DE3504763A1

DE3504763A1 - Steuereinrichtung

Info

Publication number: DE3504763A1
Application number: DE19853504763
Authority: DE
Inventors: Paulus Dipl.-Ing. 3180 Wolfsburg Heidemeyer; Frank Dipl.-Ing. 3300 Braunschweig Zimmermann
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1984-04-27
Filing date: 1985-02-13
Publication date: 1985-10-31
Anticipated expiration: 2005-02-14
Also published as: DE3504763C2; FR2563479A1; FR2563479B1; JPS60173750U

Description

Steuereinrichtung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinrichtung zur Verstellung der Kegelscheibenpaare eines stufenlos das Übersetzungsverhältnis verändernden Kegelscheibenumschlingungsgetriebes für ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bekannte Steuereinrichtungen dieser Art weisen im allgemeinen mechanische Verstellvorrichtungen für den Steuerkolben auf. Diese mechanischen Systeme werden jedoch besonders dann aufwendig, wenn zur Erhöhung des Fahrkomforts eine größere Zahl von Zustandsgrößen bei der Getriebesteuerung berücksichtigt werden soll. Darüberhinaus bestehen häufig insofern Probleme, als die Verstellgeschwindigkeit der Kegelscheibenpaare beim Anfahren eines neuen Arbeitspunktes nicht ausreichend variiert werden kann, so daß die Verstellung entweder zu lange dauert oder sich als unkomfortabel erweist. Auch bei der sogenannten Stillstandsverstellung, d. h. bei der Verstellung z. B. nach einer Vollbremsung mit blockierten Rädern aus einer Overdrive-Stellung des Getriebes heraus, ergeben sich Schwierigkeiten für die Erreichung einer für das Wiederanfahren erforderlichen Anfahrstellung.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, eine Steuereinrichtung der im Oberbegriff genannten Art zu schaffen, die gegenüber den bekannten Einrichtungen weniger aufwendig ist und die die genannten Schwierigkeiten behebt.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1. Erfindungsgemäß wird also zur Verstellung des Steuerkolbens ein Servostellantrieb herangezogen, der den Steuerkolben unmittelbar betätigt und der von einem Steuergerät angesteuert wird, in dem die einzelnen, die Getriebestellung bestimmenden Zustandsgrößen des Fahrzeugs nach verschiedenen Kriterien und Gesichtspunkten verarbeitet werden können.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich gemäß den Merkmalen der Unteransprüche.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung anhand eines schematischen Schaltbildes gezeigt, das im folgenden näher erläutert wird.
In der Zeichnung ist mit 1 der vorzugsweise durch eine Hubkolben-Brennkraftmaschine gebildete Antriebsmotor eines Fahrzeugs, beispielsweise eines Personenkraftfahrzeugs, bezeichnet mit einer Kurbelwelle 2, die über eine schaltbare Kupplung 3 mit einer Getriebeantriebswelle 4 verbindbar ist. 5 stellt ein aus zwei Kegelscheibenpaaren 6 und 7 bestehendes herkömmliches Kegelscheibenumschlingungsgetriebe dar, das durch stufenlose Verstellung des Übersetzungsverhältnisses eine den jeweiligen Fahrbetriebszuständen angepaßte Kraftübertragung auf eine zu den hier nicht weiter gezeigten Antriebsrädern führende Getriebeabtriebswelle 8 vornimmt. Eine Veränderung der Getriebeübersetzung ergibt sich dabei durch gegensätzliche Verstellung der beiden Kegelscheibenpaare 6 und 7, die Ln bekannter Weise jeweils aus einer feststehenden und einer verstellbaren Kegelscheibe bestehen, wobei die Verstellung der verstellbaren Kegelscheiben jeweils durch Druckmittelbeaufschlagung der zugeordneten Druckbeaufschlagungsräume 46 bzw. 47 erfolgt. Dabei wird die Verstellung der Kegelscheibenpaare jeweils einander entgegengesetzt durchgeführt, so daß das zwischen den beiden Kegelscheibenpaaren verlaufende endlose Drehmomentübertragungselement, das beispielsweise aus einem Riemen oder einer Kette 48 bestehen kann, an dem einen Kegelscheibenpaar radial nach außen und an dem anderen Kegelscheibenpaar radial nach innen läuft, wodurch das Übersetzungsverhältnis verändert wird. Auf diese Weise ergibt sich eine einem Anfahrgang entsprechende kleinste Übersetzung, wenn das Drehmomentübertragungselement an dem ersten Kegelscheibenpaar 6 in der radial innersten Position und an dem zweiten Kegelscheibenpaar 7 in der radial äußersten Position steht, während eine beispielsweise einem Overdrive-Gang entsprechende größte Übersetzung dann entsteht, wenn das Drehmomentübertragungselement an dem ersten Kegelscheibenpaar radial außen und an dem zweiten Kegelscheibenpaar radial innen steht.
Die Druckbeaufschlagung der beiden, den Kegelscheibenpaaren 6 und 7 zugeordneten Druckräume 46 und 47 erfolgt z. B. mit Hilfe eines Steuerventils 10, das einen axial verstellbaren Steuerkolben 11 mit zwei Steuerbünden 15 und 16 aufweist. Diese Steuerbünde 15,16 weisen jeweils zwei Steuerkanten 15a, 15b bzw. 16a, 16b auf, die in Abhängigkeit von der Stellung des Steuerkolbens 11 die Verbindung der zu den Druckbeaufschlagungsräumen 46 und 47 der Kegelscheibenpaare 6 und 7 führenden Druckleitungen 18 und 19 mit einer Druckzuführungsleitung 21 bzw. einer Druckmittelabführungsleitung 20 steuern. Der Steuerkolben 11 wird an seiner in der Zeichnung rechten Stirnseite von einer Druckfeder 22 belastet, die den Steuerkolben in eine Ausgangsstellung zu stellen versucht, in der die oben erwähnte Anfahrstellung des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes 5 eingestellt wird.
In der in der Zeichnung gezeigten Ausführung besitzt der Steuerkolben 11 zwischen den beiden Steuerbünden 15 und 16 einen Kolbenabsatz 17, über den eine Verbindung zwischen dem Gehäuseanschluß 21a der Druckzuführungsleitung 21 und den Gehäuseanschlüssen 18a bzw. 19a der Druckleitungen 18 und 19 herbeigeführt wird. An den beiden endseitigen Stirnflächen der Kolbenbünde 15 und 16 sind Entlastungsräume 23 und 24 vorgesehen, die über Anschlußleitungen 20a bzw. 20b mit der Druckmittelabführungsleitung 20 verbunden sind.
Die Druckmittelabführungsleitung 20 ist über ein nach Art eines Uberdruckventils ausgebildetes Vorspannventil 30 sowie einen mit 29 bezeichneten Momentenfühler mit einem drucklosen Auslaß verbunden. Bei der hier gezeigten Ausführung dient das aus der Leitung 20 austretende Druckmittel zugleich zur Schmierung einer als Drehmomentenübertragungselement 48 des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes verwendeten Kette.
Während das in der Leitung 20 eingeschaltete Vorspannventil 30 einen Mindestdruck in dem davorliegenden Leitungsbereich garantiert, paßt der an sich bekannte Momentenfühler den Druck im Gesamtsystem dem erforderlichen Motormoment an, um ein Rutschen des Drehmomentenübertragungselementes 48 des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes 5 zu vermeiden.
Dazu muß dann jedoch parallel zu dem Vorspannventil 30 in einer Zweigleitung 20c ein Rückschlagventil 30a mit geringer Federspannung eingeschaltet sein, um bei Systemdruckerhöhungen den Druckimpuls bis zu den den Kegelscheibenpaaren 6, 7 zugeordneten Druckräumen 46, 47 durchdringen zu lassen. Eine noch schnellere Druckimpulsrückwirkung auf die Kegelscheibenpaare würde dabei dann erreicht, wenn statt der Zweigleitung 20c zwei getrennte, das Vorspannventil 30 und das Steuerventil 10 umgehende Leitungen vorgesehen wären, die die Leitung 20 unmittelbar mit den zu den Druckräumen 46, 47 führenden Druckleitungen 18, 19 verbinden.
Die Druckmittelzuführungsleitung 21 steht über eine Förderleitung 25 mit einer beispielsweise von dem Antriebsmotor 1 angetriebenen Druckmittelpumpe 26 in Verbindung, die das Druckmittel aus einem Druckmittelvorratsbehälter 27 über einen Filter ansaugt. Ein mit 28 angegebenes überdruckventil begrenzt den maximalen Druck in der Druckmittelzuführungsleitung 21 auf einen vorgegebenen Höchstwert und öffnet bei Überschreiten dieses Höchstwertes, um überschüssiges Druckmittel in den Druckmittelvorratsbehälter 27 ablaufen zu lassen.
Der Steuerkolben 11 des Steuerventils 10 wird über eine starr an diesem befestigte Betätigungsstange 13 von einem Servostellantrieb 12 in Abhängigkeit von über eine Signalleitung 45 von einem Steuergerät 9 zugeführten Signalen verstellt. Zur Erzeugung der den Servostellantrieb 12 beaufschlagenden Steuersignale ist das Steuergerät 9 mit einer Reihe von Meßgebern zur Zuführung der für die Steuerung des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes erforderlichen charakteristischen Zustandsgrößen verbunden. So ist das Steuergerät 9 über eine Signalleitung 33 mit einem Stellungsgeber 32 verbunden, der die Stellung eines von Hand willkürlich betätigbaren Getriebewählhebels 31 erfaßt. Mit diesem Wählhebel können verschiedene unterschiedliche Betriebsbereiche eingestellt werden, die nicht nur die Fahrtrichtung und den Fahrtzustand des Fahrzeugs beeinflussen, wie beispielsweise Vorwärts- und Rückwärtsbetrieb sowie Parkstellung, sondern die auch beispielsweise Betriebsstellungen für einen kraftstoffsparenden Betrieb, bei dem also "lange Getriebeübersetzungen bevorzugt werden, oder auch für einen sportlichen Betrieb aufweisen, bei dem hohe Motordrehzahlen mit kleinen Übersetzungen zur Erreichung guter Beschleunigungen angestrebt werden. In Abhängigkeit von der Betriebsstellung dieses Fahrbereichswählhebels 31 können unterschiedliche Zuordnungen von Drehzahl- und Übersetzungsverhältnissen des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes in dem Steuergerät 9 gespeichert sein.
Bei dem in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Getriebewählhebel 31 insgesamt sechs Betriebsstellungen, nämlich eine Parkstellung "P", eine Rückwärtsstellung "R", eine Neutralstellung "N", eine Economy-Stellung "E", eine Normalfahrstellung "D" und eine Bremsstellung "B" auf. Dabei unterscheiden sich die drei letzten Betriebsstellungen nicht in den Schaltpunkten während des Fahrbetriebs mit betätigtem Fahrpedal, sondern nur im Betrieb mit freigegebenem Fahrpedal. Während dann in der Economy-Stellung "E" die Antriebsverbindung durch automatisches Ausrücken der Kupplung 3 unterbrochen ist, so daß der Motor unabhängig von der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs im Leerlauf umläuft oder auch ganz abgeschaltet ist, erfolgt in der Normalbetriebsstellung "D" dieses Kupplungsausrücken nicht und es ergibt sich ein Motorbremsbetrieb, bei dem sich eine entsprechend der Fahrgeschwindigkeit und der eingeschalteten Übersetzung ergebende Motordrehzahl einstellt.
In der Bremsbetriebsstellung "B" schließlich ergibt sich bei einem derartigen Fahrzustand, d. h. bei Fahrt mit freigegebenem Fahrpedal, ein maximaler Schub dadurch, daß das Getriebe automatisch auf solche Übersetzungen geregelt wird, bei denen maximale Motordrehzahlen und damit ein maximales Motorbremsmoment auftreten.
Über eine weitere Signalleitung 36 erhält das Steuergerät 9 von einem Signalgeber 35 einen von der Stellung des Fahrpedals 34 abhängigen Meßwert, der den Sollwert der Motordrehzahl n1 Soll bzw. bei geschlossener Kupplung 3 auch den Sollwert der Getriebeeingangsdrehzahl n2 Soll repräsentiert. Von den Drehzahlmeßgebern 37 und 39 erhält das Steuergerät 9 dazu über die Signalleitungen 38 und 39 die Istwerte der Motordrehzahl n1 Ist sowie der Getriebeeingangsdrehzahl n2 Ist' die bei geschosse ner Kupplung 3 gleich sind und nur bei geöffneter Kupplung, d. h. also bei stehendem Fahrzeug, unterschiedlich sind und dann auch die Notwendigkeit des Anfahrens des Fahrzeugs anzeigen.
Schließlich erhält das Steuergerät 9 über die Signalleitung 42 von einem Stellungsgeber 41 eine Information über die Stellung des zweiten Kegelscheibenpaares 7 und damit über den Istwert der Getriebeübersetzung iIst, der zusammen mit den übrigen zugeführten Soll- und Istwerten zur Ermittlung der Regelabweichung dient, die als Stellsignal über die Signalleitung 45 an den Servostellantrieb 12 gegeben wird.
Ein beispielsweise durch ein Potentiometer 43 gebildeter Stellungsgeber erfaßt darüberhinaus die Stellung des Servostellantriebs 12 bzw.
des Steuerkolbens 11 und meldet diese Stellung über die Signalleitung 44 an das Steuergerät 9 zurück, so daß über einen untergeordneten, nach Art einer Kaskadenschaltung aufgebauten Regelkreis die Genauigkeit der Steuerkolbenverstellung erhöht werden kann.
Auf diese Weise werden die für eine entsprechend den Wünschen des Fahrzeugführers optimale Betriebsstellung des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes maßgeblichen Zustandsgrößen des Fahrzeugs elektrisch erfaßt und in dem Steuergerät 9 nach vorgegebenen Kriterien elektronisch verarbeitet. Das Ausgangssignal des Steuergerätes 9 bewirkt dann über den Servostellantrieb 12 eine Auslenkung des Steuerkolbens 11, wodurch die ausgewählte optimale Betriebsstellung des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes angefahren wird. Dabei erfolgt dieses Anfahren der einem Betriebspunkt zugeordneten Solldrehzahl mit Hilfe des Steuergerätes so, daß bei großen Differenzen zwischen der Solldrehzahl n2 Soll und der Istdrehzahl n2 Ist anfangs die Kegelscheibenpaare schnell und in der Nähe des Erreichens der Solldrehzahl nur noch langsam verstellt werden. Dies führt zu einer wesentlichen Komfortsteigerung im Betriebsverhalten des Fahrzeugs.
Auch bei der besonders kritischen Stillstandsverstellung des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes kann eine wesentliche Verbesserung erzielt werden, da der Steuerkolben 11 allein gesteuert von dem Steuergerät g in eine Endstellung ausgelenkt werden kann, in der die volle Druckdifferenz in dem Druckraum des zweiten Kegelscheibenpaares zur Einwirkung kommt und dadurch eine schnelle Verstellung in die Anfahrposition erreicht wird.
Wie oben bereits ausgeführt wurde, können in dem Steuergerät 9 verschiedene Fahrprogramme gespeichert sein, die durch entsprechende Verstellung des Fahrbereichswählhebels 31 abgerufen werden, so z. B. ein Fahrprogramm für besonders kraftstoffsparenden Betrieb mit Bevorzugung hoher Getriebeübersetzungen, ein Fahrprogramm für sportliche Betriebsweise mit Bevorzugung niedriger Getriebeübersetzungen und hoher Motordrehzahlen sowie beispielsweise auch ein Fahrprogramm für Fahrten im Gebirge mit hoher Motorbremsleistung, bei dem bei Freigabe des Fahrpedals das Kegelscheibenumschlingungsgetriebe zur Erreichung hoher Motordrehzahlen mit hoher Motorbremswirkung verstellt wird.
Anstelle des in der Zeichnung angedeuteten hydraulisch arbeitenden Momentenfühlers 29 könnte die Drehmomentmessung, die zur Einhaltung einer ausreichend hohen Riemen- oder Kettenspannung erforderlich ist, auch auf andere Weise, beispielsweise durch Erfassung des Fahrpedal-oder Drosselklappenwinkels, des Saugrohrdrucks oder auch des in der Kurbel- oder Getriebeeingangswelle auftretenden Tosionswinkels z. B.
mit Hilfe eines Permeabilitätssensors, durchgeführt werden. In Abhängigkeit von den Ergebnissen einer solchen Drehmomentmessung und gegebenenfalls des die Stellung des Kegelscheibenpaares 7 erfassenden Stellunggebers 41 könnte dann der Druck in der Abführungsleitung 20, beispielsweise durch ein entsprechendes Steuerventil, moduliert werden.
Zusätzlich könnte mit diesen Drehmomentmeßwerten auch Einfluß auf das Motordrehmoment selbst genommen werden, beispielsweise mittels entsprechender Verstellung der Zündung, des Drosselklappenwinkels etc., und zwar so, daß die Drehmomentzunahme des Motors auf einen bestimmten vorgegebenen Wert begrenzt wird. Auch dies würde dann dazu dienen, ein durch ein zu hohes Drehmoment bzw. eine zu starke Drehmoment steigerung verursachtes Durchrutschen des Drehmomentübertragungselementes 48 des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes 5 zu verhindern.
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Claims

PATENTANSPRÜCHE 1. Steuereinrichtung zur Verstellung der Kegelscheibenpaare eines stufenlos das übersetzungsverhältnis verändernden Kegelscheibenumschlingungsgetriebes für ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit einem die Druckmittelbeaufschlagung der den Kegelscheibenpaaren zugeordneten Verstellzylinder steuernden hydraulischen Steuerventil, das einen in Abhängigkeit von charakteristischen Zustandsgrößen verstellbaren Steuerkolben aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß ein von einem Steuergerät (9) in Abhängigkeit von den Zustandsgrößen gesteuerter, den Steuerkolben (11) unmittelbar betätigender Servostellantrieb (12) vorgesehen ist.
2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Servostellantrieb (12) von dem Steuergerät (9) zur Verstellung des Steuerkolbens (11) in Abhängigkeit von der Differenz zwischen einem mit dem Fahrpedal (34) vorgegebenen Drehzahl-Sollwert und einem an der Getriebeeingangswelle (4) gemessenen Drehzahl-Istwert in der Weise steuerbar ist, daß bei großen Differenzen eine schnelle Verstellung und mit kleiner werdenden Differenzen eine langsamere Verstellung des Übersetzungsverhältnisses des Kegelscheibenumschlingungsgetriebes (5) erfolgt.
3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Servostellantrieb (12) von dem Steuergerät (9) in Abhängigkeit von der Stellung eines verschiedene Fahrbereiche einstellenden Fahrbereichswahlhebels (31) unterschiedlich ansteuerbar ist.
4. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Stellung des Servostellantriebs (12) bzw.

des Steuerkolbens (11) erfassender, mit dem Steuergerät (9) zur Signalübertragung verbundener Geber (43) vorgesehen ist.