannten Erkenntnissen. Bei einer Modulation der Variatoranpresskraft F_An ändert sich demzufolge der Schlupf S_Var im Variator im Bereich hoher Überanpressung (Fig. 3b) nicht, da die Drehzahlübersetzung i_{Var_n} gleich der geometrischen Übersetzung i_{Var_g} und der Schlupf S_Var im Variator somit gleich Null ist.
Im Bereich des Anpressbedarfes sowie bei gemäßigter Unteranpressung (Fig. 3d) hat die Modulation der Variatoranpresskraft F_An hingegen einen davon abweichenden, charakteristischen Einfluss auf den Verlauf der Drehzahlübersetzung i_{Var_n} und somit auf den Schlupf S_Var im Variator. Dieser Einfluss hängt stark von der Amplitude des Modulationssignales F_Mod (Fig. 2) und vom Verhältnis der Kolbenflächen der hydraulischen Druckstellglieder des Anpresssystems ab. Ein möglicher Verlauf der Drehzahlübersetzung i_{Var_n} als Reaktion auf eine Modulation der Variatoranpresskraft F_An (Fig. 3a) ist in den Fig. 3b bis 3d in Abhängigkeit vom jeweiligen Anpressfall dargestellt.
Erkennbar in der Fig. 3c ist, dass die Drehzahlübersetzung i_{Var_n} im Falle eines leichten Überanpressungsbetriebes während der modulationsbedingten Unteranpressungsphase sinkt. Damit weicht die Drehzahlübersetzung i_{Var_n}, die als Regelgröße des Übersetzungsregelkreises verwendet wird, von ihrem Sollwert ab und es entsteht ein modulationsbedingter Übersetzungsregelfehler e_Übers, der sich nach folgender Gleichung errechnet:

e_Übers = i_{Var_Soll} - i_{Var_n}.
Dieser Übersetzungsregelfehler e_Übers kann bei geeigneter Auslegung des Modulationssignales während der darauf folgenden neutralen Phase wieder zu Null geregelt werden.
Führt die modulationsbedingte Anpresskraftabsenkung, wie es in der Fig. 3d dargestellt ist, zu einer Unteranpressung von Scheibensätzen und Umschlingungsmittel, das heißt zu einem deutlichen Schlupf S_Var im Variator, dann kann dies anhand des charakteristischen Ansteigens der Drehzahlübersetzung i_{Var_n} erkannt werden. Demnach kann festgestellt werden, dass anhand des Verlaufes des modulationsbedingten Übersetzungsregelfehlers e_Übers eine Information über die Variatoranpresskraft F_An und damit letztlich auch über den Schlupf S_Var im Variator gewonnen werden kann.
Im Rahmen der Erfindung bestehen mehrere Möglichkeiten, den modulationsbedingten Verlauf des Übersetzungsregelfehlers e_Übers auszuwerten und daraus einen synthetischen Variatorschlupf S_Var zu bilden, wovon nachfolgend drei bevorzugte Varianten genannt werden.
Eine Möglichkeit besteht darin, den synthetischen Variatorschlupf S_{Var_s} nach einem extremwertbasierenden Kriterium zu bilden. Dabei wird während der gesamten Modulationssignalperiode oder Zeitbereichen davon der maximale Übersetzungsregelfehler e_Übers-max oder sein Betrag ermittelt und als synthetischer Variatorschlupf S_{Var_s} verwendet.
Eine andere Möglichkeit besteht in dem korrelationsbasierenden Kriterium. Hierbei werden alle Abtastwerte des Regelfehlerverlaufes mit Hilfe einer an sich bekannten Korrelationsfunktion mit den zeitlich entsprechenden Daten eines zuvor festgelegten Referenzsignalverlaufes auf Übereinstimmung verglichen. Der resultierende Wert der Korrelationsfunktion wird als synthetischer Variatorschlupf S_{Var_s} verwendet.
Eine weitere Möglichkeit bildet das integrale Kriterium. Dabei werden die Abtastwerte des Übersetzungsregelverlaufes oder seines Betrages während einer Modulationsperiode oder Zeitbereichen davon aufintegriert und gegebenenfalls mit einem Anpassfaktor versehen.
Dieser integrale Wert wird als synthetischer Variatorschlupf S_{Var_s} verwendet. Für die praktische Anwendung ist diese Möglichkeit zu bevorzugen.
Neben der Modulation der Variatoranpresskraft F_An ist es auch möglich, zusätzlich das Verstellsystem des CVT-Getriebes in den Modulationsprozess mit einzubeziehen. Diese Verfahrensweise kann beispielsweise so vorgenommen werden, dass während der modulationsbedingten Absenkungsphasen für die beiden Scheibensätze unterschiedliche Summenkräfte verwendet werden, welche sich gemäß der bereits getroffenen Ausführungen jeweils aus einem Anpressanteil (Ansteuergröße 1) und einem Verstellanteil (Ansteuergröße 2) zusammensetzen. Nach dieser Verfahrensweise könnte beispielsweise der antriebsseitige Scheibensatz um 10% stärker abgesenkt werden als der abtriebsseitige Scheibensatz. Bei entsprechenden Kolbenflächenverhältnissen der Druckstellglieder könnte diese Wahl während der modulationsbedingten Absenkphasen zu einer zusätzlichen, systematischen Übersetzungsverstellung führen. Dabei ändert sich nicht nur die Drehzahlübersetzung i_{Var_n}, sondern auch die geometrische Übersetzung i_{Var_g}. Mit einer solchen Verfahrensweise kann erreicht werden, dass der Verlauf von Drehzahlübersetzung i_{Var_n} und Übersetzungsregelfehler e_Übers zusätzlich verändert wird. Vorteilhafterweise kann dadurch ein geringerer schwankender Verlauf der Drehzahlübersetzung I_{Var_n} (Fig. 3c) erreicht werden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht dementsprechend vor, dass die Modulation der Variatoranpresskraft F_An bei den beiden Scheibensätzen wahlweise mit unterschiedlichen Amplituden vorgenommen werden kann. Die Ermittlung geeigneter Amplituden hierfür ist vorzugsweise in Abhängigkeit der Stützung, das heißt vom Quotienten der Summenkräfte von an- zu abtriebsseitigem Scheibensatz, und/oder deren Änderung möglich.
Ein weiterer Schritt beim erfindungsgemäßen Verfahren ist die Implementierung einer Regelung, bei der der ermittelte synthetische Variatorschlupf S_{Var_s} als Regelgröße verwendet wird. In Abhängigkeit von der Wahl des Variatorschlupf-Sollwertes ist es möglich, den Variator in leichter Unteranpressung, im Bereich des Anpressbedarfes oder in leichter Überanpressung zu betreiben.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, eine Vorsteuerung mit der Regelung des Schlupfes S_Var im Variator zu kombinieren. Vorteilhafterweise kann hierzu ein Vorsteuerkennfeld Anwendung finden. Geeignet ist hierzu beispielsweise ein Adaptionskennfeld, wobei die enthaltenen, betriebspunktabhängigen Werte während des Regelbetriebes ständig neu aktualisiert werden. Hierzu könnte eine Abhängigkeit der Stellgröße des Variatorschlupfreglers von Motormoment und Drehzahlübersetzung i_{Var_n} geschaffen werden. Zur Unterstützung der Regelung des Schlupfes S_Var im Variator wird vorteilhafterweise eine Vorsteuerung angewendet, die auf der Verwendung der Drehzahlübersetzung i_{Var_n} und/oder des Variatoreingangsmomentes M_SS1 und/oder des Variatorausgangsmomentes M_SS2 beruht. Durch die Anwendung einer adaptiven Vorsteuerung kann die Funktion der Regelung des Schlupfes S_Var im Variator wesentlich verbessert werden.
Die Erfindung ermöglicht es, dass die Berechnung eines synthetischen Variatorschlupfes S_{Var_s} nicht zwangsläufig auf einer Auswertung des modulationsabhängigen Verlaufes der Drehzahlübersetzung i_{Var_n} basieren muss. Alternativ ist beispielsweise auch die Auswertung des Verlaufes der Stellgröße des Übersetzungsreglers möglich. Wenn ein erheblicher Schlupf S_Var im Variator während der modulationsbedingten Druckabsenkungsphasen auftritt, führt das bereits zu einer Veränderung der Drehzahlübersetzung i_{Var_n} und somit zu einem entsprechend hohen Übersetzungsregelfehler e_Übers. Der Übersetzungsregler funktioniert in der Weise, dass er diesen Übersetzungsregelfehler e_Übers zu Null regelt. Damit stellen auch der Stellgrößenhub des Übersetzungsreglers beziehungsweise der Stellgrößenverlauf während der modulationsbedingten Druckabsenkungsphasen ein Maß für den synthetischen Variatorschlupf S_{Var_s} dar.
Eine Regelung des Schlupfes S_Var im Variator kann mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht kontinuierlich angewendet werden, da zu erwarten ist, dass der Anpressbedarf des Variators in instationären Betriebsphasen nicht zuverlässig und schnell genug ermittelt werden kann, um den Anforderungen gerecht zu werden. Deshalb ist es vorteilhaft, durch geeignete Überwachungsfunktionen den Betriebsbereich, in dem die Regelung des Schlupfes S_Var im Variator wirksam sein soll, zu begrenzen und in den anderen Betriebsbereichen rein gesteuert zu fahren. Ein gesteuerter Betrieb kann beispielsweise ebenfalls mit Hilfe des bereits beschriebenen Vorsteuerkennfeldes geschehen, dessen Werte im Bedarfsfall noch mit einem Sicherheitsfaktor modifiziert werden können, um eine hinreichende Anpressung zu gewährleisten. Als mögliche Begrenzungskriterien für das Eingreifen von Überwachungsfunktionen kommen insbesondere Übersetzungen im Underdrive-Bereich, also nahe der Anfahrübersetzung, schnelle Änderungen der Übersetzungen, Anfahrten, schnelle Motorlasterhöhungen, Bremsungen, Einwirkungen von abtriebsseitigen Laststößen wie Fahren über Schlaglöcher, über Bahnschienen, gegen Bordsteinkanten, Aquaplaningphasen und Fahrten über eine vereiste Fahrbahn mit Rutschphasen sowie Rückwärtsfahren in Frage. Die Kennwerte der Vorsteuerung des gesteuerten Betriebes können vorteilhafterweise optional auch in Phasen des geregelten Betriebes verwendet werden.
Durch die erfindungsgemäße Regelung des Schlupfes S_Var im Variator eines stufenlos verstellbaren Getriebes werden hohe Überanpressungen sowie zu geringe Anpressungen in jedem Übersetzungsbereich weitestgehend vermieden, so dass der Verschleiß des Getriebes reduziert wird. Gleichzeitig hat die Vermeidung von zu hohen Überanpressungen beziehungsweise von zu geringen Anpressungen eine Kraftstoffeinsparung des Motors zur Folge. Außerdem stellt die Regelung auf der Basis eines synthetischen Variatorschlupfes S_{Var_s} eine kostengünstige und genaue Anpresskraftregelung für stufenlos verstellbare Getriebe dar. BEZUGSZEICHENLISTE 10 erster Betriebspunkt
20 zweiter Betriebspunkt
e_Übers Übersetzungsregelfehler
e_Übers-max maximaler Übersetzungsregelfehler
F_An Variatoranpresskraft
F_Mod Anpresskraftabsenkung
i_{Var_Soll} Sollübersetzung
i_{Var_g} geometrische Übersetzung
i_{Var_n} n Drehzahlübersetzung
M_SS1 Variatoreingangsmoment
M_SS2 Variatorausgangsmoment
n_SS1 Variatoreingangsdrehzahl
n_SS2 Variatorausgangsdrehzahl
S_Var Schlupf im Variator
S_{Var_s} synthetischer Variatorschlupf
S₁ resultierende Variatorschlupfänderung im ersten Betriebspunkt
S₂ resultierende Variatorschlupfänderung im zweiten Betriebspunkt
T_Modulation Periodendauer des Modulationssignals mit zwei unterschiedlichen Pegeln
t Zeit

Claims

1. Verfahren zur Regelung des Schlupfes (S_Var) im Variator eines stufenlos verstellbaren Getriebes, insbesondere eines Kegelradumschlingungsgetriebes eines Kraftfahrzeuges, wobei mittels einer Regeleinrichtung eine die Anpresskraft verstellende Stellgröße für das Anpressungssystem eines Variators erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Regelgröße eine signifikante Ersatzgröße des realen Schlupfes (S_Var) im Variator in Form eines so genannten "synthetischen Variatorschlupfes" (S_{Var_s}) gebildet und verwendet wird, wobei der synthetische Variatorschlupf (S_{Var_s}) aus am Getriebe erfassten Kenngrößen derart gebildet wird, dass er in allen Betriebsbereichen des Getriebes ein weitgehend proportionales Verhalten zum realen Schlupf (S_Var) im Variator hat.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe einer Modulation der Variatoranpresskraft (F_An) durch periodische Signale je nach Lage der Betriebspunkte vom Betrag her unterschiedlich große Änderungen des Schlupfes (S_Var) im Variator erzeugt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als periodische Signale vorzugsweise Signale mit unterschiedlichen Pegeln angewendet werden.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Gewinnung von Informationen über den augenblicklichen Anpressfall, den Schlupf (S_Var) im Variator und die Änderung des Schlupfes (S_Var) im Variator der modulationsabhängige Drehzahlverlauf und/oder der Übersetzungsregelfehler (e_Übers) genutzt werden.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass vorzugsweise aus dem modulationsbedingten Verlauf des Übersetzungsregelfehlers (e_Übers) der synthetische Variatorschlupf (S_{Var_s}) gebildet und als Ersatzgröße des realen Variatorschlupfes (S_Var) verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass während der gesamten Modulationssignalperiode oder Zeitbereichen davon der maximale Übersetzungsregelfehler (e_Übers-max) oder sein Betrag ermittelt und als synthetischer Variatorschlupf (S_{Var_s}) verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass alle Abtastwerte des Regelfehlerverlaufes während einer Modulationssignalperiode mit Hilfe einer Korrelationsfunktion mit den zeitlich entsprechenden Daten eines zuvor festgelegten Referenzsignalverlaufes auf Übereinstimmung verglichen werden und der resultierende Wert der Korrelationsfunktion als synthetischer Variatorschlupf (S_{Var_s}) verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastwerte des Übersetzungsregelfehlers (e_Übers) oder seines Betrages während einer Modulationsperiode oder Zeitbereichen davon aufintegriert und gegebenenfalls mit einem Anpassungsfaktor versehen werden und der so erhaltene Wert als synthetischer Variatorschlupf (S_{Var_s}) verwendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Unterstützung der Regelung des Schlupfes (S_Var) im Variator eine Vorsteuerung angewendet wird, die vorzugsweise auf der Verwendung der Drehzahlübersetzung (i_{Var_n}) und/oder des Variatoreingangsmomentes (M_SS1) und/oder des Variatorausgangsmomentes (M_SS2) beruht.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kennwerte für die Vorsteuerung optional adaptiert werden.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung eines synthetischen Variatorschlupfes (S_{Var_s}) der Verlauf der Stellgröße des Übersetzungsreglers ausgewertet wird.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Modulation der Variatoranpresskraft (F_An) bei den beiden Scheibensätzen des Getriebes wahlweise mit unterschiedlichen Amplituden gearbeitet wird.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebsbereich, in dem die Regelung des Schlupfes (S_Var) im Variator wirksam sein soll, durch geeignete Überwachungsfunktionen begrenzt wird, so dass außerhalb dieses Betriebsbereiches ausschließlich gesteuert gefahren wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der gesteuerte Betrieb vorzugsweise mit Hilfe eines Vorsteuerkennfeldes erfolgt, wobei die Werte des Vorsteuerkennfeldes zusätzlich mit einem Sicherheitsfaktor modifizierbar sind, um eine hinreichende Variatoranpresskraft (F_An) zu gewährleisten.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kennwerte der Vorsteuerung des gesteuerten Betriebes optional in den Phasen des geregelten Betriebes verwendet werden.