DE69716416T2 - Steuersystem für ein stufenloses getriebe - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft stufenlose Getriebe (CVTs), z. B. zur Verwendung in einem motorbetriebenen Fahrzeug, sowie Hydrauliksteuersysteme für derartige CVTs.
• Es sind Getriebe bekannt, die einen Variator von der Art des Toroidspurrollantriebs verwenden, um die Leistung des stufenlosen Getriebes bereitzustellen, sowie Kupplungen, um das Getriebe zwischen zwei Betriebsbereichen hin und her zu schalten.
• Typischerweise sind derartige Kupplungen mit verschachtelten Reibscheiben konstruiert, die von Hydraulikkolben betätigt werden. Um ein übermäßiges Schleifen im ausgerückten Zustand zu vermeiden, werden die Scheiben durch Druckfedern, die in die Kupplung integriert sind, vollständig voneinander getrennt.
• Wenn die Niedrigbereichskupplung eingerückt ist, z. B. für Leerlauf, Rückwärtsgang und niedrige Vorwärtsgänge des Fahrzeugs, erfolgt der Antrieb vom Variator zur Getriebeabtriebswelle über ein Mischplanetengetriebe, in dem der Planetenradträger von der Antriebswelle angetrieben wird, die Variatorabtriebsscheibe treibt das Sonnenrad an, und das Außenrad ist mit der Getriebeabtriebswelle verbunden.
• Wenn die Rollen auf ihre Höchstdrehzahlverhältnispositionen eingestellt sind, dominiert der Einfluss des Sonnenrads, so dass die Getriebeabtriebswelle rückwärts angetrieben wird. Wenn die Rollen sich aus dieser Position wegbewegen, laufen sie durch eine "Leerlauf"-Einstellung, in der die gleichen und die entgegengesetzten Wirkungen des Sonnenrades und des Planetenradträgers einander aufheben, so dass eine Nullantriebswirkung gegeben ist. Wenn sich daraufhin die Rollen so bewegen, dass der Variator mit einem fortschreitend niedrigeren Drehzahlverhältnis betrieben wird, dominiert der Vorwärtsantrieb vom Planetenradträger in zunehmendem Maße. Wenn daher das Variatorverhältnis seinen unteren Grenzwert erreicht (d. h. die Mindestrückwärtswirkung), drehen sich das Sonnenrad, der Planetenradträger und das Außenrad alle im Einklang. Dies führt dazu, dass sich die beiden Komponenten der Hochbereichskupplung ebenfalls beide mit derselben Drehzahl drehen, und das Getriebe arbeitet im Synchronübersetzungsverhältnis.
• Es ist leicht ersichtlich, dass, wenn dieser letztere Zustand erreicht ist, die Niedrigbereichskupplung zur gleichen Zeit wie die (oder nach der) Hochbereichskupplung einrückt, um einen Bereichswechsel mit minimalem Durchrutschen, Rucken oder Verschleiß auszuführen.
• Bei Hochbereichsbetrieb wird die Getriebeabtriebswelle über eine Kette mit festem Übersetzungsverhältnis von der Variatorabtriebsscheibe angetrieben, und die Bewegung der Variatorrollen zurück in Richtung ihrer Höchstdrehzahlverhältnispositionen ermöglicht dem Getriebe, zunehmend höhere Vorwärtsgangübersetzungsverhältnisse bis hin zum tiefen Overdrive zu erreichen.
• Es ist ersichtlich, dass bei diesen bekannten Systemen ein synchroner Bereichswechsel nur bei einem spezifischen Übersetzungsverhältnis auftreten kann, da nur zu diesem Zeitpunkt die einrückende Kupplung keine relative Bewegung ihrer Elemente aufweist und ohne wesentliches Risiko eines Schaltrucks eingerückt werden kann. Dies trifft zu, gleich ob der Wechsel vom niedrigen Bereich zum hohen Bereich stattfindet, wie oben erörtert, oder in der entgegengesetzten Richtung. Da es jedoch in der Praxis eine begrenzte Zeit in Anspruch nimmt, die Kupplungen zu füllen und einzurücken, muss der Füllvorgang entsprechend früh eingeleitet werden, wenn das CVT ein ruckfreies stufenloses Übersetzungsverhältnis bereitstellen soll.
• Bei der Strategie, die derzeit zu diesem Zweck bei diesen Systemen verfolgt wird, wird die Kupplung in zwei Phasen eingerückt.
• In der ersten Phase wird Niederdruckfluid verwendet, wenn sich das Getriebe dem Synchronverhältnis nähert, um die Kupplung auf einen Druck "sanft zu füllen", der gerade in der Lage ist, die Druckfedern zu überwinden und die Reibscheiben aneinander zu drücken. Auf die begrenzte Ölströmung, die für diesen Zweck erforderlich ist, wird von der Schmiermittelströmung an einem Punkt hinter den Systemsteuerventilen zugegriffen, um eine großvolumige Niederdruckströmung von Fluid zu den kupplungsbetätigenden Kolben bereitzustellen. Da der niedrige Druck, der auf die Kupplung ausgeübt wird, nicht ausreicht, um eine bedeutende Kupplungskapazität zu erzeugen, kann eine sanfte Füllung zu einem beliebigen angemessenen Zeitpunkt gestartet werden, nur vorausgesetzt, dass die Kupplung voll ist, wenn das Getriebe das Synchronverhältnis erreicht.
• in der zweiten Phase wird, sobald das Übersetzungsverhältnis innerhalb des akzeptablen Toleranzbereichs des Synchronverhältnisses liegt und die Kupplung sanft gefüllt worden ist, wie oben beschrieben, die Hydraulikversorgung umgeschaltet, um die Kupplung auf einen ausreichend höheren Druck "hart zu füllen" und die Kupplung vollständig einzurücken und das Getriebe in Hochbereichsbetrieb zu bewegen. Diese zweite Phase des Verfahrens erfordert eine sehr schwache Ölströmung und verläuft daher schnell, wobei die Unterbrechung zur Drucksteuerung minimal ist.
• Wie oben bereits erwähnt, ergibt sich eine perfekte Bereichsschaltung, wenn die Folge korrekt beurteilt wurde, und ebenfalls dann, wenn das Kupplungsfüllverfahren frühzeitig abgeschlossen wurde, da das System dann auf Synchronismus warten kann. Wenn die Füllung jedoch zu spät erfolgt, wie es manchmal der Fall ist, hat das Getriebe das Synchronverhältnis bereits durchlaufen, bevor eine Maßnahme ergriffen werden kann, wodurch eine fast unmögliche Situation für einen zufriedenstellenden Bereichswechsel erzeugt wird. Unter diesen letzteren Umständen tritt ein hartes Füllen der Kupplung bei einem bedeutenden Übersetzungsverhältnisfehler auf, und dies führt zu einem merklichen mechanischen Ruck bei dem Wechsel von einem Getriebebereich zum anderen.
• Ein Hydrauliksteuerkreis für ein CVT, der die Eigenschaften im Oberbegriff von Anspruch 1 umfasst, ist in der Technik bekannt.
• Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Probleme zu verringern und möglicherweise zu beseitigen, die mit der oben genannten Anordnung einhergehen.
• Dementsprechend stellt die vorliegende Erfindung ein stufenloses Mehrbereichsgetriebe gemäß den Eigenschaften aus Anspruch 1 bereit.
• Herkömmlicherweise umfasst jede Kupplung eine Aktiveingriffsphase, die durch Verbindung der Kupplung mit einem Sekundärdruck in dem Steuerkreis erhalten wird, und eine Volleingriffsphase, die durch Verbindung der Kupplung mit einem Primärdruck in dem Steuerkreis erhalten wird.
• Im Betrieb ist jede Kupplung betriebsfähig mit dem niedrigeren der beiden Drücke, die zur Steuerung des Variators verwendet werden, verbunden und wird zumindest anfänglich von diesem gesteuert.
• Vorzugsweise ist jede Kupplung betriebsfähig mit dem höheren der beiden Drücke, die zur Steuerung des Variators verwendet werden, verbunden, nachdem sie mit dem niedrigeren Druck verbunden war, der darin verwendet wird.
• Das Getriebe umfasst des Weiteren Versorgungsmittel, um die Zufuhr von Hydraulikfluid zu jeder Kupplung zu veranlassen, um zwischen den beiden Drücken in dem Steuerkreis zu variieren.
• Vorteilhafterweise umfasst das Getriebe des Weiteren Folgesteuerungsmittel, um den Betrieb und den Abschluss der Aktivsteuerungsphase vor dem Beginn der Volleingriffsphase zu veranlassen.
• Vorzugsweise umfasst das Getriebe des Weiteren elektronische Steuermittel, um den Kupplungsbetrieb vor einer Bereichsänderung zu initiieren.
• Bei einer besonders bevorzugten Anordnung umfasst das Getriebe des Weiteren Überwachungsmittel zur Überwachung mindestens einer Eigenschaft, die mit dem Variatorbetrieb in Zusammenhang steht, um dadurch, bevor der Variator ein Synchronverhältnis erreicht, zu bestimmen, dass eine Verhältnisänderung notwendig ist, sowie zur entsprechenden Signalisierung des elektronischen Steuermittels.
• Vorzugsweise umfasst das Überwachungsmittel eine oder mehrere Überwachungsvorrichtungen zur Überwachung eines oder mehrerer Werte aus der folgenden Gruppe: Motordrehzahl;
• Variatorverhältnis; Zeit; Übersetzungsverhältnis; Kupplungsfüllzeit und Schaltgeschwindigkeit oder Änderungsgeschwindigkeit irgendeines dieser Werte.
• Vorzugsweise ist der Variator von der Art des Toroidspurrollantriebs mit verhältnisvariierenden Rollen, und die erste und zweite Hydraulikversorgungsleitung steuern die Position der Variatorrollen.
• Vorzugsweise ist jede verhältnisvariierende Rolle mit einem entsprechenden Hydraulikstößel verbunden, der durch die Drücke in der ersten und zweiten Versorgungsleitung betätigt wird.
• Zusätzlich zu dem oben Genannten stellt die vorliegende Erfindung ebenfalls ein Verfahren zum Betrieb eines Steuersystems für ein stufenloses Mehrbereichsgetriebe mit einer ersten und einer zweiten Bereichswechsselkupplung bereit, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
• erstens, während der Bereichswechsels das Initiieren des Eingriffs der ansonsten nicht in Eingriff stehenden Kupplung, bevor der Variator ein Sychronverhältnis erreicht, so dass die Motorlast, die durch das Getriebe erzeugt wird, variiert und dadurch einen Bereichswechsel veranlasst;
• zweitens, das Abschließen des Bereichswechsels durch Auskuppeln der Kupplung, die dem Bereich zugeordnet ist, von dem ausgehend das Getriebe geschaltet wurde, und Abschließen des Eingriffs der in Eingriff stehenden Kupplung.
• Vorzugsweise umfassen die Kupplungen hydraulisch betriebene Kupplungen, und jede Kupplung umfasst eine Aktiveingriffsphase und eine Volleingriffsphase, und die Kupplung ist während der aktiven Phase betriebsfähig mit dem Sekundärdruck in einem Steuerkreis verbunden, und während der Volleingriffsphase ist die Kupplung betriebsfähig mit einem Primärdruck in dem Steuerkreis verbunden, wobei das Verfahren den Schritt umfasst, den Kupplungseingriffzu initiieren, indem zuerst die Kupplung mit dem Sekundärdruck verbunden wird und der Eingriff abgeschlossen wird, indem sie mit dem Primärdruck in dem Steuerkreis verbunden wird.
• Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Variator verhältnisvariierende Rollen, von denen jede mit einem entsprechenden Hydraulikstößel verbunden ist, und das Verfahren den weiteren Schritt umfasst, Hydraulikfluid zu dem Hydraulikstößel zu befördern, so dass die Rollen auf den Differenzialdruck ansprechen.
• Vorteilhafterweise umfasst das Verfahren den weiteren Schritt, einen oder mehrere Parameter zu überwachen, die mit dem Steuersystem, dem Getriebe oder den damit verbundenen Elementen in Zusammenhang stehen, um dadurch den Beginn des ersten und zweiten Schritts zu bestimmen.
• Es werden nun Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden schematischen Zeichnungen beschrieben, bei denen:
• Fig. 1 einen schematischen Schaltkreisplan für ein Hydrauliksteuersystem gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
• Fig. 2 das CVT nur in Umrissen zeigt, das von dem System in Fig. 1 gesteuert werden soll;
• Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Antriebssystems ist, das Gesichtspunkte der vorliegenden Erfindung umfasst; und
• Fig. 4 eine vereinfachte Ausführung des Steuersystems ist, das in der unteren Hälfte von Fig. 1 veranschaulicht ist.
• Unter Bezugnahme zuerst auf Fig. 2 umfasst das dort gezeigte CVT 8 einen Variator 10 von der Art des Toroidspurrollantriebs, der zwei Antriebsscheiben 12, 13 (letztere für eine beschränkte axiale Bewegung entlang der Welle zur Variatorwelle 15 verkeilt), eine mittlere Abtriebsscheibe 17 und zwei Anordnungen von kolbengesteuerten Rollen umfasst, die in die Antriebsscheibe und die Abtriebsscheibe eingreifen, um als Reaktion auf den Drehmomentbedarf am Variator Drehmoment zwischen den Scheiben zu übertragen. Der Einfachheit halber ist nur eine der sechs Rollen, die sogenannte Hauptrolle 19, in Fig. 2 gezeigt.
• Wie aus GB 2227287 bekannt, ist es zum Beispiel wichtig, dass die Rollenkolben so ausgerichtet sind, dass sie im Wesentlichen tangential zum Mittelkreis der imaginären Ton 21 angeordnet sind, von denen Rotorspuren einen Teil darstellen, jedoch mit einer geringen Neigung, die als "Wölbungs"- oder "Rollen"-Winkel bekannt ist.
• Die Variatorantriebswelle 15 wird an einem Ende 23 vom Motor (nicht gezeigt) des das Getriebe enthaltenden Fahrzeugs angetrieben, während an dem anderen Ende des Variators durch eine Druckkammer 25, die mit Hochdruckhydraulikfluid aus derselben Leitung 27 gefüllt ist, eine axiale Last auf die Antriebsscheibe ausgeübt wird. Der Druck in Leitung 27 ist gleich dem größeren der beiden Drücke in den Leitungen 67, 68, von denen der größere als Steuerdruck- oder Primärdruckfluid für den Rollenkolben 24 verwendet wird. Das Sekundärdruckfluid für den Kolben 29 wird derjenigen der Leitungen 67, 68 bereitgestellt, die den niedrigeren Druck aufweist. Es wird daher angemerkt, dass die Rolle auf den Differenzialdruck an ihren Steuerkolben reagiert anstatt auf die absoluten Druckwerte in den Leitungen 67 und 68.
• Für einen Hochbereichsbetrieb, z. B. wie in den einleitenden Abschnitten dieser Anmeldung beschrieben, wird die Getriebeabtriebswelle 33 von der Variatorantriebswelle über das Getriebe 35, eine Niedrigbereichskupplung 37 und ein Planetengetriebe 39 in bekannter Weise angetrieben.
• Für einen Niedrigbereichsbetrieb wird die Welle 33 zusätzlich von der Variatorabtriebsscheibe 17 über eine Antriebskette 41 und eine Hochbereichskupplung 43 angetrieben.
• Die Bezugsnummer 45 bezeichnet das Abtriebsende der Welle 33, z. B. zur Verbindung mit dem Differenzial und den auf der Fahrbahn laufenden Rädern des Fahrzeugs, das das Getriebe enthält.
• Die Hauptrolle 19 und die fünf "Neben"-Rollen 47-51 und ihre zugehörigen Steuerkolben und Zylinder erscheinen erneut in Fig. 1, wie ebenfalls die beiden Bereichskupplungen 37 und 43, die beide mit Druckfedern ausgestattet sind, die derart ausgelegt sind, dass sie einem die Scheiben aneinander drückenden Druck von bis zu 3 Bar standhalten.
• Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist die Achse 52 der Hauptrolle 19 in dem Hohlraum 53 der Hohlwelle 54 eines doppeltwirkenden Kolbens 5S angebracht. Dieser Kolben ist mit gegenüberliegenden Kolbenköpfen 56, 57 gebildet, die beide frei sind, so dass sie unter hydraulischer Last in koaxialen zylindrischen Kappen 58, 59 gleiten und um die Längsachse der Welle 54 rotieren. Zusammen grenzen der Kolben 55 und die Endkappen 58, 59 einen Hydraulikstößel 71 ab, der jeder Rolle zugeordnet ist. Es ist ersichtlich, dass diese Figur rein schematisch ist.
• Bei einer Modifikation ist das Element 55 durch eine einköpfige Konstruktion eines doppeltwirkenden Kolbens ersetzt, wie z. B. in GB 2227287 offenbart und lediglich der Angemessenheit halber in der schematischen Darstellung aus Fig. 1 dargestellt ist.
• Wiederum bezogen auf die doppelendige Anordnung aus Fig. 1 sind die hydraulischen Fluideinlässe 61, 62 und -auslässe 64, 65 für den Hauptkolben in den End- und Seitenwänden der zugehörigen Zylinderkappen 58, 59 gebildet, und die Druckleitungen 67, 68 stellen sicher, dass die verschiedenen Nebenkolben sich in genau derselben Weise verhalten wie der Hauptkolben 29, so dass alle sechs Variator-Rollen fortlaufend alle auf demselben Druck gehalten werden.
• Unter Bezugnahme nun auf das Hydrauliksteuersystem 70 umfasst dieses zwei unabhängige Ölpumpen 72, 73, die Hydraulikfluid von einem Sumpf 75 zu den Leitungen 67, 68 befördern, auf die oben Bezug genommen wurde. Eine Querverbindung 77 zwischen diesen beiden Leitungen kommuniziert mittels einer "Höherer-Druck-gewinnt"-Anordnung der Sperrventile 79 und 80 mit der Strömungsleitung 27 in Fig. 2.
• Die Auslässe 64, 65 für die Hauptkolbenendkappen 58, 59 versorgen eine linke und eine rechte Druckleitung 82, 83. Diese sind durch eine Querverbindung 85 verbunden, die mittels einer "Höherer-Druck-gewinnt"-Anordnung 87, 88 mit einem Volleinrückkreis 90 für die Kupplungen 37, 43 kommuniziert. Eine zweite Querverbindung 85 kommuniziert mittels einer "Niedrigerer-Druck-gewinnt"-Anordnung 94, 95 mit einem Aktiveinrückkreis 97 für die beiden Kupplungen.
• Die Bezugsnummern 99, 100 bezeichnen zwei elektrohydraulische Drucksteuerventile, die in Kombination effektiv ein erstes und ein zweites Steuermittel darstellen, um den Kupplungsdruck und die Variatorrollen in einer Weise zu steuern, die später hierin ausführlicher erörtert wird.
• Hinter diesen beiden Ventilen vereinigen sich die Druckleitungen 82, 83 bei 102, von wo aus eine Verbindung 104 ein Niederdruckfluid zur allgemeinen Schmierung des Getriebes bereitstellt.
• Unter Bezugnahme nun auf die Kupplungssteuerkreise 90, 97 wird angemerkt, dass jeder zwei elektrisch betriebene Magnetventile 106, 107 und 109, 110 enthält, die so geschaltet werden können, dass sie jede der Kupplungen 37, 43 nach Bedarf für eine "Aktivfüllung" oder eine "Volleinrückfüllung" verbinden können. Ausgehend von der in Fig. 1 veranschaulichten Situation beispielsweise, verbindet das Schalten des Ventils 106 die Niedrigbereichskupplung 37 mit dem Aktiveinrückkreis 97, während stattdessen das Schalten des Ventils 107 die Niedrigbereichskupplung 37 mit dem Volleinrückkreis 90 verbindet. Die Ventile 109 und I 10 arbeiten in ähnlicher Weise wie die Ventile 106 und 107, jedoch hinsichtlich der Hochbereichskupplung 43.
• Das System wird durch zwei 1 Bar-Beschränkungsplatten 112, 113 vervollständigt, die in den Leitungen 82, 83 zwischen den beiden Querverbindungen 85, 92 angeordnet sind.
• Bei Betrieb der veranschaulichten Ausführungsform wird nur beispielhaft angenommen, dass die Kupplung 37 anfänglich betriebsfähig ist und die Kupplung 43 anstelle der Kupplung 37 in Betrieb zu bringen ist, um einen Bereichswechsel auszuführen. Daraufhin wird das Magnetventil 107, verglichen mit der Situation, die in Fig. 1 veranschaulicht ist (keine Kupplung betriebsfähig), so geschaltet worden sein, dass es die Kupplung 37 mit dem Volleinrückkreis 90 verbindet.
• Unter Bezugnahme nun auf die Drucksteuerventile 99, 100 empfängt das Drucksteuerventil 99 in einem typischen Fall anfänglich Nullstrom, und das Ventil 100 empfängt einen Strom von 0,5 Ampere. Dies bedeutet, dass sich der Leitungsdruck unmittelbar vor dem Ventil 99 grob auf Gegendruck (2 Bar) befindet, und der nächste Schritt besteht darin, das Ventil 109 zu schalten, um die Leitung zwischen dem Ventil 109 und der Kupplung 43 mit Niederdrucköl zu füllen.
• Um die Kupplung 43 zu füllen und die Kupplungsscheiben zur Bereitschaft für die aktive Steuerung eines Bereichswechsels aneinander zu drücken, werden die Ströme in den Ventilen 99, 100 auf 0,1 Ampere bzw., auf 0,6 Ampere erhöht, um die benachbarten Leitungsdrücke typischerweise von 2 Bar auf 3,6 Bar (Leitung 82) und von 10 Bar auf 11,6 Bar (Leitung 83) zu erhöhen. Der Druck in Leitung 82 ist nun ausreichend, um die Hochbereichskupplung 43 mit einer Geschwindigkeit zu füllen, die von dem Steuerstrom für die Ventile 99, 100 bestimmt wird. Nach einer eingestellten Zeit, beispielsweise typischerweise 1/2 Sekunde, nimmt die Steuerelektronik, die schematisch bei 220 in Fig. 3 gezeigt ist, an, dass diese Phase abgeschlossen ist und das System in Bereitschaft für die nächste Phase gehalten wird. Diese letztere Phase wird gestartet, wenn die Steuerelektronik die Steuerventilströme bei 99, 100 jeweils auf 1 Ampere und 1,5 Ampere erhöht, wodurch die benachbarten Leitungsdrücke auf 18 Bar (Leitung 82) und 26 Bar (Leitung 83) erhöht werden. Der Druck in Leitung 82 reicht nun aus, um die Hochbereichskupplung zu veranlassen, Kapazität zu erzeugen, und dies bringt das Getriebe in Synchronverhältnis. Der anfängliche Teil des Bereichswechselverfahrens ist abgeschlossen, wenn die Steuerelektronik das Übersetzungsverhältnis als synchron misst.
• Es ist anzumerken, dass in sämtlichen der oben erörterten Situationen die Betriebsströme für die beiden Drucksteuerventile um exakt denselben Wert erhöht werden, so dass der Druckunterschied zwischen den beiden Leitungen 82, 83 auf 8 Bar bleibt. Dies bedeutet, dass die Rollensteuerkolbeneinstellungen in dem Variator durch das, was an den Bereichskupplungen geschieht, unbeeinflusst sind.
• Wie bereits in einem vorangegangenen Abschnitt dieser Anmeldung beschrieben, wird, indem beide Bereichsschaltkupplungen in Vollbetrieb gebracht werden, sichergestellt, dass das Getriebe bei Synchronverhältnis arbeitet, und zu diesem Zeitpunkt muss die Steuerelektronik aus den Informationen, die sie über das Getriebe, die Motordrehzahl und die Gaspedalstellung erhält, "entscheiden", ob sie das Getriebe in den Niedrigbereichsbetrieb zurücksetzt oder in den Hochbereichsbetrieb umschaltet. Eine Entscheidung, zum Niedrigbereichsbetrieb zurückzukehren, zieht einfach die Umkehrung jedes der oben erörterten Schritte nach sich (wobei zu jedem Zeitpunkt die Druckdifferenz von 8 Bar zwischen den Leitungen 82, 83 aufrecht erhalten bleibt). Es wird jedoch angemerkt, dass, wenn die Entscheidung darin besteht, das Getriebe von einem Bereich zum anderen zu wechseln, die Betriebseigenschaften des Variators umgekehrt werden, wenn dieser Bereichswechsel auftritt, so dass das, was die Steuerdruckseite des Rollensteuerkolbens war, nun die Sekundärdruckseite ist und umgekehrt. Dieser Wechsel erfordert, dass am Übergangspunkt des Betriebszyklus des Variators der "Steuerdruck" und der "Sekundärdruck" zeitweise ein- und denselben Wert aufweisen.
• Wenn daher bestätigt ist, dass ein Bereichswechsel immer noch angemessen ist, indem die Kupplung 43 eingerückt gehalten wird und die Kupplung 37 ausgerückt wird, besteht der erste notwendige Schritt darin, dass die Ventilströme beide auf denselben Wert angehoben werden, typischerweise auf 2 Ampere, um so zeitweise den Variator 10 vom Getriebe "zu trennen", bevor die Ventile 106, 107 in die Positionen geschaltet werden, die in Fig. 1 veranschaulicht sind, um die Kupplung 37 auszurücken. Vor der nachfolgenden Ausrücken der Kupplung 37 wird der Strom im Ventil 100 auf null Ampere (2 Bar) verringert, während der Strom im Ventil 99 auf 0,5 Ampere (10 Bar) verringert wird, um das Druckdifferenzial im Variator auf dasjenige voreinzustellen, das für den Betrieb im nächsten Bereich erforderlich ist. Des Weiteren werden Bereichswechsel an jeder Kupplung in analoger Weise wie die oben beschriebenen ausgeführt.
• Es ist anzumerken, dass wenn die Ventile 99, 100 einen Nullsteuerstrom aufweisen und das Druckdifferenzial im Variator null ist, das Vorhandensein von Beschränkungsplatten 112, 113 (oder ihres funktionellen Äquivalents) wichtig ist, da sie eine Ein-Bar-Druckdifferenz zwischen den beiden Füllleitungen 90, 97 sicherstellen. Dies bedeutet, dass das, was zu dem Zeitpunkt die voll eingerückte Kupplung ist, auf einem ausreichend hohen Druck gehalten werden kann, um die Kupplung eingerückt zu halten, während das, was zu dem Zeitpunkt die aktiv eingerückte Kupplung ist auf einem Druck gehalten werden kann, der ausreicht, um zu verhindern, dass die Kupplungsscheiben gegen die dagegen wirkende Kupplungsdruckfeder aneinander gedrückt.
• Es wird ebenfalls angemerkt, dass die Druckspitzen, die als Folge der hydraulischen End-Stopp- Wirkung in der relevanten Zylinderkappe 58, 59 auftreten, im Fall einer Not-Überlast-Situation von den Leitungen 67, 68 zu den anderen Steuerzylindern und der Variatorendlastkammer 25 weitergegeben werden.
• Da jedoch diese momentane Spitzenbildung nicht in den nachfolgenden Leitungen 82, 83 auftritt, die die Bereichskupplungen steuern, bleiben diese letzteren unbeeinflusst und können, wenn nötig, durchrutschen, um die überschüssige Last am Variator zu verringern.
• Fig. 3 ist eine schematische Darstellung der vorliegenden Erfindung in Kombination mit einer herkömmlichen Konstruktion eines Antriebsstrangs. Hieraus und aus dem Einführungsabschnitt der Beschreibung wird ersichtlich, dass Antriebskraft von der Antriebsmaschine (Motor) 200 zur Abtriebswelle 45 über das Planetengetriebe 210 und den Variator 10 des Variators eigenständig übertragen werden kann. Im Niedrigbereich ist die Kupplung 37 eingerückt, während im Hochbereich die Kupplung 43 eingerückt ist.
• Während der eigentliche Betrieb dieser Kupplungen oben erörtert wurde, wird die beste Steuerung derselben erreicht, indem eine Art von Steuerung beispielsweise in Form von elektronischen Steuermitteln 200 verwendet wird. Eine derartige Steuerung 220 umfasst Mittel 230 zur Überwachung einer oder mehrerer beliebiger aus einer Reihe von Eigenschaften, die mit dem Variatorbetrieb verbunden sind, wodurch, bevor der Variator Synchronverhältnis erreicht, bestimmt wird, dass ein Verhältniswechsel notwendig ist, sowie zur entsprechenden Signalisierung der elektronischen Steuermittel 220. Geeignete Überwachungsvorrichtungen oder Messvorrichtungen sind in der Technik bekannt und werden daher hierin nicht beschrieben. Parameter wie beispielsweise Motordrehzahl, Variatorverhältnis, Zeit, Übersetzungsverhältnis, Kupplungsfüllzeit, Schaltgeschwindigkeit, Position des Gaspedals, Hydraulikdruck oder Geschwindigkeit des Wechsels des einen oder anderen davon sind alle zur Überwachung geeignete Werte.
• In den Beispielen aus Fig. 3 stellt jede der Leitungen 242, 244 und 246 Verbindungen zwischen geeigneten Überwachungsvorrichtungen 252, 254 und 256 dar, die zur Überwachung der Motordrehzahl, der Variatorabtriebsdrehzahl und der Abtriebsdrehzahl des Planetengetriebes sowie zur Zufuhr von diesbezüglichen Informationen zu der Steuerung 220 angeordnet sind. Zusätzlich zeigt Fig. 3 eine Pedalpositionsüberwachungsvorrichtung von 248, die in ähnlicher Weise mit der Steuerung 220 verbunden ist.
• Unter Bezugnahme nun auf Fig. 4, die eine leicht vereinfachte Version der in Fig. 2 gezeigten Steuerung veranschaulicht, ist ersichtlich, dass verschiedene Anordnungen möglich sind. Bei dieser vereinfachten Version sind die Leitungen 82, 83 am Punkt A bzw. Punkt B mit dem Kupplungssteuerkreis 300 verbunden. Steuerventile 99, 100 sind mit den Leitungen 82, 83 in derselben Weise verbunden, wie unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben. Die Ventile versorgen den Schmiermittelkreis 104 weiterhin mit Fluid und variieren die Drücke in den Rollensteuerstößeln 71. Das Steuersystem 300 umfasst vier magnetbetriebene Ventile 310, 312, 314 und 316. Die ersten beiden Ventile können derart betrieben werden, dass sie entweder von A oder von B Hydraulikfluid aufnehmen und dieses Fluid jeweils zu einem zugehörigen Sekundärventil 314, 316 leiten. Diese Sekundärventile sind in ähnlicher Weise betreibbar, so dass sie Hydraulikfluid zu einer entsprechenden Kupplung 37, 43 leiten. Diese Ventilanordnung ist funktionell der in Fig. 1 gezeigten sehr ähnlich. Wie unter Bezugnahme auf Fig. 1 gezeigt, ist die Steuerelektronik ebenfalls betriebsfähig mit den Ventilen 99, 100 verbunden, um die Position derselben zu variieren und daher Pa und Pb zu variieren. Folglich kann die Steuerelektronik leicht bestimmen, welcher der größere der beiden Drücke in dem Steuerkreis ist, und veranlassen, dass das System entsprechend betrieben wird. Während es zum Beispiel im Vorwärtsbetrieb betrieben wird, wird die Hochdruckleitung durch den Bereich bestimmt, d. h. der Niedrigbereich könnte die linke Leitung, der Hochbereich die rechte Leitung erfordern. Beim Fahren mit ausgekuppelter Kupplung und Rückwärtsantrieb werden die Drücke umgekehrt. Da die Steuerung Änderungen der Drücke in den Leitungen 82, 83 verursacht, kann sie ebenfalls das Kupplungsventil ändern, um die Kupplung mit der korrekten Leitung zu verbinden.
• Der Betrieb der Anordnung aus Fig. 4 vom Niedrigbereich zum Hochbereich folgt der folgenden Ereignisfolge:
• Als erstes befindet sich unter der Annahme, dass die Niedrigbereichskupplung 37 gegenwärtig eingerückt ist und der Druck bei B größer ist als der Druck bei A, das Ventil 312 in Position I (Leitung B), ebenso wie das Ventil 316, um dadurch Hochdruckfluid zuzuführen und den Betrieb der Niedrigbereichskupplung 37 aufrecht zu erhalten. Wenn die Kupplung 37 eingerückt ist, befindet sich das Ventil 314 in Position 2, wodurch die Zufuhr von Hydraulikfluid zur Kupplung verhindert wird und ermöglicht wird, dass Fluid, welches sich von einem vorangehenden Betrieb darin befindet, über den Auslass 320 zum Sumpf 104 abfließt.
• Um vom Niedrigbereich zum Hochbereich zu wechseln, ist es notwendig, den Betrieb der Ventile 310 und 314 zu initiieren, um so Niederdruckfluid von A zu der Kupplung zu leiten. Dies wird einfach erreicht, indem das Ventil 310 in Position 2 und das Ventil 314 in Position 1 geschaltet wird. Während dieser Betriebsphase ist der Druck bei B (Pe) größer als der bei A (PA), und daher befindet sich die Hochbereichskupplung im Anfangsstadium der aktiv gesteuerten Phase. Während dieses Teils der Phase rückt das Niederdruckfluid die Kupplung ein, stellt jedoch nicht genügend Druck bereit, um der Kupplung Kapazität zu geben, d. h. die Kupplungsscheiben fest miteinander zu verbinden und die Übertragung des Drehmoments zu ermöglichen. Der Abschluss dieses Teils der Phase kann bestimmt werden, indem die Zeit überwacht wird, die seit dem Beginn vergangen ist, oder indem andere Parameter in dem System überwacht werden, wie beispielsweise die Kupplungsposition. Zu diesem Zeitpunkt entspricht das Verhältnis des Variators RVAR nicht dem, das für den Synchronismus RSYNCH notwendig ist, und PA ist deutlich kleiner als für ein vollständiges Einrücken der Kupplung (PCLAMP) und Ermöglichen der Übertragung des Drehmoments erforderlich ist.
• Um die Anordnung in Synchronismus zu versetzen, ist es notwendig, PA zu erhöhen, um der Kupplung zu ermöglichen, das Drehmoment zu übertragen. Dieser Schritt wird erreicht, indem die Ventile 99, 100 in der Weise betrieben werden, die in Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben wurde, so dass PA vergrößert wird, ohne den Wert von PB-PA zu verändern. Die Ventile 99, 100 werden effektiv zusammen betrieben, um die Drücke in beiden Leitungen 82, 83 um denselben Betrag zu erhöhen, bis PA ausreicht um ein Schleifdrehmoment zu verursachen, das in der Lage ist, den Variator in ein Synchronverhältnis zu versetzen. Zu diesem Zeitpunkt belastet die Kupplung das Getriebe, und es kann ein gewisser Grad von Kupplungsrutschen auftreten. Der letzte Schritt in dieser Phase umfasst das Steuern von Pa und Pb-Pa derart, dass das System in Synchronismus versetzt wird und die einrückende Kupplung aufhört durchzurutschen. Dies wird einfach erreicht, indem der Strom, der an die Ventile 99, 100 angelegt wird, in der oben beschriebenen Weise derart geändert wird, dass die eingreifende Kupplung eine Änderung der Motordrehzahl verursacht, so dass sie mit der für Synchronbetrieb erforderlichen übereinstimmt. Die Motorlast, die vom Getriebe erzeugt wird, variiert effektiv, wodurch der Schaltvorgang hervorgerufen wird. Sobald die Kupplung aufgehört hat, durchzurutschen, befindet sich das Getriebe im Synchronverhältnis. Wenn der Motor weiterhin Drehmoment erzeugt, was wahrscheinlich ist, muss genügend Druck in den Kupplungen für ihre kombinierte Kapazität aufrecht erhalten werden, um dem Motorantriebsmoment zu entsprechen. Ein Erhöhen beider Leitungen 82, 83 auf gleiche Drücke verursacht, dass das Getriebe ein Synchronverhältnis gegen den Motorantrieb aufrecht erhält, während der Variator entlastet wird (Differenzialdruck = 0). Für die Dauer dieses Zustands sind das Übersetzungsverhältnis und daher die Rollenwinkel konstant, d. h. synchronisiert. Ein Abfall des Drucks in der Niederdruckleitung des nächsten Bereichs stellt den Variator auf den korrekten Differenzialdruck ein und verringert die unerwünschte Kupplungskapazität in angemessener Weise. Schließlich rutscht diese Kupplung und wird daraufhin ausgerückt, wobei das Getriebe im nächsten Bereich verbleibt. Falls wünschenswert, kann ein vollständiges endgültiges Ausrücken der ausrückenden Kupplung eingeleitet werden, bevor die einrückende Kupplung vollständig eingerückt ist. Das Ausrücken der Kupplung 37 wird erreicht, indem das Ventil 316 in Position 2 geschaltet wird, so dass das Hydraulikfluid über die Leitung 322 abfließt.
• Aus dem oben Genannten ist ersichtlich, dass die Steuerung 220 gemäß einem angemessenen Variatorreaktionsdrehmoment entscheidet, daher lautet der Differenzialdruck (Pb-Pa). Wenn das Getriebe sich als Folge von Pb-Pa einem Synchronverhältnis nähert und die Steuerung entscheidet, einen induzierten Schaltvorgang einzuleiten, wird die nächste Kupplung mit der Niederdruckleitung verbunden und ihre Kapazität entsprechend gesteuert. Unter Annahme von Pb als Niederdruckleitung und eines Differenzialdrucks (Pb-Pa) von 10 Bar ist daraufhin anfänglich Pb = 0 und Pa = 10 Bar gefordert. Wenn die Steuerung entscheidet, dass die Anforderung des Fahrers am besten für eine Kupplungskapazität geeignet ist, die einem Kupplungsdruck von 3 Bar entspricht, werden Pa und Pb fortschreitend auf Pb = 3 Bar und Pa = 13 Bar erhöht. Nun sind die Variatordrehmomente unverändert, doch die Kupplung zwingt das Getriebe zu Synchronismus. Es hat jedoch aufgrund der Kupplung eine Zunahme der "Druckkraft" stattgefunden. Es ist möglich, dass die Steuerung, zumindest in manchen Situationen, keinen reinen Schaltvorgang bei diesem Wechsel zum Synchronismus benötigt. Da die Gesamt-Getriebewirkung als die Summe aus dem Variator- und dem Kupplungsbetrieb erachtet werden könnte, könnte eine Verringerung der Variatorwirkung vorgenommen werden, um die zusätzliche Kupplungswirkung auszugleichen. Vereinfachend könnte das Variatordifferenzial um 3 Bar verringert werden, wodurch sich Pb = 3 Bar und Pa = 10 Bar ergibt (unter der Annahme, dass die Wirkung von 3 Bar an der Kupplung exakt durch einen um 3 Bar geringeren Differenzialdruck am Variator kompensiert wird).
• Aus dem Vorangehenden ist ersichtlich, dass die Ventile 99, 100 das erste Steuermittel darstellen, wenn sie zusammen betrieben werden, um einfach den Druck des Hydraulikfluids für Endlastzwecke zu vergrößern oder zu verringern, ohne den Differenzialdruck zu verändern, der für eine Rollensteuerung verwendet wird. Diese Ventile bilden das zweite Steuermittel, wenn sie so betrieben werden, dass sie den Differenzialdruck variieren, der auf die Rollensteuerkolben 55 ausgeübt wird.

Claims (15)

1. Stufenloses Mehrbereichsgetriebe, das einen Variator umfasst, von einer Antriebsmaschine angetrieben wird, einen Abtrieb bereitstellt und Folgendes umfasst:

einen Steuerkreis (70) mit einer ersten und einer zweiten Hydraulikversorgungsleitung (67, 68) zur Steuerung des Variators;

eine erste und eine zweite Hydraulikpumpe (72, 73) zur Zufuhr von Hydraulikfluid zu der ersten und zweiten Versorgungsleitung (67, 68);

eine erste und eine zweite hydraulische Bereichswechselkupplung (37, 43); und

ein Steuermittel (99, 100) zur Steuerung des Drucks in der ersten und zweiten Hydraulikversorgungsleitung (67, 68); dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermittel (99, 100) einen ersten Betriebsmodus aufweist, in dem es den Druck in jeder Versorgungsleitung (67, 68) gleichermaßen liebt oder senkt, wodurch ein Kupplungsbetrieb ermöglicht wird, ohne die Steuerung des Variators zu beeinträchtigen, und einen zweiten Betriebsmodus, in dem es den Differentialdruck in den Versorgungsleitungen (67, 68) verändert, wodurch die Steuerung des Variators verändert wird, ohne den Kupplungseingriff zu beeinträchtigen.

2. Getriebe nach Anspruch 1, bei dem jede Kupplung (37, 43) eine Aktiveingriffsphase, die durch Verbindung der Kupplung mit einem Sekundärdruck in dem Steuerkreis (70) erhalten wird, und eine Volleingriffsphase, die durch Verbindung der Kupplung mit einem Primärdruck in dem Steuerkreis (70) erhalten wird, umfasst.

3. Getriebe nach Anspruch 2, wobei jede Kupplung (37, 43) betriebsfähig mit dem niedrigeren der beiden Drücke, die zur Steuerung des Variators verwendet werden, verbunden ist und zumindest anfänglich von diesem gesteuert wird.

4. Getriebe nach Anspruch 3, wobei jede Kupplung (37, 43) betriebsfähig mit dem höheren der beiden Drücke, die zur Steuerung des Variators verwendet werden, verbunden ist, nachdem sie mit dem niedrigeren Druck verbunden war, der darin verwendet wird.

5. Getriebe nach einem der Ansprüche 2 bis 4, das des Weiteren Versorgungsmittel (106, 107, 109, 110) umfasst, um die Zufuhr von Hydraulikfluid zu jeder Kupplung (37, 43) zu veranlassen, um zwischen den beiden Drücken in dem Steuerkreis zu variieren.

6. Getriebe nach einem der Ansprüche 2 bis 5, das des Weiteren Folgesteuerungsmittel (220) umfasst, um den Betrieb und den Abschluss der Aktivsteuerungsphase vor dem Beginn der Volleingriffsphase zu veranlassen.

7. Getriebe nach einem der Ansprüche 2 bis 6, das des Weiteren elektronische Steuermittel (220) umfasst, um den Kupplungsbetrieb vor einer Bereichsänderung zu initiieren.

8. Getriebe nach einem der Ansprüche 2 bis 7, das des Weiteren Überwachungsmittel (230) zur Überwachung mindestens einer Eigenschaft umfasst, die mit dem Variatorbetrieb in Zusammenhang steht, um dadurch, bevor der Variator ein Synchronverhältnis erreicht, zu bestimmen, dass eine Verhältnisänderung notwendig ist, sowie zur entsprechenden Signalisierung des elektronischen Steuermittels.

9. Getriebe nach Anspruch 8, wobei das genannte Überwachungsmittel (230) eine oder mehrere Überwachungsvorrichtungen zur Überwachung eines oder mehrerer Werte aus der folgenden Gruppe umfasst: Motordrehzahl; Variatorverhältnis; Zeit; Übersetzungsverhältnis; Kupplungsfüllzeit und Schaltgeschwindigkeit oder Änderungsgeschwindigkeit irgendeines dieser Werte.

10. Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Variator von der Art des Toroidspurrollantriebs mit verhältnisvariierenden Rollen (S1) ist und die erste und zweite Hydraulikversorgungsleitung (67, 68) die Position der Variatorrollen (51) steuern.

11. Getriebe nach Anspruch 10, wobei jede verhältnisvariierende Rolle mit einem entsprechenden Hydraulikstößel verbunden ist, der durch die Drücke in der ersten und zweiten Versorgungsleitung (67, 68) betätigt wird.

12. Verfahren zum Betrieb eines Steuersystems für ein stufenloses Mehrbereichsgetriebe gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:

erstens, während der Bereichswechsels das Initiieren des Eingriffs der ansonsten nicht in Eingriff stehenden Kupplung, bevor der Variator ein Sychronverhältnis erreicht, so dass die Motorlast, die durch das Getriebe erzeugt wird, variiert und dadurch einen Bereichswechsel veranlasst;

zweitens, das Abschließen des Bereichswechsels durch Auskuppeln der Kupplung, die dem Bereich zugeordnet ist, von dem ausgehend das Getriebe geschaltet wurde, und Abschließen des Eingriffs der in Eingriff stehenden Kupplung.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Kupplungen hydraulisch betriebene Kupplungen umfassen und jede Kupplung eine Aktiveingriffsphase und eine Volleingriffsphase umfasst und die Kupplung während der aktiven Phase betriebsfähig mit dem Sekundärdruck in einem Steuerkreis verbunden ist und die Kupplung während der Volleingriffsphase betriebsfähig mit einem Primärdruck in dem Steuerkreis verbunden ist, wobei das Verfahren den Schritt umfasst, den Kupplungseingriffzu initiieren, indem zuerst die Kupplung mit dem Sekundärdruck verbunden wird und der Eingriff abgeschlossen wird, indem sie mit dem Primärdruck in dem Steuerkreis verbunden wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, wobei der Variator verhältnisvariierende Rollen umfasst, von denen jede mit einem entsprechenden Hydraulikstößel verbunden ist, und das Verfahren den weiteren Schritt umfasst, Hydraulikfluid zu dem Hydraulikstößel zu befördern, so dass die Rollen auf den Differentialdruck in dem Steuerkreis ansprechen.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, das den weiteren Schritt umfasst, einen oder mehrere Parameter zu überwachen, die mit dem Steuersystem, dem Getriebe oder den damit verbundenen Elementen in Zusammenhang stehen, und dadurch den Beginn des ersten und zweiten Schritts zu bestimmen.