DE69901441T2 - Verfahren zum Betreiben eines stufenlosen Getriebes mit stätig gleitender Kupplung - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Regeln eines stufenlos veränderlichen Getriebes, welches versehen ist mit:
• - einer Antriebswelle;
• - einer Abtriebswelle;
• - Übertragungsmitteln für die Übertragung einer Antriebskraft zwischen den besagten Wellen;
• - einer Kupplung, die mit wenigstens einer der besagten Wellen verbunden ist und eine hineingehende Welle und eine herausgehende Welle aufweist; und
• - Regelmitteln, die wenigstens für ein Regeln der Kupplung fähig sind.
• In der US-A-4,606,446 ist ein stufenlos veränderliches Getriebe beschrieben. Bei dem bekannten Getriebe ist ein ein Drehmoment übertragender Riemen zwischen den konischen Scheiben von zwei Riemenscheiben verklemmt. Die Kraft, mit welcher der Riemen verklemmt wird, wird für die Übertragung eines Drehmoments zwischen den besagten Riemenscheiben geregelt, ohne dass ein Schlupf des Riemens zwischen den Scheiben stattfindet. Ein solcher Schlupf ist höchst unerwünscht, weil er zu einem übermäßigen Verschleiß des Riemens führt und die Lebensdauer des Getriebes beträchtlich verringern könnte. Das Getriebe ist mit einer magnetischen Partikelkupplung versehen, die elektrisch geregelt wird, um bei dem Drehmoment eines Kupplungsschlupfes durchzuschlupfen, welches kleiner ist als das Drehmoment des Riemenschlupfes, bei welchem der Riemen durchzuschlupfen beginnt. Das Drehmoment eines Kupplungsschlupfes wird auf der Basis einer Messung von Variablen, wie bsp. der Drehzahlgeschwindigkeit der Maschine, der Drehzahlgeschwindigkeit der hineingehenden und der herausgehenden Kupplungswellen, der Drosselklappenöffnung der Maschine, der Fahrzeuggeschwindigkeit usw., berechnet und sollte etwas höher sein als ein berechnetes, sich entwickelndes Drehmoment der Maschine. Das Drehmoment des Riemenschlupfes wird so geregelt, dass es etwas höher ist als das Drehmoment des Kupplungsschlupfes. Auf diese Art und Weise wird erreicht, dass die tatsächlich übertragenen Drehmomente, welche höher sind als das Drehmoment des Kupplungsschlupfes, vorteilhaft zu einem vorübergehenden Schlupf der magnetischen Partikelkupplung führen und also nicht zu einem Schlupf des ein Drehmoment übertragenden Riemens zwischen den Scheiben einer Riemenscheibe. Die tatsächlich übertragenen Drehmomente können das berechnete Maschinendrehmoment übertreffen als Folge von unbekannten oder unvorhergesehenen Einflüssen, wie bsp. Drehmomentsprüngen, die von der angetriebenen Welle herrühren oder von einer Ungenauigkeit des berechneten Maschinendrehmoments.
• In der EP-A-0 458 450 ist ein ähnlicher Typ eines stufenlos veränderlichen Getriebes beschrieben, welches mit einem adaptiven Regelsystem versehen ist, das den Schlupf an der Kupplung des Getriebes regelt, wobei die Kupplung als eine aktive torsionsabsorbierende Vorrichtung benutzt wird. Das Regelsystem weist einen Detektor für eine Torsionsvibration auf zur Bestimmung der aktuellen Größe der Torsionsvibrationen, die von der Kupplung übertragen werden. Der Schlupf an der Kupplung wird derart geregelt, dass die Übertragung von Vibrationen auf einem zugestandnen Niveau gehalten wird durch Vermeidung eines Schlupfes unterhalb eines spezifizierten Vibrationsniveaus und durch die Bereitstellung von wechselnden Schlupfgrößen, wenn die Vibrationen größer sind als ein zugestandenes Niveau.
• Ein stufenlos veränderliches Getriebe wie angegeben in dem ersten Teil des Anspruches 1 ist bekannt aus der EP-A-0 446 497 der Anmelderin, die eine hydraulisch regelbare Kupplung als eine Einrichtung zur Verhinderung eines Riemenschlupfes beschreibt. Das Getriebe ist derart ausgeführt, dass die Kupplung bei einem niedrigeren Drehmoment als der Riemen durchschlupfen wird, sodass dadurch ein übermäßiger Riemenverschleiß verhindert wird. Dies wird erreicht durch ein Regeln des Drehmoments des Kupplungsschlupfes - welches das Drehmoment ist, bei welchem die Kupplung die Tendenz zu einem Durchschlupfen zeigt - etwas höher als das entwickelte Maschinendrehmoment, jedoch etwas niedriger als das Drehmoment des Riemenschlupfes. Obwohl im Prinzip das Getriebe befriedigend funktionieren sollte, hat es sich in der Praxis als sehr schwierig erwiesen, das Drehmoment des Kupplungsschlupfes derart zu regeln, dass es immer etwas höher ist als das entwickelte Maschinendrehmoment. Dies ist darauf zurückzuführen, dass das Drehmoment des Kupplungsschlupfes von verschiedenen Parametern abhängig ist, wie bsp. der Temperatur und den Drehzahlgeschwindigkeiten, und dass es sich weiterhin über eine verlängerte Benutzungsperiode verändern kann. Als Ergebnis davon kann es vorkommen, dass entweder das Drehmoment des Kupplungsschlupfes höher ausfallen kann als das Drehmoment des Riemenschlupfes, was zu einem Riemenschlupf führen kann, oder dass der Wirkungsgrad des Getriebes verringert wird als Folge des Erfordernisses für eine höhere Kraft für das Festklemmen des Riemens. In der EP-A-0 446 497 ist auch die Erkenntnis festgehalten, dass im Falle der Integrierung einer Überbrückungskupplung einer Verriegelungseinrichtung eines Drehmomentwandlers in die einen Schlupf verhindernde Einrichtung eine solche Verriegelung dafür vorgesehen ist, in einer pulsierenden Art und Weise geregelt zu werden, also entweder völlig geschlossen oder geöffnet zu sein, um entweder den Drehmomentwandler zu überbrücken oder auch nicht. Dadurch wird ein geregelter kontinuierlicher Schlupf geschaffen, der jedoch pulsiert. Diese Art einer pulsierenden Regelung ist unerwünscht, da sie zu übermäßigen Vibrationen des Getriebes und des Fahrzeuges führt, wodurch der Fahrkomfort in einer negativen Art und Weise beeinflusst wird und zusätzlich ein schlechter Wirkungsgrad des Getriebes erhalten wird. Die bekannten Verriegelungseinrichtungen sind außerdem nicht für eine solche Betriebsweise ausgeführt und würden zu einer verkürzten Lebensdauer führen.
• Ein genereller Nachteil der bekannten Lösungen besteht darin, dass während des Normalbetriebes die zur Verhinderung eines Riemenschlupfes angepassten Einrichtungen eine positive Drehmomentkapazität haben, also ein Drehmoment des Kupplungsschlupfes, welches etwas höher ist als das entwickelte Maschinendrehmoment. Dies bedeutet, dass wenn ein Drehmomentsprung, der das Drehmoment des Kupplungsschlupfes übertrifft, an dem Getriebe ankommt, das durch den Riemen übertragene Drehmoment plötzlich von dem entwickelten Maschinendrehmoment zu dem Drehmoment des Kupplungsschlupfes ansteigt. Als Folge von Trägheitswirkungen könnte dieser plötzliche Anstieg des übertragenen Drehmoments noch immer zu einem unerwünschten Riemenschlupf führen.
• Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Regeln eines stufenlos veränderlichen Getriebes bereitzustellen, bei welchem ein Riemenschlupf des Getriebes in einer robusten und optimalen Art und Weise verhindert wird, vorzugsweise mit einem verbesserten Wirkungsgrad, und ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, welches ein solches stufenlos veränderliches Getriebe aufweist und welches einen verringerten Kraftstoffverbrauch und einen erhöhten Fahrkomfort besitzt.
• Zu diesem Zweck schafft die vorliegende Erfindung das Verfahren zum Regeln eines stufenlos veränderlichen Getriebes gemäss dem Anspruch 1, sodass dadurch das Getriebe gegen Drehmomentsprünge geschützt wird, die entweder von der Maschine oder von der Belastung herrühren.
• Durch diese Maßnahme überwindet die Erfindung gegenüber dem Stand der Technik das technische Vorurteil, dass die am meisten wirksame Einrichtung zur Verhinderung eines Riemenschlupfes eine Kupplung sein wird, die in solcher Art und Weise angeordnet und geregelt wird, dass das Drehmoment des Kupplungsschlupfes etwas höher ist als das antreibende Drehmoment. Die vorliegende Erfindung überwindet auch das psychologische Vorurteil, dass ein kontinuierlicher Schlupf an einer Kupplung zu einem nicht akzeptablen schwachen Wirkungsgrad, ausgebrannten Kupplungsscheiben und/oder einem Verschleiß führen würde.
• Das Verfahren zum Regeln eines stufenlos veränderlichen Getriebes gemäss der Erfindung hat den Vorteil, dass wenn ein Drehmomentsprung an dem Getriebe ankommt, die Kupplung sich bereits im Durchschlupfen befindet. Als Folge des Drehmomentruckes wird sie sogar noch mehr durchschlupfen, jedoch wird dabei kein Schwellenwert des Drehmoments durch die Klemmkraft des Riemens zu überwinden sein, bevor die Kupplung mit ihrer schützenden Durchschlupfwirkung anfängt, sodass also mit anderen Worten kein bemerkbarer Anstieg des durch die Kupplung und daher durch den Riemen übertragenen Drehmoments vorhanden sein wird, was zu einem wirksamen Schutz gegen den Riemenschlupf führt. Gemäss der Erfindung kann das Drehmoment des Riemenschlupfes im wesentlichen gleich mit dem entwickelten Maschinendrehmoment gewählt werden, was zu einem wirksamen Getriebe führt.
• Es ist ein Vorteil des Verfahrens zum Regeln eines stufenlos veränderlichen Getriebes gemäss der vorliegenden Erfindung, dass die Kupplung vorteilhaft benutzt werden kann für einen geglätteten Schutz des stufenlos veränderlichen Getriebes gegen abrupte Drehmomentsprünge, die entweder von einer Fahrzeugmaschine und/ oder der Belastung herrühren können, so bsp. von den Rädern eines Fahrzeuges. Dieser zusätzliche Schutz für ein Getriebe des Reibungstyps gegenüber einem Durchschlupfen verbessert den Antriebskomfort eines Fahrzeuges, welches das vorliegende Getriebe hat.
• Regulär wird die Kupplung bereits kontinuierlich durchschlupfen, bevor sie dann sogar noch mehr durchschlupft, wenn die besagten Sprünge erscheinen. Die Kupplung wird so nicht gelockert werden, wenn die Drehmomentsprünge auftreten, wodurch eine geglättete und elegante Anpassung der Drehmomentsprünge sogar noch weiter gefördert wird.
• Der Erfinder hat weiterhin herausgefunden, dass das Ausmaß der Energie, das benötigt wird, damit die Getriebemittel ein gefordertes Antriebsdrehmoment übertragen können, verringert werden kann, wenn ein kontinuierliches, generell nur geringfügiges, jedoch bemerkbares Ausmaß eines Durchschlupfens an der Kupplung erlaubt wird, insbesondere dadurch, dass die zur Beaufschlagung einer Getriebeeinrichtung, wie bsp. eines Riemens der Getriebeeinrichtung, erlaubte Klemm- oder Abklemmkraft bsp. während der Übertragungsperioden reduziert werden kann, bei denen es sich um relativ lange Perioden einer geglätteten veränderlichen Drehmomentübertragung handelt, wie bsp. während eines Normalbetriebes oder während der Fahrt, sodass dadurch der Kraftstoffverbrauch beträchtlich verringert werden kann. Dies ist dadurch bedingt, dass der erhöhte Kraftstoffverlust wegen des generell etwas kleinen erlaubten Schlupfes an der Kupplung überraschend etwas mehr abgesetzt erscheint durch eine generell gleichzeitige Verringerung der erforderlichen Klemmkraft. Eine sich ergebende positive Verringerung des Kraftstoffverbrauchs findet daher während eines Belastungsprozesses statt, wie bsp. in einem Fahrzeug, welches das vorliegende Getriebe aufweist.
• Wie bei der durchschnittlich geringeren Energie, also der Klemmkraft, die für die Übertragung des Drehmoments bsp. während dieser Perioden benötigt wird, könnten diese entsprechenden Klemmkraftmittel sowie auch der endlose Transmissionsriemen oder die Einrichtung zusätzlich weniger robust oder schwer ausgeführt würden, ohne dass dadurch die eigentliche und zuverlässige Betriebsweise des Getriebes beeinträchtigt wird, das gemäss dem Verfahren zum Regeln eines stufenlos veränderlichen Getriebes nach der Erfindung geregelt ist.
• Die Energie oder der Energieverlust und der Verschleiß des endlosen Transmissionsriemens und bei den Klemmkraftmitteln werden weiterhin wegen der geringeren Klemmkraft reduziert, was ein weiterer Beitrag zur Verlängerung der Betriebslebensdauer des Getriebes in seiner Gesamtheit beiträgt. Die verringerte Klemmkraft reduziert zusätzlich die Innenspannung des Transmissionsriemens und verhütet das unerwünschte Auftreten eines Schlupfes des Riemens oder der Einrichtung.
• Noch ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die Vorteile, welche die reduzierte Klemmkraft begleiten, unabhängig von dem Typ des stufenlos veränderlichen Getriebes beibehalten werden, welches gerade verwendet wird. Wenn ein mechanischer, also ein Reibungstyp eines stufenlos veränderlichen Getriebes verwendet wird, so bsp. eine hydraulisch geregelte Klemmkrafteinrichtung, dann kann der erwähnte Leitungsdruck reduziert werden. Bei anderen Typen von mechanischen Getrieben, wie bsp. Ketten- oder toroidalen Getrieben, kann die mechanisch angewandte Klemmkraft für eine Veränderung des Übersetzungsverhältnisses ebenfalls reduziert werden, während bei elektrisch, elektromechanisch oder elektromagnetisch geregelten Klemmkrafteinrichtungen die für ein Verklemmen der Übertragungsmittel unter Einschluss der Transmissionsscheiben und des Riemens benötigten effektiven Ströme oder die elektrische Kraft beträchtlich reduziert werden können. Dadurch wird gemäss der Erfindung selbst der Kraftverbrauch bei einer Vielzahl von Typen von stufenlos veränderlichen Getrieben verringert.
• Ein zusätzlicher Vorteil des Verfahrens gemäss der Erfindung besteht darin, dass Vibrationen und Geräusche, die bsp. von der Strasse herrühren oder von der Maschine und die in das Innere des Fahrzeuges übertragen werden, reduziert werden können, da die vorliegende Schlupfkupplung dazu beiträgt, die Geräusche und Vibrationen in dem Fahrzeug weniger störend zu empfinden, was zu einer Erhöhung des Komforts führt, wenn das Getriebe der Erfindung bei einem Fahrzeug verwendet wird.
• Ein anderer Vorteil ergibt sich weiterhin daraus, dass wegen eines generell akzeptierten festen Sicherheitsüberschusses oberhalb einer maximal erforderlichen Klemmkraft für eine Übertragung ein nominelles Drehmoment jetzt erniedrigt werden kann, sodass dieser Sicherheitsüberschuss veränderlich gestaltet werden kann sowie in Abhängigkeit von dem tatsächlich benötigten Drehmoment.
• Bei einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens zum Regeln eines stufenlos veränderlichen Getriebes gemäss der Erfindung sind die Regelmittel des Getriebes für die Beibehaltung eines im wesentlichen konstanten kontinuierlichen Schlupfes angeordnet, um die Brennstoffeinsparungen zu optimieren. In der Praxis wurde festgestellt, dass ein solcher im wesentlichen konstanter Schlupf einen angemessenen Schutz gegen Drehmomentsprünge beseitigt, die bsp. von der Strasse herrühren.
• Es ist anzumerken, dass das Merkmal des Drehmomentflusses oder Drehmomentverschmelzens, wie es mit der Erfindung alternativ vorgesehen wird, nicht unter allen Umständen notwendigerweise angewandt werden muss. Es kann bsp. vorteilhaft bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung in solchen Teilen oder Bereichen des Geschwindigkeitsbereichs eines Fahrzeuges angewandt werden, in welchem das Getriebe verwendet werden soll, in welchen die Sicherheit des Riemens am meisten kritisch ist oder wo das Brennstoffersparnis am größten ist. Der besagte Kupplungsschlupf wird jedoch vorzugsweise über den gesamten Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlbereich hinweg eingesetzt und wird nicht nur dann abgeschaltet, wenn als Folge einer Konzentration von Drehmomentsprüngen erfasst wird, dass die Kupplung überhitzt werden kann oder aus demselben Grund etwas gekühlt werden sollte.
• Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens zum Regeln eines stufenlos veränderlichen Getriebes gemäss der Erfindung weist das kennzeichnende Merkmal auf, dass die Kupplung des Getriebes mit dessen Abriebswelle vereint ist. Diese stromabwärts befindliche Position der Kupplung wird favorisiert, weil mögliche Drehmomentsprünge, die von der Strasse oder den Rädern des Fahrzeuges herrühren, die Übertragungsmittel nicht erreichen werden, also dessen veränderlichen Teil. Dieser Teil umfasst bsp. die Transmissionsscheiben und den Transmissionsriemen, wobei diese Elemente in einer solchen Konfiguration durch die kontinuierliche Schlupfkupplung am sichersten geschützt werden, insbesondere bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten, wo die Drehmomentsprünge, die von der Strasse herrühren, relativ schwer und störend sind.
• Noch eine weitere Ausführungsform des Verfahrens zum Regeln eines stufenlos veränderlichen Getriebes gemäss der Erfindung - gekennzeichnet dadurch, dass die Regeleinrichtung des Getriebes mit Rechenmitteln versehen ist, an welche Signale eingegeben werden, wobei die Signale die Drehzahlen der hineingehenden und der herausgehenden Drehwelle der Kupplung repräsentieren und wobei die Rechenmittel mit einem Schlupfregeleingang der Kupplung gekuppelt sind für die Bestimmung eines Anteils des erlaubten Schlupfes zum Regeln der Klemmkraft - ergibt den Vorteil, dass ein genaues Regeln der Wechselbeziehung zwischen den Anteilen der möglicherweise reduzierten Klemmkraft und des erlaubten Schlupfes durch generell mit einem Mikroprozessor gesteuerte Berechnungen von verschiedenen Signalen erreicht wird, die praktisch zur Verfügung stehen, wie bsp. erwähnt in der vorstehend zum Stand der Technik benannten US-A-4 606 446. Vorteilhaft werden bei dieser Ausführungsform keine relativ anfälligen und teueren Drucksensoren für die Messungen und Berechnungen benötigt.
• Vorzugsweise wird noch bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens der Schlupf in einem Drehzahldifferenzbereich der Kupplungswellen zwischen 0 und etwa 20 U/min abgestimmt, vorzugsweise zwischen 0 und 10 U/min und noch mehr bevorzugt bei etwa 5 U/min. In dem unteren Schlupfbereich sind die Brennstoffeinsparungen geringer, und die Regelung des Anteils des Schlupfes wird unsicher und schafft das Risiko, dass die Kupplung unkontrolliert in eine geschlossene Position umspringen wird. Ein höherer Schlupf, insbesondere bei etwa 5 U/min. der leicht erfasst werden kann, wird eine erheblichere Reduzierung für die Einsparung von Brennstoff erlauben. Ein zu hoher Schlupf wird jedoch zu einem wesentlichen Verschleiß der Kupplung führen sowie zu einem erhöhten Energieverlust in der Kupplung, was selbst durch ein Brennstoffersparnis als Folge einer verringerten Klemmkraft nicht ausgeglichen werden kann. Falls erforderlich könnte die Schlupfkupplung gekühlt werden, bsp. dadurch, dass eine nützliche Verwendung der Hitze der Kupplung erlaubt wird, wie bsp. für eine Erwärmung in einem Fahrzeug. Ein bevorzugter Schlupf von etwa 5 U/min ergibt typischerweise eine Nettobrennstoffersparnis von etwa 3 bis 4%.
• Der Erfinder hat weiterhin gefunden, dass ein Reibkupplungsmaterial der Kupplung des Getriebes, das gemäss der Erfindung geregelt wird, ein solches Verhalten des Reibungskoeffizienten zeigt, dass sich sein Reibungskoeffizient bevorzugt erhöht bei einem sich vergrößernden Schlupf. Aus der Sicht des Kontrollpunktes für den Schlupf hat es sich in der Praxis ergeben, dass wenn ein solches Kupplungsmaterial die Eigenschaft hat, dass sich der Reibungskoeffizient erhöht mit einem sich vergrößernden Schlupf, dann bei einem stufenlos veränderlichen Getriebe eine sehr stabile Regelung des Schlupfprozesses mittels einer Standardelektronik leicht zu erreichen ist. Diese Eigenschaft sollte daher zumindest in den vorerwähnten Abstimmbereichen der Kupplung vorhanden sein, also in dem niedrigsten Schlupfbereich.
• Eine weitere Ausführungsform des Reibkupplungsmaterials gemäss der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass in dem höheren Drehzahldifferenzbereich der Reibungskoeffizient im wesentlichen konstant ist. Dadurch wird sichergestellt, dass selbst bei Störungen, die durch die Strasse eingeleitet werden, ein konstantes Drehmoment durch die Kupplung hindurch übertragen wird und dass der Anteil des Schlupfes dann immer noch regelbar ist, während der Übergang zu einem höheren Schlupfwert, also das Auftreten eines Drehmomentsprunges, leicht erfasst werden kann. Auch lässt sich die Kraft zum Geschlossenhalten der Kupplung wenn gewünscht einfach bestimmen.
• Weitere bevorzugte Ausführungsformen und darauf bezogene Merkmale der vorliegenden Erfindung wie auch vorstehend erwähnt, sind in den verbleibenden Ansprüchen und Unteransprüchen angegeben.
• Das Verfahren zum Regeln eines stufenlos veränderlichen Getriebes und die darauf bezogenen Merkmale gemäss der Erfindung werden nunmehr zusammen mit ihren zusätzlichen Vorteilen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt
• Fig. 1 eine schematische Darstellung einer möglichen Ausführungsform des stufenlos veränderlichen Getriebes gemäss der vorliegenden Erfindung;
• Fig. 2 zeigt eine Grafik, die den Verlauf der erreichbaren prozentualen Brennstoffersparnis als Folge einer reduzierten Klemmkraft gegenüber einem sich erhöhenden Schlupf der Kupplung bei dem Getriebe der Fig. 1 angibt;
• Fig. 3 zeigt eine Grafik, die den Verlauf des Reibungskoeffizienten eines Reibungsmaterials gegen den absoluten Schlupfwert angibt, wobei das Material in einer Kupplung gemäss der vorliegenden Erfindung bei dem Getriebe der Fig. 1 verwendet werden kann; und
• Fig. 4 zeigt ein Zustandsschaubild zur Angabe einer möglichen Strategie zum Regeln des Schlupfes in dem Getriebe der Fig. 1.
• Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform eines stufenlos veränderlichen Getriebes 1 von der Art, die eine Primärriemenscheibe 2 - generell die Riemenscheibe auf der Antriebsseite - und eine Sekundärriemenscheibe 3 - generell die Riemenscheibe auf der angetriebenen Seite - umfasst. Die Primärriemenscheibe 2, hat eine Antriebswelle 4, die mit einer Maschine 5 gekuppelt ist, und die Sekundärriemenscheibe 3 hat eine Abriebsscheibe 6, die mit einem Belastungsprozess gekuppelt ist, in diesem Fall mit Rädern 7 eines schematisch dargestellten Fahrzeuges 8. Das stufenlos veränderliche Getriebe 1, das in der Zeichnung gezeigt ist, ist nur ein einziges Beispiel von möglichen Arten von stufenlos veränderlichen Getrieben, die oben in der Beschreibungseinleitung erwähnt sind, und es könnte hier verwendet werden. Die Riemenscheiben 2 und 3 sind jeweils mit Scheiben 9, 10 und 11, 12 versehen. Gewöhnlich sind zwei der Scheiben 10 und 11 entlang ihrer betreffenden Wellen 4 und 6 verschiebbar. Die Verschiebung wird durch Klemmkraftmittel 13-1 und 13-2 bewirkt, um den Radius eines endlosen Transmissionsmittels oder -elements bzw. Riemens 14 zu beeinflussen, der sich zwischen den Scheibenpaaren 9, 10 und 11, 12 bewegt. Die Elemente 2, 3, 9, 10, 11, 12 und 14 sind generell als ein Variator ausgeführt. Das endlose Transmissionsmittel 14 überträgt ein Antriebsdrehmoment von der Maschine 5 zu den Rädern 7 oder umgekehrt. Die Klemmkraftmittel 13-1, 13-2 sind jeweils mit einer Regeleinrichtung 15 gekuppelt, um das Antriebsdrehmoment durch das Getriebe 1 hindurch zu beeinflussen durch ein Regeln der Klemmkraft, die auf das endlose Transmissionsmittel 14 ausgeübt wird. Eine Drosselklappe in der Maschine 5 liefert ein Brennstoffventil-Öffnungssignal V für die Regeleinrichtung 15. Die Gesamtheit des Getriebes 1 ist neben einer schematisch gezeigten Bremse B mit einer Kupplung 16 versehen, durch welche hindurch das Antriebsdrehmoment generell hindurchgeht und welche auch mit der Regeleinrichtung 15 gekuppelt ist. Die Kupplung 16 ist für eine Anordnung zwischen dem Getriebe 1 und den Rädern 7 gezeigt, sie könnte bei Bedarf aber auch zwischen der Maschine und dem Getriebe 1 montiert sein. Während der Drehmomentübertragung oder unter Antriebsbedingungen, bei welchen ein konstantes oder ein fluktuierendes Drehmoment von der Maschine 5 durch das Getriebe 1 hindurch zu den Rädern 7 übertragen wird, wird die Kupplung 16 durch die Regeleinrichtung 15 derart geregelt, dass für sie ein Schlupfen erlaubt wird. Während solcher Bedingungen, unter welchen die Kupplung 16 kontinuierlich schlupfen kann, kann die Regeleinrichtung 15 die Klemmkraft verringern, welche die Klemmkraftmittel 13-1 und/oder 13-2 über die Scheiben 9 bis 12 auf das Transmissionselement 14 ausüben.
• Die Regeleinrichtung 15 ist mit Rechenmitteln versehen, generell in der Form eines Mikroprozessors PROC, an welchen Signale angeliefert werden, die verschiedene Wellendrehzahlen repräsentieren, die mit betreffenden Drehzahlsensoren S gemessen werden. In dieser Hinsicht beschreibt die US-A-4 606 446 verschiedene Signalberechnungen, Algorithmen und Ausführungsformen insbesondere der Elektronik, die zumindest teilweise für die Regeleinrichtung 15 verwendet werden könnte. Solche Drehzahlsensoren S sind ihrerseits mit der Antriebswelle 4, der Abtriebswelle 6, welche die hineingehende Kupplungswelle bildet, und einer herausgehenden Kupplungswelle 17 gekuppelt. Die Kupplung 16 ist mit einem Schlupfregeleingang 18 versehen, der ein Schlupfregelsignal führt, sodass der absolute oder relative Anteil des erlaubten Schlupfes, also der Drehzahlunterschied zwischen den Kupplungswellen 6 und 17, berechnet und geregelt werden kann.
• Die besagte Kupplung 16 kann eine Kupplung des Plattentyps sein, bei welchem das Drehmoment von der hineingehenden Welle 6 zu der herausgehenden Welle 17 durch Reibung übertragen wird. Der Kupplungsschlupf einer Kupplung des Plattentyps wird definiert als der Unterschied zwischen der Drehzahl der hineingehenden Welle 6 und der herausgehenden Welle 17. An die Teile der Kupplung wird eine Kupplungsdruck angelegt, um den Anteil der Reibung und dadurch den Anteil des Kupplungsschlupfes zu bestimmen, der auftritt, wenn ein vorgegebener Anteil des Drehmoments durch die besagte Kupplung übertragen wird. Der besagte Kupplungsdruck wird gewöhnlich hydraulisch aufgegeben mittels eines Regelsystems für die Kupplung, das ein elektrisch gesteuertes Ventil umfasst. Die Schlupfregelung der Kupplung 16 kann gemäss den folgenden Stufen erreicht werden:
• - Bestimmung der Drehzahlgeschwindigkeit der hineingehenden Welle 6 und der herausgehenden Welle 17 der Kupplung 16 mittels der Drehzahlsensoren S.
• - Bestimmung der Differenz zwischen den besagten Drehzahlen mittels des Mikroprozessors PROC/CALS;
• - Erhöhung des Kupplungsdruckes, wenn die besagte Differenz größer ist als der erlaubte Anteil des kontinuierlichen Schlupfes, oder Erniedrigung des Kupplungsdruckes, wenn die besagte Differenz kleiner ist als der erlaubte Anteil des kontinuierlichen Schlupfes.
• Der besagte Kupplungsdruck kann bsp. durch den Mikroprozessor PROC/CALS eingestellt werden, indem ein passendes Steuersignal an das elektronisch gesteuerte Ventil des Kupplungsregelsystems gesendet wird.
• Gleichzeitig mit dem Regeln des Schlupfes durch die Regeleinrichtung 15 regelt diese Einrichtung die Klemmkraft durch die Ausgabe von einem oder mehreren Klemmkraftregelsignalen P1, P2 an betreffenden Regeleingänge 19, 20, die an den Klemmkraftmitteln 13-1, 13-2 vorgesehen sind. Die Klemmkraft wird generell während solcher Zustände des Kupplungsschlupfes reduziert. Die Kupplung 16 kann falls erwünscht mit einer Kupplungseinheit kombiniert werden, die eine Neutral/Rückwärts/Vorwärts-Antriebseinheit gemeinsam mit einem Planetenrädersatz oder ohne diesen umfasst, wie bsp. beschrieben in der EP-A-0 446 497.
• Der erlaubte Schlupf ist meistens kleiner als 1 oder 2 Promille, berechnet auf die maximale Drehzahlgeschwindigkeit der Antriebswelle 4 der Maschine. Ein solcher Schlupf stellt Brennstoffersparnisse sicher sowie eine begrenzte und gut definierte Übertragung des Drehmoments an einen Variator, dessen Klemmkraft (insbesondere dessen Leitungsdruck) erniedrigt werden kann. Der Schlupf tritt vorzugsweise bei dem relevanten, gut messbaren Drehzahldifferenzbereich der Kupplungswellen zwischen 0 und etwa 20 U/min auf, vorzugsweise zwischen 0 und 10 U/min. noch mehr bevorzugt bei etwa 5 U/min. Fig. 2 zeigt die sich netto ergebenden positiven Brennstoffersparnisse als Folge der reduzierten Klemmkraft. Die Grafik zeigt insbesondere, dass innerhalb des oben spezifizierten Schlupfbereichs eine Erhöhung des Schlupfes SI nur eine sehr geringe Reduzierung dieser Ersparnisse ergibt, während das Zugeständnis an einen größeren Schlupf in der Kupplung 16 die Möglichkeiten für eine weiter verringerte Erniedrigung der Klemmkraft ergibt. Ein höherer Schlupf verringert die Brennstoffersparnisse, was in Fig. 2 global dargestellt ist. Ein Schlupf SI, der die oben erwähnte obere Grenze annähert, wird schließlich Hitzeprobleme schaffen und wird die Lebensdauer der Kupplung 16 verkürzen. Falls erforderlich kann die Hitze von der Kupplung entfernt werden. Wenn jedoch die möglicherweise überflüssige Hitze gemessen und/oder berechnet wird, die durch das Material der Schlupfkupplung bereitgestellt wird, dann ergibt sich ein Hilfssignal T für eine effektive Regelung des Schlupfprozesses in Abhängigkeit von verschiedenen Zuständen und Drehmomenten, die von der Maschine ausgeübt werden, die aber auch von dem Zustand der Strasse ausgeübt werden, über welche das Fahrzeug fährt, und insbesondere von der Art der Pflastersteine von bestimmten Pflasterungen. Eine effektive Regelung des Schlupfes wird Vorteile bei der Regelung einer Geräusch- und Vibrationsverringerung schaffen. Eine Stabilität des Schlupfregelprozesses ist in der Praxis neben der angewandten Schlupfstrategie ebenfalls wichtig. In dieser Hinsicht hat es sich ebenfalls erwiesen, dass einige Eigenschaften des Kupplungsreibmaterials wie bsp. sein Reibungskoeffizient in Abhängigkeit von dem tatsächlichen Schlupf zu einer verbesserten Regelmöglichkeit des Schlupfprozesses führen können. Die Stabilität des Schlupfprozesses hat sich in dem Fall der Auswahl eines Kupplungsreibmateriales merklich verbessert, welches die Eigenschaft aufweist, dass sein Reibungskoeffizient sich erhöht, wenn der Schlupf vergrößert wird. Ein solches Verhalten des Reibungskoeffizienten u als eine Funktion des Schlupfes SI ist in Fig. 3 gezeigt. Insbesondere kann eine verbesserte Stabilität erreicht werden in einem Bereich des Schlupfes und des Reibungskoeffizienten, in welchem eine positive erste Ableitung des Reibungskoeffizienten u über dem Schlupf SI auftritt. Rechts von einem Punkt R in Fig. 3 wird der Reibungskoeffizient praktisch reflektiert durch eine gerade Linie, die virtuell eine Konstante als eine Funktion des Schlupfes SI ist, wodurch sichergestellt wird, dass selbst während der Störungen, die von der Strasse herrühren, ein konstantes Drehmoment durch die Kupplung 16 hindurch übertragen wird. Der Anteil des erlaubten Schlupfes der Kupplung 16 beträgt vorzugsweise durchschnittlich etwa die Hälfte des Schlupfes Sr an dem Punkt R der Kurve für den Reibungskoeffizienten u über dem Schlupf SI.
• Fig. 4 stellt beispielhaft eine von verschiedenen möglichen Schlupfstrategien in einem Zustandschaubild dar, das mit der Software der Regeleinrichtung 15 und insbesondere mit einem Prozessor verwirklicht werden kann. Bei der Eingabe des Zustandes für einen Nullschupf oder Zustand ZS kann der Schlupf allmählich vergrößert werden, um in den stationären Zustand SC zu kommen, bei welchem der Schlupf wie vorstehend angegeben geregelt wird. Von dort kann der Schlupf reduziert werden, um zu dem Zustand ZS zurückzukehren. Aus Sicherheitsgründen in Bezug auf jeden dieser Zustände ist ein Übergang möglich auf einen vollständig sicheren Zustand FS, in welchem alle Signale und Variablen des Drehmoments und des Schlupfprozesses einen regelbaren, bekannten, festen und/oder sicheren Wert haben. Von dem Zustand SC ist ein Übergang zu und von einem Zustand PS möglich, in welchem eine in dem Getriebe 1 angewandte Druck- und Klemmkraft begrenzt wird zwischen oberen und unteren Grenzen, wobei natürlich verschiedene Varianten und Abänderungen möglich sind, wenn das hier erläuterte Konzept, das Verfahren und die Strategie zu einer praktischen Ausführungsform reduziert werden, wo es dann bei einem stufenlos veränderlichen Getriebe in einem Belastungsprozess oder in bestimmten Fahrzeugtypen angewandt wird.

Claims (8)

1. Verfahren zum Regeln eines stufenlos veränderlichen Getriebes (1), welches versehen ist mit:

- einer Antriebswelle (4) für ein Ankuppeln des Getriebes (1) an eine Maschine (5);

- einer Abtriebswelle (6) für ein Ankuppeln des Getriebes (1) an eine Last (7);

- Übertragungsmitteln (2, 3, 14) für die Übertragung einer Antriebskraft zwischen den besagten Wellen (4; 6, 17) wenigstens unter dem Einfluß einer Klemmkraft, die durch Erhöhung einer geforderten Klemmkraft, welche für eine Übertragung der Antriebskraft ohne einen Schlupf der Übertragungsmittel benötigt wird, um eine Sicherheitsspanne bestimmt werden kann;

- einer Kupplung (16), die mit wenigstens einer der besagten Wellen (4; 6, 17) verbunden ist und eine hineingehende Welle (6) und eine herausgehende Welle (17) aufweist; und

- Regelmitteln (15), die wenigstens für ein Regeln der Klemmkraft sowie auch der Kupplung (16) fähig sind, wobei die Kupplung (16) wenigstens geregelt werden kann, um einen Anteil des Kupplungsschlupfes (SI) zu ermöglichen, der definiert ist als die Differenz zwischen einer Drehzahl der hineingehenden Welle (6) und einer Drehzahl der herausgehenden Welle (17),

wobei das Verfahren besteht aus den Stufen:

- Regeln des Getriebes in den beiden möglichen Zuständen von entweder einem Zustand (ZS; FS) mit einem Nullschlupf, in welchem die Kupplung (16) geschlossen ist und überhaupt keinen Kupplungsschlupf erlaubt, oder in dem Zustand (SC; PS) mit einem Kupplungsschlupf, in welchem die Kupplung (16) einen Anteil des Kupplungsschlupfes (SI) erlaubt; und

- Regeln der Klemmkraft in jedem der besagten Zustände (ZS, FS; SC, PS), wodurch die Sicherheitsspanne in dem Zustand (SC; PS) des Kupplungsschlupfes niedriger ist als in dem Zustand (ZS, FS) des Nullschlupfes.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des Kupplungsschlupfes (SI), der in dem Zustand (SC; PS) des Kupplungsschlupfes erlaubt ist, im wesentlichen konstant ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des Kupplungsschlupfes (SI) über einen hauptsächlichen Teil des Drehzahlbereichs der Abtriebswelle (6, 17) angewandt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (16) mit der Abtriebswelle (6) verbunden ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelmittel (15) des stufenlos veränderlichen Getriebes (1) mit Rechenmitteln (CALC) versehen sind, an welche Signale eingegeben werden, wobei die Signale wenigstens die Drehzahl der hineingehenden Welle (6) und der herausgehenden Welle (17) darstellen und wobei die Rechenmittel (CALC) mit einem Schlupfregeleingang (SI) der Kupplung (16) gekuppelt sind für ein Regeln des Anteils des Kupplungsschlupfes (SI).

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des Kupplungsschlupfes (SI) kleiner ist als etwa 20 U/min. vorzugsweise kleiner als 10 U/min. mehr bevorzugt etwa 5 U/min.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (16) eine Kupplung des Plattentyps ist und mit einer Kupplungsplatte versehen ist, die wenigstens eine Berührungsfläche aufweist, welche das Merkmal besitzt, daß sich ihr Reibungskoeffizient (u) für kleine Werte des Kupplungsschlupfes (SI) erhöht, wenn sich der Kupplungsschlupf (SI) vergrößert.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die besagte Berührungsfläche weiterhin das Merkmal aufweist, daß ihr Reibungskoeffizient (u) für größere Werte des Kupplungsschlupfes (SI) im wesentlichen konstant ist.