DE19540925A1 - Stufenlos verstellbares Getriebe eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein stufenlos verstellbares Getriebe eines Kraftfahrzeu­ ges mit einer Steuereinheit, durch die eine Verstelleinrichtung zur Änderung der Getriebeübersetzung in Abhängigkeit von einem Leistungsvorgabewert und von der Fahrzeug-Geschwindigkeit sowie unter Berücksichtigung zu­ mindest einer weiteren Randbedingung betätigt wird. Zum bekannten Stand der Technik wird beispielshalber auf die EP 0 574 968 A1 verwiesen.

Übliche Fahrzeuge mit stufenlos verstellbaren Getrieben, d. h. sog. CVT- Fahrzeuge besitzen einen Wählhebel, mit dem für Bergfahrten des Fahrzeu­ ges eine spezielle Getriebesteuerung abgerufen wird. Hierbei wird die Min­ destdrehzahl des Fahrzeug-Antriebsaggregates - üblicherweise handelt es sich hierbei um eine das Fahrzeug antreibende Brennkraftmaschine - ge­ genüber einer Fahrt in der Ebene erhöht. Auf diese Weise wird bei einer Bergauffahrt, d. h. bei einer Steigungsstrecke, eine höhere Antriebsleistung und bei einer Bergabfahrt, d. h. bei einer Gefällestrecke, ein höheres Bremsmoment (da in diesem Fall quasi das Fahrzeug das Antriebsaggregat antreibt) zur Verfügung gestellt. Diese beiden Effekte sind bei einer Bergfahrt erwünscht, jedoch erfordert das manuelle Anwählen des sog. Bergprogram­ mes einen Eingriff des Fahrzeug-Fahrers. Ferner kann das Bergprogramm eines üblichen CVT-Fahrzeuges die Steigungsintensität oder die Gefälle­ intensität nicht berücksichtigen, was zur Folge hat, daß bei einer Bergauffahrt bei leichter Steigung die Drehzahl des Antriebsaggregates für eine Konstant­ fahrt zu hoch und bei einer großen Steigung zu niedrig ist. Fährt im bekann­ ten Stand der Technik das Fahrzeug bergab, so ist bei einer leichten Nei­ gung die Drehzahl des Antriebsaggregates und somit dessen Bremsmoment zu hoch. Dies macht eine kontinuierliche Leistungsabgabe des Antriebs­ aggregates erforderlich, d. h. im Falle einer Brennkraftmaschine muß "ständig Gas gegeben werden". Liegt hingegen ein starkes Gefälle vor, so ist dann das Bremsmoment zu niedrig, so daß dann das Fahrzeug durch Betä­ tigung der Betriebsbremse kontinuierlich abgebremst werden muß.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein gegenüber dem bekannten Stand der Technik verbessertes stufenloses verstellbares Getriebe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufzuzeigen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, daß als weitere Randbedingung eine Bergfahrt des Fahrzeuges berücksichtigt wird. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß erkennt die Steuereinheit des stufenlos verstellbaren Ge­ triebes selbsttätig, daß eine Bergfahrt vorliegt, d. h. daß das Fahrzeug eine Steigungsstrecke oder eine Gefällestrecke befährt. Erfindungsgemäß nimmt die Steuereinheit dann auch die entsprechend notwendigen Maßnahmen vor, d. h. die jeweilige Getriebeübersetzung wird optimal an die Erfordernisse im Hinblick auf eine Bergfahrt eingestellt. Dabei kann nicht nur berücksichtigt werden, daß eine Bergfahrt vorliegt, sondern es kann zusätzlich auch die Intensität der Steigung oder des Gefälles berücksichtigt werden.

Zwar ist eine selbsttätige Bergfahrt-Erkennung sowie die Einleitung entspre­ chender Maßnahmen bei automatischen Stufengetrieben bekannt (vgl. bei­ spielsweise DE 42 04 594 A1 oder DE 44 20 419 A1), jedoch ist dieser be­ kannte Stand der Technik nicht ohne weiteres auf stufenlos verstellbare Ge­ triebe übertragbar. Darüber hinaus sind bei stufenlos verstellbaren Getrieben zusätzliche Bergfahrt-Funktionen umsetzbar, wie aus der weiteren Beschrei­ bung noch ersichtlich wird.

Bevorzugt wird eine Bergfahrt, d. h. das Befahren einer Steigungsstrecke oder einer Gefällestrecke durch einen Vergleich des vom das Fahrzeug an­ treibenden Antriebsaggregat abgegebenen Drehmomentes mit der tatsächli­ chen Fahrzeug-Beschleunigung erkannt. Die hier sog. Bergerkennung be­ rechnet somit zunächst das Fahrzeug-Antriebsmoment aus dem bekannten Abgabe-Drehmoment des Antriebsaggregates. Letzteres ist bei den heute üblichen Steuergeräten für Antriebsaggregate (im allgemeinen Brennkraft­ maschinen) explizit abrufbar. Bei dieser Berechnung kann ein Antriebs­ strangmodell zugrundeliegen, welches Trägheiten, aktuelle Wirkungsgrade sowie die Übersetzung des Antriebsstranges berücksichtigt. Schließlich kann aus diesem Fahrzeug-Antriebsmoment eine Soll-Fahrzeugbeschleunigung berechnet werden und direkt mit der Ist-Fahrzeugbeschleunigung verglichen werden. Letztere ist mathematisch einfach die Ableitung der Getriebe-Ab­ triebsdrehzahl nach der Zeit. Aus diesem Vergleich der Soll-Fahrzeugbe­ schleunigung mit der Ist-Fahrzeugbeschleunigung ist im Rahmen einer rela­ tiv guten Abschätzung direkt die Intensität der Steigung ableitbar. Ebenso kann die Intensität eines Gefälles erkannt und ermittelt werden, wenn die Bremsmoment-Kennlinie des Antriebsaggregates bekannt ist. Letztere wird auch als sog. Schubleistungskurve bezeichnet.

Ist nunmehr beim Befahren einer Steigungsstrecke die Intensität der Fahr­ bahnsteigung bekannt, so kann die Getriebeübersetzung derart eingestellt werden, daß das Fahrzeug-Antriebsaggregat stets eine ausreichende Lei­ stung abgeben kann. Letzteres impliziert eine Mindestdrehzahl des Fahr­ zeug-Antriebsaggregates, d. h. insbesondere der Fahrzeug-Brennkraftma­ schine, so daß hierdurch eine bestimmte Mindest-Getriebeübersetzung fest­ gelegt ist. Eine ausreichende Leistungsabgabe für eine Konstantfahrt berg­ auf kann definitionsgemäß dann vorliegen, wenn hierbei das übliche Fahr­ pedal oder Gaspedal, d. h. das den Leistungsvorgabewert definierende Leistungssteuerglied näherungsweise zu einem Drittel seines möglichen Ver­ stellweges betätigt wird. In anderen Worten wird die Mindestdrehzahl des Antriebsaggregates (der Brennkraftmaschine) bei einer steigungsabhängi­ gen Leistungsanforderung somit so bestimmt, daß bei dieser Drehzahl eine Konstantfahrt bergauf mit etwa einem Drittel "Gas" möglich ist. Auch bei ei­ ner anschließenden Gaspedal-Rücknahme, d. h. bei einer Verstellung des Leistungssteuergliedes auf den Wert Null soll die Getriebeübersetzung zu­ mindest kurzfristig nicht verändert werden, um die bei automatischen Stu­ fengetrieben als unangenehm bekannten Pendelschaltungen zu vermeiden. Vorteilhafterweise ist mit dieser Auslegungsphilosophie auch eine Be­ schleunigung trotz Befahren der Steigungsstrecke ohne Veränderung der Getriebeübersetzung möglich.

Zusätzlich zu den bislang erläuterten Regelungskriterien kann darüber hinaus bei Befahren einer Steigungsstrecke die Getriebeübersetzung im Hinblick auf höhere Drehzahlwerte des Fahrzeug-Antriebsaggregates als bei Fahren in der Ebene eingestellt werden. Dies bedeutet grundsätzlich eine Verschiebung der Getriebeübersetzungs-Strategie in eine sportliche Rich­ tung. Als Folge hiervon ergibt sich zugleich üblicherweise eine größere Hysteresebreite im Hinblick auf Hochschalt- bzw. Rückschaltvorgänge. Auch hierdurch werden vorteilhafterweise Pendelschaltungen vermieden.

Besonders vorteilhaft ist die selbsttätige Berücksichtigung einer Bergfahrt bei einem erfindungsgemäßen stufenlos verstellbaren Getriebe jedoch beim Befahren von Gefällestrecken. Hier kann nämlich - insbesondere bei einem Leistungsvorgabewert von Null - unter Nutzung des Antriebsaggregat- Bremsmomentes die Getriebeübersetzung im Hinblick auf eine im wesentli­ chen konstante Fahrgeschwindigkeit eingestellt werden. Bevorzugt erfolgt dies bei Nichtbetätigung der Fahrzeug-Bremse. Fährt der Fahrer des Fahr­ zeuges somit bergab und betätigt hierbei weder das Gaspedal noch die Bremse, so wird die Getriebeübersetzung derart eingestellt, daß die momen­ tan aktuelle Fahrgeschwindigkeit beibehalten wird. In anderen Worten be­ deutet dies, daß beim Auftreten des Zustandes "Null Gas" und "Null Bremse" die aktuelle Fahrgeschwindigkeit abgespeichert wird. Dann wird die Getrie­ beübersetzung somit derart eingeregelt, daß das bei dieser Antriebsaggre­ gat-Drehzahl dann zur Verfügung stehende Bremsmoment des Antriebs­ aggregates so hoch ist, daß das Fahrzeug bei der Bergabfahrt weder be­ schleunigt noch verzögert wird. Hierdurch liegt quasi eine automatische Ge­ schwindigkeitsregelung vor, wobei die Getriebeabtriebsdrehzahl im wesent­ lichen konstant gehalten wird.

In diesem Zusammenhang kann es empfehlenswert sein, ein gewisses Ge­ schwindigkeitsfenster vorzusehen, innerhalb dessen keine oder allenfalls geringe Änderungen der Getriebeübersetzung vorgenommen werden. So soll die Getriebeübersetzung beispielsweise nicht geändert werden, wenn lediglich eine Geschwindigkeitszunahme oder Abnahme um 1 km/h erfolgt.

Auch eine Geschwindigkeitsänderung von beispielsweise bis zu 5 km/h soll mittels eines P-Reglers lediglich weich abgefangen werden. Erst bei größe­ ren Geschwindigkeitsänderungen kann die Reglerverstärkung erhöht wer­ den, um eine größere Abweichung der Fahrzeuggeschwindigkeit sicher ab­ zufangen.

Wird nun anschließend aus einer Konstantfahrt bergab die Fahrzeug-Be­ triebsbremse betätigt, so kann die zunächst eingestellte Getriebeüber­ setzung beibehalten werden. Hingegen kann bei einem anschließenden Gasgeben im Rahmen einer Bergabfahrt die Drehzahl des Antriebsaggrega­ tes auch zurückgenommen werden. Auch dabei, d. h. bei einem an­ schließenden Leistungsvorgabewert größer Null empfiehlt es sich jedoch, die Getriebeübersetzung derart einzustellen, daß sich eine solche Mindestdreh­ zahl des Antriebsaggregates ergibt, daß bei einem späteren Leistungsvor­ gabewert von Null wieder ein ausreichendes Bremsmoment bereitgestellt wird. Dies läßt sich - wie bereits erläutert - aus der sog. Schubleistungskurve des Antriebsaggregates ermitteln.

Mit der erfindungsgemäßen Bergfahrt-Berücksichtigung ergibt sich somit bei einem erfindungsgemäßen stufenlos verstellbaren Getriebe ein deutlich ge­ steigerter Fahrkomfort. Um hierbei jedoch unnötige Regeleingriffe zu ver­ meiden, kann es empfehlenswert sein, eine erkannte Bergfahrt dann nicht berücksichtigen, wenn die Intensität der Steigung oder des Gefälles unter­ halb eines vorgegebenen Grenzwertes liegt, d. h. beispielsweise geringer als 2,5% ist. Ebenfalls ist kein Regeleingriff erforderlich, wenn die Fahrzeug- Geschwindigkeit unterhalb eines vorgegebenen Grenzwertes (beispielsweise 5 km/h) liegt. Insbesondere im Falle einer Brennkraftmaschine als Fahrzeug- Antriebsaggregat sollte die erfindungsgemäße Bergfahrt-Berücksichtigung nur dann durchgeführt werden, wenn die Brennkraftmaschine bzw. das An­ triebsaggregat eine Betriebstemperatur erreicht hat, bei der sichere Rück­ schlüsse über das abgegebene Antriebsdrehmoment möglich sind. Bei kal­ tem Antriebsaggregat könnten nämlich zu hohe Reibleistungsverluste Fehlinformationen bedingen. Ferner kann keine Bergfahrt-Erkennung be­ rechnet werden, wenn die Fahrzeug-Bremse betätigt ist, da in diesem Falle aus der dann negativen Ist-Fahrzeugbeschleunigung keine Rückschlüsse über einen Fahrbahnsteigungswert gezogen werden können. In diesem Falle wird der zuletzt erkannte Intensitätswert für die Steigung bzw. das Gefälle beibehalten. Das erfindungsgemäße Bergfahrt-Programm wird in diesem Falle ausgeführt, jedoch wird lediglich kein neuer Wert für die Steigung oder das Gefälle berechnet.

Insgesamt werden mit einem erfindungsgemäßen stufenlos verstellbaren Getriebe bei Bergauffahrten Pendelschaltungen vermieden, da die erforderli­ che Drehzahl des Antriebsaggregates für eine Konstantfahrt nicht unter­ schritten wird. Auch ist eine leichte Beschleunigung des Fahrzeuges in der Regel auch ohne eine Übersetzungsverstellung möglich, was eine Komfort­ steigerung bedeutet. Dabei wird das Leistungsangebot stufenlos und somit optimal und besser als bei einem automatischen Stufengetriebe an die Fahr­ bahnsteigung angepaßt. Dies hat vorteilhafterweise zugleich eine Reduzie­ rung des Kraftstoffverbrauches des Antriebsaggregates zur Folge. Beson­ ders vorteilhaft ist die vorliegende Erfindung jedoch bei Bergabfahrt, da hier ein Nichtbetätigen der Fahrzeugbremse sowie ein Leistungsvorgabewert von Null üblicherweise den Wunsch nach konstanter Geschwindigkeit bedeutet. Dieser Wunsch kann - wie oben erläutert - hiermit erstmalig optimal erfüllt werden. Dies bedeutet bei Kolonnenfahrt bergab eine wesentliche Komfort­ steigerung. Da auch hier beim Gasgeben oder beim Bremsen die Drehzahl des Antriebsaggregates/der Brennkraftmaschine neigungsabhängig ange­ paßt wird, erfolgt eine Bergabfahrt ohne große Drehzahländerungen, was der Sicherheit sowie dem Komfort entgegenkommen.

Claims (11)

1. Stufenlos verstellbares Getriebe eines Kraftfahrzeuges mit einer Steuereinheit, durch die eine Verstelleinrichtung zur Änderung der Getriebeübersetzung in Abhängigkeit von einem Leistungsvorgabe­ wert und von der Fahrzeug-Geschwindigkeit sowie unter Berücksichti­ gung zumindest einer weiteren Randbedingung betätigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als weitere Randbedingung eine Berg­ fahrt des Fahrzeuges berücksichtigt wird.

2. Stufenlos verstellbares Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steigungsstrecke oder Gefäl­ lestrecke durch Vergleich des vom das Fahrzeug antreibenden An­ triebsaggregat abgegebenen Drehmomentes mit der tatsächlichen Fahrzeug-Beschleunigung erkannt wird.

3. Stufenlos verstellbares Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität der Steigung oder des Gefälles ermittelt wird.

4. Stufenlos verstellbares Getriebe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Befahren einer Steigungsstrecke die Getriebeübersetzung im Hinblick auf eine eine ausreichende Leistungsabgabe sicherstellende Mindestdrehzahl des Fahrzeug-An­ triebsaggregates eingestellt wird.

5. Stufenlos verstellbares Getriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die für eine Konstantfahrt ausreichende Leistungsabgabe bei näherungsweise einem Drittel des möglichen Verstellweges eines den Leistungsvorgabewert definierenden Lei­ stungssteuergliedes (= Fahrpedal) erzielt wird.

6. Stufenlos verstellbares Getriebe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Befahren einer Steigungsstrecke die Getriebeübersetzung im Hinblick auf höhere Drehzahlwerte des Fahrzeug-Antriebsaggregates als bei Fahren in der Ebene eingestellt wird.

7. Stufenlos verstellbares Getriebe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Befahren einer Gefällestrecke sowie bei einem Leistungsvorgabewert von Null und bei Nichtbetätigung der Fahrzeug-Bremse unter Nutzung des Antriebsaggregat-Bremsmo­ mentes die Getriebeübersetzung im Hinblick auf eine im wesentlichen konstante Fahrgeschwindigkeit eingestellt wird.

8. Stufenlos verstellbares Getriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer anschließenden Betätigung der Fahrzeug-Bremse die zunächst eingestellte Getriebeübersetzung beibehalten wird.

9. Stufenlos verstellbares Getriebe nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem anschließenden Leistungs­ vorgabewert größer Null die Getriebeübersetzung im Hinblick auf eine Mindestdrehzahl des Antriebsaggregates eingestellt wird, die bei einem Leistungsvorgabewert von Null ein ausreichendes Bremsmo­ ment bereitstellt.

10. Stufenlos verstellbares Getriebe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bergfahrt-Randbedingung bei Vor­ liegen einer oder mehrerer der folgenden Kriterien nicht berücksichtigt wird:

• - die Intensität der Steigung oder des Gefälles liegt unterhalb eines vorgegebenen Grenzwertes
• - die Fahrzeug-Geschwindigkeit liegt unterhalb eines vorgegebenen Grenzwertes.

11. Stufenlos verstellbares Getriebe nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bergfahrt-Erkennung bei Vorliegen einer oder mehrerer der folgenden Kriterien nicht durchgeführt wird:

• - die Fahrzeug-Bremse ist betätigt
• - das Fahrzeug-Antriebsaggregat hat einen gewissen Betriebstempera­ tur-Grenzwert noch nicht erreicht.