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Die
vorliegende Erfindung betrifft stufenlose Getriebe ("CVTs") und Verfahren zum
Steuern derselben.
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Die
Erfindung ist insbesondere, jedoch nicht ausschließlich auf
Getriebe in Kraftfahrzeugen anwendbar.
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CVTs
verwenden gewöhnlich
irgendeine Art von verhältnisvariierender
Einheit ("Variator") zum Liefern der
erforderlichen stufenlosen Variation des Übersetzungsverhältnisses,
wobei der Variator zwischen den Getriebeeingang und
-Ausgang über ein
Räderwerk
und eine oder mehrere Kupplungen gekoppelt ist. Die vorliegende
Erfindung ist in Verbindung mit Getrieben entwickelt worden, die
Variatoren vom Toroidring-Rollzug-Typ
verwendet, ist jedoch potentiell auf bestimmte andere Variatortypen
anwendbar.
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In
einem Variator wird Antrieb durch Reibeingriff zwischen beweglichen
Teilen übertragen,
wobei diese Teile in Eingriff miteinander vorgespannt sind. Somit
wird Antrieb zum Beispiel in dem Variator vom Toroidring-Rollzug-Typ
von einer rotierenden Scheibe zu einer anderen durch eine Rolle
oder typischerweise einen Satz von Rollen übertragen, die sandwichartig
zwischen den Scheiben angeordnet sind. Eine Vorspannungskraft wird
angelegt (z. B. durch Drängen
einer Scheibe in Richtung auf die andere, obwohl die Rollen stattdessen
selbst zu den Scheiben hin vorgespannt sein können), um Druck zwischen der
Rolle und den Scheiben zu erzeugen und damit Übertragung von Antrieb zu ermöglichen.
Tatsächlich
sind die Rollen und Scheiben in diesem Fall durch einen dünnen Film
aus "Traktionsflüssigkeit" getrennt und die
benötigte
Reibung ist eine Folge von Schub in dem Film.
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Das
Drehmoment, das durch den Variator übertragen werden kann, ist
unter anderem als eine Funktion der Vorspannungskraft begrenzt.
Außerdem
wird die Vorspannungskraft typischerweise im Betrieb variiert, da
große
Kräfte
benötigt
werden, wenn großes
Drehmoment gehandhabt wird, eine solche große Vorspannungskraft aufrechtzuerhalten würde jedoch
Energieeffizienz und Komponentenlebenszeit reduzieren.
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Eine
der seit langem erkannten Anforderungen beim Konfigurieren eines
Variators besteht darin, sicherzustellen, dass keine Fehlanpassung
zwischen der Vorspannungskraft und dem gehandhabten Drehmoment auftritt,
da übermäßige Drehmomentbelastung
auf dem Variator im Verhältnis
zu der Vorspannungskraft die Gefahr birgt, ein unakzeptables Ausmaß von Schlupf
zwischen den sich bewegenden Komponenten des Variators und daraus
resultierenden Variatorausfall oder Beschädigung zu erzeugen.
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Sogenannte "drehmomentgesteuerte" Variatoren haben
einen gewissem Vorteil in dieser Hinsicht, da das Variatorreaktionsdrehmoment
automatisch geregelt wird. Ein Vergleich kann nützlich zwischen "verhältnisgesteuerten" Variatoren und drehmomentgesteuerten
Variatoren gezogen werden. Bei den erstgenannten wird ein benötigtes Variatorantriebsverhältnis bestimmt,
typischerweise durch eine elektronische Steuerung, und ein in den
Variator eingegebenes Steuersignal veranlasst denselben, dieses
vorbestimmte Verhältnis
anzunehmen. Ein drehmomentgesteuerter Variator muss ein Steuersignal empfangen,
aber in diesem Fall wird das tatsächliche Variatorverhältnis nicht
allein dadurch bestimmt. Stattdessen nimmt der Variator automatisch
ein Verhältnis
an, in dem das Steuersignal durch die auf den Variator einwirkenden
Drehmomente angeglichen wird. Folglich entspricht das Steuersignal
einer gewählten
Angleichung von Variatordrehmomenten und nicht einem vorbestimmten
Verhältnis.
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Dieses
Prinzip soll unter Bezugnahme auf einen Variator 10 dargestellt
werden, der in 1 dargestellt ist. Dieser Variator
ist ein Variator vom Volltoroidtyp und sein allgemeiner Aufbau wird
den Fachleuten in diesem Gebiet bekannt sein. Zwei Eingangsscheiben 12, 14 sind
an einer Antriebswelle zur Drehung mit derselben angebracht und
weisen jeweilige Teiltoroidflächen 18, 20 auf,
die zu entsprechenden Teiltoroidflächen 22, 24 einer
zentralen Ausgangsscheibe 26 gerichtet sind, um ein Paar
Toroidhohlräume
zu begrenzen. Die Ausgangsscheibe ist so gelagert, um unabhängig von
der Welle 16 drehbar zu sein. Antrieb von einem Motor oder
einer anderen Antriebsmaschine, der über die Welle 16 und Eingangsscheiben 12, 14 eingegeben
wird, wird zur Ausgangsscheibe 26 über einen Satz von Rollen übertragen,
die in den Toroidhohlräumen
angeordnet sind. Eine einzelne repräsentative Rolle 28 ist
dargestellt, aber typischerweise sind drei solcher Rollen in jedem
Hohlraum vorgesehen. Die vorgenannte Vorspannungskraft zum Ergreifen
der Rollen mit den Scheiben wird in Form einer "Endlast" geliefert, die über den Eingangsscheiben mittels
einer Anordnung 15 aus Hydraulikkolben/Zylinder angelegt
wird, welche auf eine der Scheiben 14 einwirkt. Jede Rolle
ist in einem jeweiligen Wagen 30 gelagert, der selbst an ein
doppeltwirkendes Hydraulikbetätigungselement 32 gekoppelt
ist, wodurch eine gesteuerte Übersetzungskraft
an die Kombination aus Rolle/Wagen angelegt wird. Zusätzlich dazu,
dass die Kombination aus Rolle/Wagen zu einer Übersetzungsbewegung entlang
eines auf der Variatorachse zentrierten Kreises in der Lage ist,
kann dieselbe um eine Kippachse rotieren, die durch die Positionierung
des Betätigungselements 32 bestimmt
wird, um den "Neigungswinkel" der Rolle in Bezug
zu den Scheiben zu ändern,
wodurch das Variatorantriebsverhältnis
geändert wird, wie dem Fachmann gut bekannt ist. Es soll
festgestellt werden, dass die Neigungsachse nicht genau in einer
radialen Ebene liegt. Stattdessen ist die Neigungsachse zur radialen
Ebene abgewinkelt, wobei dieser Winkel als der "Nachlaufwinkel" bezeichnet wird.
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Die
oben beschriebene Anordnung führt
zu Drehmomentsteuerung des Variators. Das Betätigungselement 32 übt eine
anpassbare Kraft auf die Rolle aus. Die beiden Scheiben üben auch
jeweilige Kräfte
auf die Rolle aus. Zum Gleichgewicht muss die durch das Betätigungselement
entlang der tangentialen Bewegungsrichtung der Rolle angelegte Kraft gleich
der sogenannten "Reaktionskraft", sein, die auf die
Rolle durch die Scheiben ausgeübt
wird. Jegliche Ungleichheit zwischen der Betätigungskraft und der Reaktionskraft
wird schnell beseitigt, da sie Bewegung der Rolle entlang ihres
kreisförmigen
Wegs bewirkt, was zu einer Änderung
in dem Rollenneigungswinkel und resultierenden Änderung im Variatorverhältnis führt, bis
die Rolle eine Position erreicht, in der die beiden Kräfte wieder
im Gleichgewicht sind. Folglich hängt das Variatorverhältnis nicht
nur von der Betätigungselementkraft
ab, sondern auch von den Drehmomenten auf jeder Seite des Variators.
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Es
ist offensichtlich, zu zeigen, dass die Betätigungselementkraft (oder äquivalent
die Reaktionskraft) proportional zu der Summe der Drehmomente in
den und aus dem Variator ist. Allgemeiner ausgedrückt, bestimmt
das an den Variator angelegte Steuersignal (die Betätigungselementkraft
oder entsprechend die Differenz in zwei Hydraulikdrucken in dem
Betätigungselement 32)
die Summe der Drehmomente in den und aus dem Variator (das "Reaktionsdrehmoment").
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Das
Betätigungselement 32 ist
an einen Hydraulikkreis 50 angeschlossen, der in 1a dargestellt
ist und mittels dem Hydraulikflüssigkeitsdrucke in
dem Betätigungselement
anpassbar sind, um entsprechend die Reaktionskraft anzupassen. In
dem dargestellten Beispiel ist das Betätigungselement vom doppeltwirkenden
Typ, das zwei entgegengesetzt wirkende Flüssigkeitsdrucke empfängt. 1 zeigt
ein Betätigungselement
mit einem einzelnen Kolben. 1a unterscheidet
sich geringfügig
darin, dass sie Betätigungselemente 32 zeigt,
die zwei entgegengesetzte Kolben 52, 54 in jeweiligen
Zylindern 56, 58 verwenden, obwohl die Funktion
der Betätigungselemente
in beiden Fällen
die gleiche ist. Der Kreis 50 verwendet ein Paar elektronisch
gesteuerter Ventile 60, 62 zum Erzeugen von Gegendruck
in einem jeweiligen Paar von Flüssigkeitsleitungen
S1, S2, von denen jede mit einem konstanten Fluss von Flüssigkeit
durch eine jeweilige Pumpe 64, 66 gespeist wird.
Anpassung der Ventile passt den Gegendruck in den Leitungen und
folglich die Reaktionskraft an. Die Differenz zwischen den beiden
Leitungsdrucken bestimmt die Reaktionskraft und dient folglich als
das vorgenannte Steuersignal für
den Variator. Durch Verwendung von "höherer
Druck gewinnt Ventil" 68 zum
Anschließen
derjenigen der beiden Leitungen, die auf einem höheren Druck ist, durch eine
Leitung 70 an die Endbelastungsanordnung 15 von 1,
kann die Endlast allgemein zugunsten der Reaktionskraft variiert
werden.
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Unter
Dauerzuständen
wird das Steuersignal – die
Hydraulikdrucke – somit
durch die Zustände
der Ventile bestimmt. Wenn jedoch eine Änderung im Drehmomentgleichgewicht
am Variator eine Änderung
in dem Variatorverhältnis
bewirkt, werden die Hydraulikdrucke und die Reaktionskraft modifiziert. Zum
Beispiel erzeugt Bremsen eines Fahrzeugs durch den Fahrer eine Änderung
im Drehmoment am Getriebeausgang, die eine Änderung im Variatorverhältnis und
entsprechende Bewegung der Rollen 28 und ihrer Betätigungselemente 32 erfordert.
Flüssigkeit
muss in eine Seite des Betätigungselements
hinein und aus der anderen herausfließen. Dieser Fluss selbst bewirkt
Druckänderungen
in dem Hydraulikkreis, die der benötigten Rollenbewegung entgegengesetzt
sind. Das heißt,
das Steuersignal wird durch den Variator beeinflusst. Die Auswirkung
besteht in einer gewissen Dämpfung
von Rollenbewegung und ist bei den meisten Betriebsbedingungen vorteilhaft, indem
sie zu Variatorstabilität
gegen Oszillation beiträgt.
Tatsächlich
können
Verengungen oder "enge Öffnungen" in den Kreis eingebaut
werden, um diesen Dämpfungseffekt
durch Begrenzen von Flüssigkeitsfluss
zu erhöhen.
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Es
können
jedoch Probleme auftreten, wenn die Änderung im Drehmomentgleichgewicht
sehr abrupt ist, z. B. im Fall eines Nothalts eines Fahrzeugs. Die
sehr schnelle Verlangsamung des Getriebeausgangs muss durch eine
entsprechende sehr schnelle Änderung
im Übersetzungsverhältnis angepasst
werden, aber Gegendrucke in dem Hydraulikkreis setzen der benötigten Rollenbewegung
Widerstand entgegen und können
den Variator daran hindern, sich mit ausreichender Geschwindigkeit
anzupassen. Das Ergebnis kann eine sehr große Übergangsdrehmomentbelastung über dem
Variator (eine "Drehmomentspitze") sein. In diesem
Zustand folgt das Variatorreaktionsdrehmoment weiterhin dicht den
Hydraulikdrucken in den Betätigungselementen 32.
Die Drucke sind in diesem Zustand jedoch eine Funktion nicht nur
der Ventileinstellungen in dem Hydraulikkreis, sondern auch der
Rate von Variatorverhältnisänderung.
Ein dramatischer Anstieg in der Druckdifferenz über den Leitungen S1/S2 resultiert,
der ein entsprechend großes
Variatorreaktionsdrehoment erzeugt.
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Eine
Gefahr einer Drehmomentspitze besteht darin, dass, wenn die Übergangsreaktion
der Vorspannungskraft (Endlast) des Variators nicht an das erhöhte Drehmoment
angepasst wird, dann übermäßiger Schlupf
des Variators zu seinem Ausfall führen kann. Wenn Variatorschlupf
vermieden werden, bleibt das Problem bestehen, dass eine unzureichende
Rate von Änderung
des Variatorverhältnisses während eines
Nothalts zu einer Senkung in der Motorgeschwindigkeit und daher
möglicherweise
zu einem Motorabwürgen
führen
muss.
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Solche
Schwierigkeiten werden nicht nur allein aufgrund von sehr schnellem
Bremsen erfahren. So soll beispielsweise der Fall eines Fahrzeugs
betrachtet werden, das zuerst auf einer vereisten Straßenoberfläche steht
und das dann beschleunigt und sich auf eine Asphaltfläche bewegt,
wie es erfolgen kann, wenn eine vereiste Nebenstraße auf eine
gestreute Hauptstraße
trifft. Zum Beschleunigen des Fahrzeugs werden die Ventile der Variatorschaltung eingestellt,
um die Rollen 28 in die passende Richtung vorzuspannen,
und Drehmoment wird an die Räder
angelegt, was Durchdrehen derselben auf dem Eis bewirkt. Das an
den Fahrzeugrädern
benötigte
Drehmoment ist niedrig und das Übersetzungsverhältnis entsprechend
hoch. Wenn die angetriebenen Räder
des Fahrzeugs jedoch auf den Asphalt auftreffen und einen festeren
Angriff erreichen, wird ihre Geschwindigkeit dramatisch gesenkt.
Größeres Raddrehmoment
und ein niedrigeres Verhältnis
sind erforderlich und die Anpassung wird sehr schnell benötigt. Die
Einstellung der Ventile jedoch, basierend auf der Anforderung eines
positiven Raddrehmoments, steht der zum Bewirken der Anpassung erforderlichen
Bewegung der Variatorrollen 28 entgegen, und dieser Zustand
könnte
zu Schlupf innerhalb des Variators führen.
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Die
Probleme von Variatorreaktionszeit und von Anpassen der Vorspannungskraft
(Endlast) an das Variatorreaktionsdrehmoment werden durch die durch
niedrige Temperaturen bewirkte Erhöhung von Viskosität der Hydraulikflüssigkeit
des Variators hervorgehoben. Kraftfahrzeuge müsst akzeptabel in sehr kalten
Bedingungen arbeiten. Bekannte Variatorkonstruktionen verwenden
die gleiche "Traktionsflüssigkeit" für Hydraulik
und zur Übertragung
von Drehmoment an der Berührungsfläche von
Rolle/Scheibe. Bekannte Traktionsflüssigkeiten weisen bedeutend
erhöhte
Viskosität
bei niedrigen Temperaturen auf. Dies kann den Gegendruck erhöhen, der
in der Hydraulik durch Änderungen
im Variatorverhältnis
erzeugt wird (und damit die Variatorreaktion verlangsamen) und ferner
Verzögerung
zwischen Änderungen
in dem Reaktionsdrehmoment und entsprechender Anpassung von Vorspannungskraft
(Endlast) vergrößern.
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Es
ist jetzt erkannt worden, dass eins oder mehrere der obigen Probleme
durch geeignete Steuerung der Getriebekupplung oder -Kupplungen
aufgegriffen werden kann/können.
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US-A-4
674 613 zeigt eine Anordnung mit den Merkmalen der Präambel von
Anspruch 1.
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Ein
stufenloses Getriebe kann einen Getriebeeingang, einen Getriebeausgang
und eine Einheit mit stufenlos variablem Verhältnis ("Variator") einschließen, die eingerichtet ist,
um zwischen den Getriebeeingang und -Ausgang mittels wenigstens
einer Kupplung gekoppelt zu werden, um dadurch Übertragung von Antrieb zwischen
dem Eingang und dem Ausgang bei einem stufenlos variablen Übersetzungsverhältnis zu
ermöglichen,
wobei der Variator an eine Hydrauliksteuerschaltung angeschlossen
ist und daher einem Hydrauliksteuerdruck ausgesetzt wird, der durch
die Steuerschaltung anpassbar ist und auch durch Änderungen
im Variatorverhältnis
beeinflusst wird, wobei der Variator so aufgebaut und angeordnet
ist, um sein Verhältnis
zum Liefern eines Variatorreaktionsdrehmoments anzupassen, das dem
Steuerdruck entspricht, und das Getriebe weiter Mittel zum Anpassen
der Drehmomentleistung der Kupplung aufweist, während sie eingekuppelt ist,
so dass durch Steuern von an den Variator angelegter Drehmomentbelastung
die Kupplung den Steuerdruck und das Reaktionsdrehmoment beeinflusst.
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Die
Steuerung der Kupplung ist wirksam, wenn die Kupplung eingekuppelt
ist, aber rutscht.
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Der
Ausdruck "Kupplung", wie er in diesem Kontext
verwendet wird, bezieht sich auf eine jegliche Anordnung, die durch
Reibeingriff den Variator veranlasst, antreibend an den Getriebeausgang
gekoppelt zu werden. Es sind zum Beispiel die vorliegende Erfindung
verkörpernde
Anordnungen vorstellbar, bei denen eine an irgendein Element eines
Getriebezugs anlegte Bremse diese Funktion ausgeführt hat,
und solche Anordnungen sollen in den Umfang der vorliegenden Erfindung
fallen. Typische Ausführungsformen
verwenden jedoch eine konventionelle Kupplung mit ineinander verschachtelten
Drehplatten, zwischen denen Drehmoment übermittelt wird, wenn die Platten
zusammengebracht werden.
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Das
Getriebe kann mit Steuerelektronik zum Einstellen der Kupplungsdrehmomentleistung
in Abhängigkeit
von einer Drehmomentanforderung versehen sein. Die Kupplungsdrehmomentleistung
ist jedoch typischerweise eine Funktion bestimmter zusätzlicher
Variablen.
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Die
Getriebedrehmomentanforderung wird vorzugsweise basierend auf einer
vom Fahrer bedienten Steuerung, konventionell einem Gaspedal bestimmt.
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Die
Steuerelektronik kann an Mittel zum Überwachen des Variatorverhältnisses
angeschlossen sein und diese zusätzlich
beim Festlegen der Kupplungsdrehmomentleistung berücksichtigen.
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Das
Getriebe kann in mindestens zwei verschiedenen Betriebszuständen betrieben
werden, und die Steuerelektronik zusätzlich den Getriebebetriebszustand
beim Festlegen der Kupplungsdrehmomentleistung berücksichtigen.
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Die
Steuerelektronik kann eine Steuerbetriebsart bereitstellen, in der
die Kupplungsdrehmomentleistung auf einer Höhe festgelegt wird, die die Benötigte um
einen gewissen Spielraum übersteigt, um
das von dem Getriebe angeforderte Drehmoment zu übertragen.
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Das
Getriebe kann Steuerelektronik aufweisen, die einen gewünschten
Steuerdruck festlegt, und die Steuerschaltung in Abhängigkeit
von diesem einstellen, wobei die Steuerelektronik auch zum Anpassen
der Kupplung dient, so dass Abweichungen des Steuerdrucks von der
gewünschten
Höhe aufgrund
von Änderungen
in der Variatorbelastung kraft des Rutschens der Kupplung gesteuert
werden.
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Die
Elektronik soll die Kupplung in solcher Weise steuern, um den Steuerdruck
zurück
auf die gewünschte
Höhe entlang
eines gesteuerten Profils zu bringen.
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Es
kann ein Verfahren zum Betreiben eines stufenlosen Getriebes vorausgesehen
werden, das einen Getriebeeingang, einen Getriebeausgang und eine
Einheit mit stufenlos variablem Verhältnis ("Variator") einschließt, die eingerichtet ist, um
zwischen den Getriebeeingang und -Ausgang mittels wenigstens einer
Kupplung gekoppelt zu werden, um dadurch Übertragung von Antrieb zwischen
dem Eingang und dem Ausgang bei einem stufenlos variablen Übersetzungsverhältnis zu
ermöglichen,
wobei der Variator an eine Hydrauliksteuerschaltung angeschlossen
ist und so aufgebaut und angeordnet ist, um sein Verhältnis zum
Liefern eines Variatorreaktionsdrehmoments anzupassen, das dem Steuerdruck von
der Steuerschaltung entspricht, wobei das Verfahren umfasst, die
Steuerschaltung zu steuern, um einen anpassbaren Hydrauliksteuerdruck
an den Variator anzulegen, wobei der Steuerdruck auch durch Änderungen
im Variatorverhältnis
beeinflusst wird, und die Drehmomentleistung der Kupplung anzupassen,
während
sie eingekuppelt ist, so dass durch Steuern der an den Variator
angelegten Drehmomentbelastung die Kupplung den Steuerdruck und das
Reaktionsdrehmoment beeinflusst.
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Es
ist gut bekannt, einen Variator in ein CVT einzubauen, das in zwei
oder mehr verschiedenen Betriebszuständen betreibbar ist, wodurch
ein größerer Bereich
von Übersetzungsverhältnissen
als der Bereich bereitgestellt wird, der von dem Variator selbst
erhältlich
ist. Rein zum Aufführen
eines Beispiels, wird Bezugnahme auf die veröffentlichte Internationale
Patentanmeldung PCT/GB97/00938 gerichtet, die ein Getriebe mit einem
niedrigen Betriebszustand, in dem die Ausgabe des Variators zu einem Planetenmischer
geführt
und darin modifiziert wird, und einem hohe Betriebszustand beschreibt,
in dem die Variatorausgabe zu der Getriebeausgangswelle durch eine
Getriebekette mit feststehendem Verhältnis geführt wird.
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Bei
einem solchen Getriebe muss der Variator nicht von den Rädern gelöst werden,
wenn das Fahrzeug steht. Stattdessen wird der Planetenmischer zum
Liefern eines Zustands "geared
neutral" verwendet,
in dem sein Ausgang – und
die Fahrzeugräder – statisch
trotz Drehung des Getriebeeingangs und des Variators sind. Die Funktion
der vorgenannten Kupplung (oder Kupplungen) besteht darin, einen
Betriebszustand oder einen anderen zu ergreifen und eine Änderung
zwischen diesen zu bewirken. Es ist wichtig, Betriebszustandsänderung
stoßfrei
und ohne mechanische Erschütterung
zu bewirken. Wie es im technischen Gebiet gut bekannt ist, kann
die erforderliche stoßfreie Änderung
durch Ändern
des Kupplungszustands erreicht werden, wenn keine Relativbewegung über seinen
Elementen erfolgt (z. B. seinen ineinander verschachtelten Kupplungsplatten
bei dem konventionellen Kupplungstyp). Dies wird als synchrone Betriebszustandsänderung bezeichnet.
Die benötigte
synchrone Bewegung der Kupplung erfolgt nur kurz, daher erfordert
das Erzielen einer stoßfreien Änderung
genaue Zeitabstimmung und Steuerung des Kupplungszustands. Der bevorzugte
Ansatz besteht darin, Kupplungseinkupplung sehr schnell durch Anlegung
von Hydraulikflüssigkeit
an die Kupplung bei hohem Druck zu bewirken.
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Es
besteht folglich ein weiteres Problem darin, die Anforderungen von
(i) Steuerung der Kupplungsdrehmomentleistung, während die Kupplung sich in
einem eingekuppelten Zustand befindet, und (ii) sehr schneller Änderung
des Kupplungszustands von ausgekuppelt zu eingekuppelt in Einklang
zu bringen.
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Der
vorliegenden Erfindung zufolge gibt es eine Hydraulikanordnung zum
Steuern einer Kupplung eines stufenlosen Getriebes mit einer Einheit
mit stufenlos variablen Verhältnis
("Variator"), die mit einem
Getriebeausgang durch die Kupplung gekoppelt werden kann, wobei
die Anordnung ein erstes Zuführmittel
zum Zuführen
von Hydraulikflüssigkeit
auf hohem Druck, ein zweites Zuführmittel
zum Zuführen von
Hydraulikflüssigkeit
bei einem gesteuerten Druck, und Ventilmittel zum Anschließen des
ersten Zuführmittels
an die Kupplung aufweist, um eine Änderung im Kupplungszustand
von ausgekuppelt zu eingekuppelt zu bewirken, zum anschließenden Lösen des
ersten Zuführmittels
von der Kupplung, und zum Anschließen des zweiten Zuführmittels
an die Kupplung zum Halten der Kupplung in einem eingekuppelten
Zustand.
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Vorzugsweise
weist das Ventilmittel ein erstes Ventil zum Umschalten zwischen
Anschluss des Kupplung an das erste Zuführmittel und Anschluss der
Kupplung an das zweite Zuführmittel
auf.
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Das
erste Ventil kann in Abhängigkeit
von Kupplungsflüssigkeitsdruck
gesteuert werden.
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Auf
diese Weise wird das Ventil in die Lage versetzt, einen gesteuerten Übergang
von dem ersten zum zweiten Zuführmittel
zu bewirken.
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Genauer
ausgedrückt,
kann das erste Ventil in Abhängigkeit
von entgegengesetzten Signalen gesteuert werden, die dem Kupplungsflüssigkeitsdruck und
Druck von der zweiten Flüssigkeitszuführung entsprechen.
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In
einer solchen Ausführungsform
wird das Ventil vorzugsweise so gesteuert, um von dem ersten Zuführmittel
zu dem zweiten Zuführmittel
umzuschalten, bevor der Kupplungsflüssigkeitsdruck den Druck von
der zweiten Flüssigkeitszuführung erreicht.
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Folglich
kann, nachdem Flüssigkeit
von dem ersten Zuführmittel
sehr schnell die Kupplung gefüllt hat,
ein stoßfreier Übergang
zum Steuern der Kupplung durch das zweite Zuführmittel ausgeführt werden.
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Das
erste Ventil ist vorzugsweise als ein pilotgesteuertes Ventil ausgebildet,
das entgegengesetzten Drucksignalen von der Kupplung und von dem
zweiten Zuführmittel
ausgesetzt wird.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst das Ventilmittel weiter ein elektrisch
gesteuertes Ventil, das in einem Weg von dem ersten Zuführmittel
zur Kupplung angeschlossen ist, und das durch Öffnen dieses Wegs zum Initiieren
der Änderung
im Kupplungszustand von ausgekuppelt zu eingekuppelt dient.
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Das
elektrisch gesteuerte Ventil kann ein Solenoidventil sein.
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In
einer solchen Ausführungsform
kann sich das elektrisch gesteuerte Ventil in einem Weg von dem
ersten Ventil zur Kupplung befinden, wobei das erste Ventil eingerichtet
ist, um selektiv eins des ersten Zuführmittels und des zweiten Zuführmittels
an das elektrisch gesteuerte Ventil anzuschließen, und zu ruhen, wenn die
Kupplung ausgekuppelt ist, in dem Zustand, in dem es das erste Zuführmittel
an das elektrisch gesteuerte Ventil anschließt.
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Somit
ermöglicht
das elektrisch gesteuerte Ventil, indem es sich für Fluss
von dem ersten Ventil zur Kupplung öffnet, Fluss von dem ersten
Zuführmittel
zur Kupplung, um die Kupplung in einen eingekuppelten Zustand zu
bringen. Diese Anordnung erlaubt sehr schnell Initiierung des zum
Füllen
der Kupplung benötigten
Flusses, aber dieser Fluss muss beide Ventile durchqueren.
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In
einer alternativen Ausführungsform
ist das elektrisch gesteuerte Ventil eingerichtet, um die Änderung
des Kupplungszustands durch Anlegen eines Drucksignals an das erste
Ventil zu initiieren, um es zum Öffnen
eines Wegs von dem ersten Zuführmittel zur
Kupplung zu schnellem Hin- und Herlaufen zu veranlassen.
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Diese
Ausführungsform
hat den Vorteil, dass der Flussweg von dem ersten Zuführmittel
zur Kupplung nur ein Ventil enthalten muss – das erste Ventil.
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Das
benötigte
Drucksignal wird vorzugsweise von dem zweiten Zuführmittel
genommen. Noch stärker
bevorzugt wird dem Drucksignal ein weiteres von der Kupplung genommenes
Drucksignal entgegengesetzt, so dass, wenn der Kupplungsdruck ansteigt,
das erste Ventil zum Zurückfahren
veranlasst wird, um die Kupplung an das zweite Zuführmittel
anzuschließen.
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Anpassen
des an die Kupplung von dem zweiten Zuführmittel angelegten Flüssigkeitsdrucks wird
vorzugsweise in Abhängigkeit
von Getriebeparametern ausgeführt.
Eine elektronische Steuereinheit ("ECU") überwacht
vorzugsweise die relevanten Parameter und stellt den Sicherungsdruck
ein.
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Die
Auswirkung besteht vorzugsweise darin, den Druck von dem zweiten
Zuführmittel
in Abhängigkeit
von der Drehmomentanforderung anzupassen. In einem Getriebe mit
mehreren Betriebszuständen
kann dies durch Steuern des Drucks – und folglich der Kupplungsdrehmomentleistung – als eine Funktion
von Getriebebetriebszustand, Druckdifferenz auf einem Hydraulikvariatorbetätigungselement und
Variatorverhältnis
erreicht werden.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung passt das System wiederholt Kupplungsdrehmomentleistung
an, während
die Kupplung eingekuppelt ist. Eine solche wiederholte Anpassung,
die z. B. unter elektronischer Steuerung ausgeführt wird, kann infolgedessen
ein kontinuierlicher Prozess sein.
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Es
soll nun eine spezifische Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung nur als Beispiel unter Bezugnahme auf
die beigefügten
Zeichnungen beschrieben werden, in denen:
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1 eine
vereinfachte Teilschnittdarstellung eines Variators vom Toroidring-Rollzugtyp
ist, der an sich bekannt ist und der in ein Getriebe eingebaut werden
kann;
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1a ein
Diagramm eines bekannten Hydraulikkreises zum Steuern des Variators
von 1 ist;
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2 eine
symbolische Darstellung eines betreibbaren Getriebes ist;
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3 ein
Diagramm einer Sicherungsdruck-Steuerschaltung ist;
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4 ein
Diagramm einer Kupplungssteuerschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung
ist;
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5 ein
Diagramm einer weiteren Kupplungssteuerschaltung gemäß der vorliegenden
Erfindung ist;
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6 in
schematischer Form bestimmte Eingaben in eine elektronische Steuereinheit
eines Getriebes gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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7 und 8 Graphen
von Versuchsdaten sind, die die Variation verschiedener Betriebsparameter
im Verlauf der Zeit während
eines Tests eines die vorliegende Erfindung verkörpernden Systems zeigen.
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Das
Verhältnis
des Variators 10 zu anderen Getriebekomponenten ist 2 zu
entnehmen. Das dargestellte Getriebe ist entweder in hohem oder niedrigem
Betriebszustand zu betreiben. Ein Motor oder eine andere Antriebsmaschine 200 treibt über eine
Eingangswelle 205 und Räderwerk 210 sowohl die
Eingangsseite des Variators 10 als auch, wie bei C angezeigt,
den Träger
eines Planetenmischers 220 an (der Aufbau eines geeigneten
Planetenmischers ist dem Fachmann gut bekannt und hier nicht im
Detail erläutert).
Das Sonnenrad des Mischers wird wie bei S angezeigt durch die Variatorausgabe
angetrieben. Folglich variiert die Planetenmischerausgabe O mit
dem Variatorverhältnis,
unterscheidet sich jedoch von demselben, wodurch der niedrige Betriebszustand
des Getriebes bereitgestellt wird. Niedriger Betriebszustand wird
durch eine Kupplung 230 ergriffen, die die Mischerausgabe
weiter zur Getriebeausgangswelle 240 überträgt. Dies wird manchmal als ein "Energieumlauf-" Betriebszustand
bezeichnet, da Energie in einer Schleife zirkuliert wird, die den
Variator 10, das Räderwerk 210 und
den Planetenmischer 220 aufweist.
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Im
hohen Betriebszustand ist die Kupplung 230 des niedrigen
Betriebszustands ausgekuppelt und die Variatorausgabe wird durch
eine Kupplung 250 des hohen Betriebszustands zur Ausgangswelle 240 übertragen,
wobei der Planetenmischer dadurch umgangen wird.
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Es
wird offensichtlich sein, dass in jedem Betriebszustand Rutschen
der eingekuppelten Kupplung 230 oder 250 Entkoppelung
der Eingangs- und Ausgangswelle 200, 240 bewirkt,
und auf diese Weise können
mit Drehmomentspitzen verknüpfte
Probleme vermieden werden.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
sind die Kupplungen vom konventionellen, hydraulisch betätigten Typ
und ein Kreis 300, der als ein Zuführmittel zum Erzeugen eines
geeignet gesteuerten Hydraulikdrucks zur Anlegung an die Kupplung
dient, während
diese eingekuppelt ist, um das Auftreten von Rutschen während Drehmomentspitzen
zuzulassen, ist in 3 dargestellt. Hier wird ein
Druckspeicher 302 vom konventionellen Typ mit einem flexibel variablen
Volumen mittels einer Pumpe 304 und eines Entlastungsventils 306 auf
hohem Druck gehalten, das sich öffnet,
um Pumpenausgabe abzulassen, wenn der benötigte Druckspeicherdruck erhalten
wird. Andere, energieeffizientere Anordnungen zum Erreichen des
benötigten
Druckspeicherdrucks werden dem Fachmann bekannt sein und könnten verwendet
werden. Die Pumpenausgabe wird über ein
Rückschlagventil 308 dem
Druckspeicher zugeführt,
der weiter an eine Eingangsöffnung
eines Drucksenkungsventils 310 angeschlossen ist, wobei die
Ausgangsöffnung
dieses Ventils der "Sicherungsdruck-" Ausgang FP des Kreises
ist. Der Ausdruck "Sicherungsdruck" bezieht sich hier
auf einen gesteuerten Druck zur Anlegung an die Kupplung.
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Der
Druck der Ausgabe wird durch eine elektronische Steuereinheit (ECU) 311 gesteuert,
die ein an ein Solenoid des Ventils 310 angelegtes Signal moduliert,
wobei der resultierenden Kraft auf der Ventilspule ein Pilotendrucksignal
entgegengesetzt wird, das wie bei 312 angezeigt von dem
Ventilsausgang genommen wird. Wenn der durch das Solenoidsignal bestimmte
Druck erreicht wird, übersteigt
die Kraft aufgrund dieses Drucks die Solenoidkraft und die Spule
bewegt sich, um das Ventil 310 zu schließen und
folglich seinen Ausgang von dem Druckspeicher zu isolieren. Ein
begrenzter Flussweg von dem Ventilausgang weg muss vorgesehen sein,
um Fallen des Drucks zuzulassen, wenn das Ventil 310 geschlossen
ist, und dieser ist bei 314 dargestellt, obwohl in existierenden
Systemen Auslaufen zurück zum
Getriebesumpf 316 ausreichenden Fluss bereitstellt.
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Anders
als während Änderungen
des Betriebszustands, wird die Sicherungsdruckausgabe FP von dem
Kreis 300 an die eingekuppelte Kupplung 230 oder 250 anlegt
und durch die ECU 311 gesteuert, um eine durch die ECU
bestimmte Kupplungseinkupplungskraft aufrechtzuerhalten.
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Die
ECU 311 empfängt
Eingaben bezüglich verschiedener
Fahrzeugbetriebsparameter und der Sicherungsdruck kann als Reaktion
auf eine gewählte
Kombination derselben eingestellt werden. Unter Verwendung der ECU 311 zum
Steuern des Sicherungsdrucks kann sichergestellt werden, dass Druckspitzen
in der Hydraulikvariatorsteuerschaltung aufgrund von Drehmomentspitzen
nicht den Sicherungsdruck beeinflussen, was ansonsten die Zielerreichung
vereiteln würde.
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Betriebszustandsänderung
beinhaltet Einkupplung einer Kupplung und Auskupplung der anderen.
Es ist erwünscht,
die Änderung
schnell während synchronem
Betrieb zu erreichen, wie oben erklärt ist, und der Kupplungssicherungsdruck
ist in den heutigen Systemen unzureichend, um das benötigte Ausmaß von Kupplungseinkupplung
zu erreichen.
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4 stellt
einen Hydraulikkreis 400 dar, der dieses Problem überwindet.
Zur Einfachheit ist in der Figur eine einzige Kupplung gezeigt,
aber es soll verstanden werden, dass diese abhängig von der Betriebszustandsänderung
(hoch auf niedrig oder umgekehrt) entweder die Kupplung des niedrigen
oder hohen Betriebszustands 230, 250 sein könnte. Ein Druckspeicher 402 wirkt
als ein Hochdruckzuführmittel,
das durch eine Pumpe 404 und ein zugehöriges Entlastungsventil 406 auf
hohem Druck gehalten wird. Der Sicherungsdruckkreis (detailliert
in 3 gezeigt) ist hier durch einen Kasten 300 dargestellt. Ein
doppeltes, pilotbetätigtes
Richtungsventil 408 dient zum Anschließen entweder des Hochdruck-Druckspeichers 402 oder
des Sicherungsdruckkreises 300 an ein 3/2-Solenoidventil 410,
das hydraulisch seinerseits an die Kupplung 230, 250 angeschlossen
wird. Entgegengesetzte Pilotendrucksignale werden dem pilotbetätigten Ventil 408 von
der Kupplung und von dem Sicherungsdruckkreis 300 zugeführt, wie
jeweils von 409 und 411 angezeigt ist.
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Der
Kreis 400 arbeitet wie folgt. Wenn das Solenoidventil 410 unerregt
ist, dient es zum Anschließen
der Kupplung direkt an den Sumpf 412, so dass die Kupplung 230, 250 ausgekuppelt
wird. Auf die Spule des pilotbetätigten
Ventils 408 durch die Leitung 411 einwirkendem
Sicherungsdruck ist, während
die Kupplung ausgekuppelt und folglich auf Atmosphärendruck
ist, nur die auf die Spule einwirkende Federvorspannung entgegengesetzt.
Die Kraft aufgrund des Sicherungsdrucks dominiert und das pilotbetätigte Ventil 408 ruht
in einer Position, in der es eine geschlossene Öffnung des Solenoidventils 410 an
den Druckspeicher 402 anschließt. Das Soleniodventil 410 verhindert
somit Fluss aus dem Druckspeicher.
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Wenn
das Solenoidventil 410 erregt ist, um Kupplungseingriff
zu initiieren, befüllt
der Hochdruck-Druckspeicher
sehr schnell die Kupplung, wenn der Fluss sowohl das pilotbetätigte Ventil 408 als
auch das Solenoidventil 410 durchquert. Der Kupplungsdruck
steigt sehr schnell an, was sehr schnelles Einkuppeln der Kupplung
bewirkt, und wenn der Kupplungsdruck die Differenz zwischen der Kraft
aufgrund des Sicherungsdrucks und der Federvorspannung auf der Spule
des pilotbetätigten
Ventils 408 überwindet,
fährt die
Spule schnell hin und her, um die Kupplung 230, 250 an
den Sicherungsdruckkreis 300 anzuschließen. Aufgrund der Federvorspannung
erfolgt dieses schnelle Hin- und Herfahren des Ventils, bevor die
Kupplung den Sicherungsdruck von dem Kreis 300 erreicht.
Der Kupplungsdruck wird dann auf den Sicherungsdruck erhöht, wodurch
die Kraft auf der pilotbetätigten
Ventilspule erhöht
und diese in der Sicherungsposition gehalten wird, wobei die Kupplung
wie erforderlich an den Sicherungsdruckkreis angeschlossen wird,
und die Kupplung somit bis zur nächsten
Betriebszustandsänderung
eingekuppelt bleibt.
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Zum
Auskuppeln der Kupplung wird das Solenoidventil 410 entregt,
die Kupplung wird folglich durch das Ventil 410 in den
Tank entleert und der Sicherungsdruck übersteigt erneut den in der
Kupplung. Das pilotbetätigte
Ventil kehrt somit in die Position zurück, durch die das Solenoidventil 410 an
den Druckspeicher 402 angeschlossen wird.
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Vorteile
dieses Kreises schließen
die Tatsache ein, dass der Kupplungsentleerungsweg nur durch ein
Ventil verläuft,
was Entleerung sehr schnell gestaltet, und dass das pilotbetätigte Ventil 408 bereits
an den Druckspeicher 402 angeschlossen ist, wenn die Kupplungsbefüllung initiiert
wird, und nur einmal während
Einkupplung schnell hin- und herfahren muss. Der zwei Ventile enthaltende
Kupplungsbefüllungsweg
ist jedoch restriktiv, und dies könnte Kupplungsfüllzeit verlängern, das
heißt
die Änderung des
Zustands der Kupplung von ausgekuppelt zu eingekuppelt verlangsamen.
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Ein
alternativer Hydraulikkreis 500 ist in 5 dargestellt.
Wiederum wird ein Druckspeicher 502 durch eine Pumpe 504 und
ein zugehöriges
Ventil 506 unter Druck gesetzt. Ein doppeltes, pilotbetätigtes Richtungssteuerventil 508 in
diesem Kreis steuert einen direkten Weg 507 von dem Druckspeicher 502 zur
Kupplung 230, 250 und auch einen Weg über ein
3/2-Solenoidventil 510 zum Sicherungsdruckkreis 300.
Zum Steuern des doppelten pilotbetätigten Richtungssteuerventils
wird ein erste Pilotendrucksignal von einem Punkt in dem Kreis zwischen den
beiden Ventilen 508, 510 zu dem pilotbetätigten Ventil 508 durch
eine Leitung 511 genommen. Ein zweites Pilotendrucksignal,
das dem ersten entgegengesetzt ist, wird zuerst von der Kupplungsseite des
pilotbetätigten
Ventils 508 durch eine Leitung 509 genommen; diese
zweite Pilotensignal ist auf dem Kupplungsflüssigkeitsdruck. Der Kreis 500 arbeitet wird
folgt.
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Wenn
das Solenoidventil 510 entregt ist, ist der Sicherungskreis 300 isoliert,
und das doppelte pilotbetätigte
Richtungssteuerventil 508 wird in eine Position zurückgestellt,
die durch seine Federvorspannung vorgeschrieben ist, in der es das
Solenoidventil 510 an die Kupplung 230, 250 anschließt, und die
Kupplung wird durch das Solenoidventil 510 zum Sumpf geleitet
und wird somit entleert und ausgekuppelt.
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Wenn
das Solenoidventil 510 erregt wird, um Kupplungseinkupplung
zu initiieren, wird der Sicherungsdruck durch einen Pilotendurchgang 511 an
einem Ende der pilotbetätigten
Ventilspule erhöht,
die es zu der Druckspeicher-Kupplungsbefüllungsposition bewegt, in der
es die Kupplung 230, 250 durch die Leitung 507 an
den Druckspeicher 502 anschließt. Der Druckspeicher 502 befüllt nun
die Kupplung 230, 250, wenn der Fluss nur das
pilotbetätigte
Ventil 508 durchquert. Dies stellt einen Weg reduzierter
Beschränkung
verglichen mit dem Kreis von 4 dar, und
folglich können
schnellere Füllzeiten
erreicht werden.
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Wenn
der Kupplungsdruck die Differenz zwischen der Kraft aufgrund des
Sicherungsdrucks und der Federspannung auf der Spule des pilotbetätigten Ventils 508 überwindet,
fährt dieses
Ventil schnell hin und her, um die Kupplung 230, 250 direkt
an den Sicherungsdruckkreis 300 anzuschließen. Der
Kupplungsdruck wird dann auf den Sicherungsdruck erhöht, wodurch
die Kraft auf der Spule des pilotbetätigten Ventils 508 erhöht wird
und es in der Sicherungsposition gehalten wird.
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Wenn
die Kupplung erneut auszukuppeln ist, wird das Solenoidventil 510 entregt.
Das pilotbetätigte
Ventil 508 bleibt in der selben Position und die Kupplung
wird erneut über
das Solenoidventil 510 an den Sumpf angeschlossen.
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In
dem Kreis von 5 verläuft der Kupplungsbefüllungsweg
nur durch ein Ventil und das pilotbetätigte Ventil 508 hat
typischerweise eine viel größere Öffnung als
ein Solenoidventil, daher kann die Füllzeit verglichen mit dem Kreis
von 4 verbessert werden. Das pilotbetätigte Ventil 508 muss zur
Druckspeicherspeisung schnell hin und zurück fahren, um die Kupplung
zu füllen,
was eine gewisse Verzögerung
bewirkt. Es ist jedoch wahrscheinlich, dass dieses Ventil schneller
als ein Solenoidventil ähnlicher
Größe ist.
Der Entleerungsweg enthält
jedoch zwei Ventile anstelle von einem. Deshalb kann die Entleerungszeit
länger
als die sein, die unter Verwendung des Kreises von 4 erreicht
wird.
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Eine
Alternative zu den in den 4 und 5 dargestellten
Kreisen besteht in der Verwendung des in 3 dargestellten
Typs von Kreis zum Steuern des Kupplungsdruck überall und zum Liefern von
hohem Druck zu Beginn, um sehr schnelles Kupplungseinkuppeln durch
geeignete Softwaresteuerung des Ventils 310 zu erreichen.
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Steuern
des Kupplungsdrucks und folglich seiner Drehmomentleistung erlaubt
große
Flexibilität beim
Getriebebetrieb. Die Kupplung liefert infolgedessen eine zweite
Ebene von Getriebedrehmomentsteuerung. Außerdem, wie im Folgenden erklärt werden
soll, kann die Kupplung zum Steuern des Variatorsteuersignals verwendet
werden – d.
h. der an die Variatorbetätigungselemente 32 angelegten Steuerdrucke.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
werden der Sicherungsdruck und folglich die Drehmomentübertragungsleistung
der eingekuppelten Kupplung als eine Funktion von (1) einer Drehmomentanforderung,
(2) Variatorverhältnis
und (3) Getriebebetriebszustand gesteuert.
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Die
Drehmomentanforderung wird durch die ECU 311 bestimmt,
die, wie 6 in stark schematischer Form
zeigt, Eingaben bezüglich
verschiedener Betriebsparameter empfängt, welche in dem dargestellten
Beispiel die Position eines fahrerbetätigten Gaspedals 600 und
das Variatorverhältnis 602 (das direkt
erfasst oder von anderen gemessenen Größen abgeleitet werden kann,
z. B. von der Motorgeschwindigkeit, Getriebebetriebszustand und
Radgeschwindigkeit) einschließen.
Die ECU 311 sendet auch Steuerausgaben z. B. an die Ventile 60, 62 in Hydraulikleitungen
S1, S2 und die oben beschriebenen Ventilanordnungen wie zum Beispiel 500,
die den Getriebebetriebszustand steuern.
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Die
ECU 311 erstellt eine Anforderung für das Variatorreaktionsdrehmoment.
Dies ist Teil der Gesamtstrategie zur Steuerung von Motor und Getriebe.
Die ECU interpretiert typischerweise die Position des Pedals 600 als
eine Anforderung von Drehmoment an den angetriebenen Rädern und
steuert unter Berücksichtigung
verschiedener Betriebsparameter sowohl Motor als auch Getriebe in
einer solchen Weise, um das benötigte
Raddrehmoment in einer effizienten Weise bereitzustellen. Das Hauptsteuersignal
an den Variator sind die Hydraulikdrucke in den Leitungen S1, S2,
die dem Variatorreaktionsdrehmoment entsprechen, und die Ventile 60, 62 stellen
ein Mittel für
die ECU 311 zum Anpassen dieser Drucke bereit.
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Die
Drehmomentanforderung entspricht einer bestimmten Höhe von Drehmoment,
das durch die eingekuppelte Kupplung 230, 250 zu übertragen ist.
Das Verhältnis
zwischen Drehmoment über
der eingekuppelten Kupplung und Variatorreaktionsdrehmoment ist
in hohen und niedrigen Betriebszuständen verschieden, ein weiterer
Faktor, den die ECU 311 berücksichtigt.
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Folglich
kann die ECU 311 eine Höhe
von Drehmoment feststellen, die die eingekuppelte Kupplung übertragen
muss. Die momentan bevorzugte Steuerstrategie besteht darin, den
Sicherungsdruck, und folglich die Drehmomentleistung der Kupplung – um einen
gewählten
Spielraum über
der benötigten Höhe einzustellen,
z. B. 10 Prozent.
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Während das
Drehmoment über
der Kupplung bei der oder nahe der durch die ECU 311 festgestellten
Anforderung bleibt, rutscht die Kupplung folglich nicht. Wenn jedoch,
wie in dem Fall einer Drehmomentspitze aufgrund eines plötzlichen
Bremsens durch den Fahrer, Drehmoment über der eingekuppelten Kupplung über die
erforderliche Höhe
ansteigt, dann rutscht die Kupplung.
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Es
sollte festgestellt werden, dass es nicht für die ECU 311 erforderlich
ist, den Kupplungsdruck sofort als Reaktion auf eine Drehmomentspitze
anzupassen. Stattdessen stellt sie durch Halten der Kupplung konstant
auf einer Höhe
direkt über
der zum Übertragen
des angeordneten Drehmoments Benötigten
sicher, dass die Kupplung konstant als Reaktion auf eine Spitze
bereit ist, zu rutschen. Die Reaktion kann als passiv anstatt als
aktiv bezeichnet werden. Dies ist vorteilhaft, weil Drehmomentspitzen
typischerweise schneller auftreten, als die ECU und die Hydraulik
reagieren können.
Die passive Reaktion durch die Kupplung kann augenblicklich sein
und erlaubt dem System so, auf die Drehmomentspitzen mit ausreichender
Schnelligkeit zu reagieren. Eine aktive Reaktion, die sich auf Erfassung
einer Drehmomentspitze stützt,
und dann Anpassungen am Getriebe als Reaktion vornimmt, kann nicht
schnell genug gestaltet werden, um gegen die Spitzen zu schützen. Anpassung
der Kupplung wird in einer Schleife durchgeführt und ist infolgedessen ein
quasi-kontinuierlicher Prozess.
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Das
Getriebe wird durch die Kupplung gegen jegliche Abweichungen von
dem angeforderten Variatordrehmoment geschützt. Wenn eine Rate von Verhältnisänderung
auftritt, die übermäßiges Transmissionsdrehmoment
erzeugt, dann wird die Kupplung rutschen und die Rate von Variatorverhältnisänderung
begrenzen.
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Steuerung
der Kupplungsdrehmomentleistung stellt ein sekundäres Mittel
zum Steuern sowohl des Variatorreaktionsdrehmoments als auch der Steuerdrucke
in den Leitungen S1 und S2 sicher. Die 7 und 8 zeigen
Versuchdaten, die diesen Punkt exemplifizieren. In beiden befindet
sich Zeit in Sekunden auf der horizontalen Achse. Die Einheiten der
vertikalen Achse in 8 sind Drehungen pro Minute. 7 zeigt
mehrere verschiedene Größen, und die
Einheiten auf ihrer vertikalen Achse sind beliebig. Linie 800 zeigt
die Geschwindigkeit der Getriebeausgabe, von der zu sehen ist, dass
sie ungefähr
bei 600 UpM beginnt und in etwa 0,1 Sekunde blockiert – bis zum
Stillstand verlangsamt – wird,
wie es in einem Fahrzeug auftreten kann, wenn der Fahrer die Fahrzeugräder durch
Vollbremsung blockiert, zum Zeitpunkt 802. Die Linie 804 stellt
Kupplungsschlupf dar – d.
h. die Rate von Rotation auf einer Seite der Kupplung in Bezug zur
anderen. Die Kupplung wird in diesem Versuch einem geregelten Sicherungsdruck ausgesetzt,
der bei etwa 7,5 Bar beginnt. Wenn die Getriebeausgabe blockiert
ist, rutscht die Kupplung folglich zu Beginn. Eine Seite der Kupplung
fährt fort, bei
600 UpM zu rotieren, während
die andere (auf der Getriebeausgangsseite) selbst blockiert ist.
Im Gegensatz dazu muss sich das Variatorverhältnis, angezeigt durch die
Linie 700, aufgrund des Rutschens der Kupplung nicht sofort ändern. Zusätzliche
Belastung auf dem Variator aufgrund von Blockierung der Ausgabe
(die, wenn die Kupplung nicht gerutscht wäre, eine sehr schnelle Änderung
im Variatorverhältnis erfordert
hätte),
wird durch der Kupplungsschlupf reduziert. Die zusätzliche
Last, die die Kupplung tatsächlich
zum Variator überträgt, veranlasst
denselben zu einer graduellen Änderung
seines Verhältnisses über eine
Zeitspanne von ungefähr
zwei Sekunden in diesem Beispiel, um die Eingangs- und Ausgangsgeschwindigkeiten
des Getriebes aneinander anzugleichen. Wenn der Variator in dieser
Zeitspanne 808 "aufholt", verringert sich
der Kupplungsschlupf graduell. Zum Zeitpunkt 809 hat der
Variator ein Verhältnis
erreicht, das Geared Neutral entspricht, woraufhin Kupplungsschlupf
aufhört.
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Die
Leitungen 810 und 812 stellen Drucke in Leitungen
S1 und S2 dar. Wenn die Kupplung nicht gerutscht wäre, hätte die
sehr schnelle Änderung
des Verhältnisses
nach Blockierung der Getriebeausgabe eine extreme und sehr schnelle Änderung
in diesen Drucken erzeugt. Drucke werden hier jedoch durch die Kupplung
gesteuert und ändern
sich folglich nicht wahrnehmbar zum Zeitpunkt 802. In dieser Hinsicht
ist das Beispiel ein wenig ungewöhnlich. Eine
gewisse Änderung
von Drucken würde
typischerweise erwartet werden, wobei ihre Größe von dem Spielraum zwischen
der Drehmomentanforderung (die den Anfangsdrucken S1 und S2 entspricht, wie
sie durch die Ventile 60, 62 eingestellt werden) und
der Kupplungsdrehmomentleistung abhängt.
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Wenn
die Kupplung zu rutschen beginnt, wird die Drehmomentbelastung,
die sie zu dem Variator weiterleitet, gleich der Kupplungsdrehmomentleistung.
Der Variator ist deshalb gegen Störungen am Getriebeausgang isoliert.
Kupplungsdrehmomentleistung beeinflusst dann direkt die Rate der Änderung
des Variatorverhältnisses
und daher den Unterschied zwischen angeforderten und tatsächlichen Variatorsteuerdrucken.
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Die
Steuerbetriebsart durch die Kupplung kann wie folgt erklärt werden.
- i. Zwischen Zeiten 802 und 809 bestimmt
die Drehmomentleistung der rutschenden Kupplung das an den Variatorausgang
angelegte Drehmoment;
- ii. dieses angelegte Drehmoment bewirkt eine Verschiebung im
Variatorverhältnis
mit einer zugehörigen
Bewegung der Variatorrollen und ihrer Kolben 52, 54;
- iii. die resultierende Änderung
in der Flussrate an den Ventilen 60, 62 erzeugt
eine Änderung
in den auf die Kolben 52, 54 einwirkenden Drucken
und eine resultierende Änderung
im Variatorreaktionsdrehmoment;
- iv. Erzeugen eines Ausgangsdrehmoments im Gegensatz zu dem durch
die Kupplung angelegten Drehmoment;
- v. welches die Rate bestimmt, bei der das Variatorverhältnis sich
anpasst, um die plötzliche
Verlangsamung der Getriebeausgabe anzupassen.
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Die Änderung
dP zu der Druckdifferenz S1/S2 ist nicht nur eine Funktion des durch
die Kupplung angelegten Drehmoments, sondern hängt auch vom Variatorverhältnis ab.
Das Reaktionsdrehmoment – und
die entsprechende Druckdifferenz S1/S2 – die durch ein gegebenes Ausgangsdrehmoment (Kupplungsdrehmoment)
erzeugt wird, variiert mit dem Variatorverhältnis. Wenn das Variatorverhältnis sinkt,
erhöht
sich der Widerstand des Variators gegen durch die Kupplung bewirkte
Verhältnisänderungen. Anders
ausgedrückt,
erhöht
sich das Variatorausgangsdrehmoment bei Reduzierung des Verhältnisses
für ein
gegebenes Reaktionsdrehmoment. Folglich wird eine größere Kupplungsleistung
bei niedrigerem Variatorverhältnis
für ein
gegebenes Reaktionsdrehmoment benötigt.
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Daher
ist es zum genauen Regeln von dP erforderlich, die Kupplungsdrehmomentleistung
als eine Funktion einer zusätzlichen
Variablen – dem
Variatorverhältnis – zu steuern.
Die Linie 814 stellt Kupplungsdruck dar, bei dem zu sehen
ist, dass er sich bei Änderung
des Variatorverhältnisses ändert. Es
ist weiter zur ausreichend schnellen Ausführung der Anpassung der Kupplungsleistung
erforderlich, Änderungen
im Variatorverhältnis
in Einklang zu bringen. Dies ist erreichbar, da die Rate der Änderung des
Variatorverhältnisses
selbst durch die Kupplungsleistung gesteuert wird und daher innerhalb
akzeptabler Grenzen gehalten werden kann.
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Da
verhindert wird, dass Änderungen
in Variatorbelastung große Änderungen
in der Druckdifferenz S1/S2 (und entsprechend große Änderungen
im Variatorreaktionsdrehmoment) erzeugen, wird das vorgenannte Problem
von Fehlanpassung zwischen Endlast und Variatorreaktionsdrehmoment
sogar bei niedrigen Flüssigkeitstemperaturen
vermieden, wie beim Anlassen in einem kalten Klima. Unter solchen Bedingungen
kann die Kupplungsdrehmomentleistung tatsächlich auf eine Höhe eingestellt
werden, die konstanten Kupplungsschlupf zulässt, wobei die Kupplung anstelle
des Variators in dieser Anlasszeitspanne der primäre bestimmende
Faktor von Ausgangsdrehmoment ist.
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Es
wird verstanden werden, dass die vorliegende Erfindung zahlreiche
Möglichkeiten
erzeugt, wobei die oben beschriebenen Ausführungsformen nur als Beispiele
dienen und der Umfang der Erfindung durch die anliegenden Patentansprüche bestimmt
wird.