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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein stufenloses Getriebe-System
für ein
Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Ein
stufenloses Getriebe-System für
ein Kraftfahrzeug kann z.B. ein Hydraulikgetriebe, wie einen Drehmomentwandler
oder eine Flüssigkeitskupplung,
enthalten, welche das Motordrehmoment überträgt, und ein stufenloses Getriebe
(im folgenden als SG bezeichnet) aufweisen, welches die Drehzahl
des Ausgangs des Hydraulikgetriebes ändert, der zur Antriebswelle
des Kraftfahrzeugs übertragen
wird.
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Anders
als ein Schaltgetriebe weist ein SG eine unbestimmte Anzahl von
Antriebsverhältnissen
auf, und es ist deshalb dafür
ausgelegt, eine Rotation über
einen um ein Paar von Riemenscheiben an der Antriebsseite und an
der Abtriebesseite geschlungenen Keilriemen zu übertragen. Die Weite jeder
Riemenscheibe variiert ansprechend auf einen Öldruck, wobei das Antriebsverhältnis stufenlos
verändert
wird durch Vergrößern der
Weite der einen Riemenscheibe, und Verkleinern der Weite der anderen.
Dieses Verfahren wird durch Einstellen der Öffnung eines Steuerventils
durchgeführt,
welches jede Riemenscheibe mit Öldruck
versorgt. Das Antriebsverhältnis
ist gemäß Fahrzuständen, wie
Fahrzeuggeschwindigkeit, Motordrehgeschwindigkeit und Motorlast
voreingestellt, und das Getriebe-System ist mit einem Steuermechanismus
versehen, der die Öffnung
des Steuerventils einstellt, so daß ein Antriebesverhältnis entsprechend
den tatsächlichen
Fahrzuständen
des Fahrzeugs eingestellt wird.
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Die
JP 03-121 358 A und JP 59-217 047 A offenbaren Erfindungen bezüglich dieses
Steueralgorhythmus.
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Selbst
wenn der Steuermechanismus einen Sollwert für ein geeignetes Antriebsverhältnis ausgibt, kann
es allerdings vorkommen, daß das
SG nicht das gewünschte
Geschwindigkeitsänderungs-Ansprechverhalten
zeigt.
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Ein
Grund dafür
ist, daß das
Verhältnis
zwischen dem den Riemenscheiben zugeführten Öldruck und dem Antriebsverhältnis nicht
notwendigerweise linear ist. Ein anderer Grund ist der, daß, da die
Fließgeschwindigkeit
des Arbeitsöls
gemäß dem Öldruck der
Riemenscheiben variiert, d.h., gemäß dem Antriebsverhältnis, die
dynamischen Kennwerte des Antriebsverhältnisses nicht einheitlich
sind, wenn ein Wechsel von einem Antriebsverhältnis zu einem anderen Antriebsverhältnis eintritt.
Wenn ein Steuerventil verwendet wird, das unterschiedliche Kennwerte
in der Hochschaltungs-Richtung (Geschwindigkeit steigt an) und Herunterschaltungs-Richtung
(Geschwindigkeit sinkt) aufweist, wird das Geschwindigkeitsänderungs-Ansprechverhalten selbstverständlich anders
sein in Abhängigkeit
davon, ob das Antriebsverhältnis
ansteigt oder sinkt. Eine derartige Anordnung wird manchmal angewandt,
um im Falle eines Fehlers oder eines Versagens des Ventils eine Änderung
der Drehzahl zu ermöglichen.
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Bei
einem dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 entsprechenden, aus
der
US 5 075 860 bekannten
stufenlosen Getriebe-System wird bei einer Abweichung zwischen einem
Ist-Drehzahlverhältnis
von einem Soll-Drehzahlverhältnis
eine Übersetzungsänderung
in Richtung des Soll-Drehzahlverhältnisses vorgenommen. Ausgehend
von einer Differenz zwischen einem Ist-Drehzahlverhältnis und
einem Soll-Drehzahlverhältnis
wird ein Steuerwert ermittelt, mittels dem ein Schrittmotor gesteuert
wird, um die Riemenscheiben so zu verstellen, dass das Soll-Drehzahlverhältnis erzielt
wird.
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Die
DE 42 29 585 A1 offenbart
eine Vorrichtung zur Regelung eines stufenlosen Getriebes, die eine Detektorvorrichtung
zur Ermittlung der momentanen Drosselklappenstellung aufweist. Aus
dieser Drosselklappenstellung wird ein Sollwert für einen
Drehzahlregler eines Stellmotors, der das Übersetzungsverhältnis des stufenlosen
Getriebes ändert,
ermittelt. Ein Sollwertfilter, der bei sprungförmiger Änderung des Solldrehzahlwertes
eine Übergangsfunktion
zuordnet, ist zwischen der Detektorvorrichtung und dem Drehzahlregler
des Stellmotors vorgesehen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes stufenloses
Getriebe-System
so zu verbessern, dass sich das tatsächlich erzielte Ansprechverhalten
einem Soll-Ansprechverhalten stark annähert.
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Diese
Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale
gelöst.
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Erfindungsgemäß wird ein
Drehzahlverhältnis-Steuerwert,
basierend auf einer errechneten Steuergröße, die auf der Grundlage von
dynamischen Kennwerten ermittelt ist, gemäß der folgenden Gleichungen
berechnet:
wobei K
P(i
P) eine Verstärkung des stufenlosen Getriebes
ist, T
P(i
P) ein
Zeitwert ist, der gemäß eines
Drehzahlverhältnisses
der verstellbaren Riemenscheiben festgelegt ist, T
T ein
Zeitwert ist, der einem gewünschten
Ansprechverhalten des stufenlosen Getriebes entspricht, L eine Verzögerungszeit
ist, und s ein Differentialoperator ist. Damit erfolgt eine besonders
starke Annäherung
des tatsächlichen
Ansprechverhaltens an das Soll-Ansprechverhalten,
da tatsächliche
Drehzahlverhältnisse
für die
Ermittlung dynamischer Kennwerte in die Berechnungen einfließen.
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Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die
Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:
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1 eine
Vertikalschnittansicht eines erfindungsgemäßen stufenlosen Getriebes;
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2 eine
schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Steuergerätes;
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3 ein
Blockdiagramm des Steuerteils des erfindungsgemäßen Steuergeräts für eine Drehzahländerung;
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4 ein
Flußdiagramm,
das den erfindungsgemäßen Steuerprozeß für eine Drehzahländerung
darstellt;
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5 ein
Graph zur Darstellung einer erfindungsgemäßen Relation zwischen einem
Drehzahlverhältnis
und einer Zeitkonstante für
jede Richtung einer Drehzahländerung;
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6 ein
Graph zur Darstellung einer erfindungsgemäßen Relation zwischen einer
Winkelposition eines Schrittmotors und einem Drehzahlverhältnis;
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7 ein
Blockdiagramm, das ein erfindungsgemäßes Berechnungskonzept für einen
Winkelposition-Steuerwert zeigt;
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8A bis 8C Diagramme,
die Ergebnisse einer erfindungsgemäßen Drehzahländerungssimulation
zeigen;
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9 ähnlich wie 7,
zeigt aber eine zweite Ausführungsform
dieser Erfindung; und
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10 ähnlich wie 7,
zeigt aber eine dritte Ausführungsform
dieser Erfindung.
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Wie
in der 1 der Zeichnungen gezeigt, ist ein Drehmomentwandler 12 an
einer Motor-Abtriebswelle 10 angeschlossen. Anstelle des
Drehmomentwandlers 12 kann eine Flüssigkeitskupplung oder eine
elektromagnetische Kupplung verwendet werden.
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Der
Drehmomentenwandler 12 enthält eine Überbrückungskupplung 11.
Die Überbrückungskupplung 11 verbindet
oder trennt mechanisch ein Pumpenrad 12a, welches ein Eingangs-Teil
ist, mit einer Turbine 12b, welche ein Ausgangs-Teil ist,
gemäß dem einer
Wandlerkammer 12c und einer Überbrückungskupplung 12d angelegten Öldruck.
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Die
Turbine 12b ist an eine Drehwelle 13 angeschlossen,
wobei die Drehwelle 13 mit einem Mechanismus 15 für einen
Vorwärts/Rückwärts-Wechsel
verbunden ist. Der Mechanismus 15 umfaßt ein Planetengetriebe 19,
eine vordere Kupplung 40 und eine hinte re Bremse 50.
Die Abtriebswelle des Mechanismus 19 ist an eine, koaxial
mit der Drehwelle 13 ausgebildete Antriebswelle 14 verbunden.
Die Antriebswelle 14 enthält die Eingangswelle eines
stufenlosen Getriebes (SG) 17.
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Das
SG 17 enthält
eine Antriebsriemenscheibe 16 und eine angetriebene Riemenscheibe 26 sowie einen
Keilriemen 24, welcher die Rotation der Antriebsriemenscheibe 16 auf
die angetriebene Riemenscheibe 26 überträgt, wie oben beschrieben worden
ist.
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Die
Antriebsriemenscheibe 16 weist eine fixierte konische Platte 18 auf,
welche zusammen mit der Antriebswelle 14 rotiert, und enthält eine
bewegbare konische Platte 22, die mit Bezug auf die fixierte
konische Platte 18 angeordnet ist und mit der fixierten
konischen Platte 18 eine V-förmige Riemenscheibenrille bildet. Die
bewegbare konische Platte 22 bewegt sich in axialer Richtung
der Antriebswelle 14 aufgrund eines Öldruckes, der in einer Zylinderkammer 20 für die Antriebsriemenscheibe
wirkt, während
sie sich zusammen mit der fixierten konischen Platte 18 dreht.
Die Zylinderkammer 20 für
die Antriebsriemenscheibe umfaßt
eine Kammer 20a und eine Kammer 20b. Die bewegbare
konische Platte 22 hat eine druckaufnehmende Oberfläche, die größer ist
als diejenige einer bewegbaren konischen Platte 34, was
weiter unten beschrieben werden wird.
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Die
Antriebsriemenscheibe 26 ist an einer angetriebenen Welle 28 befestigt.
Die angetriebene Riemenscheibe 26 enthält eine fixierte konische Platte 30,
welche zusammen mit der angetriebenen Welle 28 rotiert
und eine bewegbare konische Platte 24, welche mit Bezug
auf die fixierte konische Platte 30 angeordnet ist, und
mit der fixierten konischen Platte 30 eine V-förmige Riemenscheibenrille
bildet. Die bewegbare konische Platte 34 bewegt sich in
axialer Richtung der angetriebenen Welle 28 in Abhängigkeit
von einem Öldruck, der
in einer Zylinderkammer 32 für die angetriebene Riemenscheibe
wirkt, während
sie mit der fixierten konischen Platte 30 rotiert.
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Die
angetriebene Riemenscheibe 26 ist mit einem Antriebszahnrad 46 versehen,
welches zusammen mit der Riemenscheibe 26 rotiert. Das
Antriebszahnrad 46 kämmt
mit einem Leitzahnrad 48 auf einer Vorgelegewelle 52.
Die Vorgelegewelle 52 weist ein Ritzelzahnrad 54 auf,
welches sich zusammen mit der Welle 52 dreht. Das Ritzelzahnrad 54 kämmt mit
einem Abschlußzahnrad 44.
Das Abschlußzahnrad 44 treibt
eine Gelenkwelle oder eine Antriebswelle, nicht gezeigt, über eine
Differentialeinheit 56 an.
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Der
Rotationseingang zu dem SG 17 von der Motor-Abtriebswelle 10 wird
dem Mechanismus 15 für einen
Vorwärts/Rückwärts-Wechsel über den
Drehmomentwandler 12 und der Drehwelle 13 übertragen.
Wenn die vordere Kupplung 40 eingerückt und die hintere Bremse
gelöst
ist, wird die Rotation der Drehwelle 13 auf die Antriebswelle 14 des
Getriebes 17 mit der gleichen Drehrichtung über das
Planetengetriebe 19 übertragen, woraufhin
die Eingangswelle und die Ausgangswelle zusammen rotieren. Wenn
die vordere Kupplung 40 ausgerückt und die hintere Bremse 50 betätigt ist,
wird andererseits die Rotation der Drehwelle 13 auf die
Antriebswelle 14 aufgrund der Wirkung des Planetengetriebes 19 mit
einer entgegengesetzten Drehrichtung übertragen.
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Die
Rotation der Antriebswelle 14 wird übertragen auf die Differentialeinheit 56,
die Antriebsriemenscheibe 16, den Keilriemen 24,
die angetriebene Riemenscheibe 26, die angetriebene Welle 28,
das Antriebszahnrad 46, das Leitzahnrad 48, die
Vorgelegewelle 52, das Ritzelzahnrad 54, und das
Abschlußzahnrad 44. Wenn
sowohl die vordere Kupplung 40 als auch die hintere Bremse
beide freigesetzt sind, geht der Mechanismus 15 für einen
Vorwärts/Rückwärts-Wechsel
in eine neutrale Position, und es tritt keine Übertragung einer Rotation von
der Drehwelle 13 auf die Antriebswelle 14 auf.
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Bei
der oben genannten dynamischen Übertragung
variiert das Drehzahlverhältnis,
d.h. das Drehzahländerungsverhältnis (Drehzahlverminderungsverhältnis) zwischen
der Antriebsriemenscheibe 16 und der angetriebenen Riemenscheibe 26,
wenn die bewegbare konische Platte 22 der Antriebsriemenscheibe 16 und die
bewegbare konische Platte 34 der angetriebenen Riemenscheibe 26 in
axialer Richtung bewegt werden, um den Radius des Kontaktpunktes
mit dem Keilriemen 24 zu ändern. Falls beispielsweise
die Weite der V-förmigen
Riemenscheibenrille der Antriebsriemenscheibe 16 vergrößert und
die Weite der V-förmigen
Riemenscheibenrille der angetriebenen Riemscheibe 26 verringert
wird, verringert sich der Radius des Kontaktpunktes des Keilriemens 24 auf
der Seite der Antriebsriemenscheibe 16 und es vergrößert sich
der Radius des Kontaktpunktes des Keilriemens 24 auf der
Seite der angetriebenen Riemenscheibe 24, wodurch ein großes Drehzahlverminderungsverhältnis erreicht
wird. Wenn die bewegbaren konischen Platten 22, 34 in
die entgegengesetzte Richtung bewegt werden, wird das Drehzahlverminderungsverhältnis geringer.
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Die
Steuerung der Weiten der V-förmigen
Riemenscheibenrillen der Antriebsriemenscheibe 16 und der
angetriebenen Riemenscheibe 26 wird durch Steuern der relativen
Drücke
der Zylinderkammer 20 (20a, 20b) der
Antriebsriemenscheibe und der Zylinderkammer 32 der angetriebenen
Riemenscheibe über
ein im folgenden beschriebenes Steuersystem durchgeführt.
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Das
Drehzahlverhältnis
des SG 17 wird von einer in 2 dargestellten
Steuereinheit gesteuert. Hier werden die gleichen Symbole verwendet
wie für
den Mechanismus in 1.
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In 2 bedeutet 101 eine
elektronische Steuereinheit, die einen Mikroprozessor umfaßt, und 102 bezeichnet
eine hydraulische Steuereinheit, die verschiedene Öldrucksteuerventile
umfaßt.
In diesem Steuersystem sind die Haupteinrichtungen für die Steuerung
des oben genannten SG, die elektronische Steuereinheit 101 und
die hydraulische Steuereinheit 102.
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Die
elektronische Steuereinheit 101 enthält eine zentrale Datenverarbeitungseinheit 101A zur
Verarbeitung von Steuerberechnungen, eine Eingabeeinheit 101B,
welche Fahrzustandssignale des Motors und des Fahrzeugs in eine
Form umwandelt, in welcher sie verarbeitet werden können, und
diese dann eingibt, und eine Ausgabeeinheit 101C, welche
von der zentralen Datenverarbeitungseinheit 101A ausgegebene
Steuersignale in Instrumenten- oder Schaltungsantriebssignale konveretiert
und diese ausgibt.
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Die
der Eingabeeinheit 101B eingegebenen Signale sind ein Wassertemperatursignal
S1, das von einem Steuermodul 103 verwendet wird, welches
die Kraftstoffeinspritzmenge und den Zündzeitpunkt des Motors 100 elektronisch
steuert, ein Drosselöffnungssignal
S2, ein Motorgeschwindigkeitssignal S3, ein ABS-Betriebssignal S4
von einer Steuereinheit 104 für ein Antiblockier-Bremssystem
ABS, ein Bremssignal S5, welches abgegeben wird, wenn das Fahrzeug
gebremst wird, ein Auswahlpositions-Signal S6, welches von einem Sperrschalter
abgegeben wird, um die Betriebsposition eines Wahlhebels 105 anzuzeigen,
ein Drehzahlsignal (Turbinendrehzahlsignal) S7 von der Antriebsriemenscheibe 16 und
ein Drehzahlsignal (Kraftfahrzeuggeschwindigkeitssignal) S8 von
der angetriebenen Riemenscheibe 26. Die Eingabeeinheit 101B legt,
wenn notwendig, diese Signale an die zentrale Datenverarbeitungseinheit
an.
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Die
zentrale Datenverarbeitungseinheit 101A umfaßt eine
Steuereinheit 106 für
das Drehzahländerungsverhältnis, eine
Steuereinheit 107 für
den Leitungsdruck, und eine Überbrückungskupplung-Steuereinheit 108.
Die zentrale Datenverarbeitungsanlage 101A berechnet Steuersignale
unter Verwendung benötigter Signale,
welche ausgewählt
werden von den obengenannten Signalen, und treibt eine Treiberschaltung 109 für einen
Schrittmotor, eine Treiberschaltung 110 für ein Leitungsdruckmagnetventil
und eine Treiberschaltung 111 für ein Sperrmagnetventil an,
welche die Ausgabeeinheit 101C enthält, um das Übertragungsverhältnis, den
Leitungsdruck und die Überbrückungskupplung
des Getriebes zu steuern.
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Es
wird nunmehr die Funktion der zentralen Datenverarbeitungseinheit 101A in
größerer Genauigkeit beschrieben.
Die Steuereinheit 106 für
das Drehzahländerungsverhältnis gibt
an den Schrittmotor 113 ein Steuersignal aus, so daß gemäß eines
vorbestimmten Musters in Abhängigkeit
von der Maschinenlast und Geschwindigkeit, die dargestellt werden
durch die Drosselöffnung
und der Fahrzeuggeschwindigkeit, eine Änderung des Drehzahlverhältnisses
eintritt. Basierend auf diesen Steuersignalen treibt der Schrittmotor-Treiberschaltkreis 109 einen
Schrittmotor 113 an, der mit einem Steuerventil 112 der
hydraulischen Steuereinheit 102 verbunden ist.
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Der
Schrittmotor 113 treibt das Steuerventil 112 an,
um ein Drehzahlverhältnis
entsprechend einem Signal von der Schrittmotor-Treiberschaltung 109 zu
erhalten, steuert den Leitungsdruck, der der in Figur gezeigten
Zylinderkammer 20 für
die Antriebsriemenscheibe 16 zugeführt wird, und bewirkt eine
relative Änderung
der Drücke
der Zylinderkammer 20 für
die Antriebsriemenscheibe 16 und der Zylinderkammer 32 für die angetriebene
Riemenscheibe 26.
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Die
Verstellposition der Antriebsriemenscheibe 16, d.h. das
Drehzahlverhältnis,
wird über
eine Verbindung 114 dem Steuerventil 112 rückgeführt. Nachdem
das der Position des Schrittmotors 113 entsprechende Soll-Drehzahlverhältnis erreicht
worden ist, legt aufgrund dieser Prozeßsteuerung die Getriebesteuereinheit 106 die
relativen Drücke
der Riemenscheibenzylinder 20, 32 fest und hält das Übersetzungsverhältnis bei
diesem Soll-Drehzahlverhältnis.
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Wenn
der auf die Riemenscheiben 16, 26 wirkende Leitungsdruck
zu gering ist, besteht bei dieser Drehzahlverhältnis-Steuerung des Getriebes 17 eine
unzureichende Reibung zwischen den Riemenscheiben 16, 26 und
dem Keilriemen 24, und somit rutscht der Keilriemen 24 durch.
Im Gegensatz dazu steigt die Reibung unnötig an, wenn der Leitungsdruck
zu hoch ist. In beiden Fällen
sind die Kraftstoffkosten und Bewegungsfunktionen des Kraftfahrzeugs
nachteilig beeinflußt.
Aus diesem Grund steuert die Steuereinheit 107 für den Leitungsdruck
diesen Leitungsdruck über
eine Treiberschaltung 110 für ein Leitungsdruckmagnetventil,
so daß eine
geeignete Bewegungskraft, die weder zu groß noch zu gering ist, gemäß den Fahrzuständen übertragen
wird.
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Im
Einzelnen steuert die Treiberschaltung 110 für das Leitungsdruckmagnetventil
die Stellung des Leitungsdruck-Magnetventils 115 der hydraulischen
Steuereinheit 102 in Abhängigkeit von einem Steuersignal der
Treiberschaltung 110. Das Leitungsdruck-Magnetventil 115 versorgt die
Antriebsriemenscheiben-Kammer 32 mit einem Öldruck von
einer nicht dargestellten Ölpumpe,
nachdem es über
einen Modifizierer 116 (Drucksteuerventil) und einem Stellglied 117 (fixiertes
Druckventil) auf einen geeigneten Soll-Leitungsdruck eingestellt
worden ist. Die Überbrückungskupplung-Steuereinheit 108 rückt die Überbrückungskupplung 11 ein, wenn
beispielsweise die Fahrzeuggeschwindigkeit größer oder gleich eines vorbestimmten
Wertes ist, und löst die
Kupplung 11, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit unter diesen
vorbestimmten Wert abgesunken ist.
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Die Überbrückungskupplung-Steuereinheit 108 treibt
das Überbrückungskupplung-Magnetventil 118 der
hydraulischen Steuereinheit 102 über die Überbrückungskupplung-Magnetventil-Treiberschaltung 111 gemäß der Fahrzeuggeschwindigkeit
an, und dieses Magnetventil 118 schaltet ein Überbrückungskupplungsteuerventil 119 um.
Das Überbrückungskupplungsteuerventil 119 ist
ein Ventil, welches umschaltet zwischen einem System, das Öldruck von
einer Öldruckpumpe
der Wandlerkammer 12c des Drehmomentenwandlers 12 als
einen Anwendungsdruck für
die Überbrückungskupplung 11 zuführt und
entlastet damit die Überbrückungskupplung-Ölkammer 12d,
und einem System, das Öldruck
von dieser Öldruckkammer
der Überbrückungskupplung-Ölkammer 12d als
einen Freigabedruck zuführt
und somit den Druck in der Wandlerkammer 12c freigibt.
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Das
oben Gesagte ist eine Beschreibung eines stufenlosen Automatikgetriebes
und seiner Steuereinheit, an welchem die Erfindung angewandt werden
kann. Die grundlegende Konstruktion des oben beschriebenen stufenlosen
Automatikgetriebes und die Steuereinheit ist identisch mit dem z.B.
in JP 03-121 358 A oben angegebenen Standes der Technik offenbarten
Getriebes.
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Erfindungsgemäß ist in
dem oben angegebenen SG und seiner Steuereinheit ein Drehzahlverhältnis-Steuerwert
festgesetzt auf der Grundlage der zu den SG gehörenden Bewegungscharakteristika,
um das Drehzahländerungs-Ansprechverhalten
des SG zu optimieren.
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Die
zum Errreichen dieses Zieles benötigte
Konstruktion der Steuereinheit 106 für das Drehzahländerungsverhältnis ist
in der 3 dargestellt.
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Diese
Steuereinheit 106 für
das Drehzahländerungsverhältnis umfaßt eine
Berechnungseinheit 410 für das Soll-Verhältnis, welche
entsprechend den Fahrzuständen,
die auf verschiedenen Fahrzustandssignalen wie das Drosselöffnungssignal
S2 und das Motorgeschwindigkeitssignal S3 basieren, ein Soll-Drehzahlverhältnis ipT berechnet, eine Steuereinheit 420 für das Drehzahlverhältnis, welche
auf der Grundlage eines Vergleichs zwischen dem Soll-Drehzahlverhältnis ipT und dem tatsächlichen Drehzahlverhältnis ipR ein Schrittmotorantriebssignal Sθ als einen
Endsteuerwert ausgibt, und eine Berechnungseinheit 430 für das tatsächliche
Drehzahlverhältnis,
welche auf der Grundlage des Drehzahlsignals S7 der Antriebsriemenscheibe 16 und des
Drehzahlsignals S8 der angetriebenen Riemenscheibe 26 ein
tatsächliches
Drehzahlverhältnis
ipR des Getriebes berechnet.
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Die
Steuereinheit 420 für
das Drehzahlverhältnis
enthält
eine Berechnungseinheit 440 für den Drehzahlverhältnis-Steuerwert,
welche das tatsächliche
Drehzahlverhältnis
ipR rückkoppelt
und einen Drehzahlverhältnis-Steuerwert
SiP berechnet, so daß das Drehzahlverhältnis mit
einer vorgegebenen Charakteristik sich in Richtung des Soll-Drehzahlverhältnisses
ipT verändert,
und eine Einstelleinheit 450 für die Winkelposition des Schrittmotors,
welche dieses berechnete Ergebnis in eine Winkelposition des Schrittmotors 113 umwandelt und
dieses als ein Antriebssignal Sθ ausgibt.
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Der
Drehzahlverhältnis-Steuerprozeß aufgrund
dieser Drehzahlverhältnis-Steuereinheit 106 wird
nun unter Verwendung des Flußdiagramms
von 4 beschrieben.
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Um
diesen Prozeß mit
einer vorbestimmten Periode auszuführen, wartet das System zuerst
in einem Schritt S101 solange, bis eine vorbestimmte Zeit abgelaufen
ist. In einem Schritt S102 werden verschiedene Fahrzustandssignale
eingelesen. In einem Schritt S103 wird auf der Grundlage eines Eingangswellendrehzahlsignals
S7 und eines Ausgangswellendrehzahlsignals S8 des stufenlosen Getriebes
das tatsächliche Drehzahlverhältnis ipR berechnet. Auf der Grundlage eines Vergleichs
dieses ipR mit dem unmittelbar vorher berechneten
ipR legt der Prozeß einen Drehzahländerungsrichtungswert
Sd fest, der anzeigt, ob das Drehzahlverhältnis ansteigt oder abfällt.
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In
einem Schritt S104 wird auf der Grundlage der Fahrzustandssignale
das Soll-Drehzahlverhältnis ipT berechnet, und in einem Schritt S105 werden
für jedes
Drehzahlverhältnis
Steuergrößen C1(ip), C2(ip) von dynamischen Kennwerten Gp(S)
berechnet, welche vorher experimentell für jeden speziellen Typ eines
SG gemäß dem Drehzahlverhältnis ip, der Drehzahländerungsrichtung Sd, und des
gewünschten
Getriebeansprechverhaltens GT(S) ermittelt
worden sind. Auf der Grundlage dieser Steuergrößen wird in einem Schritt 106 der Drehzahlverhältnis-Steuerwert
Sip berechnet.
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Die
oben angegebenen Werte G
p(S), G
T(S),
C
1(i
p), C
2(i
p) bzw. Si
p werden aus den folgenden Gleichungen ermittelt:
worin:
- Kp(ip)
- die Verstärkung des
SG ist,
- Tp(ip)
- eine Zeitkonstante
des SG ist, die mit dem in 5 gezeigten
Drehzahlverhältnis
und der Drehzahländerungsrichtung
festgelegt wurde,
- TT
- eine Zeitkonstante
ist, die dem gewünschten
Ansprechverhalten entspricht,
- L
- eine Verzögerungszeit
ist,
- s
- ein Differentialoperator
ist,
- t
- eine Zeit ist (momentane
Zeit der Steuerberechnungsperiode)
- iPT(t)
- das Soll-Drehzahlverhältnis zur
Zeit t ist, und
- iPR(t)
- das tatsächliche
Drehzahlverhältnis
zur Zeit t ist.
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Der
berechnete Drehzahlverhältnis-Steuerwert
Sip spiegelt die dynamischen Kennlinien
für jedes Drehzahlverhältnis und
für jede
Drehzahländerungsrichtung
des SG wieder, d.h. er drückt
ein gewünschtes Ansprechverhalten
für jedes
Drehzahlverhältnis
und für
jede Drehzahländerungsrichtung
aus.
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Da
die Winkelposition des Schrittmotors 113 und das Drehzahlverhältnis des
SG nicht allgemein direkt proportional sind, wird die Schrittmotor-Winkelposition,
d.h. sein Antriebssignal Sθ,
berechnet, so daß der Drehzahlverhältnis-Steuerwert
Sip proportional ist zum tatsächlichen
Drehzahlverhältnis
und anschließend ausgegeben
wird (Schritte S107–S109).
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Die
folgenden Gleichungen (6)–(8)
werden zur Durchführung
dieser Umwandlung verwendet. In den unten angegebenen Gleichungen
wird ein umgewandelter Betrag eines Drehzahlverhältnis-Steuerwerts festgelegt,
und zwar auf der Grundlage eines Verhältnisses zwischen einem Abstand
D
S der Antriebsriemenscheibe
16 entsprechend
der Winkelposition des Schrittmotors
113 und dem Drehzahlverhältnis i
p, so daß der
Drehzahlverhältnis-Steuerwert
Si
p und das Drehzahlverhältnis i
p proportional
sind:
wobei:
- ri
- der Radius des vom
Riemen berührten
Teiles der Antriebsriemenscheibe ist,
- rio
- der minimale Radius
der Antriebsriemenscheibe ist,
- ro
- der Radius des vom
Riemen berührten
Teiles der angetriebenen Riemenscheibe ist,
- DC
- der gegenseitige Achsabstand
zwischen der Antriebsriemenscheibe und der angetriebenen Riemenscheibe
ist,
- LB
- die Gesamtlänge des
Riemens ist,
- β
- der Rillenwinkel der
Riemenscheibe ist.
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Da
die Spezifikationen und Abmessungen des SG bereits bekannt sind,
können
anstelle der Berechnung der umgewandelten Beträge auf der Grundlage der Umwandlungsgleichung
zu jeder Zeit, zu der eine Steueroperation durchgeführt wird,
die Berechnungsergebnisse vorab in einem in 6 gezeigten
Verzeichnis abgelegt werden, oder es können auf der Grundlage experimenteller
Ergebnisse umgewandelte Beträge
als ein Verzeichnis vorbereitet werden, und es können umgewandelte Beträge des Drehzahlverhältnis-Steuerwerts
aus diesen Verzeichnissen, wenn notwendig, ausgelesen werden.
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Die 7 ist
ein Blockdiagramm eines Steuerkonzepts, wenn der umgewandelte Betrag
auf diese Weise durch Auslesen eines Verzeichnisses festgelegt wird.
In diesem Falle führt
ein Kompensator 501 für
dynamische Kennwerte die oben angegebenen Berechnungen (1)–(5) durch,
wird ein Verzeichnis 502 auf der Grundlage des erhaltenen
Drehzahlverhältnis-Steuerwerts
Sip ausgesucht, ein Steuerwert Sθ für die Winkelposition
des Schrittmotors 113 gefunden, und es wird dieser Steuerwert
Sθ der
Winkelposition dem Schrittmotor 113 ausgegeben. Das SG 503 reagiert
dann auf diesen Steuerwert Sθ für die Winkelposition
mit den in der Gleichung (1) oben gezeigten dynamischen Kennwerte
Gp(s), und es wird dasselbe Drehzahlverhältnis erreicht mit
der in Gleichung (2) gezeigten gewünschten Drehzahländerungs-Ansprechverhalten
GT(s).
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Der
oben angegebene umgewandelte Betrag wird in einer Reihenfolge festgelegt,
um das Verhältnis zwischen
der variablen Riemenscheibenstellung und dem Drehzahlverhältnis festzulegen.
Diese Art der Umwandlung korrigiert das nichtlineare Verhältnis, das zwischen
der Steuerventilposition und dem Drehzahlverhältnis auftritt, wenn beispielsweise
die Kennwerte der Flußgeschwindigkeit
des Ventils in Abhängigkeit
von seiner Hubposition und Operationsrichtung differiert.
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8A–
8C zeigen
die Ergebnisse einer Simulierung eines Steuersystems, in welchem
das Soll-Ansprechverhalten einer Drehzahländerung festgelegt ist gemäß der folgenden
Gleichung:
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Die
Winkelposition des Schrittmotors variiert, wie in 8B gezeigt,
gemäß der Änderung
des in 8A gezeigten Soll-Drehzahlverhältnisses.
Daraus folgt, daß das
erhaltene Drehzahländerungs-Ansprechverhalten
Kennwerte aufweist, die mit gestrichtelten Linien in 8C gezeigt
sind, welche sich stark den gewünschten
Kennwerte annähern,
die in 8C mit durchgezogener Linie
gezeigt sind.
-
Der
Drehzahlverhältnis-Steuerwert
Si
p kann ebenfalls durch eine Berechnung
ermittelt werden, beispielsweise durch Berechnen der folgenden Gleichungen:
und Si
p(t) auf der rechten Seite der Steuerwert
für den
unmittelbar vorausgegangenen Fall ist.
-
9 zeigt
mit einem Blockdiagramm, das dem der 7 ähnlich ist,
das Steuerkonzept, wenn der Drehzahländerungsverhältnis-Steuerwert
Sip mittels der Gleichung (9) berechnet
worden ist.
-
Der
Drehzahlverhältnis-Steuerwert
Si
p kann auch rückgekoppelt gesteuert werden
ohne Rückkoppeln des
tatsächlichen
Drehzahlverhältnisses
i
PR(t) in die Berechnung des Si
p,
was durch die folgende Gleichung (10) ausgedrückt wird:
-
Die 10 zeigt
ein Steuerkonzept, in diesem Fall mit einem Blockdiagramm, das ähnlich dem
des von 7 ist.
-
Des
Weiteren kann bei einer PID-Steuerung des Drehzahlverhältnis-Steuerwerts
Sip ein gewünschtes Drehzahländerungs-Ansprechverhalten
ebenfalls erzielt werden durch Berechnen einer Steuergröße mit einem
Verfahren, das gleich dem oben beschriebenen ist.