DE102017103136A1

DE102017103136A1 - Drehmomentwandler mit einem Winkelverstellstator und einer Überbrückungskupplung

Info

Publication number: DE102017103136A1
Application number: DE102017103136.7A
Authority: DE
Inventors: John Edward Brevick; Steven Anatole Frait; VINCENT PATRICK LaVOIE; Norman Jerry Bird
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2016-02-16
Filing date: 2017-02-16
Publication date: 2017-08-17
Also published as: CN107084241B; CN107084241A

Abstract

Ein Triebstrang weist einen Drehmomentwandler mit sowohl einem Winkelverstellstator als auch einer Überbrückungskupplung auf. Diese werden in zwei Moden gesteuert, um eine Sollschlupfdrehzahl zu halten. In einem ersten Modus ist die Überbrückungskupplung vollständig gelöst und Schlupf wird durch Verstellen des Winkels der Statorschaufeln gesteuert. In einem zweiten Modus, wird der Stator in der engsten Position gehalten und Schlupf wird durch Verstellen der Drehmomentkapazität der Überbrückungskupplung gesteuert. Der Sollschlupf wird basierend auf einer Vielzahl von unterschiedlichen Eingangssignalen in Abhängigkeit davon, welche Art von Manöver durchgeführt wird, gesteuert.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung ist eine Teilfortführungsanmeldung der am 22. Dezember 2015 eingereichten US-Patentanmeldung Nr. 14/978,198, die hiermit hierin in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme aufgenommen ist.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet automobiler Triebstränge. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Drehmomentwandler mit einem Winkelverstellstator.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Viele Fahrzeuge werden über einen weiten Bereich von Fahrzeuggeschwindigkeiten, welche sowohl Vorwärtsbewegungen als Rückwärtsbewegungen umfassen, verwendet. Einige Motortypen sind jedoch nur innerhalb eines engen Drehzahlbereichs in der Lage, effizient betrieben zu werden. Demnach werden regelmäßig Triebstränge, die in der Lage sind, Leistungen effizient bei einer Vielzahl von Übersetzungsverhältnissen zu übertragen, verwendet. Wenn das Fahrzeug langsam fährt, wird der Triebstrang üblicherweise mit hohen Übersetzungsverhältnissen betrieben, sodass das Motordrehmoment für eine verbesserte Beschleunigung multipliziert wird. Bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten erlaubt der Betrieb des Triebstrangs bei niedrigen Übersetzungsverhältnissen eine Motordrehzahl, welche ein leises und kraftstoffeffizientes Fahren erlaubt. Typischerweise weist ein Triebstrang ein an der Fahrzeugstruktur montiertes Gehäuse, eine Eingangswelle, die durch eine Motorkurbelwelle angetrieben wird, und eine Ausgangswelle auf, welche die Fahrzeugräder, oftmals über ein Differenzial, antreibt, das es erlaubt, dass das linke und rechte Rad sich geringfügig unterschiedlich schnell drehen, wenn das Fahrzeug eine Kurve fährt.
Selbst wenn ein sehr hohes Übersetzungsverhältnis ausgewählt ist, ist die Getriebeeingangsdrehzahl null, wenn das Fahrzeug stillsteht. Da ein Verbrennungsmotor nicht in der Lage ist, ein Drehmoment bei einer Wellendrehzahl von null zu erzeugen, wird irgendein Typ von Startgerät typischerweise zwischen dem Motor und der Getriebeeingangswelle verwendet. Ein übliches Startgerät für einen automatischen Triebstrang ist eine Fluidkupplung. Eine Fluidkupplung ist ein hydrodynamisches Drehmomentübertragungsgerät, das eine Pumpe und eine Turbine in einer Torusform aufweist, welche die Triebstrangachse umgeben. Wenn die Pumpe sich schneller dreht als die Turbine, bedingt die Pumpe, dass das Fluid in dem Torus rotiert, wodurch ein Drehmoment auf die Turbine und ein Widerstandsdrehmoment auf die Pumpe wirkt. Ein Drehmomentwandler ist eine Fluidkupplung, die auch einen drehfest gehaltenen Stator umfasst. Der Stator richtet den Strom, sodass das auf die Turbine wirkende Drehmoment größer ist, als das auf die Pumpe wirkende Widerstandsdrehmoment. Wenn das Fahrzeug stillsteht, steht auch die Turbine still, aber die Pumpe kann mit der Motorkurbelwelle gekoppelt sein. Aufgrund der Drehzahlunterschiede zwischen der Pumpe und der Turbine hält die Pumpe der Rotation der Kurbelwelle stand. Das Widerstandsdrehmoment ist klein genug, sodass der Motor nicht abgewürgt wird. Jedoch verbraucht der Motor zusätzlichen Kraftstoff, über das, was dieser im lastfreien Leerlauf benötigt, hinaus, um das Widerstandsdrehmoment zu überwinden. Ein Mehrfaches des Motordrehmoments wird auf den Getriebeeingang übertragen, welcher mit der Turbine gekoppelt ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung schlägt einen Triebstrang nach Anspruch 1 vor. Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein Triebstrang weist einen Drehmomentwandler und eine Steuerung auf. Der Drehmomentwandler weist eine Pumpe, eine Turbine, einen Winkelverstellstator und eine Überbrückungskupplung auf. In einem ersten Modus ist die Steuerung programmiert eine Drehmomentkapazität einer Überbrückungskupplung einzustellen, um einen Sollschlupf zwischen der Turbine und der Pumpe zu halten, während der Statorwinkel in einer Einstellung entsprechend einer engsten Drehmomentwandlercharakteristik verbleibt. Die Steuerung geht in einen zweiten Modus in Reaktion auf eine Reduktion der Drehmomentkapazität auf null über. In dem zweiten Modus ist die Steuerung programmiert, den Statorwinkel zum Halten des Sollschlupf einzustellen, während die Drehmomentkapazität auf null verbleibt. Die Steuerung kehrt in Reaktion darauf, dass der Statorwinkel die engste Einstellung erreicht hat, in den ersten Modus zurück. Der Sollschlupf kann auf verschiedenen Kriterien basieren, abhängig davon, welcher Manövertyp durchgeführt wird. Während eines Startereignisses, kann der Sollschlupf basierend auf einer Pedalposition, einer Fahrzeuggeschwindigkeit, einem atmosphärischem Druck, einer Straßensteigung und/oder einer Fahrzeugmasse basieren. Während eines Schaltereignisses kann der Schlupf auf einem Motordrehmoment und/oder einer verstrichenen Zeit basieren. Während eines Drehmomentumkehrereignisses kann der Sollschlupf auf einem Motordrehmoment basieren.
Ein mögliches Verfahren zur Steuerung eines Triebstrangs umfasst ein wiederholtes Messen einer Schlupfdrehzahl und ein Einstellen einer Drehzahlkapazität einer Überbrückungskupplung und eines Statorwinkels. Während ein Statorwinkel in einem vollständig engen Zustand ist wird die Drehmomentkapazität der Überbrückungskupplung basierend auf der Schlupfdrehzahl eingestellt. Während die Überbrückungskupplung vollständig ausgekuppelt ist, wird der Statorwinkel basierend auf der Schlupfdrehzahl eingestellt. In manchen Ausführungsformen können sowohl der Statorwinkel als auch die Überbrückungskupplungsdrehmomentkapazität durch Verändern eines Stroms zu einem einzigen Magneten gesteuert werden. In anderen Ausführungsformen können die zwei durch Verwenden zweier separater Magneten eingestellt werden.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 ist eine schematische Darstellung eines exemplarischen Fahrzeugantriebsstrangs.
2 ist eine schematische Schnittdarstellung einer Drehmomentwandleranordnung, die zum Steuern einer Überbrückungskupplung und eines Statorwinkels durch Verwendung zweier Fluidkanäle ausgebildet ist.
3 ist ein Graph, der die Drücke in den zwei Fluidkanälen der Drehmomentwandleranordnung gemäß 2 als Funktion eines einzelnen Magnetstroms darstellt.
4 ist eine schematische Schnittdarstellung einer zweiten Drehmomentwandleranordnung, die zum Steuern eine Überbrückungskupplung und eines Statorwinkels durch Verwendung von drei Fluidkanälen konfiguriert ist.
5 ist ein Paar an Graphen, das die Drücke in den drei Fluidkanälen des Drehmomentwandleraufbaus gemäß 4 als Funktion zweier Magnetströme darstellt.
6 ist ein schematischer Querschnitt eines dritten Drehmomentwandleraufbaus, der zum Steuern einer Überbrückungskupplung und eines Statorwinkels unter Verwendung der drei Fluidkanäle konfiguriert ist.
7 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung eines Drehmomentwandlers mit einem Winkelverstellstator und einer Überbrückungskupplung während eines Startereignisses.
8 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung eines Winkelverstellstators und einer Überbrückungskupplung als Funktion eines Sollschlupfs.
9 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung eines Drehmomentwandlers mit einem Winkelverstellstator und einer Überbrückungskupplung während eines Schaltereignisses.
10 ist ein Graph, der ein Sollschlupfprofil als eine Funktion der Zeit während eines Schaltereignisses darstellt.
11 ist ein Graph, der ein Sollschlupfprofil als eine Funktion der Zeit während eines Drehmomentumkehrereignisses darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden hier beschrieben. Es sei angemerkt, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen mannigfaltige und alternative Formen aufweisen können. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstäblich und einige Merkmale können vergrößert oder verkleinert die Details von speziellen Komponenten darstellen. Daher sind spezifische strukturelle und funktionelle Details, die hierin offenbart sind, nicht beschränkend zu verstehen, sondern dienen lediglich als repräsentative Basis der Lehre für den angesprochenen Fachmann, wie die vorliegende Erfindung anzuwenden ist. Der Durchschnittsfachmann wird verstehen, dass verschiedene Merkmale, die dargestellt und mit Bezug auf eine der Figuren mit Merkmalen beschrieben sind, die in einer oder mehrerer anderer Figuren dargestellt sind, kombiniert werden können, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht ausdrücklich gezeigt oder beschrieben sind. Die Kombination von dargestellten Merkmalen, stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen dar. Verschiedene Änderungen und Modifikationen der Merkmale, die innerhalb der Lehre der Offenbarung liegen, können jedoch für spezielle Anwendungen oder Implementierungen wünschenswert sein.
1 stellt schematisch einen Fahrzeugantriebsstrang 10 dar. Die fetten Linien stellen den Fluss der mechanischen Leistung dar, wohingegen die gestrichelten Linien den Informationsfluss darstellen. Ein Verbrennungsmotor 12 erzeugt durch Umwandlung chemischer, in einer Kraftstoffquelle gespeicherter Energie mechanische Leistung. Ein Triebstrang 14 passt Drehzahl und Drehmoment der durch den Motor erzeugten mechanischen Leistung entsprechend der momentanen Bedürfnisse des Fahrzeugs an. Mechanische Leistung wird von dem Triebstrang 14 durch ein Differenzial 20 auf linke und rechte Räder 16 und 18 geleitet. Das Differenzial 20 stellt ein ungefähr gleiches Drehmoment für jedes Rad bereit, während es geringe Drehzahlunterschiede ausgleicht, zum Beispiel wenn das Fahrzeug um eine Kurve fährt. In einem heckgetriebenen Fahrzeuglayout ändert das Differenzial auch die Rotationsachse um etwa 90° und stellt die Drehzahl und das Drehmoment auf eine fixe Achsübersetzung ein. In einer vorderradgetriebene Konfiguration kann das Differenzial in den Triebstrang integriert sein, was auch Transaxle genannt wird.
Der Triebstrang 14 weist als zwei Leistungsübertragungsstufen einen Drehmomentwandler 22 und ein Getriebe 24 auf. Die Triebstrangeingangswelle 26 ist antreibbar fest mit der Motorkurbelwelle verbunden. Der Drehmomentwandler überträgt Leistung und Drehmoment von der Triebstrangeingangswelle 26 zu der Turbinenwelle 28. Das Getriebe 24 weist eine Anzahl von Übersetzungsverhältnissen auf, umfassend mehrere Vorwärtsübersetzungsverhältnisse und zumindest ein Rückwärtsübersetzungsverhältnis.
Das Getriebe 24 kann eine Anzahl von steuerbaren Kupplungen aufweisen, die in verschiedenen Kombinationen zur Erzeugung verschiedener Leistungsflusspfade mit unterschiedlichen festen Übersetzungsverhältnissen gekuppelt werden können. Alternativ oder in Kombination kann der Triebstrang 24 einen Variator aufweisen, der dazu in der Lage ist, jedes Übersetzungsverhältnis innerhalb fester Grenzen herzustellen.
Das Getriebe, der Drehmomentwandler und der Motor reagieren auf Befehle von einer Steuerung 30. Befehle für die Getriebekupplungen und den Drehmomentwandler können durch Einstellen eines elektrischen Stroms übertragen werden, wodurch wiederum ein Druck in einer Kolbenkammer eingestellt wird. Die Steuerung 30 ermittelt einen gewünschten Zustand des Triebstrangs und des Motors basierend auf den Signalen von verschiedenen Sensoren. Diese Sensoren können Triebstrang und Motorsensoren umfassen, welche die Drehzahlen der Triebstrangeingangswelle 26, der Turbinenwelle 28 und der Triebstrangausgangswelle anzeigen. Diese Sensoren können auch ein durch einen Fahrer betätigtes Gaspedal 32 umfassen, das den Leistungsbedarf des Fahrers angezeigt. Die Steuerung 30 kann eine spezielle Steuerung oder eine Kombination von separat kommunizierenden Steuerungen, wie einer Fahrzeugsystemsteuerung, einer Triebstrangsteuerung und einer Motorsteuerung sein.
2 stellt schematisch eine erste Ausführungsform des Drehmomentwandlers 22 dar. Ein hydrodynamischer Leistungsflusspfad umfasst einen Impeller 34 und eine Turbine 36. Der Impeller 34 ist fest mit der Triebstrangeingangswelle 26 gekuppelt, die dazu ausgebildet ist, an einer Motorkurbelwelle fixiert zu sein. Die Turbine 36 ist fest mit einer Turbinenwelle 28 gekuppelt. Ein Stator 38 ist durch eine passive Einwegkupplung 42 ans Triebstranggehäuse 40 gekuppelt. Bei niedrigen Turbinenwellengeschwindigkeiten bewirkt der Impeller 34, dass das Fluid um den Torus vom Impeller 34 zur Turbine 36 zum Stator 38 und zurück zum Impeller 34 fließt. Der Stator 38 wird gegen Rotation durch eine Einwegkupplung 42 gehalten, sodass er den Strom umleiten und ein Reaktionsdrehmoment für eine Drehmomentmultiplikation bereitstellen kann. Wenn die Drehzahl der Turbine 36 die Drehzahl des Impellers 34 erreicht, fließt das Fluid in dem Torus umfänglich um die Eingangswelle mit dem Impeller und der Turbine herum. Die Einwegkupplung 42 läuft dann frei, sodass der Stator 38 rotieren kann, anstelle diesen Strom zu behindern.
Der Leistungsfluss durch den hydrodynamischen Leistungsflusspfad wird durch die Drehzahl des Impellers 34 und die Drehzahl der Turbine 36 bestimmt. Das Verhältnis zwischen den Drehzahlen und den Drehmomenten ist eine komplexe Funktion aus der Torusgeometrie und dem Schaufelwinkel des Impellers, der Turbine und des Stators. Bei einer konstanten Turbinendrehzahl steigen sowohl das Pumpendrehmoment als auch Turbinendrehmoment in dem Maße an, wie die Pumpendrehzahl ansteigt. Ein Drehmomentwandler, der dazu ausgebildet ist, bei einer gegebenen Impeller- und Pumpengeschwindigkeit ein höheres Widerstandsdrehmoment auf die Pumpe auszuüben, wird ein steifer oder angespannter, enger Wandler genannt, wohingegen ein Drehmomentwandler, der ausgebildet ist, ein geringeres Drehmoment für dieselbe Impeller- und Pumpengeschwindigkeit auszugeben, als ein loser Wandler bezeichnet wird. Die Steifigkeit eines Drehmomentwandlers kann durch einen K-Faktor oder eine Kapazitätscharakteristik ausgedrückt werden, welche das Impellerdrehmoment und die Impellerdrehzahl in ein Verhältnis setzen. Ein niedriger K-Faktor deutet auf einen engen, angespannten Wandler hin, wohingegen ein hoher K-Faktor auf einen losen Wandler oder K-Faktor hindeutet. Das Verhältnis von Turbinendrehmoment zu Impellerdrehmoment erhöht sich üblicherweise, wenn sich das Verhältnis von Impellergeschwindigkeit zu Turbinengeschwindigkeit erhöht. Jedoch ist basierend auf der Energieerhaltung das Drehmomentverhältnis nie größer als das Geschwindigkeitsverhältnis. Das Produkt des Geschwindigkeitsverhältnisses und des Drehmomentverhältnisses ist der Wandlerwirkungsgrad, der als eine Funktion von Impellergeschwindigkeit und Turbinengeschwindigkeit zwischen null und eins variiert. Das Drehmomentverhältnis, wenn die Turbine stillsteht, wird Stillstandsdrehmomentverhältnis genannt. Das Drehmomentwandlerdesign weißt häufig Kompromisse zwischen dem Erreichen der gewünschten Steifigkeit, einer Maximierung der Effizienz und einer Maximierung des Drehmomentverhältnisses auf. Die vorteilhafteste Kombination von Eigenschaften ist für unterschiedliche Fahrzeugbetriebsbedingungen unterschiedlich. Ein Kolben 44 ist über eine mechanische Verbindung mit den Schaufeln des Stators 38 verbunden, sodass ein Bewegen des Kolbens den Winkel der Statorschaufeln verändert, wodurch der K-Faktor und das Drehmomentverhältnis geändert werden.
Die Triebstrangeingangswelle 26 ist mit der Turbinenwelle 28 durch eine Überbrückungskupplung, die einen zweiten Leistungsflusspfad bereitstellt, wahlweise gekuppelt. Die Überbrückungskupplung umfasst einen Kolben 46, der fest mit der Turbinenwelle 28 gekoppelt ist und einen Reibbelag 48 aufweist, der einem Teil der Eingangswelle 26 zugesandt ist. Die Drehmomentkapazität der Überbrückungskupplung ist proportional zu der Kraft, mit welcher der Reibbelag gegen die Eingangswelle gepresst wird. Wenn das Fahrzeug bei moderaten Geschwindigkeiten fährt, ist die benötigte Leistung generell gering und ist die Kraftstoffeffizienz wichtig. Oftmals kann die Überbrückungskupplung während des Fahrens betätigt werden, um das Motordrehmoment mit sehr hoher Effizienz zur Turbinenwelle zu übertragen. Jedoch kann unter manchen Bedingungen, insbesondere bei niedrigen Geschwindigkeiten mit hohen Getriebeübersetzungsverhältnissen, die Überbrückungskupplung ausgekuppelt werden, weil die durch den hydrodynamischen Leistungsflusspfad bereitgestellte Drehmomentvibrationsisolation benötigt wird. Unter diesen Umständen ist die Drehmomentwandlereffizienz sehr wichtig. Ein zu loser Wandler, der einen zu großen Drehzahlunterschied zwischen dem Motor und der Turbinenwelle zulässt, reduziert die Effizienz. Ebenso macht es ein größerer Drehzahlunterschied zwischen dem Motor und der Turbinenwelle schwieriger, die Überbrückungskupplung sanft zu betätigen.
In dem Drehmomentwandler gemäß 2 werden sowohl Statorwinkel als auch Überbrückungskupplungsdrehmomentkapazität durch Verwendung von nur zwei Fluidkanälen gesteuert. Pfeile in 2 zeigen die Richtung des Fluidflusses an, wenn die Überbrückungskupplung ausgekuppelt ist. Das Fluid fließt von einem Ventilkörper durch einen axialen Kanal in der Turbinenwelle 28 zu einer Entspannungskammer 50. Von dort fließt es an dem Reibbelag 48 vorbei in die Anwendungskammer 52. Die Lücke zwischen dem Reibbelag 48 und dem Einlass 26 ist klein genug, um einen Druckabfall zwischen der Entspannungskammer 50 und der Anwendungskammer 52 zu verursachen. Von der Anwendungskammer 52 fließt das Fluid zwischen dem Impeller 34 und der Turbine 36 in eine hydrodynamische Kammer. Das Fluid fließt aus der hydrodynamischen Kammer zwischen dem Stator 38 und dem Impeller 34 heraus. Von dort fließt das Fluid durch ein Loch in der Statorwelle 40 und zurück zu dem Ventilkörper zwischen der Statorwelle und der Turbinenwelle. Die Verengungskammer 54 ist fluidisch mit dem Kanal zwischen der Statorwelle und der Turbinenwelle verbunden. Die zwei Kammern sind fluidisch verbunden, wenn der Fließwiderstand zwischen diesen klein genug ist, sodass angenommen werden kann, dass diese im Wesentlichen den gleichen Druck aufweisen. Im Gegensatz dazu sind Kammern, die durch kleine Düsen oder durch eine Pumpe verbunden sind, nicht fluidisch miteinander verbunden, selbst wenn Fluid zwischen diesen fließen kann. Der Kolben 46 wird durch den Druckunterschied zwischen der Entspannungskammer 50 und der Anwendungskammer 52 und ebenso durch eine Rückstellfeder 58 in der ausgekuppelten Position gehalten.
Eine Lösekammer 56 ist fluidisch mit der Entspannungskammer 50 durch ein Loch in der Turbinenwelle 28 verbunden. An der Schnittstelle zwischen den beiden Wellen, die mit unterschiedlichen Drehzahlen rotieren, ist der Kanal zwischen der Entspannungskammer 50 und der Lösekammer 56 durch Dichtungen 60 und 62 definiert, die diesen Kanal von anderen Kammern isolieren. Wenn die Überbrückungskupplung vollständig ausgekuppelt ist, ist der Druck in der Lösekammer 56 höher, als der Druck in der Spannungskammer 54. Diese Druckdifferenz in Kombination mit der Kraft, die durch die Feder 64 ausgeübt wird, drückt den Kolben 44 nach rechts, was der losesten Wandlercharakteristik entspricht.
3 stellt dar, wie die Steuerung den Statorwinkel und die Kupplungskapazität für den Drehmomentwandler in 2 steuert. Die Steuerung steuert einen Magnetstrom. In Reaktion auf diesen Magnetstrom stellen eines oder mehrere Ventile in dem Ventilkörper die Fluiddrücke in den zwei Kreisläufen ein. Der Druck in dem ersten Kreislauf, der fluidisch mit der Entspannungskammer 50 über das Zentrum der Turbinenwelle 28 verbunden ist, folgt dem Verlauf der Kurve 70. Der Druck in dem zweiten Kreislauf, der fluidisch mit der Spannungskammer 54 über den Raum zwischen der Turbinenwelle 28 und der Statorwelle 40 verbunden ist, folgt dem Verlauf der Kurve 72.
Bei Nullstrom treibt der Druck den Kolben 46 in dem ersten Kreislauf in die gelöste Position und den Kolben 44 in die lose Neigungsposition. Der Druck in dem zweiten Kreislauf ist geringer als der Druck in dem ersten Kreislauf, da der Fließwiderstands den Kolben passiert hat. Wenn der zweite Magnetstrom erhöht wird, fallen beide Drücke in der gleichen Rate, bis ein Schwellenwert erreicht wird. Jenseits dieses Schwellenwertes beginnt der Ventilkörper den Druck in dem zweiten Kreislauf in dem Maße zu erhöhen, wie sich der Magnetstrom erhöht. Das Druckgleichgewicht am Kolben 44 ist so, dass die hydrodynamischen Kräfte den Statorwinkel für einige Motordrehmoment- und Geschwindigkeitsverhältnisse von der losesten Position weg bewegen können. Dies wird lastabhängiger Bereich genannt. Wenn der Magnetstrom weiter erhöht wird, wird ein Punkt erreicht, an dem das Druckgleichgewicht an dem Kolben 44 den Statorwinkel in die engste Position für alle Motordrehmomente und Geschwindigkeitsverhältnisse zwingt. Die Federkonstante der Rückstellfeder 64 ist so ausgewählt, dass diese Übergangsschwellenwerte angemessen sind. Wenn der Magnetstrom noch weiter erhöht wird, wird ein Punkt 74 erreicht, an dem der Druck in der Anwendungskammer 52 den Druck in der Entspannungskammer 50 derart übersteigt, dass die Kraft der Rückstellfeder 58 überwunden wird und der Kolben 46 in die eingekuppelte Position gedrückt wird. Erhöhen des Magnetdrucks über diesen Punkt erhöht die Kupplungsdrehmomentkapazität.
4 stellt einen Drehmomentwandler mit einem Verstellstator und einer Überbrückungskupplung dar, die von insgesamt drei Fluidkanälen unabhängig gesteuert werden können. Der zusätzliche Kanal ist innerhalb der Statorwelle 40 ausgebildet, was bedingt, dass die Statorwelle 40 einen größeren Querschnitt aufweist als in 2. Obwohl 4 eine Statorwelle mit einem Querschnitt mit gleichbleibender Dicke für die gesamte Länge zeigt, kann unter bestimmten Umständen ein Querschnitt mit veränderlicher Dicke bevorzugt sein. Fluid, das von der hydrodynamischen Kammer zurückkehrt, wenn die Kupplung ausgekuppelt ist oder in die hydrodynamischen Kammer hineinströmt, wird durch diesen neuen Kanal geleitet. Fluid fließt über den Fluidkanal zu der Spannungskammer 54 zwischen der Statorwelle 40 und der Turbinenwelle 28 und dann durch ein Loch in der Statorwelle 40. Eine Dichtung 78 trennt diese beiden Kanäle.
5 stellt dar, wie die Steuerung einen Statorwinkel oder eine Statorneigung und eine Kupplungskapazität für den Drehmomentwandler gemäß 9 steuert. Die Steuerung steuert zwei Magnetströme. In Reaktion auf diese Magnetströme stellen Ventile in den Ventilkörpern den Fluiddruck in drei Kreisläufen ein. Der Druck in dem ersten Kreislauf, der fluidisch mit der Entspannungskammer 50 über das Zentrum der Turbinenwelle gekoppelt ist, folgt dem Verlauf der Kurve 80. Der Druck in dem zweiten Kreislauf, der fluidisch mit der hydrodynamischen Kammer über die Statorwelle verbunden ist, folgt dem Verlauf der Kurve 82. Der Druck in der Anwendungskammer 52 folgt dem Druck in dem zweiten Kreislauf bei jedem Einfluss des Impellers 34. Um die Kupplung auszukuppeln, stellt die Steuerung den Kupplungsmagnetstrom auf null. Um die Kupplung zu kuppeln, erhöht die Steuerung den Kupplungsmagnetstrom. Wenn der Druck 82 den Druck 80 überschreitet, kehrt sich die Richtung des Fluidstroms um. Rechts von der Linie 84 erhöht sich die Drehmomentkapazität so, wie sich der Kupplungsmagnetstrom erhöht. Die Position der Linie 84 kann durch Auswahl einer geeigneten Federkonstanten der Feder 58, die in dieser Konfiguration optional ist, eingestellt werden.
Der Druck in einem dritten Kreislauf, der fluidisch mit der Spannungskammer 54 über die Lücke zwischen der Statorwelle 40 und der Turbinenwelle 28 gekoppelt ist, folgt dem Verlauf der Kurve 86. Die Steuerung stellt den Winkelmagnetstrom ein, um den Winkel oder die Neigung der Statorschaufeln einzustellen. Die Steuerung kann den Statorschaufelwinkel unabhängig von dem Zustand der Kupplung einstellen. Jedoch sind die Grenzen zwischen losem, lastabhängigem und engem Bereich abhängig von dem Druck in dem ersten Kreislauf, sodass die Steuerung dies entsprechend kompensieren muss.
6 stellt einen Drehmomentwandler mit einem Winkelverstellstator und einer Überbrückungskupplung dar, die durch insgesamt drei Fluidkanälen unabhängig gesteuert werden können. Während die Lösekammer 56 in den 2 und 4 fluidisch mit der Entspannungskammer 50 gekoppelt ist, ist die Lösekammer 56' fluidisch mit dem Kanal, durch den das Fluid von der hydrodynamischen Kammer zurückkehrt, wenn die Kupplung ausgekuppelt ist, verbunden. Der Betrieb des Wandlers gemäß 6 ist ähnlich zum Betrieb des Wandlers gemäß 4. Jedoch sind die Grenzen zwischen losem, lastabhängigem und engem Bereich abhängig vom Druck 82, der dem Druck 80 entgegenwirkt. Da der Druck 82 für viele Bedingungen dazu neigt, in denen die Steuerung den Statorwinkel einstellen würde, null zu sein, ist weniger Kompensation notwendig.
7 und 8 stellen einen Prozess zur Steuerung des Statorwinkels und der Überbrückungskupplungsdrehmomentkapazität während eines Fahrzeugstartmanövers dar. Wenn das Fahrzeug stillsteht, wird Schlupf über ein Startgerät benötigt, sodass der Motor bei einer ausreichenden Drehzahl/Geschwindigkeit betrieben werden kann, um Drehmoment zu erzeugen. Während eines Startmanövers geht das Fahrzeug vom Stillstand in eine Geschwindigkeit über, in der Schlupf über das Startgerät für einen geeignete Motorbetrieb (obwohl dies immer noch aufgrund anderer Gründe wünschenswert sein kann) nicht mehr benötigt wird. Bei 80 wird eine Modusvariable auf 1 gesetzt.
Bei 82 steuert die Steuerung einen Schlupf über den Drehmomentwandler. Der Sollschlupf kann eine Funktion aus verschiedenen Parametern umfassend Fahrzeuggeschwindigkeit, Gaspedalposition, Krümmerdruck, atmosphärischer Druck, Straßensteigung und geschätzter Fahrzeugmasse sein. Im Allgemeinen sinkt mit steigender Fahrzeuggeschwindigkeit der Sollschlupf, da allmählig weniger Schlupf für eine gegebene Motordrehzahl benötigt wird. Andere Drehzahlen sind während des Startmanövers proportional zu der Fahrzeuggeschwindigkeit, wie Triebstrangausgangswellendrehzahl oder Turbinendrehzahl, die als Surrogat für die Fahrzeuggeschwindigkeit verwendet werden können. Die Pedalposition in Kombination mit der Fahrzeuggeschwindigkeit zeigt den Leistungsbedarf des Fahrers an. Im Allgemeinen steigt der Sollschlupf mit der Gaspedalposition an, weil höhere Motordrehzahlen verwendet werden, um mehr Motorleistung zu erzeugen. Ein Motorausgangsdrehmoment steht in einem engen Zusammenhang mit dem Krümmerluftdruck. Bei einem turboaufgeladenen Motor kann der Krümmerdruck nur langsam während des Startmanövers steigen. Um dies zu kompensieren, kann der Sollschlupf ansteigen, wenn der Krümmerdruck niedriger ist, was eine höhere Motordrehzahl bedingt. Die höhere Motordrehzahl bedingt ein unmittelbareres Drehmoment und eine erhöhte Steigerungsrate des Krümmerdrucks. Die Steuerung kann auch den atmosphärischen Druck berücksichtigen. Wenn der atmosphärische Druck niedrig ist, beispielsweise in einer großen Höhe, baut sich der Krümmerdruck langsamer auf. Daher steigt der Sollschlupf, wenn der atmosphärische Druck sinkt. Schließlich beeinflussen sowohl die Straßensteigerung als auch die Fahrzeugmasse beide das Verhältnis zwischen Triebstrangausgangsdrehmoment und Fahrzeugbeschleunigung. An großen Steigungen und/oder bei einer hohen Masse kann die Steuerung den Sollschlupf erhöhen, um eine bessere Beschleunigung bei einer gegebenen Pedalposition bereitzustellen.
Die Steuerung weist verschiedene Mechanismen auf, um den Schlupf bezüglich seines Sollwerts einzustellen. Verengen des Drehmomentwandlers durch Einstellen des Statorwinkels und Erhöhen der Drehmomentkapazität der Überbrückungskupplung erhöhen beide die Last auf den Motor, wodurch es zur Tendenz den Schlupf zu reduzieren kommt. Diese Parameter werden bei 84 gemäß dem Prozess, der in 8 dargestellt und nachfolgendend detailliert beschrieben ist, eingestellt. Ein Erhöhen des Motorausgangsdrehmoments tendiert zu einer Erhöhung des Schlupfs. Das Motorausgangsdrehmoment wird bei 86 eingestellt. Bei 88 ermittelt die Steuerung, ob die Schritte 82, 84 und 86 wiederholt werden, basierend darauf, ob das Startmanöver abgeschlossen ist. Zum Beispiel kann die Steuerung ermitteln, dass der Start abgeschlossen ist, wenn der Sollschlupf unter einen Schwellenwert sinkt.
8 stellt den Prozess dar, durch den Statorwinkel und Überbrückungskupplungsdrehmomentkapazität bei 84 eingestellt werden. Der tatsächliche Schlupf wird bei 90 gemessen und bei 92 verwendet, um den Schlupffehler zu berechnen. Der Schlupf kann direkt durch Messen der Drehzahl oder Geschwindigkeit des Impellers und der Turbine und deren Subtraktion gemessen werden. Alternativ kann von einer anderen gemessenen Geschwindigkeit auf die Impellergeschwindigkeit und/oder die Turbinengeschwindigkeit geschlossen werden. Bei 94 verzweigt sich der Prozess in Abhängigkeit davon, welcher Modus aktiv ist, wie durch die Modusvariable angezeigt wird. In einem ersten Modus wird bei 96 die Überbrückungskupplung in die vollständig ausgekuppelten Position gestellt und der Statorwinkel wird auf einem Schlupffehler basierend eingestellt. Insbesondere, wenn der Schlupffehler positiv (mehr Schlupf als erwünscht) ist, wird der Statorwinkel eingestellt, um den Drehmomentwandler zu verengen. Im Gegensatz dazu, wenn der Schlupffehler negativ (weniger Schlupf als erwünscht) ist, wird der Statorwinkel eingestellt, um den Drehmomentwandler loser zu machen. Wenn nach der Einstellung der Statorwinkel bei 98 in seiner engsten Position ist, dann wird die Modusvariable bei 100 auf 2 gesetzt, um eine zukünftige Ausführungen des Unterprozesses gemäß 8 zu ändern. In einem zweiten Modus wird bei 102 der Stratowinkel in dem engsten Zustand gehalten, während die Überbrückungskupplungsdrehmomentkapazität basierend auf einem Schlupffehler eingestellt wird. Wenn nach der Einstellung das Überbrückungskupplungsdrehmoment bei 104 vollständig geöffnet ist, dann wird die Modusvariable bei 106 auf 1 gesetzt, um eine zukünftige Ausführung des Unterprozesses gemäß 8 zu ändern.
9 und 10 stellen einen Prozess zur Steuerung des Statorwinkels und der Überbrückungskupplung während eines Triebstrangschaltereignisses dar. Schlupf ist während eines Schaltens wünschenswert, um das Auftreten von Drehmomentbeeinträchtigungen an der Ausgangswelle zu reduzieren, welche Fahrzeuginsassen als störend empfinden. Da Schlupf die Triebstrangeffizienz senkt, sollte zu hoher oder ausufernder Schlupf vermieden werden. Bei 110 wird die Modusvariable auf 2 initialisiert. Bei 112 wird die Anfangszeit als t₀ aufgezeichnet. Bei 14 berechnet die Steuerung einen Sollschlupf als eine Funktion von Zeit und anderen Parametern wie dem Motordrehmoment. Im Allgemeinen steigt der Sollschlupf, so wie das Motordrehmoment, weil die Größe der potentiellen Drehmomentbeeinträchtigungen steigt. Es kann unmittelbar das Motordrehmoment oder entsprechend ein anderes Drehmoment, das während des Schaltereignisses proportional zu dem Motordrehmoment ist, verwendet werden. Der Sollschlupf steigt allmählich als eine Funktion der Zeit an, wie in 10 dargestellt ist. Bei 116 werden der Statorwinkel und die Überbrückungskupplungdrehmomentkapazität eingestellt, um den Sollschlupf entsprechend dem Unterprozess gemäß 8 zu erhalten. Nach t₁ Sekunden schreitet der Prozess bei 118 in die Schlupfhaltephase fort.
Während der Schlupfhaltephase wird der Sollschlupf bei 120 nur als Funktion des Motordrehmoments berechnet. Dieser Schlupf wird durch Verwendung des Unterprozesses gemäß 8 bei 122 erhalten. Während dieser Phase stellt die Steuerung die Drehzahlkapazitäten der Schaltkupplungen ein, um das Schalten bei 124 zu bewirken. Diese Phase stoppt bei 126, wenn die Steuerung ermittelt, dass das Schalten abgeschlossen ist. Dies kann zum Beispiel ermittelt werden, wenn das Getriebedrehzahlverhältnis den neuen Wert erreicht. Die Zeit des Übergangs zu der abfallenden Phase wird bei 128 als t₂ aufgezeichnet. Bei 130 wird der Sollschlupf, wie in 10 gezeigt, berechnet, um sanft den Schlupf über eine Dauer von t₃ Sekunden zu reduzieren. Der Sollschlupf wird bei 132 durch Verwendung des Unterprozesses gemäß 8 erhalten. Die Beendigung des Prozesses wird bei 134 ermittelt.
Obwohl die 9 und 10 auf ein Schaltereignis bezogen sind, kann der Prozess auch mit geringen Modifikationen für andere Typen von Ereignissen, die von einem gesteuerten Drehmomentwandlerschlupf profitieren, wie in Tip-in-Ereignissen, bei denen der Fahrer eine schnelle Leistungssteigerung abfragt, verwendet werden. 11 stellt dar, wie die Sollschlupffunktionen in jeder Phase modifiziert werden müssen, um ein Drehmomentumkehrereignis zum Abmildern eines Peitschenschlaggeräuschs zu handhaben. In der mittleren Phase, geht der Sollschlupf vom Positiven in das Negative über, wenn das Motordrehmoment (oder ein anderes repräsentatives Drehmoment) die Richtung wechselt. Zusätzlich zu der Schlupfsteuerung, die mit diskreten Ereignissen in Verbindung steht, kann der Prozess gemäß 8 verwendet werden, um den Schlupf für längere Situationen, wie einer NHW-Unterdrückung (Noise, Vibration, Harshness) bei geringen Motordrehzahlen im Schubbetrieb und Zylinderabschaltbetrieb einzustellen.
Ein mögliches Verfahren zur Steuerung eines Triebstrangs 14 zeichnet sich dadurch aus, dass es folgende Schritte umfasst:
Wiederholtes Messen einer Schlupfdrehzahl zwischen einer Turbine 36 und einer Pumpe 34,
Einstellen einer Drehmomentkapazität einer Überbrückungskupplung basierend auf der Schlupfdrehzahl, während ein Statorwinkel in einem vollständig engen Zustand ist und
Einstellen des Statorwinkels basierend auf der Schlupfdrehzahl, während die Überbrückungskupplung vollständig ausgekuppelt ist.
Hierbei können das Einstellen der Drehmomentkapazität der Überbrückungskupplung und das Einstellen des Statorwinkels beide eine Veränderung eines Stroms zu einem einzigen Magneten umfassen.
Ferner können hierbei das Einstellen der Drehmomentkapazität der Überbrückungskupplung ein Verändern eines ersten Stroms zu einem ersten Magneten und das Einstellen des Statorwinkels ein Verändern eines zweiten Stroms zu einem zweiten Magneten umfassen.
Ein mögliches Verfahren zum Beschleunigen des Fahrzeugs zeichnet sich dadurch aus, dass es folgende Schritte umfasst:
Einstellen eines Statorwinkels basierend auf einem Sollschlupf, der aus einer Pedalposition und einer Fahrzeuggeschwindigkeit erhalten wird, und auf einem zwischen einer Turbine 36 und einer Pumpe 34 gemessenen Schlupf, während eine Überbrückungskupplung vollständig gelöst ist, und
Einstellen einer Drehmomentkapazität einer Überbrückungskupplung basierend auf einem Sollschlupf und dem gemessenen Schlupf in Reaktion auf Erreichen des engsten Zustands des Stators.
Hierbei kann der Sollschlupf ferner durch einen Ladedruck erhalten werden.
Ferner kann hierbei der Sollschlupf durch einen atmosphärischen Druck erhalten werden.
Zudem kann hierbei der Sollschlupf durch eine Fahrbahnsteigung erhalten werden.
Schließlich kann hierbei der Sollschlupf durch eine Fahrzeugmasse erhalten werden.
Die vorstehend erwähnten „Geschwindigkeiten” stellen bei rotierenden Bauteilen ein Synonym für „Drehzahlen” dar oder entsprechen sogar der Drehzahl des jeweiligen rotierenden Bauteils. So können beispielsweise die „Impeller- und Pumpengeschwindigkeit”, das „Geschwindigkeitsverhältnis” und die „Turbinengeschwindigkeit” der „Impeller- und Pumpendrehzahl”, dem „Drehzahlverhältnis” und der „Turbinendrehzahl” entsprechen, was der Fachmann bei den entsprechenden rotierenden Bauteilen ohne Weiteres erkennt.
Während exemplarische Ausführungsformen vorstehend beschrieben wurden, ist es nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen beschreiben, die durch die Ansprüche beansprucht sind. Die in der Beschreibung verwendeten Wörter sind als beschreibende und nicht als beschränkende Wörter zu verstehen, und es sei angemerkt, dass verschiedene Änderungen gemacht werden können, ohne vom Umfang oder dem Wesen der Erfindung abzuweichen. Wie vorstehend beschrieben können die Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung, die nicht explizit beschrieben oder dargestellt sind, auszubilden. Während verschiedene Ausführungsformen als vorteilhaft oder als bevorzugt in Bezug auf eines oder mehrere erwünschte Merkmale gegenüber anderen Ausführungsformen oder Ausgestaltungen gemäß Stand der Technik beschrieben wurden, wird der Durchschnittsfachmann erkennen, dass eines oder mehrere Merkmale umfasst sein können, um erwünschte Gesamtsystemattribute, die von der spezifischen Anwendung oder Realisierung abhängen, zu erhalten. Als solches sind Ausführungsformen, die als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Realisierung nach dem Stand der Technik in Bezug auf eines oder mehrere Merkmale beschrieben wurden, nicht außerhalb des Umfangs und der Offenbarung der Erfindung und können für bestimmte Anwendungen erwünscht sein.

Claims

Triebstrang (14) umfassend: einen Drehmomentwandler (22) mit einer Pumpe (34), einer Turbine (36), einem Winkelverstellstator (38) und einer Überbrückungskupplung; und eine Steuerung (30), die programmiert ist, in einem ersten Modus eine Überbrückungskupplungsdrehmomentkapazität zum Halten eines Sollschlupfs zwischen der Turbine (36) und der Pumpe (34) einzustellen, während der Stator (38) an einer Winkeleinstellung entsprechend einer engsten Drehmomentwandlercharakteristik verbleibt, in Reaktion auf eine Reduktion der Drehmomentkapazität auf null zu einem zweiten Modus überzugehen, in dem zweiten Modus einen Statorwinkel zum Halten des Sollschlupfs einzustellen, während die Drehmomentkapazität auf null verbleibt und in Reaktion darauf, dass der Statorwinkel die Statoreinstellung erreicht, zu dem ersten Modus zurückzukehren.
Triebstrang (14) nach Anspruch 1, wobei die Steuerung (30) ferner programmiert ist, während eines Fahrzeugstartereignisses den Sollschlupf basierend auf einer Pedalposition und einer Fahrzeuggeschwindigkeit zu berechnen.
Triebstrang (14) nach Anspruch 2, wobei der Sollschlupf ferner auf einem Krümmerdruck basiert.
Triebstrang (14) nach Anspruch 2, wobei der Sollschlupf ferner auf einem atmosphärischen Druck basiert.
Triebstrang (14) nach Anspruch 2, wobei der Sollschlupf ferner auf einer Straßensteigung basiert.
Triebstrang (14) nach Anspruch 2, wobei der Sollschlupf ferner auf der Fahrzeugmasse basiert.
Triebstrang (14) nach Anspruch 1, wobei die Steuerung (30) ferner programmiert ist, während eines Schaltereignisses den Sollschlupf auf Basis eines Motordrehmoments zu berechnen.
Triebstrang (14) nach Anspruch 7, wobei der Sollschlupf ferner auf einer verstrichenen Zeit basiert.
Triebstrang (14) nach Anspruch 1, wobei die Steuerung (30) ferner programmiert ist, während eines Drehmomentumkehrereignisses den Sollschlupf auf Basis eines Motordrehmoments zu berechnen.