DE19614545A1

DE19614545A1 - Stufenloses Getriebe-System für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE19614545A1
Application number: DE19614545A
Authority: DE
Inventors: Kazutaka Adachi; Shigeru Ishii
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1995-04-12
Filing date: 1996-04-12
Publication date: 1996-10-17
Anticipated expiration: 2016-04-13
Also published as: US5788599A; DE19614545B4

Description

Fachgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft die Steuerung eines automatischen Übertragungssystems für ein Kraftfahrzeug, welches ein stu fenloses Getriebe verwendet.

Hintergrund der Erfindung

Ein stufenloses Getriebe-System für ein Kraftfahrzeug kann z. B. ein Hydraulikgetriebe, wie einen Drehmomentwandler oder eine Flüssigkeitskupplung, enthalten, welche die Motordreh kraft übertragen, und ein stufenloses Getriebe (im folgenden als SG bezeichnet) aufweisen, welches die Rotationsgeschwin digkeit des Ausgangs des Hydraulikgetriebes ändert, der zur Antriebswelle des Kraftfahrzeugs übertragen wird.

Ungleich zu bekannten Getrieben weist ein SG eine unbestimmte Anzahl von Antriebsverhältnissen auf, und es ist deshalb da für ausgelegt, eine Rotation über einen um ein Paar von Rie menscheiben an der Antriebsseite und an der Abtriebsseite geschlungenen Keilriemen zu übertragen. Die Weite jeder Rie menscheibe variiert ansprechend auf einen Öldruck, wobei das Antriebsverhältnis stufenlos verändert wird durch Vergrößern der Weite der einen Riemenscheibe, und Verkleinern der Weite der anderen. Dieses Verfahren wird durchgeführt durch Ein stellen der Öffnung eines Steuerventils, welches jede Riemen scheibe mit Öldruck versorgt. Das Antriebsverhältnis ist vor eingestellt gemäß Fahrzuständen, wie Fahrzeuggeschwindigkeit, Motordrehgeschwindigkeit und Motorlast, und das Getriebesy stem ist versehen mit einem Steuermechanismus, der die Öff nung des Steuerventils einstellt, so daß ein Antriebsver hältnis entsprechend den tatsächlichen Fahrzuständen des Fahrzeugs eingestellt wird.

Die Tokkai Hei 3-121358, im Jahre 1991 veröffentlicht, und die Tokkai Sho 59-217047, im Jahre 1984 durch das Japanische Patentamt veröffentlicht, offenbaren Erfindungen bezüglich dieses Steueralgorhythmus.

Selbst wenn der Steuermechanismus einen Sollwert für ein ge eignetes Antriebsverhältnis ausgibt, kann es allerdings vor kommen, daß das SG nicht die gewünschte Geschwindigkeitsände rungsantwort zeigt.

Ein Grund dafür ist, daß das Verhältnis zwischen dem den Rie menscheiben zugeführten Öldruck und dem Antriebsverhältnis nicht notwendigerweise linear ist. Ein anderer Grund ist der, daß, da die Fließrate des Arbeitsöls gemäß dem Öldruck der Riemenscheiben variiert, d. h., gemäß dem Antriebsverhältnis, die dynamischen Charakteristika des Antriebsverhältnisses nicht einheitlich sind, wenn ein Wechsel von einem Antriebs verhältnis zu einem unterschiedlichen Antriebsverhältnis ein tritt. Wenn ein Steuerventil verwendet wird, das unterschied liche Charakteristika in der Hochschaltungs-(Geschwindigkeit steigt an) und Herunterschaltungs-Richtung (Geschwindigkeit sinkt) aufweist, wird die Geschwindigkeitsänderungsantwort selbstverständlich unterschiedlich sein in Abhängigkeit da von, ob das Antriebsverhältnis ansteigt oder sinkt. Eine der artige Anordnung wird manchmal angewandt, um im Falle eines Fehlers oder eines Versagens des Ventils eine Änderung der Geschwindigkeit zu ermöglichen.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Anspre chen eines in einem Kraftfahrzeug verwendeten stufenlosen Ge triebes zu verbessern.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, eine Ge schwindigkeitsänderung mit einer geeigneten Antwort in beiden Richtungen zu ermöglichen in einem stufenlosen Getriebe system mit einem Steuerventil, welches unterschiedliche dyna mische Charakteristika gemäß der Richtung der Geschwindig keitsänderung aufweist.

Um die oben genannten Aufgaben bzw. Aspekte zu erfüllen, wird erfindungsgemäß ein stufenloses Getriebe-System für ein Kraftfahrzeug angegeben.

Dieses System umfaßt ein stufenloses Getriebe, welches mit einem Keilriemen und einem Paar variabler Riemenscheiben ver sehen ist, um die der Keilriemen geschlungen ist, wobei ein Durchmesser eines mit dem Keilriemen in Berührung stehenden Teiles auf einen Öldruck ansprechend veranlaßt wird, sich zu ändern. Dieses System umfaßt des weiteren einen Mechanismus zum Erfassen eines Fahrzustandes des Kraftfahrzeuges, einen Mechanismus zum Festsetzen eines Soll-Rotationsverhältnisses des Getriebes aus dem Fahrzustand, einen Mechanismus zum Festsetzen einer Steuerkonstanten, welche unterschiedlich ist für jedes auf einer dynamischen Charakteristik des Getriebes basierenden Rotationsverhältnis, einen Mechanismus zum Be rechnen eines Rotationsverhältnisses-Steuerwertes auf der Grundlage des Soll-Rotationsverhältnisses und der Steuerkon stanten, und ein Steuerventil zur Steuerung des Öldrucks in Abhängigkeit von einem Signal, das auf dem Rotationsverhält nis-Steuerwert basiert.

Es ist bevorzugt, daß dieses System des weiteren einen Mecha nismus zum Erfassen eines tatsächlichen Rotationsverhältnis ses des Getriebes enthält, und daß der Berechnungsmechanismus den Rotationsverhältnis-Steuerwert auf der Grundlage des tat sächlichen Rotationsverhältnisses, des Soll-Rotationsver hältnisses, und der Steuerkonstanten berechnet.

Es ist des weiteren bevorzugt, daß dieses System ferner einen Mechanismus zum Festlegen einer Richtung für die Rotationsge schwindigkeitsänderung, basierend auf einer Veränderung des tatsächlichen Rotationsverhältnisses enthält, und daß der Festlegungsmechanismus für die Steuerkonstante bei einem gleichen Rotationsverhältnis gemäß dieser Richtung eine un terschiedliche Steuerkonstante festsetzt.

Es ist ebenfalls bevorzugt, daß dieses System einen Mechanis mus zum Konvertieren des Rotationsverhältnisses-Steuerwertes in dieses Signal aufweist, so daß dieser Rotationsverhältnis- Steuerwert und das tatsächliche Rotationsverhältnis in einem linear proportionalen Verhältnis zueinander stehen.

In diesem Fall bestehen die Riemenscheiben bevorzugt aus ei ner Antriebsriemenscheibe und einer angetriebenen Riemen scheibe und der Konvertierungsmechanismus konvertiert bevor zugt den Rotationsverhältnis-Steuerwert in das Signal auf der Grundlage eines Verhältnisses zwischen einem Antriebsriemen scheiben-Intervall D_s und einem Rotationsverhältnis i_p, welche aus den folgenden Gleichungen (a), (b) und (c) erhalten wer den:

wobei:

r_i der Radius des vom Riemen berührten Teiles der An triebsriemenscheibe ist,
r_io der minimale Radius der Antriebsriemenscheibe ist,
r_o der Radius des vom Riemen berührten Teiles der an getriebenen Riemenscheibe ist,
D_C der gegenseitige Achsabstand zwischen der An triebsriemenscheibe und der angetriebenen Riemen scheibe ist,
L_B die Gesamtlänge des Riemens ist,
β der Rillenwinkel der Riemenscheibe ist.

Sowohl weitere Einzelheiten als auch andere Merkmale und Vor teile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschrei bung und sind in den beigefügten Zeichnungen dargestellt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Vertikalschnittansicht eines erfindungsgemä ßen stufenlosen Getriebes;

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines erfindungsge mäßen Steuergerätes;

Fig. 3 ist ein Blockdiagramm des Steuerteils des erfindungs gemäßen Steuergeräts für eine Geschwindigkeitsände rung;

Fig. 4 ist ein Flußdiagramm, das den erfindungsgemäßen Steu erprozeß für eine Geschwindigkeitsänderung darstellt;

Fig. 5 ist ein Graph zur Darstellung einer erfindungsgemäßen Relation zwischen einem Rotationsverhältnis und einer Zeitkonstante für jede Richtung einer Geschwindig keitsänderung;

Fig. 6 ist ein Graph zur Darstellung einer erfindungsgemäßen Relation zwischen einer Winkelposition eines Schritt motors und einem Rotationsverhältnis;

Fig. 7 ist ein Blockdiagramm, das ein erfindungsgemäßes Be rechnungskonzept für einen Winkelposition-Steuerwert zeigt;

Fig. 8A-8C sind Diagramme, die Ergebnisse einer erfindungsge mäßen Geschwindigkeitsänderungssimulation zeigen;

Fig. 9 ist ähnlich wie Fig. 7, zeigt aber eine zweite Ausfüh rungsform dieser Erfindung; und

Fig. 10 ist ähnlich wie Fig. 7, zeigt aber eine dritte Ausfüh rungsform dieser Erfindung.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Wie in der Fig. 1 der Zeichnungen gezeigt, ist ein Drehmoment wandler 12 an einer Motor-Abtriebswelle 10 angeschlossen. An stelle des Drehmomentwandlers 12 kann eine Flüssigkeitskupp lung oder eine elektromagnetische Kupplung verwendet werden.

Der Drehmomentenwandler 12 enthält eine Sperrkupplung 11. Die Sperrkupplung 11 verbindet oder trennt mechanisch einen Im peller 12a, welcher ein Eingangs-Teil ist, mit einer Turbine 12b, welche ein Ausgangs-Teil ist, gemäß dem einer Konverter kammer 12c und einer Sperr-Ölkammer 12d angelegten Öldruck.

Die Turbine 12b ist an eine Drehwelle 13 angeschlossen, wobei die Drehwelle 13 verbunden ist mit einem Mechanismus 15 für einen Vorwärts/Rückwärts-Wechsel. Der Mechanismus 15 umfaßt ein Planetengetriebe 19, eine vordere Kupplung 40 und eine hintere Bremse 50. Die Abtriebswelle des Mechanismus 19 ist an eine, koaxial mit der Drehwelle 13 ausgebildete Antriebs welle 14 verbunden. Die Antriebswelle 14 enthält die Ein gangswelle eines stufenlosen Getriebes (SG) 17.

Das SG 17 enthält eine Antriebsriemenscheibe 16 und eine an getriebene Riemenscheibe 26 sowie einen Keilriemen 24, wel cher die Rotation der Antriebsriemenscheibe 16 auf die ange triebene Riemenscheibe 26 überträgt, wie oben beschrieben worden ist.

Die Antriebsriemenscheibe 16 weist eine fixierte konische Platte 18 auf, welche zusammen mit der Antriebswelle 14 ro tiert, und enthält eine bewegbare konische Platte 22, die mit Bezug auf die fixierte konische Platte 18 angeordnet ist und mit der fixierten konischen Platte 18 eine V-förmige Riemen scheibenrille bildet. Die bewegbare konische Platte 22 bewegt sich in axialer Richtung der Antriebswelle 14 aufgrund eines Öldruckes, der in einer Zylinderkammer 20 für die Antriebs riemenscheibe wirkt, während sie sich zusammen mit der fixierten konischen Platte 18 dreht. Die Zylinderkammer 20 für die Antriebsriemenscheibe umfaßt eine Kammer 20a und eine Kammer 20b. Die bewegbare konische Platte 22 hat eine druck aufnehmende Oberfläche, die größer ist als diejenige einer bewegbaren konischen Platte 34, was weiter unten beschrieben werden wird.

Die Antriebsriemenscheibe 26 ist an einer angetriebenen Welle 28 befestigt. Die angetriebene Riemenscheibe 26 enthält eine fixierte konische Platte 30, welche zusammen mit der ange triebenen Welle 28 rotiert und eine bewegbare konische Platte 24, welche mit Bezug auf die fixierte konische Platte 30 an geordnet ist, und mit der fixierten konischen Platte 30 eine V-förmige Riemenscheibenrille bildet. Die bewegbare konische Platte 34 bewegt sich in axialer Richtung der angetriebenen Welle 28 in Abhängigkeit von einem Öldruck, der in einer Zy linderkammer 32 für die angetriebene Riemenscheibe wirkt, während sie mit der fixierten konischen Platte 30 rotiert.

Die angetriebene Riemenscheibe 26 ist mit einem Antriebszahn rad 46 versehen, welches zusammen mit der Riemenscheibe 26 rotiert. Das Antriebszahnrad 46 kämmt mit einem Leitzahnrad 48 auf einer Vorgelegewelle 52. Die Vorgelegewelle 52 weist ein Ritzelzahnrad 54 auf, welches sich zusammen mit der Welle 52 dreht. Das Ritzelzahnrad 54 kämmt mit einem Abschlußzahn rad 44. Das Abschlußzahnrad 44 treibt eine Gelenkwelle oder eine Antriebswelle, nicht gezeigt, über eine Differentialein heit 56 an.

Der Rotationseingang zu dem SG 17 von der Motor-Abtriebswelle 10 wird dem Mechanismus 15 für einen Vorwärts/Rückwärts- Wechsel über den Drehmomentwandler 12 und der Drehwelle 13 übertragen. Wenn die vordere Kupplung 40 eingerückt und die hintere Bremse gelöst ist, wird die Rotation der Drehwelle 13 auf die Antriebswelle 14 des Getriebes 17 mit der gleichen Drehrichtung über das Planetengetriebe 19 übertragen, worauf hin die Eingangswelle und die Ausgangswelle zusammen rotie ren. Wenn die vordere Kupplung 40 ausgerückt und die hintere Bremse 50 betätigt ist, wird andererseits die Rotation der Drehwelle 13 auf die Antriebswelle 14 aufgrund der Wirkung des Planetengetriebes 19 mit einer entgegengesetzten Dreh richtung übertragen.

Die Rotation der Antriebswelle 14 wird übertragen auf die Differentialeinheit 56, die Antriebsriemenscheibe 16, den Keilriemen 24, die angetriebene Riemenscheibe 26, die ange triebene Welle 28, das Antriebszahnrad 46, das Leitzahnrad 48, die Vorgelegewelle 52, das Ritzelzahnrad 54, und das Ab schlußzahnrad 44. Wenn sowohl die vordere Kupplung 40 als auch die hintere Bremse beide freigesetzt sind, geht der Me chanismus 15 für einen Vorwärts/Rückwärts-Wechsel in eine neutrale Position, und es tritt keine Übertragung einer Rota tion von der Drehwelle 13 auf die Antriebswelle 14 auf.

Bei der oben genannten dynamischen Übertragung variiert das Rotationsverhältnis, d. h. das Geschwindigkeitsänderungsver hältnis (Abbremsungsverhältnis) zwischen der Antriebsriemen scheibe 16 und der angetriebenen Riemenscheibe 26, wenn die bewegbare konische Platte 22 der Antriebsriemenscheibe 16 und die bewegbare konische Platte 34 der angetriebenen Riemen scheibe 26 in axialer Richtung bewegt werden, um den Radius des Kontaktpunktes mit dem Keilriemen 24 zu ändern. Falls beispielsweise die Weite der V-förmigen Riemenscheibenrille der Antriebsriemenscheibe 16 vergrößert und die Weite der V- förmigen Riemenscheibenrille der angetriebenen Riemscheibe 26 verringert wird, verringert sich der Radius des Kontaktpunk tes des Keilriemens 24 auf der Seite der Antriebsriemenschei be 16 und es vergrößert sich der Radius des Kontaktpunktes des Keilriemens 24 auf der Seite der angetriebenen Riemen scheibe 24, wodurch ein großes Abbremsungsverhältnis erreicht wird. Wenn die bewegbaren konischen Platten 22, 34 in die ent gegengesetzte Richtung bewegt werden, wird das Abbremsungs verhältnis geringer.

Die Steuerung der Weiten der V-förmigen Riemenscheibenrillen der Antriebsriemenscheibe 16 und der angetriebenen Riemen scheibe 26 wird durchgeführt durch Steuern der relativen Drücke der Zylinderkammer 20 (20a, 20b) der Antriebsriemen scheibe und der Zylinderkammer 32 der angetriebenen Riemen scheibe über ein im folgenden beschriebenes Steuersystem.

Das Rotationsverhältnis des SG 17 wird von einer in Fig. 2 dargestellten Steuereinheit gesteuert. Hier werden die glei chen Symbole verwendet wie für den Mechanismus in Fig. 1.

In Fig. 2 bedeutet 101 eine elektronische Steuereinheit, die einen Mikroprozessor umfaßt, und 102 bezeichnet eine hydrau lische Steuereinheit, die verschiedene Öldrucksteuerventile umfaßt. In diesem Steuersystem sind die Haupteinrichtungen für die Steuerung des oben genannten SG, die elektronische Steuereinheit 101 und die hydraulische Steuereinheit 102.

Die elektronische Steuereinheit 101 enthält eine zentrale Da tenverarbeitungseinheit 101A zur Verarbeitung von Steuerberechnungen, eine Eingabeeinheit 101B, welche Fahrzustands signale des Motors und des Fahrzeugs in eine Form konver tiert, in welcher sie verarbeitet werden können, und diese dann eingibt, und eine Ausgabeeinheit 101C, welche von der zentralen Datenverarbeitungseinheit 101A ausgegebene Steuer signale in Instrumenten- oder Schaltungsantriebssignale kon veretiert und diese ausgibt.

Die der Eingabeeinheit 101B eingegebenen Signale sind ein Wassertemperatursignal S1, das von einem Steuermodul 103 ver wendet wird, welches die Kraftstoffeinspritzmenge und den Zündzeitpunkt des Motors 100 elektronisch steuert, ein Dros selöffnungssignal S2, ein Motorgeschwindigkeitssignal S3, ein ABS-Betriebssignal S4 von einer Steuereinheit 104 für ein An tiblockier-Bremssystem ABS, ein Bremssignal S5, welches abge geben wird, wenn das Fahrzeug gebremst wird, ein Auswahlposi tions-Signal S6, welches von einem Sperrschalter abgegeben wird, um die Betriebsposition eines Wahlhebels 105 anzuzei gen, ein Drehgeschwindigkeitssignal (Turbinendrehgeschwin digkeitssignal) S7 von der Antriebsriemenscheibe 16 und ein Drehgeschwindigkeitssignal (Kraftfahrzeuggeschwindigkeits signal) S8 von der angetriebenen Riemenscheibe 26. Die Einga beeinheit 101B legt, wenn notwendig, diese Signale an die zentrale Datenverarbeitungseinheit an.

Die zentrale Datenverarbeitungseinheit 101A umfaßt eine Steu ereinheit 106 für das Geschwindigkeitswechselverhältnis, eine Steuereinheit 107 für den Leitungsdruck, und eine Sperr- Steuereinheit 108. Die zentrale Datenverarbeitungsanlage 101A berechnet Steuersignale unter Verwendung benötigter Signale, welche ausgewählt werden von den obengenannten Signalen, und treibt eine Antriebsschaltung 109 für einen Schrittmotor, ei ne Antriebsschaltung 110 für ein Leitungsdruckmagnetventil und eine Antriebsschaltung 111 für ein Sperrmagnetventil an, welche die Ausgabeeinheit 101C enthält, um das Übertragungs verhältnis, den Leitungsdruck und die Sperrkupplung des Ge triebes zu steuern.

Es wird nunmehr die Funktion der zentralen Datenverarbei tungseinheit 101A in größerer Genauigkeit beschrieben. Die Steuereinheit 106 für das Geschwindigkeitswechselverhältnis gibt an den Schrittmotor 109 ein Steuersignal aus, so daß ge mäß eines vorbestimmten Musters in Abhängigkeit von der Ma schinenlast und Geschwindigkeit, die dargestellt werden durch die Drosselöffnung und der Fahrzeuggeschwindigkeit, eine Än derung des Rotationsverhältnisses eintritt. Basierend auf diesen Steuersignalen treibt der schrittmotor-Antriebsschalt kreis 109 einen Schrittmotor 113 an, der mit einem Steuerven til 112 der hydraulischen Steuereinheit 102 verbunden ist.

Der Schrittmotor 113 treibt das Steuerventil 112 an, um ein Rotationsverhältnis entsprechend einem Signal von der Schrittmotor-Antriebsschaltung 109 zu erhalten, steuert den Leitungsdruck, der der in Figur gezeigten Zylinderkammer 20 für die Antriebsriemenscheibe zugeführt wird, und bewirkt ei ne relative Änderung der Drücke der Zylinderkammer 20 für die Antriebsriemenscheibe und der Zylinderkammer 32 für die ange triebene Riemenscheibe.

Die Verstellposition der Antriebsriemenscheibe 16, d. h. das Rotationsverhältnis, wird über eine Verbindung 114 dem Steu erventil 112 rückgeführt. Nachdem das der Position des Schrittmotors 113 entsprechende Soll-Rotationsverhältnis er reicht worden ist, legt aufgrund dieser Prozeßsteuerung die Getriebesteuereinheit 106 die relativen Drücke der Riemen scheibenzylinder 20, 32 fest und hält das Getriebeverhältnis bei diesem Soll-Getriebeverhältnis.

Wenn der auf die Riemenscheiben 16, 26 wirkende Leitungsdruck zu gering ist, besteht bei dieser Rotationsverhältnis-Steue rung des Getriebes 17 eine unzureichende Reibung zwischen den Riemenscheiben 16, 26 und dem Keilriemen 24, und somit rutscht der Keilriemen 24 durch. Im Gegensatz dazu steigt die Reibung unnötig an, wenn der Leitungsdruck zu hoch ist. In beiden Fällen sind die Kraftstoffkosten und Bewegungsfunktionen des Kraftfahrzeugs nachteilig beeinflußt. Aus diesem Grund steu ert die Steuereinheit 107 für den Leitungsdruck diesen Lei tungsdruck über eine Antriebsschaltung 110 für ein Leitungs druckmagnetventil, so daß eine geeignete Bewegungskraft, die weder zu groß noch zu gering ist, gemäß den Fahrzuständen übertragen wird.

Im einzelnen steuert die Antriebsschaltung 110 für das Lei tungsdruckmagnetventil die Stellung des Leitungsdruck- Magnetventils 115 der hydraulischen Steuereinheit 102 in Ab hängigkeit von einem Steuersignal der Antriebsschaltung 110. Das Leitungsdruck-Magnetventil 115 versorgt die Antriebsrie menscheiben-Kammer 32 mit einem Öldruck von einer nicht dar gestellten Ölpumpe, nachdem es über einen Modifizierer 116 (Drucksteuerventil) und einem Stellglied 117 (fixiertes Druckventil) auf einen geeigneten Soll-Leitungsdruck einge stellt worden ist. Die Sperr-Steuereinheit 108 schließt die Sperrkupplung 11 an, wenn beispielsweise die Fahrzeugge schwindigkeit größer oder gleich eines vorbestimmten Wertes ist, und löst die Kupplung 11, wenn die Fahrzeuggeschwindig keit unter diesen vorbestimmten Wert abgesunken ist.

Die Sperr-Steuereinheit 108 treibt das Sperr-Magnetventil 118 der hydraulischen Steuereinheit 102 über die Sperrmagnetven til-Antriebsschaltung 111 gemäß der Fahrzeuggeschwindigkeit an, und dieses Magnetventil 118 schaltet ein Sperrsteuerven til 119 um. Das Sperrsteuerventil 119 ist ein Ventil, welches umschaltet zwischen einem System, das Öldruck von einer Öl druckpumpe der Konverterkammer 12c des Drehmomentenwandlers 12 als einen Anwendungsdruck für die Sperrkupplung 11 zuführt und entlastet damit die Sperr-Ölkammer 12d, und einem System, das Öldruck von dieser Öldruckkammer der Sperr-Ölkammer 12d als einen Freigabedruck zuführt und somit den Druck in der Konverterkammer 12c freigibt.

Das oben Gesagte ist eine Beschreibung eines stufenlosen Au tomatikgetriebes und seiner Steuereinheit, an welchem die Er findung angewandt werden kann. Die grundlegende Konstruktion des oben beschriebenen stufenlosen Automatikgetriebes und die Steuereinheit ist identisch mit dem z. B. in Tokkai Hei 3- 12 1358 des oben angegebenen Standes der Technik offenbarten Getriebes.

Erfindungsgemäß ist in dem oben angegebenen SG und seiner Steuereinheit ein Rotationsverhältnis-Steuerwert festgesetzt auf der Grundlage der zu den SG gehörenden Bewegungscharakte ristika, um die Geschwindigkeitsänderungsantwort des SG zu optimieren.

Die zum Erreichen dieses Zieles benötigte Konstruktion der Steuereinheit 106 für das Geschwindigkeitswechselverhältnis ist in der Fig. 3 dargestellt.

Diese Steuereinheit 106 für das Geschwindigkeitswechselver hältnis umfaßt eine Berechnungseinheit 410 für das Soll- Verhältnis, welche entsprechend den Fahrzuständen, die auf verschiedenen Fahrzustandssignalen wie das Drosselöffnungs signal S2 und das Motorgeschwindigkeitssignal S3 basieren, ein Soll-Rotationsverhältnis i_pT berechnet, eine Steuereinheit 420 für das Rotationsverhältnis, welche auf der Grundlage ei nes Vergleichs zwischen dem Soll-Rotationsverhältnis i_pT und dem tatsächlichen Rotationsverhältnis i_pR ein Schrittmotoran triebssignal Sθ als einen Endsteuerwert ausgibt, und eine Be rechnungseinheit 430 für das tatsächliche Rotationsverhält nis, welche auf der Grundlage des Rotationsgeschwindigkeits signals S7 der Antriebsriemenscheibe 16 und des Rotationsge schwindigkeitssignals S8 der angetriebenen Riemenscheibe 26 ein tatsächliches Rotationsverhältnis i_pR des Getriebes be rechnet.

Die Steuereinheit 420 für das Rotationsverhältnis enthält ei ne Berechnungseinheit 440 für den Rotationsverhältnis-Steuer wert, welche das tatsächliche Rotationsverhältnis i_pR rückkop pelt und einen Rotationsverhältnis-Steuerwert Si_p berechnet, so daß das Rotationsverhältnis mit einer vorgegebenen Charak teristik sich in Richtung des Soll-Rotationsverhältnisses i_pT verändert, und eine Einstelleinheit 450 für die Winkelpositi on des Schrittmotors, welche dieses berechnete Ergebnis in eine Winkelposition des Schrittmotors 113 konvertiert und dieses als ein Antriebssignal Sθ ausgibt.

Der Rotationsverhältnis-Steuerprozeß aufgrund dieser Rotati onsverhältnis-Steuereinheit 106 wird nun unter Verwendung des Flußdiagramms von Fig. 4 beschrieben.

Um diesen Prozeß mit einer vorbestimmten Periode auszuführen, wartet das System zuerst in einem Schritt S101 solange, bis eine vorbestimmte Zeit abgelaufen ist. In einem Schritt S102 werden verschiedene Fahrzustandssignale eingelesen. In einem Schritt S103 wird auf der Grundlage eines Eingangswellenge schwindigkeitssignals S7 und eines Ausgangswellengeschwindig keitssignales S8 des stufenlosen Getriebes das tatsächliche Rotationsverhältnis i_pR berechnet. Auf der Grundlage eines Vergleichs dieses i_pR mit dem unmittelbar vorher berechneten i_pR legt der Prozeß einen Geschwindigkeitsänderungsrichtungs wert Sd fest, der anzeigt, ob das Rotationsverhältnis an steigt oder abfällt.

In einem Schritt S104 wird auf der Grundlage der Fahrzu standssignale das Soll-Rotationsverhältnis i_pT berechnet, und in einem Schritt S105 werden für jedes Rotationsverhältnis Steuerkonstanten C₁(i_p), C₂(i_p) von dynamischen Charakteristi ka G_p(S) berechnet, welche vorher experimentell für jeden speziellen Typ eines SG gemäß dem Rotationsverhältnis i_p, der Geschwindigkeitsänderungsrichtung Sd, und der gewünschten Ge triebeantwort G_T(S) ermittelt worden sind. Auf der Grundlage dieser Steuerkonstanten wird in einem Schritt 106 der Rotati onsverhältnis-Steuerwert Si_p berechnet.

Die oben angegebenen Werte G_p(S), G_T(S), C₁(i_p), C₂(i_p) bzw. Si_p werden aus den folgenden Gleichungen ermittelt:

worin:

K_p(i_p) die Verstärkung bzw. Vergrößerung des SG ist,
T_p(i_p) eine Zweitkonstante des SG ist, die mit dem in Fig. 5 gezeigten Rotationsverhältnis und der Ge schwindigkeitsänderungsrichtung festgelegt wur de,
T_T eine Zweitkonstante ist, die der gewünschten Antwort entspricht,
L eine unwirksame Zeit ist,
s ein Differentialoperator ist,
t eine Zeit ist (momentane Zeit der Steuerberech nungsperiode)
i_PT(t) das Soll-Rotationsverhältnis zur Zeit t ist, und
i_PR(t) das tatsächliche Rotationsverhältnis zur Zeit t ist.

Der berechnete Rotationsverhältnis-Steuerwert Si_p spiegelt die dynamischen Charakteristika für jedes Rotationsverhältnis und für jede Geschwindigkeitsänderungsrichtung des SG wieder, d. h. er drückt eine gewünschte Geschwindigkeitsantwort für jedes Rotationsverhältnis und für jede Geschwindigkeitsände rungsrichtung aus.

Da die Winkelposition des Schrittmotors 113 und das Rotati onsverhältnis des SG nicht allgemeine direkt proportional sind, wird die Schrittmotor-Winkelposition, d. h. sein An triebssignal Sθ, berechnet, so daß der Rotationsverhältnis Steuerwert Si_p proportional ist zum tatsächlichen Rotations verhältnis und anschließend ausgegeben wird (Schritte S107- S109).

Die folgenden Gleichungen (6)-(8) werden zur Durchführung dieser Umwandlung verwendet. In den unten angegebenen Glei chungen wird ein konvertierter Betrag eines Rotationsverhält nis-Steuerwerts festgelegt, und zwar auf der Grundlage eines Verhältnisses zwischen einem Intervall D_s der Antriebsriemen scheibe 16 entsprechend der Winkelposition des Schrittmotors 113 und dem Rotationsverhältnis i_p, so daß der Rotationsver hältnis-Steuerwert Si_p und das Rotationsverhältnis i_p propor tional sind:

wobei:
r_i der Radius des vom Riemen berührten Teiles der An triebsriemenscheibe ist,
r_io der minimale Radius der Antriebsriemenscheibe ist,
r_o der Radius des vom Riemen berührten Teiles der an getriebenen Riemenscheibe ist,
D_C der gegenseitige Achsabstand zwischen der An triebsriemenscheibe und der angetriebenen Riemen scheibe ist,
L_B die Gesamtlänge des Riemens ist,
β der Rillenwinkel der Riemenscheibe ist.

Da die Spezifikationen und Abmessungen des SG bereits bekannt sind, können anstelle der Berechnung der konvertierten Beträ ge auf der Grundlage der Konvertierungsgleichung zu jeder Zeit, zu der eine Steueroperation durchgeführt wird, die Be rechnungsergebnisse vorab in einem in Fig. 6 gezeigten Ver zeichnis abgelegt werden, oder es können auf der Grundlage experimenteller Ergebnisse konvertierte Beträge als ein Ver zeichnis vorbereitet werden, und es können konvertierte Be träge des Rotationsverhältnis-Steuerwerts aus diesen Ver zeichnissen, wenn notwendig, ausgelesen werden.

Die Fig. 7 ist ein Blockdiagramm eines Steuerkonzepts, wenn der konvertierte Betrag auf diese Weise durch Auslesen eines Verzeichnisses festgelegt wird. In diesem Falle führt ein Kompensator 501 für dynamische Charakteristika die oben ange gebenen Berechnungen (1)-(5) durch, wird ein Verzeichnis 502 auf der Grundlage des erhaltenen Rotationsverhältnis- Steuerwerts S_ip ausgesucht, ein Steuerwert Sθ für die Winkel position des Schrittmotors gefunden, und es wird dieser Steu erwert Sθ der Winkelposition dem Schrittmotor ausgegeben. Die SG 503 reagiert dann auf diesen Steuerwert Sθ für die Winkel position mit den in der Gleichung (1) oben gezeigten dynami schen Charakteristika G_p(S), und es wird dasselbe Rotations verhältnis erreicht mit der in Gleichung (2) gezeigten ge wünschten Geschwindigkeitsänderungsantwort G_T(S).

Der oben angegebene konvertierte Betrag wird in einer Reihen folge festgelegt, um das Verhältnis zwischen der variablen Riemenscheibenstellung und dem Rotationsverhältnis festzule gen. Diese Art der Konvertierung korrigiert das nichtlineare Verhältnis, das zwischen der Steuerventilposition und dem Ro tationsverhältnis auftritt, wenn beispielsweise die Charakte ristika der Flußrate des Ventils in Abhängigkeit von seiner Hubposition und Operationsrichtung differiert.

Fig. 8A-8C zeigen die Ergebnisse einer Simulierung eines Steuersystems, in welchem die Soll-Antwort einer Geschwindig keitsänderung festgelegt ist gemäß der folgenden Gleichung:

Die Winkelposition des Schrittmotors variiert, wie in Fig. 8B gezeigt, gemäß der Änderung des in Fig. 8A gezeigten Soll- Rotationsverhältnisses. Daraus folgt, daß die erhaltene Ge schwindigkeitsänderungsantwort Charakteristika aufweist, die mit gestrichelten Linien in Fig. 8C gezeigt sind, welche sich stark den gewünschten Charakteristika annähern, die in Fig. 8C mit durchgezogener Linie gezeigt sind.

Der Rotationsverhältnis-Steuerwert Si_p kann ebenfalls durch eine Berechnung ermittelt werden, beispielsweise durch Be rechnen der folgenden Gleichungen:

und Si_p(t) auf der rechten Seite der Steuerwert für den un mittelbar vorausgegangenen Fall ist.

Fig. 9 zeigt mit einem Blockdiagramm, das dem der Fig. 7 ähn lich ist, das Steuerkonzept, wenn der Rotationsverhältnis steuerwert Si_p mittels der Gleichung (9) berechnet worden ist.

Der Rotationsverhältnis-Steuerwert Si_p kann auch rückgekop pelt gesteuert werden ohne Rückkoppeln des tatsächlichen Ro tationsverhältnisses i_PR(t) in die Berechnung des Si_p, was durch die folgende Gleichung (10) ausgedrückt wird:

Die Fig. 10 zeigt ein Steuerkonzept, in diesem Fall mit einem Blockdiagramm, das ähnlich dem des von Fig. 7 ist.

Des weiteren kann bei einer PID-Steuerung des Rotationsver hältnis-Steuerwerts Si_p eine gewünschte Geschwindigkeitsän derungsantwort ebenfalls erzielt werden durch Berechnen einer Steuerkonstanten mit einem Verfahren, das gleich dem oben be schriebenen ist.

Claims

1. Stufenloses Getriebe-System für ein Kraftfahrzeug mit ei nem stufenlosen Getriebe (17), welches mit einem Keilriemen (24) und einem Paar variabler Riemenscheiben (16, 26) versehen ist, um die der Keilriemen geschlungen ist, wobei ein Durch messer eines mit dem Keilriemen (24) in Berührung stehenden Teiles auf einen Öldruck ansprechend veranlaßt wird, sich zu ändern, Einrichtungen zur Erfassung eines Fahrzustandes (S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8) des Kraftfahrzeuges, einem Mittel zum Einstellen eines auf diesen Fahrzustand basierenden Rota tionsverhältnis-Steuerwertes und mit einem Steuerventil (112) zum Steuern dieses Öldruckes ansprechend auf ein Signal, das auf diesem Rotationsverhältnis-Steuerwert basiert, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Einstell-Mittel (101) eine Ein richtung zum Festsetzen eines Soll-Rotationsverhältnisses aus dem Fahrzustand (S104) umfaßt, Mittel (S105) enthält zum Festsetzen einer Steuerkonstanten, welche basierend auf einer dynamischen Charakteristik dieses Getriebes (17) für jedes Rotationsverhältnis unterschiedlich ist, und Mittel (S106) aufweist zum Berechnen dieses Rotationsverhältnis- Steuerwertes auf der Grundlage dieses Soll- Rotationsverhältnisses und dieser Steuerkonstante.

2. Stufenloses Getriebe-System und Anspruch 1, gekennzeich net, durch Mittel (S7, S8, S103) zum Erfassen eines tatsächli chen Rotationsverhältnisses des Getriebes (17), wobei diese Berechnungsmittel (S106) diesen Rotationsverhältnis steuerwert auf der Grundlage des tatsächlichen Rotationsver hältnisses, des Soll-Rotationsverhältnisses und der Steuer konstante berechnet.

3. Stufenloses Getriebe-System nach Anspruch 2, gekennzeich net durch Mittel (S103) zum Festlegen einer Richtung für die Rotationsgeschwindigkeitsänderung, basierend auf einer Verän derung des tatsächlichen Rotationsverhältnisses, wobei diese Festsetzungsmittel (S105) für die steuerkonstante bei einem gleichen Rotationsverhältnis gemäß dieser Richtung eine un terschiedliche Steuerkonstante festsetzt.

4. Stufenloses Getriebe-System nach Anspruch 2, gekennzeich net durch Einrichtungen (S107, S108) zum Konvertieren des Rota tionsverhältnis-Steuerwertes in dieses Signal, so daß dieser Rotationsverhältnis-Steuerwert und das tatsächliche Rotati onsverhältnis in einem linear proportionalen Verhältnis zu einander stehen.

5. stufenloses Getriebe-System nach Anspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, daß die Riemenscheiben (16, 26) eine Antriebs riemenscheibe (16) und eine angetriebene Riemenscheibe (26) umfassen und diese Konvertierungseinrichtung (S107, S108) den Rotationsverhältnis-Steuerwert in dieses Signal konvertiert auf der Grundlage eines Verhältnisses zwischen einem An triebsriemenscheiben-Intervall D_s und einem Rotationsverhält nis i_p, welche aus den folgenden Gleichungen (a), (b) und (c) erhaltbar sind: wobei:
r_i der Radius des vom Riemen berührten Teiles der An triebsriemenscheibe ist,
r_io der minimale Radius der Antriebsriemenscheibe ist,
r_o der Radius des vom Riemen berührten Teiles der an getriebenen Riemenscheibe ist,
D_C der gegenseitige Achsabstand zwischen der An triebsriemenscheibe und der angetriebenen Riemen scheibe ist,
L_B die Gesamtlänge des Riemens ist,
β der Rillenwinkel der Riemenscheibe ist.