DE19703684A1 - Steuergerät für ein stufenlos verstellbares Getriebe - Google Patents
Steuergerät für ein stufenlos verstellbares GetriebeInfo
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Description
Diese Erfindung bezieht sich auf eine Steuerung eines stufenlos
verstellbaren Getriebes für ein Fahrzeug.
Ein stufenlos verstellbares Getriebesystem für ein Fahrzeug um
faßt z. B. ein Hydraulikgetriebe, z. B. einen Drehmomentenwandler
oder eine Fluidkupplung, und ein stufenlos verstellbares Ge
triebe (im folgenden als CVT bezeichnet). Das Hydraulikgetriebe
überträgt ein Motordrehmoment auf das CVT, und das CVT verän
dert die Drehzahl des Motorabtriebs in einer stufenlosen Weise
und überträgt diese auf eine Fahrzeugantriebswelle.
Ein CVT ist z. B. in Tokkai Hei 3-121 358, veröffentlicht in
1991, und in Tokkai Sho 59-217 047, veröffentlicht in 1984 durch
das japanische Patentamt, offenbart.
Solch ein CVT weist ein willkürliches Übersetzungsverhältnis
auf, wobei ein Drehmoment über z. B. einen Keilriemen übertragen
wird, der um ein Antriebsrad und ein Abtriebsrad gelegt ist.
Das Übersetzungsverhältnis kann kontinuierlich verändert werden
durch Vergrößern der Breite der einen Scheibe und Verringern
der Breite der anderen, wobei ein Öldruck, der durch ein Ge
triebesteuerventil bereitgestellt ist, an jeder Scheibe wirkt,
so daß diese ihre Breite ändert. Das Übersetzungsverhältnis
wird deshalb durch Vergrößern oder Verringern der Öffnung des
Übersetzungsverhältnissteuerventil variiert.
In diesem Falle wird ein Zielübersetzungsverhältnis gemäß den
Fahrbedingungen, wie z. B. Motordrehzahl und Motorlast, vorein
gestellt. Ein Steuermechanismus mit Rückkopplung steuert die
Öffnung des Übersetzungsverhältnissteuerventil, so daß, z. B.
die wahre (wirkliche) Drehzahl der CVT-Abtriebswelle mit einer
Drehzahl übereinstimmt, die einem vorgegebenen Übersetzungsver
hältnis entspricht, das auf den Fahrzeugantriebsbedingungen ba
siert.
Dort ist somit eine Anspruchsverzögerung vorhanden bis das wah
re Übersetzungsverhältnis wechselt, nachdem die Öffnung des
Übersetzungsverhältnissteuerventil verändert wurde. Ebenso ist
der Öldruck, der auf jede Scheibe des CVT wirkt, nicht notwen
digerweise direkt proportional zu dem Übersetzungsverhältnis
und die dynamischen Eigenschaften des Übersetzungsverhältnis
ses, wenn ein Wechsel vorgenommen wird von einem Verhältnis zu
einem anderen, sind nicht gleichförmig.
Entsprechend kann, selbst wenn eine wahre Geschwindigkeit mit
einer Zielgeschwindigkeit verglichen wird und das Übersetzungs
verhältnissteuerventil über eine Rückkopplung gesteuert wird,
eine gewünschte Steuerantwort nicht erreicht werden, wobei der
CVT-Abtrieb Veranlassung zum Stottern gibt, und das Fahrzeug
und der Fahrer können einen Schaden erleiden, aufgrund eines
übermäßigen Wechsels des Übersetzungsverhältnisses.
Es ist deshalb ein Ziel dieser Erfindung, die Steuerantwort ei
nes CVT zu verbessern.
Es ist ein weiteres Ziel dieser Erfindung ein Nachpendeln
(Regelschwankungen) in der CVT-Steuerung zu unterdrücken.
Um die obigen Ziele zu erreichen, stellt diese Erfindung ein
Übersetzungsverhältnissteuergerät für ein stufenlos verstellba
res Getriebe bereit, welches eine Drehzahl einer Motorabtriebs
welle eines Fahrzeuges auf eine Antriebswelle des Fahrzeuges
verändert und überträgt. Das Steuergerät umfaßt einen Mechanis
mus zum Ermitteln einer Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs, ei
nen Mechanismus zum Ermitteln eines wahren Übersetzungsverhält
nisses des stufenlos verstellbaren Getriebes, einen Mechanismus
zum Abschätzen einer Fahrzeuggeschwindigkeit an einem zukünfti
gen Zielvorgabezeitpunkt basierend auf der Fahrgeschwindigkeit,
einen Mechanismus zum Berechnen eines Zielübersetzungsverhält
nis basierend auf der Fahrzeuggeschwindigkeit an dem zukünfti
gen Zielvorgabezeitpunkt, und einen Mechanismus zum Steuern des
wahren Übersetzungsverhältnisses zu dem Zielübersetzungsver
hältnisses.
Es ist bevorzugt, daß der Mechanismus zum Abschätzen der Fahr
zeuggeschwindigkeit einen Mechanismus zum Berechnen einer Fahr
zeuggeschwindigkeitsrückkopplung durch Verarbeiten der Fahr
zeuggeschwindigkeit an dem zukünftigen Zielvorgabezeitpunkt mit
einem vorbestimmten Verzögerungsglied, einen Mechanismus zum
Berechnen einer Differenz zwischen der Fahrgeschwindigkeit und
der Fahrzeuggeschwindigkeitsrückkopplung und einen Mechanismus
zum Berechnen der Fahrzeuggeschwindigkeit an dem zukünftigen
Zielvorgabezeitpunkt durch eine vorbestimmte Integration, ba
sierend auf der Differenz, umfaßt.
Es ist weiter bevorzugt, daß der Mechanismus zum Abschätzen der
Fahrzeuggeschwindigkeit einen Mechanismus zum Ermitteln einer
Motorlast, einen Mechanismus zum Ermitteln einer Motordrehzahl,
einen Mechanismus zum Berechnen eines Drehmomentes, das durch
den Motor erzeugt wird, einen Mechanismus zum Berechnen der
Fahrzeugbeschleunigung, die auf dem erzeugten Drehmoment und
dem wahren Übersetzungsverhältnis basiert, und einen Mechanis
mus zum Berechnen einer korrigierten Differenz, die auf der Be
schleunigung und der Differenz basiert, umfaßt, und wobei der
Mechanismus zum Berechnen der Fahrzeuggeschwindigkeit die Fahr
zeuggeschwindigkeit an dem vorbestimmten zukünftigen Zeitpunkt
durch Durchführen einer vorbestimmten Integration, die auf der
korrigierten Differenz basiert, umfaßt.
Das Verzögerungsglied ist bevorzugt ein Verzögerungsglied er
ster Ordnung, das durch die folgende Gleichung festgelegt ist:
wobei
GM(s) = Verzögerungsglied
TM = Zeitkonstante, die einem vorausgelesenen Zeitpunkt entspricht, der durch den Entwickler eingestellt ist
S = Laplace-Operator
GM(s) = Verzögerungsglied
TM = Zeitkonstante, die einem vorausgelesenen Zeitpunkt entspricht, der durch den Entwickler eingestellt ist
S = Laplace-Operator
Alternativ ist das Verzögerungsglied eine Totzeit, welche durch
die folgende Gleichung festgelegt ist:
wobei
GM(s) = Verzögerungsglied
TM = Zeitkonstante, die einem vorausgelesenen Zeitpunkt entspricht, der durch den Entwickler eingestellt ist
s = Laplace-Operator
GM(s) = Verzögerungsglied
TM = Zeitkonstante, die einem vorausgelesenen Zeitpunkt entspricht, der durch den Entwickler eingestellt ist
s = Laplace-Operator
Es ist ebenso bevorzugt, daß der Mechanismus zum Abschätzen der
Fahrzeuggeschwindigkeit eine Phasenausgleichsvorrichtung
(Phasenentzerrer) zum freien Vorgeben einer Antwort der Fahr
zeuggeschwindigkeit an dem zukünftigen Zeitpunkt relativ zu ei
nem Ergebnis der vorbestimmten Integralrechnung umfaßt.
Ein Ausgleich der Phasenausgleichsvorrichtung ist bevorzugter
weise durch die folgende Gleichung festgelegt:
wobei
T₁ = Phasenausgleichskonstante-1
T₂ = Phasenausgleichskonstante-2
T₁ = Phasenausgleichskonstante-1
T₂ = Phasenausgleichskonstante-2
Die Details sowie andere Merkmale und Vorteile dieser Erfindung
werden in der folgenden Beschreibung fortgesetzt und sind in
den beigefügten Zeichnungen dargestellt.
Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch ein stufenlos verstellba
res Getriebe, an welchem diese Erfindung angewendet
ist.
Fig. 2 ist ein schematisches Diagramm einer elektronischen
Steuereinheit gemäß dieser Erfindung.
Fig. 3 ist ein Blockdiagramm einer Übersetzungsverhält
nissteuereinheit der elektronischen Steuereinheit.
Fig. 4 ist ein Steuerdiagramm, das einen Verarbeitungsvor
gang einer Fahrzeuggeschwindigkeitsführungseinheit in
der Übersetzungsverhältnissteuereinheit zeigt.
Fig. 5 ist ein Steuerdiagramm, wenn eine Übertragungsfunkti
on in Fig. 4 in Betracht gezogen wird, um mit dem
Totzeitpunkt übereinzustimmen.
Fig. 6 ist ähnlich der Fig. 4, jedoch zeigt sie eine zweite
Ausführungsform dieser Erfindung.
Fig. 7 ist ähnlich zu Fig. 4, jedoch zeigt sie eine dritte
Ausführungsform dieser Erfindung.
Fig. 8 ist ein Motorcharakteristikschaubild gemäß des drit
ten Ausführungsbeispiels.
Fig. 9A und 9B sind Zeitdiagramme, die eine berechnete Fahrzeugge
schwindigkeit zeigen, die von dem Steuerdiagramm des
ersten Ausführungsbeispiels verwendet werden, und ei
ne berechnete Fahrzeuggeschwindigkeit, die durch ein
digitales Differenzierverfahren berechnet wurde.
Fig. 10A und 10B sind ähnlich zu den Fig. 9A und 9B, jedoch zeigen
sie einen Zustand bei durchgetretenem Gaspedal.
Fig. 11A und 11B sind Graphen der Fahrzeuggeschwindigkeit und Fahr
zeuggeschwindigkeitsabweichung, die simulierte Ergeb
nisse zeigen, die das Steuerdiagramm der zweiten Aus
führungsform ohne Phasenausgleich anwenden.
Fig. 12A und 12B sind Kurven der Fahrzeuggeschwindigkeit und Fahrzeug
geschwindigkeitsabweichung, die simulierte Ergebnisse
zeigen, die das Steuerdiagramm der zweiten Ausfüh
rungsform mit Phasenausgleich anwenden.
Fig. 13A und 13B sind Kurven der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Fahr
zeuggeschwindigkeitsabweichung, die simulierte Ergeb
nisse zeigen, die das Steuerdiagramm der vierten Aus
führungsform ohne offene Kreislaufkorrektur verwen
den.
Fig. 14A und 14B sind Kurven der Fahrzeuggeschwindigkeit und Fahrzeug
geschwindigkeitsabweichung, die simulierte Ergebnisse
zeigen, die auf das Steuerdiagramm der dritten Aus
führungsform mit offener Kreislaufkorrektur aufwei
sen.
Fig. 15 ist ein Fließdiagramm, das einen Drehzahlwechselsteu
ervorgang der Übersetzungsverhältnissteuereinheit,
die in Fig. 3 gezeigt ist, beschreibt.
In Fig. 1 der Zeichnungen ist ein Drehmomentenwandler 12 ge
zeigt, der mit einer Motorabtriebswelle 10 verbunden ist.
Der Drehmomentenwandler 12 umfaßt eine Sperrkupplung 11. Die
Sperrkupplung 11 verbindet oder entkoppelt mechanisch ein Flü
gelrad 12a, welches ein Eingangsteil darstellt, und eine Turbi
ne 12b, welche ein Ausgangsteil darstellt, gemäß des Öldrucks,
der einer Wandlerkammer 12c und einer Sperrölkammer 12d zuge
führt wird.
Die Turbine 12b ist mit einer Welle 13 verbunden, wobei die
Welle 13 mit einem Vorwärts/Rückwärts-Umschaltmechanismus 15
verbunden ist. Der Mechanismus 15 umfaßt einen Planetengetrie
bemechanismus 19, eine Vorwärtskupplung 40 und Rückwärtsbremse
50. Die Abtriebswelle des Mechanismus 19 ist mit einer An
triebswelle 14 verbunden, die koaxial zur Welle 13 ausgebildet
ist. Die Antriebswelle 14 umfaßt eine Eingangswelle des stufen
los verstellbaren Getriebes (CVT) 17.
Das CVT 17 umfaßt ein Antriebsrad 16 und ein Abtriebsrad 26 und
einen Keilriemen 24, welcher die Drehbewegung des Antriebsrads
16 auf das Abtriebsrad 26 überträgt, wie oben beschrieben.
Das Antriebsrad 16 umfaßt eine feststehende konische Scheibe
18, welche zusammen mit der Antriebswelle 14 rotiert und eine
bewegbare konische Scheibe 22, die relativ zu der festen koni
schen Scheibe 18 angeordnet ist und eine Keilnut mit der festen
konischen Scheibe 18 formt. Die bewegbare konische Scheibe 22
bewegt sich in axialer Richtung der Antriebswelle 14 gemäß ei
nem Öldruck, der auf eine Antriebsradzylinderkammer 20 wirkt,
während diese mit der festen konischen Scheibe 18 dreht. Die
Antriebsradzylinderkammer 20 umfaßt eine Kammer 20a und eine
Kammer 20b. Die bewegbare konische Scheibe 22 weist eine Druck
aufnahmefläche auf, die größer ist als die einer bewegbaren ko
nischen Scheibe 34, wie im späteren noch beschrieben wird.
Das Antriebsrad 26 ist auf einer Antriebswelle 28 installiert.
Das Abtriebsrad 26 umfaßt eine feste konische Scheibe 30, wel
che zusammen mit der Antriebswelle 28 rotiert, und eine beweg
bare konische Scheibe 34, die relativ zu der festen konischen
Scheibe 30 angeordnet ist und eine Keilnut mit der festen koni
schen Scheibe 30 formt. Die bewegbare konische Scheibe 34 be
wegt sich in axialer Richtung der Abtriebswelle 28 gemäß einem
Öldruck, der auf eine Abtriebsradzylinderkammer 32 wirkt, wäh
rend dieses mit der festen konischen Scheibe 30 dreht.
Dieses Antriebsrad 28 ist mit einem Abtriebszahnrad 46 verse
hen, welches zusammen mit der Scheibe 28 dreht. Das Abtriebs
zahnrad 46 kämmt mit einem Zwischenrad 48 auf einer Zwischen
welle 52. Die Zwischenwelle 52 umfaßt ein Antriebszahnrad 54,
welches zusammen mit der Welle 52 dreht. Das Antriebszahnrad 54
kämmt mit einem Abschlußzahnrad 44. Das Abschlußzahnrad 44
treibt eine Propellerachse oder Antriebswelle, nicht gezeigt,
über eine Differenzialeinheit 56 an.
Das Drehmoment von der Motorabtriebswelle 10 wird zu dem Vor
wärts/Rückwärts-Umschaltmechanismus 15 über den Drehmomenten
wandler 12 und die Welle 13 auf das CVT 17 übertragen. Wenn die
Vorwärtskupplung 40 im Eingriff ist, und die Rückwärtsbremse 50
gelöst ist, wird die Drehbewegung der Welle 13 auf die An
triebswelle 14 des CVT 17 mit derselben Drehrichtung über den
Planetenradmechanismus 19 übertragen, wovon die Eingangswelle
und Ausgangswelle zusammen rotieren. Im anderen Falle, wenn die
Vorwärtskupplung 40 gelöst ist und die Rückwärtsbremse 50 im
Eingriff steht, wird die Drehbewegung der Welle 13 zu der An
triebswelle 14 mit der gegengerichteten Drehrichtung aufgrund
der Tätigkeit des Planetengetriebemechanismus 19 übertragen.
Die Rotation der Antriebswelle 14 wird durch die Differen
zialeinheit 56, Antriebsrad 16, Keilriemen 24, Abtriebsrad 26,
Abtriebswelle 28, Abtriebszahnrad 46, Antriebszahnrad 48, Aus
gleichswelle 53, Antriebszahnrad 54 und Abschlußzahnrad 44
übertragen. Wenn die Vorwärtskupplung 40 und Rückwärtsbremse 50
beide gelöst sind, schaltet der Vorwärts/Rückwärts-Um
schaltmechanismus 15 in die neutrale Stellung und eine Über
tragung einer Drehbewegung von der Welle 13 zur Antriebswelle
14 findet nicht statt.
In der zuvor erwähnten dynamischen Übertragung variiert das
Drehzahlverhältnis, das bedeutet das Übersetzungsverhältnis
(Verzögerungsverhältnis) zwischen dem Antriebsrad 16 und dem
Abtriebsrad 26 variiert, wenn die bewegliche konische Scheibe
22 des Antriebsrad 16 und bewegliche konische Scheibe 34 des
Abtriebsrads 26 in axialer Richtung bewegt werden, um den Kon
taktpunktradius mit dem Keilriemen 24 zu verändern. Z.B. ver
ringert sich, wenn die Breite der Keilnut des Antriebsrades 16
vergrößert wird und die Breite der Keilnut des Abtriebsrads 26
verkleinert wird, der Kontaktpunktradius des Keilriemens 24 auf
der Seite der Antriebsscheibe 16 und der Kontaktpunktradius des
Keilriemens 24 auf der Seite der Abtriebsscheibe 24 vergrößert
sich, so daß ein großes Verzögerungsverhältnis erreicht wird.
Wenn die bewegbaren konischen Scheiben 22, 34 in die entgegen
gesetzte Richtung bewegt werden, wird das Verzögerungsverhält
nis kleiner.
Diese Steuerung der Breite der Keilnuten des Antriebsrades 16
und Abtriebsrades 26 wird durchgeführt durch Steuern der Rela
tivdrücke in der Antriebszylinderkammer 20 (20a, 20b) und Ab
triebszylinderkammer 32 über ein im folgenden beschriebenes
Steuersystem.
Das Drehzahlverhältnis des CVT 17 wird durch die Steuereinheit
gesteuert, die in Fig. 2 gezeigt ist. Die gleichen Symbole
werden verwendet wie für den Mechanismus in Fig. 1.
In Fig. 2 stellt 101 eine elektronische Steuereinheit dar, die
einen Mikrocomputer umfaßt, und 102 eine Öldrucksteuereinheit
dar, die verschiedene Öldrucksteuerventile umfaßt. In diesem
Steuersystem sind die Haupteinrichtungen der Steuerung des CVT
17 die elektronische Steuereinheit 101 und die hydraulische
Steuereinheit 102.
Die elektronische Steuereinheit 101 umfaßt eine zentrale Verar
beitungseinheit (CPU) 101A, welche verschiedene Steuerberech
nungen durchführt, eine Eingangseinheit 101B, welche Laufzu
standssignale von dem Motor und des Fahrzeugs zu einem geeigne
ten Format zum Verarbeiten umwandelt und diese in die CPU 101A
einfüttert, und eine Ausgangseinheit 101C, welche Steueraus
gangssignale der CPU 101A zu Antriebssignalen für entsprechende
Instrumente und Kreisläufe umwandelt und diese abführt. Ver
schiedene Signale werden in die Eingangseinheit 101B eingege
ben, diese sind ein Wassertemperatursignal von einem Wassertem
peratursensor S1, welcher von einem Steuermodul 103 zum elek
tronischen Steuern einer Kraftstoffeinspritzmenge und eines
Zündzeitpunkts des Motors 100 verwendet wird, ein Drosselöff
nungssignal von einem Drosselöffnungssensor S2, ein Motordreh
zahlsignal von einem Motordrehzahlsensor S3, ein ABS-Arbeits
signal von einem Schalter S4, der an einem Antiblockier
brems (ABS)-Steuergerät 104 angebracht ist, ein Bremssignal S5
von einem Bremssensor S5, ein Wahlhebelstellungssignal von ei
nem Wahlhebelstellungssensor S6, welcher die Betriebsstellung
eines Wahlhebels 105 anzeigt, ein Drehzahlsignal
(Turbinendrehzahlsignal) von einem Turbinendrehzahlsensor Dreh
zahlsignal (Fahrzeuggeschwindigkeitssignal) von einem Drehzahl
sensor S8, welcher die Drehzahl des Abtriebsrads 26 anzeigt.
Die Eingabeeinheit 101B sendet diese Signale zu der CPU 101A,
wie es notwendig ist.
Die CPU 101A umfaßt eine Übersetzungsverhältnissteuereinheit
106, Leitungsdrucksteuereinheit 107 und Sperrsteuereinheit 108,
und berechnet Steuersignale durch Verwenden erforderlicher Si
gnale, die von den zuvor erwähnten Signalen ausgesucht sind,
und steuert das Übersetzungsverhältnis, den Leitungsdruck und
die Sperrkupplung des CVT 17 durch Antreiben eines Schrittmo
torkreislaufs 109, Leitungsdrucksolenoidantriebskreislaufs 110
und Sperrsolenoidantriebskreislauf 111.
Wenn die Funktion der CPU 101A im größeren Detail beschrieben
wird, ergibt sich, daß die Übersetzungsverhältnissteuereinheit
106 Steuersignale an den Schrittmotorantriebskreislauf 109 ab
gibt, so daß ein Verändern des Übersetzungsverhältnisses gemäß
einem vorgesetzten Schema abläuft, das abhängig ist von der Mo
torlast, die durch die Drosselöffnung, Motordrehzahl und Fahr
zeuggeschwindigkeit repräsentiert wird.
Basierend auf diesen Steuersignalen treibt der Schrittmotoran
triebskreislauf 109 einen Schrittmotor 113 an, der mit dem
Steuerventil 112 der Öldrucksteuereinheit 102 verbunden ist.
Der Schrittmotor 113 treibt das Steuerventil 112 an, so daß ein
Übersetzungsverhältnis erreicht wird, das mit dem Signal des
Schrittmotorantriebskreislaufs 109 korrespondiert, steuert den
Leitungsdruck, der auf die Antriebsradzylinderkammer 20 aufge
bracht wird, wie in Fig. 1 gezeigt ist, und variiert den Druck
der Antriebsradzylinderkammer 20 und Abtriebsradkammer 32 rela
tiv zueinander.
In dem Steuerventil 112 wird die Verstellposition des Antriebs
rads 16, das heißt das Übersetzungsverhältnis, über ein Verbin
dungsglied 114 mit Rückführung gesteuert. Aufgrund dieser
Steuerung mit Rückführung (Regelkreis) fixiert die Überset
zungsverhältnissteuereinheit 106 den relativen Druck der Radzy
linderkammern 20 und 32, so daß das Übersetzungsverhältnis an
einem Zielübersetzungsverhältnis gehalten wird, nachdem das
Übersetzungsverhältnis entsprechend der Stellung des Schrittmo
tors 113 erreicht wurde. In dieser Übersetzungsverhältnissteue
rung des CVT 17 sind, wenn der Leitungsdruck, der auf die Räder
16 und 26 wirkt, zu klein ist, die Reibkräfte zwischen den
Scheiben 16, 18 und dem Keilriemen 24 nicht ausreichend, so daß
der Keilriemen 24 durchrutscht. Umgekehrt werden, wenn der Lei
tungsdruck zu hoch ist, die Reibungskräfte unnütz groß. In bei
den Fällen entsteht eine umgekehrte Wirkung auf den Kraftstoff
verbrauch und die Leistung des Fahrzeugs. Die Leitungsdruck
steuereinheit 107 steuert deshalb den Leitungsdruck über den
Leitungsdruckantriebskreislauf 110, so daß die Leistung, die
übertragen wird, weder zu hoch noch zu gering ist entsprechend
den Laufbedingungen.
In anderen Worten bedeutet das, daß der Drucksolenoidantriebs
kreislauf 110 die Stellung des Leitungsdruckssolenoids 115 der
Öldrucksteuereinheit 102 gemäß den Steuersignalen von dem An
triebskreislauf 110 steuert. Der Leitungsdrucksolenoid 115
führt einen Öldruck von einer Hydraulikpumpe, nicht gezeigt,
der Antriebsradkammer 32 zu, nachdem der Druck auch einen ge
eigneten Zielleitungsdruck über ein Umsteuerelement
(Drucksteuerventil) 116 und einen Regler (Konstantdruckventil)
117 eingestellt ist, und versorgt ebenso die Antriebsradzylin
derkammer 20 über das Steuerventil 112.
Die Sperrsteuereinheit 108 steht mit der Sperrkupplung 11 in
Eingriff, wenn z. B. die Fahrzeuggeschwindigkeit sich über einen
vorbestimmten Wert erhöht und geht außer Eingriff mit dieser,
wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit unter diesen vorbestimmten
Wert fällt.
In anderen Worten bedeutet dies, daß die Sperrsteuereinheit 108
den Sperrsolenoid 118 der Drucksteuereinheit 102 über den
Sperrsolenoidantriebskreislauf 111 gemäß der Fahrzeuggeschwin
digkeit antreibt und das Sperrsteuerventil 119 wird entspre
chend umgeschaltet. Das Sperrsteuerventil 119 ist ein Ventil,
welches umschaltet zwischen einem System, in dem der Öldruck
der Ölpumpe auf eine Wandlerkammer 12c des Drehmomentenwandler
12 als ein auf die Sperrkupplung 11 aufgebrachter Druck aufge
bracht wird, während eine Sperrölkammer 12d entlastet wird, und
einem System, welches den Öldruck der Ölpumpe der Sperrölkammer
12d als Entlastungsdruck aufbringt, während die Wandlerkammer
12c entlastet wird.
Das oben erwähnte CVT und die Basisstruktur seines Steuergerä
tes sind in Tokkai Hei 8-178 055, veröffentlicht durch das japa
nische Patentamt in 1996, offenbart.
Diese Erfindung weist spezielle unterscheidende Merkmale im
Hinblick auf die Übersetzungsverhältnissteuereinheit 106 auf.
Wie durch die Fig. 3 gezeigt, umfaßt die Übersetzungsverhält
nissteuereinheit 106 eine Zielübersetzungsverhältnissteuerein
heit 410, ein Übersetzungsverhältnisbefehlsgerät 420, eine Be
rechnungseinheit 430 für das wahre Übersetzungsverhältnis und
eine Fahrzeuggeschwindigkeitsabschätzeinheit 440, und führt die
Übersetzungsverhältnissteuerung gemäß dem Kontrolldiagramm aus
Fig. 15 durch.
Nun wird der Übersetzungsverhältnissteuervorgang beschrieben,
in welchem in einem Schritt S101 bestimmt wird, ob, oder ob
nicht eine vorbestimmte Zeit von dem unmittelbar vorangegange
nen Ereignis verstrichen ist, wenn der Vorgang ausgeführt wur
de, so daß der Vorgang in vorbestimmten Zeitintervallen ausge
führt wird. In einem Schritt S102 werden die Signale von den
Sensoren S1-S3 und S6-S8 gelesen.
In einem Schritt S103 berechnet die Berechnungseinheit 430 für
das wahre Übersetzungsverhältnis ein wahres Übersetzungsver
hältnis ipR des CVT 17 aus der Drehzahl des Antriebsrads 16 und
der Drehzahl des Abtriebsrads 26.
In einem Schritt S104 schätzt die Fahrzeuggeschwindigkeitsab
schätzeinheit 440 die Fahrzeuggeschwindigkeit (vorausgelesene
Fahrzeuggeschwindigkeit) nachdem eine vorbestimmte Zeit von der
Jetztzeit verstrichen ist.
In einem Schritt S105 berechnet die Zielübersetzungsverhältnis
berechnungseinheit 410 ein Zielübersetzungsverhältnis ipT ent
sprechend eines Laufzustandes, welcher zusätzlich zu Laufzu
standssignalen, wie z. B. das Drosselöffnungssignal und das Mo
tordrehzahlsignal, auf der Fahrzeuggeschwindigkeit nachdem die
vorbestimmte Zeit verstrichen ist, was in dem Schritt S104 ab
geschätzt wurde, basiert.
In einem Schritt S106 führt das Übersetzungsverhältnissteuerge
rät 420 eine Rückkopplungsberechnung aus, welche einen Überset
zungsverhältnisbefehlswert berechnet, der das wahre Überset
zungsverhältnis ipR dazu bringt, das Zielübersetzungsverhältnis
ipT mit der vorbestimmten Eigenschaft zu erreichen, und in ei
nem Schritt S107 wird der Übersetzungsverhältnisbefehlswert als
Antriebssignal Sθ entsprechend der Winkelstellung des Schritt
motors 113 ausgegeben.
Die Fahrzeuggeschwindigkeitsabschätzeinheit 440 umfaßt eine Ab
weichungsberechnungseinheit 450, welche einen Unterschied zwi
schen der wahren Fahrzeuggeschwindigkeit und einer ersten abge
schätzten Fahrzeuggeschwindigkeit berechnet, eine zweite Ge
schwindigkeitsabschätzeinheit 460, welche eine zweite Fahrzeug
geschwindigkeit V₂ abschätzt, und eine erste Geschwindigkeits
abschätzeinheit 470, welche eine erste abgeschätzte Fahrzeugge
schwindigkeit V₁ berechnet.
Die Fahrzeuggeschwindigkeitsabschätzeinheit 440 multipliziert
Eingangssignale mit einer Rückkopplungszunahme K in der zweiten
Geschwindigkeitsabschätzeinheit 460 und führt eine Integration
mit einem Laplace-Operator s durch, so daß eine zweite abge
schätzte Fahrzeuggeschwindigkeit V₂ wie in Fig. 4 gezeigt, be
rechnet wird. Die erste Geschwindigkeitsabschätzeinheit 470
führt eine Nacheilverarbeitung an der zweiten abgeschätzten
Fahrzeuggeschwindigkeit V₂ aus, so daß die erste abgeschätzte
Fahrzeuggeschwindigkeit V₁ abgeschätzt wird.
Wenn die erste abgeschätzte Fahrzeuggeschwindigkeit V₁ mit der
wahren Fahrzeuggeschwindigkeit V übereinstimmt, wird die zweite
abgeschätzte Fahrzeuggeschwindigkeit V₂ als vorausgelesene
Fahrzeuggeschwindigkeit angesehen, welche innerhalb einer Zeit
spanne erlangt wird, die abhängig ist von den vorbestimmten
Nacheilelementen. Daraus ergibt sich, daß die Fahrzeuggeschwin
digkeitsabschätzeinheit 440 die zweite abgeschätzte Fahrzeugge
schwindigkeit V₂, wenn die erste abgeschätzte Fahrzeuggeschwin
digkeit V₁ und die wahre Fahrzeuggeschwindigkeit V übereinstim
men, in die Zielübersetzungsverhältnisberechnungseinheit 410
eingibt.
Die detaillierte Verarbeitung, die durch die Fahrzeuggeschwin
digkeitsabschätzeinheit 440 durchgeführt wird, wird nun be
schrieben werden.
Ein Fahrzeuggeschwindigkeitsfehler Verr wird zuerst auf der Ba
sis des folgenden Ausdruckes (1-1) von der wahren Fahrzeugge
schwindigkeit V und der ersten abgeschätzten Fahrzeuggeschwin
digkeit V₁ berechnet.
Verr = V-V₁ (1-1)
In dieser Berechnung kann der anfängliche Wert von V₁ auf die
wahre Fahrzeuggeschwindigkeit V gesetzt werden, das heißt der
anfängliche Wert von Verr ist null.
Die zweite abgeschätzte Fahrzeuggeschwindigkeit V₂ wird durch
Eingeben des Fahrzeuggeschwindigkeitsfehlers Verr und multipli
zieren mit einem willkürlichen Rückführzuwachs K und durchfüh
ren einer Integralberechnung, die durch den folgenden Ausdruck
(1-2) dargestellt ist, berechnet.
wobei
K = Rückkopplungszunahme
s = Laplace-Operator
K = Rückkopplungszunahme
s = Laplace-Operator
Die zuvor erwähnte, erste abgeschätzte Fahrzeuggeschwindigkeit
V₁ wird durch Eingeben der zweiten abgeschätzten Fahrzeugge
schwindigkeit V₂ und Anwenden eines Verzögerungskoeffizienten
erster Ordnung GM(s), der in dem folgenden Ausdruck (1-3) in
der Berechnungseinheit 470 gezeigt ist, berechnet.
wobei
TM = Zeitkonstante, die einer vorausgelesenen Zeit entspricht, die durch den Entwickler eingestellt ist.
TM = Zeitkonstante, die einer vorausgelesenen Zeit entspricht, die durch den Entwickler eingestellt ist.
GM(s) kann ebenso ausgedrückt werden durch die Totzeit, die
durch Fig. 5 und die folgende Gleichung (1-4) repräsentiert
wird.
Durch Bestimmen des Zielübersetzungsverhältnis durch Verwenden
der vorausgelesenen Fahrzeuggeschwindigkeit V₂ an einem vorbe
stimmten, zukünftigen Zeitpunkt, der in dieser Weise berechnet
wird, werden die Führungseigenschaften der Variation des wahren
Übersetzungsverhältnis relativ zu der Veränderung des Zielüber
setzungsverhältnisses verbessert und die Übersetzungsverhält
nisansprechverhalten des CVT ist verbessert.
Die experimentalen Ergebnisse, die mit dieser Steuereinheit,
die in einem Motorteststand verwendet wurde, erreicht wurden,
sind in den Fig. 9A und 9B und Fig. 10A und 10B gezeigt.
Fall A entspricht diesem Ausführungsbeispiel. Fig. 9A und 9B
zeigen das Übersetzungsverhältnis, wenn das Fahrzeug unmittel
bar nach dem Starten beschleunigt und in die Ausrollstellung
abbremst. Fig. 10A und 10B zeigen das Übersetzungsverhält
nis, wenn ein Durchtreten des Gaspedals stattfindet.
Die Kostanten, die durch die Fahrzeuggeschwindigkeitsab
schätzeinheit verwendet werden, sind wie folgt.
TM = 0.5 (sec), K = 10.0
Die vorausgelesene Fahrzeuggeschwindigkeit kann erreicht werden
durch digitale Differenzierung von der jetzigen Fahrzeugge
schwindigkeit und der vergangenen Fahrzeuggeschwindigkeit.
Die erhaltenen experimentellen Ergebnisse, wenn das Zielüber
setzungsverhältnis bestimmt wird, basierend auf dieser digita
len Differenzierungsverfahrens, sind ebenso in Fall B gezeigt.
Wie von den experimentellen Ergebnissen gesehen werden kann,
wurde es gefunden, daß der Fall A vorteilhafter ist zu Fall B
in den folgenden Punkten.
- - Wenn der Fuß von dem Gaspedal heruntergenommen wird am Ende der Beschleunigung und wenn Durchtreten des Gaspedals durch geführt wird, um zu Beschleunigen, wird ein Nachpendeln der vorausgelesenen Fahrzeuggeschwindigkeit unterdrückt.
- - Die vorausgelesene Fahrzeuggeschwindigkeit variiert gleichmä ßig und es entsteht kein Rauschen. Insbesondere ein Nachpen deln tritt nicht auf, wenn das Fahrzeug ausrollt.
Fig. 6 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel dieser Erfindung.
Betrachtet man das zuvor beschriebene Verzögerungsglied der er
sten Ordnung, kann der Systemübertragungskoeffizient G(s) un
terdrückt werden durch die folgende Gleichung
wobei
Die folgenden Beobachtungen können gemacht werden, wenn die na
türliche Schwingfrequenz ωn und der Dämpffaktor ζ in den Glei
chungen (2-2), (2-3) betrachtet werden.
- - Wenn die Rückkopplungszunahme K mit der Anstrengung die Dif ferenz zwischen der wahren Fahrzeuggeschwindigkeit und der ersten abgeschätzten Fahrzeuggeschwindigkeit zu reduzieren erhöht wird, wird die natürliche Schwingfrequenz des Steue rergebnisses größer und die Dämpfung wird schlechter.
- - Wenn die zukünftige vorausgelesene Zeitkonstante TM groß ist, ist die Dämpfung schlecht.
Gemäß des zweiten Ausführungsbeispiels ist daher ein
1.Grad/1.Grad Phasenausgleichsgerät 480 zum Ausgleichen der
Phase in der Gleichung
nach der Integrations
berechnung von der zweiten Fahrzeugabschätzeinheit 460 hinzuge
fügt, wie in Fig. 6 gezeigt. Die offene Kreislaufübertragungs
funktion G (s) der Fahrzeuggeschwindigkeitsabschätzeinheit 440
wird in der folgenden Gleichung gezeigt (3-1).
wobei
Pm = Verzögerungspol erster Ordnung
T₁ = Phasenausgleichskonstante-1
T₂ = Phasenausgleichskonstante-2
Pm = Verzögerungspol erster Ordnung
T₁ = Phasenausgleichskonstante-1
T₂ = Phasenausgleichskonstante-2
Im Hinblick auf (3-2)-(3-4) sind für die drei Unbekannnten
Pm, ωn und ζ die drei Konstanten vorhanden, die willkürlich
durch den Entwickler vorgegeben werden können, das heißt die
Phasenausgleichskonstanten T₁, T₂ und der Rückkopplungszunahme
K. Der Entwickler kann somit die Phasenausgleichskonstanten T₁,
T₂ und die Rückkopplungszunahme K bestimmen, so daß ein ge
wünschter Verzögerungspol Pm erster Ordnung, natürliche
Schwingfrequenz ωn und Dämpfungsfaktor ζ erreicht werden.
Fig. 11A, 11B zeigen simulierte Ergebnisse, wenn der Phasen
ausgleich nicht angewendet wird, und Fig. 12A und 12B zeigen
simulierte Ergebnisse, wenn der Phasenausgleich angewendet
wird. Von den Ergebnissen ist es zu sehen, daß die Antwort der
vorausgelesenen Fahrzeuggeschwindigkeit unmittelbar nach dem
Fahrzeugstart (2.5-6.0 sec) durch Anwenden des Phasenausgleichs
verbessert ist. Die Konstanten, die durch die Fahrzeuggeschwin
digkeitsabschätzeinheit in dem Experiment mit und ohne Phasen
ausgleich verwendet wurden, sind wie folgt.
Mit Phasenausgleich:
T₁ = 0.125 (sec)
T₂ = 0.49 (sec)
TM = 0.5 (sec)
K = 4.0
T₁ = 0.125 (sec)
T₂ = 0.49 (sec)
TM = 0.5 (sec)
K = 4.0
ohne Phasenausgleich:
TM = 0.5 (sec)
K = 10.0
TM = 0.5 (sec)
K = 10.0
Fig. 7 zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel dieser Erfin
dung, worin die zweite Fahrzeuggeschwindigkeitsabschätzeinheit
460 zusätzlich bereitgestellt ist in einer offenen Kreislauf
korrekturfunktion, so daß die vorausgelesene Fahrzeuggeschwin
digkeit mit größerer Präzision abgeschätzt werden kann.
Gemäß dieses Ausführungsbeispiels umfaßt die zweite Geschwin
digkeitsabschätzungseinheit 460 z. B. eine Motorcharakteristik
karte 490 zum Suchen des Drehmomentes, das durch den Motor er
zeugt wurde, abhängig von der Motordrehzahl Ne und Drosselöff
nung Tvo, wie in Fig. 8 gezeigt ist. Es umfaßt weiter eine Be
schleunigungsabschätzeinheit 500, welche eine Beschleunigung α
abschätzt, die durch das Fahrzeug erzeugt wurde, durch Verwen
den der folgenden Gleichung (4-1) abhängig von dem erlangten
Drehmoment Te.
wobei
ipR = wahres Übersetzungsverhältnis
M = Fahrzeugmasse
Rt = Radradius
ipR = wahres Übersetzungsverhältnis
M = Fahrzeugmasse
Rt = Radradius
Eine Berechnungseinheit 510 wendet eine offene Kreislaufkorrek
tur auf die Fahrzeuggeschwindigkeitsdifferenz durch Verwenden
der berechneten Beschleunigung α an.
Fig. 13A, 13B zeigen simulierte Ergebnisse, wenn die offene
Kreislaufkorrektur nicht angewendet wird und Fig. 14A und
14B zeigen simulierte Ergebnisse, wenn die offene Kreislaufkor
rektur angewendet wurde. Von diesen Ergebnissen kann es gesehen
werden, daß die vorausgelesene Fahrzeuggeschwindigkeit mit grö
ßerer Präzision durch Anwenden der offenen Kreislaufkorrektur
abgeschätzt werden kann. Die Konstanten und Fahrzeugdimensio
nen, die durch die Fahrzeuggeschwindigkeitsabschätzeinheit in
dem Experiment verwendet wurden, sind wie folgt.
Konstanten:
T₁ = 0.125 (sec)
T₂ = 0.49 (sec)
K = 4.0
T₁ = 0.125 (sec)
T₂ = 0.49 (sec)
K = 4.0
Fahrzeugdimension:
M = 1561 (kg)
Rt = 0.283 (m)
M = 1561 (kg)
Rt = 0.283 (m)
Die Ausführungsbeispiele dieser Erfindung, für welche ein aus
schließliches Eigentum oder Privileg beansprucht wird, sind
durch die folgenden Ansprüche definiert.
Claims (7)
1. Ein Übersetzungsverhältnissteuergerät (101, 102, 113) für
ein stufenlos verstellbares Getriebe (17), welches eine Dreh
zahl einer Motorabtriebswelle (10) eines Fahrzeugs auf eine An
triebswelle des Fahrzeugs verändert und überträgt, umfaßt:
Einrichtungen (S8) zum Ermitteln einer Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs, Einrichtungen (S7, S8, 430) zum Ermitteln eines wahren Übersetzungsverhältnisses des stufenlos verstellbaren Getriebes (17), Einrichtungen (440) zum Abschätzen einer Fahr zeuggeschwindigkeit an einem zukünftigen Zielvorgabezeitpunkt basierend auf der Fahrzeuggeschwindigkeit, Einrichtungen (410) zum Berechnen eines Zielübersetzungsverhältnisses basierend auf der Fahrzeuggeschwindigkeit an dem zukünftigen Zielvorgabezeit punkt und Einrichtungen (420) zum Steuern des wahren Überset zungsverhältnisses auf das Zielübersetzungsverhältnis.
Einrichtungen (S8) zum Ermitteln einer Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs, Einrichtungen (S7, S8, 430) zum Ermitteln eines wahren Übersetzungsverhältnisses des stufenlos verstellbaren Getriebes (17), Einrichtungen (440) zum Abschätzen einer Fahr zeuggeschwindigkeit an einem zukünftigen Zielvorgabezeitpunkt basierend auf der Fahrzeuggeschwindigkeit, Einrichtungen (410) zum Berechnen eines Zielübersetzungsverhältnisses basierend auf der Fahrzeuggeschwindigkeit an dem zukünftigen Zielvorgabezeit punkt und Einrichtungen (420) zum Steuern des wahren Überset zungsverhältnisses auf das Zielübersetzungsverhältnis.
2. Ein Übersetzungsverhältnissteuergerät (101, 102, 113) gemäß
Anspruch 1, worin die Fahrzeuggeschwindigkeitsabschätzeinrich
tung (440) Einrichtungen (470) zum Berechnen einer Rückkopp
lungsfahrzeuggeschwindigkeit durch Verarbeiten der Fahrzeugge
schwindigkeit an dem Zielvorgabezeitpunkt mit einem vorbestimm
ten Verzögerungsglied, Einrichtungen (450) zum Berechnen einer
Differenz zwischen der Fahrgeschwindigkeit und der Rückkopp
lungsfahrzeuggeschwindigkeit, und Einrichtungen (460) zum Be
rechnen der Fahrzeuggeschwindigkeit an dem zukünftigen vorbe
stimmten Zeitpunkt durch eine vorbestimmte Integration basie
rend auf der Differenz, umfaßt.
3. Ein Übersetzungsverhältnissteuergerät (101, 102, 113) gemäß
Anspruch 2, worin die Fahrzeuggeschwindigkeitsabschätzeinrich
tung (440) Einrichtungen (S2) zum Ermitteln einer Motorlast,
Einrichtungen (S3) zum Ermitteln einer Motordrehzahl, Einrich
tungen (490) zum Berechnen eines Drehmomentes, das durch den
Motor erzeugt wird, Einrichtungen (500) zum Berechnen einer
Fahrzeugbeschleunigung, die auf dem erzeugten Drehmoment und
dem wahren Übersetzungsverhältnis basiert, und Einrichtungen
(510) zum Berechnen einer korrigierten Differenz basierend auf
der Beschleunigung und der Differenz, umfaßt, und wobei die
Fahrzeuggeschwindigkeitsberechnungseinrichtung (460) die Fahr
zeuggeschwindigkeit an dem zukünftigen vorbestimmten Zeitpunkt
durch Ausführen einer vorbestimmten Integration basierend auf
dieser korrigierten Differenz, berechnet.
4. Ein Übersetzungsverhältnissteuergerät (101, 102, 113) gemäß
Anspruch 2, worin das Verzögerungsglied ein Verzögerungsglied
erster Ordnung ist, das durch die folgende Gleichung (1) fest
gelegt ist:
wobei
GM(s) = Verzögerungsglied
TM = Zeitkonstante entsprechend einer vorausgelesenen Zeit, die durch den Entwickler festgesetzt ist
s = Laplace-Operator
GM(s) = Verzögerungsglied
TM = Zeitkonstante entsprechend einer vorausgelesenen Zeit, die durch den Entwickler festgesetzt ist
s = Laplace-Operator
5. Ein Übersetzungsverhältnissteuergerät (101, 102, 113) gemäß
Anspruch 2, worin das Verzögerungsglied eine Totzeit ist, die
durch die folgende Gleichung (2) festgelegt ist:
wobei
GM(s) = Verzögerungsglied
TM = Zeitkonstante entsprechend einer vorausgelesenen Zeit, die durch den Entwickler festgesetzt ist
s = Laplace-Operator
GM(s) = Verzögerungsglied
TM = Zeitkonstante entsprechend einer vorausgelesenen Zeit, die durch den Entwickler festgesetzt ist
s = Laplace-Operator
6. Ein Übersetzungsverhältnissteuergerät (101, 102, 113) gemäß
Anspruch 2, worin die Fahrzeuggeschwindigkeitsabschätzeinrich
tung (440) ein Phasenausgleichsgerät (480) zum freien Vorgeben
einer Antwort der Fahrzeuggeschwindigkeit an dem zukünftigen,
vorbestimmten Zeitpunkt relativ zu einem Ergebnis der vorbe
stimmten Integralrechnung umfaßt.
7. Ein Übersetzungsverhältnissteuergerät (101, 102, 113) gemäß
Anspruch 6, worin ein Ausgleich des Phasenausgleichsgeräts
(480) festgelegt wird durch die folgende Gleichung (3):
wobei
T₁ = Phasenausgleichskonstante-1
T₂ = Phasenausgleichskonstante-2.
T₁ = Phasenausgleichskonstante-1
T₂ = Phasenausgleichskonstante-2.
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