DE19631236C2

DE19631236C2 - Getriebeeinheit und Verfahren zur Verwendung einer Getriebeeinheit

Info

Publication number: DE19631236C2
Application number: DE19631236A
Authority: DE
Inventors: Gunter Juergens
Original assignee: LuK GS Verwaltungs GmbH and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 1995-08-23
Filing date: 1996-08-02
Publication date: 2003-03-20
Anticipated expiration: 2016-08-03
Also published as: DE19631243C2; DE19631294A1; DE19631294C2; DE19631243A1; DE19631281A1; DE19631236A1; DE19631281C2; DE19631216A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Getriebeeinheit mit Mehrbereichsstruktur mit einem stufenlos verstellbaren Getriebe und mit weiteren Getrieben.

Derartige Getriebe sind in der EP 0 210 053, DE 41 13 386, GB 2 045 368 und GB 2 108 599 offenbart. Die EP 0 210 053 zeigt eine Getriebeeinheit mit einem stufenlos verstellbaren Getriebe, wie Kegelscheibenumschlingungsgetriebe, wo bei die Wellen der Kegelscheibenpaare an- oder abtriebseitig mit einer An- oder Abtriebswelle verbunden werden können, wobei die Eingangswelle, wie Antriebs welle, und die Ausgangswelle, wie Abtriebswelle, der Getriebeeinheit mittels Kupplungen und anderer Getriebestufen derart geschaltet werden können, dass jeweils wechselseitig eine Verbindung mit den Wellen der Kegelscheibenpaare hergestellt werden kann. Somit wird erreicht, dass der nutzbare Übersetzungsbe reich des stufenlos verstellbaren Getriebes mehrfach durchfahrbar ist.

Eine Getriebeeinheit mit einer Mehrbereichsstruktur ist aus "VDI-Berichte 579: Getriebe im Fahrzeugbau; Düsseldorf: 1986", Seite 125 bis 150, bekannt.

Es ist dabei eine Getriebeeinheit

- mit einem Kegelscheibenumschlingungsgetriebe als stufenlos verstellbarem Getriebe, dessen Übersetzungsbereich mehr als einmal durchfahrbar ist und
- mit weiteren Getrieben (2 Stirnradstufen und 1 Überlagerungsgetriebe), wo bei die eine Stirnradstufe der Getriebeeinheit zur Leistungsübertragung mit tels der Kupplung K1 zuschaltbar ist und
- mit einer zweiten Kupplung K2,
- wobei in einem ersten Arbeitsbereich V1 des Getriebes die erste Kupplung K1 geschlossen und die zweite Kupplung K2 geöffnet und in einem zweiten Arbeitsbereich V2 die erste Kupplung K1 geöffnet und die zweite Kupplung K2 geschlossen ist.
Die Getriebeeinheit schaltet dabei oberhalb einer durch die Übersetzungs verhältnisse festgelegten Drehzahl durch Wechsel der Kupplungen K1 und K2 im Synchronpunkt zwischen den Arbeitsbereichen V1 und V2 um.

Die GB 2 045 368 und die GB 2 108 599 offenbaren jeweils eine Getriebeeinheit mit einem stufenlos verstellbaren Getriebe, wie Kegelscheibenumschlingungsge triebe oder Toroidgetriebe, wobei der Ausgang des stufenlos verstellbaren Getrie bes mit einem Eingang eines Überlagerungsgetriebes, wie Summiergetriebes, verbindbar ist und ein zweiter Eingang des Summiergetriebes über eine Getriebe stufe mit dem Eingang des stufenlos verstellbaren Getriebes verbindbar ist, wobei der Ausgang des Summiergetriebes mit der Getriebeabtriebswelle verbunden ist.

Über diese Kupplungen kann sowohl die Getriebestufe mit fester Übersetzung auf den einen Eingang des Summiergetriebes als auch das Summiergetriebe alleine zu- und abgeschaltet werden. Gemeinsam ist den Getrieben der oben genannten EP-Offenlegungsschrift und den GB-Offenlegungsschriften, dass der Überset zungsbereich des stufenlos verstellbaren Getriebes mehr als einmal durchfahrbar ist und die Bereichsumschaltung mittels Kupplungen vorgenommen wird, wobei die Getriebestruktur der EP-Offenlegungsschrift als i²-Getriebe bezeichnet wird und die Getriebestruktur der GB-Offenlegungsschriften als Geared-Neutral Struk turen mit Bereichsumschaltung bekannt sind.

Das Dokument JP 63-110045 A (abstract) offenbart eine Getriebeeinheit mit Mehrbereichsstruktur mit einem stufenlos verstellbaren Getriebe und weiteren Getrieben sowie zwei Kupplungen, wobei mit einer Kupplung das übertragbare Drehmoment zur Vermeidung von Schaltstößen mittels einer Drehzahldifferenz gesteuert wird und eine Differenzdrehzahl vor und nach dem Schalten vorliegt.

Bei diesen Getriebestrukturen erfolgt die Umschaltung der Übersetzungsbereiche mittels Kupplungen, die formschlüssig oder reibschlüssig sein können. Die Schwierigkeit bei diesen Getrieben entsteht durch das Umschalten der Überset zungsbereiche bei einer festen Getriebeübersetzung, so dass nur im Idealfall mittels Klauenkupplung bei dem Umschaltpunkt geschaltet werden kann.

Aus dem Dokument JP 4-331868 A (abstract) ist weiterhin eine Getriebeeinheit bekannt, bei der zwischen Motor und automatischem Getriebe eine Kupplung mit veränderbar einstellbarem, übertragbarem Moment vorgesehen ist, wobei deren Schlupf während eines Schaltvorganges zur Vermeidung eines Schalt stoßes gesteuert wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, Getriebeeinheiten mit Mehrbereichsstrukturen zu schaffen, welche ein verbessertes Verhalten im Bereichswechsel als auch einen verbesserten Komfort aufweisen.

Es lag weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine Getriebeeinheit zu schaffen, welche mittels einer gezielten Strategie bei der Ansteuerung, z. B. bei Bereichsumschal tungen, einen reduzierten Bauteileumfang bzw. eine vereinfachte Struktur auf weist.

Weiterhin lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches eine Ansteuerung erlaubt, um ein komfortables Verhalten bei Bereichs wechselvorgängen zu realisieren.

Dies kann dadurch erreicht werden, dass bei Getriebeeinheiten mit Getrieben, welche den stufenlos verstellbaren Getrieben über wenigstens zwei wechselweise zu- und abschaltbare Kupplungen mit veränderbarem übertragbarem Moment verbindbar sind, der Schaltvorgang bei Differenzdrehzahl beginnt und schleifend erfolgt. Bei solchen Getriebeeinheiten ist der Übersetzungsbereich des stufenlos verstellbaren Getriebes mehrfach nutzbar bzw. durchfahrbar.

Gemäß der Erfindung kann dies ebenso erreicht werden, indem die im stufenlos verstellbaren Getriebe über wenigsten zwei wechselweise schaltbare Kupplungen mit veränderbar einstellbarem, übertragbarem Moment die weiteren Getriebe zu schaltbar sind, wobei der Schaltvorgang bei Differenzdrehzahl eingeleitet wird und schleifend erfolgt.

Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn bei Getriebeeinheiten mit Mehrbe reichsstruktur der Übersetzungsbereich des stufenlos verstellbaren Getriebes mehr als einmal durchfahrbar ist, indem mindestens zwei Kupplungen bei Errei chen eines bestimmten Übersetzungsverhältnisses des stufenlos verstellbaren Getriebes im Kraftfluss der Getriebeeinheit zu- und abschaltbar sind, bei dem auch eine Betätigungsrichtungsumkehr erfolgt und die nach Betätigungsrich tungsumkehr geschlossene Kupplung vor oder nach Erreichen des Umschalt punktes zu schließen beginnt.

Die Betätigungsrichtung bei einem stufenlos verstellbaren Getriebe, insbesondere bei einem Kegelscheibenumschlingungsgetriebe, gibt die Richtung der Ansteue rung, z. B. der axialen Position der Kegelscheiben an, welche verändert wird, um ein Übersetzungsverhältnis zu variieren, d. h. bei einem Kegelscheibensatz wird in der Regel eine Kegelscheibe axial festgehalten, wobei die zweite Kegelscheibe axial verlagerbar ist, wobei das Umschlingungsmittel des stufenlos verstellbaren Getriebes bei Verlagerung seinen Laufradius bzw. Kontaktbereich verändert und somit ein verändertes Übersetzungsverhältnis eingestellt wird. Die Betätigungs richtung bedeutet in diesem Sinne eine bei verändertem Übersetzungsverhältnis axial verlagerbare Kegelscheibe, wobei bei einer Veränderung der Betätigungs richtung eine Umkehr der axialen Bewegungsrichtung der Verlagerung der Kegel scheibe erfolgt.

Weiterhin kann in vorteilhafter Weise bei einem stufenlos verstellbaren Getriebe ein Überlagerungsgetriebe, wie Summiergetriebe, mit zwei Eingängen und einem Ausgang im Drehmomentfluss nachgeordnet zu- und abschaltbar sein, wobei wechselweise der eine Eingang mit nachgeschalteter Getriebestufe zu- und ab schaltbar ist und der andere Eingang mit dem Ausgangsteil des stufenlos verstell baren Getriebes verbunden ist und über eine weitere Kupplung das Ausgangsteil des Überlagerungsgetriebes, wie Summiergetriebes, mit dem Ausgangsteil des stufenlos verstellbaren Getriebes direkt oder indirekt über zumindest eine feste Ü bersetzungsstufe verbindbar ist und zumindest eine Kupplung vor oder nach Er reichen des Umschaltpunktes zu schließen beginnt.

Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn bei einer Getriebeeinheit mit Mehrbe reichsstruktur ein stufenlos verstellbares Getriebe mit einer ersten und einer zweiten Welle im Momentenfluss angeordnet ist und die erste und zweite Welle als Antriebs- oder Abtriebswelle des stufenlosen Getriebes wechselseitig mittels zumindest zweier Kupplungen, insbesondere mittels vier Kupplungen, schaltbar sind und die erste und die zweite Welle mittels Getriebestufen mit einer Getriebeeingangs- oder Getriebeausgangswelle verbindbar sind, wobei ein Umschaltvor gang von der ersten und zweiten Welle als Antriebs- oder Abtriebswelle vor oder nach Erreichen eines Umschaltpunktes bei Differenzdrehzahl beginnt und schlei fend erfolgt.

Weiterhin kann es besonders vorteilhaft sein, wenn zumindest eine der Kupplun gen eine reibschlüssige Kupplung, wie beispielsweise Reibungskupplung und/oder Magnetpulverkupplung, ist, wobei insbesondere alle Kupplungen solche Kupplungen sind.

Entsprechend des erfinderischen Gedankens kann es vorteilhaft sein, wenn eine Steuereinheit mit Sensoren und/oder anderen Elektronikeinheiten in Signalverbin dung steht und anhand des Betriebspunktes die Übersetzung des stufenlos ver stellbaren Getriebes und das übertragbare Drehmoment von zumindest einer Kupplung der Getriebeeinheit mit Mehrbereichsstruktur ansteuert.

Im Wesentlichen kann es zweckmäßig sein, wenn die Steuereinheit eine zentrale Computereinheit aufweist.

Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn Steuermittel zur Betätigung und Ansteue rung der Verstellzylinder und/oder Anpresszylinder des stufenlos verstellbaren Getriebes und zumindest einer Kupplung vorhanden sind, welche hydraulisch, mechanisch oder elektromotorisch betätigt werden.

Ebenso kann es zweckmäßig sein, eine Getriebeeinheit derart auszugestalten, dass ein Bereichswechsel des stufenlos verstellbaren Getriebes bzw. der Getrie beeinheit mittels zumindest einer angesteuerten Schlupfkupplung bei Differenz drehzahl erfolgt.

Nach einem weiteren erfinderischen Gedanken kann es vorteilhaft sein, wenn bei einem Verfahren zum Steuern oder Regeln einer Getriebeeinheit mit Mehrbe reichsstruktur mit einem stufenlos verstellbaren Getriebe und anderen Getrieben der Übersetzungsbereich des stufenlos verstellbaren Getriebes mehr als einmal durchfahrbar ist und über mindestens zwei Kupplungen bei Erreichen eines be stimmten Übersetzungsverhältnisses des stufenlos verstellbaren Getriebes ande re Getriebeeinheiten im Kraftfluss zu- und abschaltbar sind, wobei die, nach er folgter Betätigungsrichtungsumkehr des stufenlosen Getriebes, geschlossene Kupplung vor oder nach Erreichen des Umschaltpunktes zu schließen beginnt.

Die Umschaltung kann vor oder nach Erreichen des Umschaltpunktes eingeleitet oder durchgeführt werden. Eine Fallunterscheidung ist für die Unterscheidung von Zug- und Schubbetrieb möglich.

Im Zugbetrieb

1. Beim Schalten in den Getriebezweig des stufenlos verstellbaren Getriebes in Richtung niedriger Gesamtübersetzung i_gesamt (mit zunehmendem 1/i_gesamt), wobei vor Erreichen des Umschaltpunktes die Kupplung zu schließen be ginnt.
2. Beim Schalten in Richtung kleinerem 1/i_gesamt, wobei die Kupplung nach Erreichen des Umschaltpunktes zu schließen beginnt.

Im Schubbetrieb

1. Beim Schalten in Richtung zunehmenden 1/i_gesamt, wobei die Kupplung nach Erreichen des Umschaltpunktes zu schließen beginnt und
2. Beim Schalten in Richtung kleinerem 1/i_gesamt, wobei die Kupplung vor Errei chen des Umschaltpunktes zu schließen beginnt.

Diese Fallunterscheidung kann auch derart formuliert werden, dass im Zugbereich bei einer kleineren reziproken Gesamtübersetzung (bei einem kleineren Dreh zahlverhältnis ωA/ωE als dem Synchronpunkt entsprechende, bei dem die Diffe renzdrehzahl in beiden Kupplungen 0 ist) der Bereichswechsel eingeleitet wird.

Im Schubbereich wird bei einer höheren reziproken Gesamtübersetzung (bei ei nem höheren Drehzahlverhältnis) als dem Synchronpunkt der Bereichswechsel eingeleitet.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann es vorteilhaft sein, wenn ein Be reichswechsel des stufenlos verstellbaren Getriebes bzw. der Getriebeeinheit mittels zumindest einer angesteuerten Schlupfkupplung bei Differenzdrehzahl eingeleitet wird oder erfolgt.

Der Schlupf bzw. die Differenzdrehzahl, bei der ein Schaltvorgang bzw. Um schaltvorgang erfolgt bzw. eingeleitet wird, beträgt vorzugsweise einen Wert klei ner 50 1/min, wobei ein Wert im Bereich 20 1/min bis 2 1/min bevorzugt wird.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Wechseln der Übertragungs pfade eines Mehrbereichsgetriebes gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8 sowie ein Mehrbereichsgetriebe zur Durchführung des Verfahrens.

Insbesondere für ihren Einsatz in Kraftfahrzeugen gewinnen aus dem Stand der Technik bekannte Mehrbereichsgetriebe wegen des mit ihrem Einsatz verbunde nen Verbrauchseinsparpotentials steigende Bedeutung. Beispiele für solche Mehrbereichsgetriebe sind in Lechner, G.; Nauheimer, H.: Fahrzeuggetriebe, Springer-Verlag 1994, insbesondere Seiten 144 bis 146, angegeben.

Theoretisch kann bei solchen Mehrbereichsgetrieben die Umschaltung von einem Übertragungspfad auf einen anderen jeweils bei der Differenzdrehzahl 0 der je weils offenen Kupplung, d. h. im Synchronpunkt, erfolgen. Entsprechend hat man versucht, mit einfach bauenden, formschlüssigen Klauenkupplungen auszukom men, die bei Differenzdrehzahl 0 eingerückt bzw. ausgerückt werden. Die Um schaltung war jedoch im Komfort unbefriedigend, so dass man versuchte, mit ein seitigen Anschrägungen der Mitnahmeflächen die Übergänge günstiger (freilaufähnlich) zu gestalten, was jedoch nur in einer Drehmomentabstützrichtung der Klauenkupplungen gelingen kann.

Es gab auch Versuche, mit reibschlüssigen Kupplungen und Freiläufen die Um schaltvorgänge in befriedigender Weise zu steuern. In Oetting, H.; Heidemeyer, P.: Stufenlose Getriebe für Personenkraftwagen, VDI-Berichte 579 ist darauf hin gewiesen, dass die Steuerungen solcher Kupplungen außerordentlich komplex ist.

Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren gemäß dem O berbegriff des Anspruches 8 zu schaffen, welches bei konstruktiv einfacher Aus bildung des Getriebes und geringem Steuerungs- bzw. Regelungsaufwand im Schaltkomfort befriedigt. Der Erfindung liegt weiter die Aufgabe zugrunde, ein Mehrbereichsgetriebe zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens an zugeben.

Der das Verfahren betreffende Teil der Erfindungsaufgabe wird mit den Merkma len des Anspruches 8 gelöst. Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass sich ein einwandfreier Schaltkomfort erzielen läßt, wenn man entgegen der vor herrschenden Lehrmeinung das Mehrbereichsgetriebe nicht in seinem Neutral punkt, d. h. bei Differenzdrehzahl 0 der jeweils offenen Kupplung schaltet, sondern außerhalb des Neutralpunkts. Auf diese Weise nimmt der Steuerungsaufwand ab, da nicht exakt diejenige Übersetzung erfasst werden muss, bei der die Differenz drehzahl Null ist, sondern das Schalten über einen Bereich möglich ist, in dem ei ne geringe Differenzdrehzahl vorhanden ist. Mit üblichen Reibungskupplungen können diese Differenzdrehzahlen beim Schließen der Kupplung und im Wesent lichen gleichzeitigem Öffnen der anderen Reibungskupplung geglättet werden. Dadurch, dass die Differenzdrehzahl derart ist, dass das beim Wechseln der Ü bertragungspfade zwischen Eingangswelle und Ausgangswelle übertragene Zug- oder Schubmoment durch das Schließen der Kupplung unterstützt wird, geschieht das Wechseln des Übertragungspfades in außerordentlich komfortabler Weise ohne Drehmomenteinbruch bzw. Zug- oder Schubeinbruch oder gar Umkehr. Flankenspiele zwischen Zahnrädern oder Drehelastizitäten bleiben ohne Einfluss.

Die Unteransprüche 9 bis 12 sind auf vorteilhafte Durchführungsformen des er findungsgemäßen Verfahrens gerichtet.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann für weitgehend alle Mehrbereichsgetriebe eingesetzt werden, bei denen zwischen den einzelnen Übertragungspfaden mittels Reibungskupplungen umgeschaltet wird. Das eingesetzte stufenlos ver stellbare Getriebe kann ein Umschlingungsgetriebe, beispielsweise mit kegeligen Riemenscheiben, ein hydrostatisches Getriebe oder auch ein mehrgängiges Ge triebe sein, dessen Stufen über Wandler oder Reibungskupplungen geglättet wer den. Auch für den weiteren Übertragungspfad bestehen weitgehende Freiheiten. Entscheidend ist, dass das Mehrbereichsgetriebe einen Synchronpunkt aufweist, bei der das stufenlose Getriebe mit einer Übersetzung arbeitet, die zu einer Diffe renzdrehzahl von Null der jeweils offenen Kupplung oder Kupplungen führt.

Die Ansprüche 13 und 14 sind auf besonders vorteilhafte Ausführungsformen ei nes Mehrbereichsgetriebes gerichtet, das sich zur Durchführung des erfindungs gemäßen Verfahrens besonders gut eignet.

Die Erfindung sei anhand der Fig. 1 bis 13 erläutert.

Dabei zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Getriebeeinheit,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer weiteren Getriebeeinheit,

Fig. 3 ein schematisches Schaltbild,

Fig. 4 ein Funktionsdiagramm und

Fig. 5 eine schematische Darstellung.

Fig. 6 ein Prinzipschaltbild ei nes Mehrbereichsgetriebes mit zwei Übertragungspfaden,

Fig. 7 und 8 Skizzen zur Erläuterung des Wechselns der Übertragungspfade im Getriebe gemäß Fig. 6,

Fig. 9 eine abgeänderte Ausführungsform eines Getriebes mit Leistungsverzweigung,

Fig. 10 eine Skizze zur Erläuterung der Wirkungsweise des Getriebes gemäß Fig. 9,

Fig. 11 eine weitere Ausführungsform eines Getriebes mit zwei Zweigen,

Fig. 12 eine Skizze zur Erläuterung der Wirkungsweise des Getriebes gemäß Fig. 11 und

Fig. 13 ein Blockschaltbild zur Erläuterung der Steuerung des Getriebes gemäß Fig. 9.

Die Fig. 1 zeigt eine Getriebeeinheit, welche nach dem Prinzip des Geared- Neutral-Getriebes aufgebaut ist, mit einer Getriebeeingangswelle 2 und einer Ge triebeausgangswelle 3. Die Getriebeeingangswelle 2 kann direkt oder über einen Torsionsschwingungsdämpfer, wie beispielsweise ein Zweimassenschwungrad, mit der Abtriebswelle eines Motors, wie beispielsweise Brennkraftmaschine, wirk verbunden sein. Die Getriebeausgangswelle 3 ist mit einer Abtriebswelle verbun den, welche über ein Differential an zumindest eine Antriebsachse wirkt, was in Fig. 1 nicht dargestellt ist.

Weiterhin kann die Getriebeeingangswelle 2 auch mit einem Anfahrelement wirk verbunden sein, wobei eine Lamellenkupplung, eine Reibungskupplung oder ein hydrodynamischer Drehmomentwandler vorgesehen sein kann.

Die Getriebeeinheit 1 umfasst ein stufenloses Getriebe 1a mit einem ersten Ke gelscheibensatz 4 und einem zweiten Kegelscheibensatz 5, wobei ein Umschlin gungsmittel 6 die beiden Kegelscheibensätze 4 und 5 im Drehmomentfluss ver bindet, und die radiale Lage bzw. die radiale Anordnung des Umschlingungsmit tels 6, wie beispielsweise Kette oder Schubgliederband, die Übersetzung des stufenlosen Getriebes bestimmt. Die Kegelcheiben 4 und 5 setzen sich aus einer mit der Eingangswelle bzw. einer Abtriebswelle drehfest verbundenen Kegel scheibe 4a, 5a und einer axial verlagerbaren Kegelscheibe 4b, 5b zusammen, wobei die verlagerbaren Kegelscheiben 4b, 5b mittels der Kolben- Zylindereinheiten 7, 8 axial verlagerbar sind. Die axiale Verlagerung der Kegel scheiben 4b, 5b und die dadurch erzeugte Übersetzungsänderung wird mittels ei ner Druckbeaufschlagung der Kolbenzylindereinheiten 7, 8 angesteuert.

Die Abtriebswelle des stufenlos verstellbaren Getriebes 9 ist in diesem Ausfüh rungsbeispiel mit dem Sonnenrad 10 eines Überlagerungsgetriebes, wie Sum miergetriebes, wie beispielsweise Planetengetriebes, verbunden. Parallel zu dem stufenlos verstellbaren Getriebe ist ein weiteres Getriebe mit einer festen Über setzung parallel geschaltet, wobei über eine Kupplung 11 ein Zahnrad 12 mit der Eingangswelle 2 verbindbar ist und das Zahnrad 12 über eine Übersetzungsstufe den Planetenträger 13 des Summiergetriebes antreibt. Das Hohlrad 14 des Pla netengetriebes ist mit der Abtriebswelle 3 des Getriebes verbunden. Über eine Kupplung 15 kann das Hohlrad und der Planetenträger miteinander drehfest ver bunden werden, so dass Planetenträger und Hohlrad als fester Block umlaufen.

Das Mehrbereichsgetriebe der Fig. 1 kann bei geschlossener Kupplung 11 und offener Kupplung 15 im ersten Betriebsbereich bei angetriebener Welle 2 bei ge eigneter Übersetzung des stufenlos verstellbaren Getriebes eine Abtriebsdrehzahl der Abtriebswelle 3 erzeugen, welche gleich null ist, so dass das Übersetzungs verhältnis von Abtriebsdrehzahl zu Antriebsdrehzahl gleich null ist und durch Vari ation der Variatorübersetzung des stufenlosen Getriebes ein Anfahren eines Fahrzeuges in Vorwärts- oder in Rückwärtsrichtung möglich ist, wobei die Über setzung entsprechend in die eine oder andere Richtung ausgehend von der "Neutralübersetzung" des stufenlos verstellbaren Getriebes verändert werden muss.

In einem weiteren Übersetzungsbereich des Getriebes wird die Kupplung 11 ge öffnet und die feste Übersetzungsstufe von dem einen Eingang 13 des Summier getriebes abgekoppelt und die Kupplung 15 geschlossen, so dass die Welle 9 im Wesentlichen mit der Welle 3 des Getriebes starr gekoppelt ist. Somit kann in ei nem zweiten Betriebsbereich die Getriebeeinheit als reines stufenlos verstellbares Getriebe genutzt werden.

Einer der oben beschriebenen Getriebebereiche wird als Geared-Neutral-Bereich bezeichnet, da bei angetriebenem Eingang des Getriebes die Abtriebswelle mit einer Drehzahl von null betrieben werden kann und ein Fahrzeug entsprechend ohne Kupplungsbetätigung bei laufendem Antriebsmotor im Stillstand gehalten werden kann, wobei die Übersetzungsregelung ein Anfahren, bzw. ein Abbrem sen, in den Neutralbereich ansteuert. Der zweite Betriebsbereich der Mehrbe reichsstruktur dient dazu, den Übersetzungsbereich des stufenlos verstellbaren Getriebes ein weiteres Mal zu nutzen, um eine höhere Getriebespreizung oder ei ne günstigere Dimensionierung zu realisieren.

Die Fig. 2 zeigt ebenfalls eine Getriebeeinheit mit Mehrbereichsstruktur, wobei ein stufenlos verstellbares Getriebe zum Einsatz kommt. Die Getriebeeingangs welle 50 ist mittels einer Getriebestufe und den Kupplungen 51 und 52 mit den Wellen 53 bzw. 54 verbindbar, wobei diese Wellen wiederum mit den Kupplungen 55 und 56 über Getriebestufen mit der Abtriebswelle 57 verbindbar sind.

Die Getriebestufen sind durch die Antriebs- bzw. Abtriebswellenverzahnungen 50a, 57a und die in diese Verzahnungen eingreifenden Zahnräder 51a, 52a, 55a und 56a dargestellt. Somit ergibt sich zwischen den An- und Abtriebswellen 50, 57 und den Kupplungen 52, 51, 55, 56 respektive den Wellen 54, 53 ein Überset zungsverhältnis, das durch die Wahl der Zahnräder und je nach betätigter Kupp lung fest vorgegeben ist.

Die Wirkungsweise eines in der Fig. 2 dargestellten Getriebes kann dadurch er läutert werden, dass die Kupplungen 51, 52 und 55, 56 jeweils wechselseitig ein- bzw. ausgerückt werden, so dass jeweils diametral gegenüberliegende Kupp lungen nach diesem Schema eingerückt sind und die anderen beiden Kupplungen ausgerückt sind. Beginnend mit einer geschlossenen Kupplung 52 und einer offe nen Kupplung 51 wird das antriebsseitige Drehmoment von der Antriebswelle 50 über die Kupplung 52 an den Variator 58 übertragen, wobei die beiden Kegel scheiben 59 über ein Umschlingungsmittel 60 mit den Kegelscheiben 61 im Kraft fluss verbunden sind. Gleichzeitig ist die Kupplung 55 geöffnet und die Kupplung 56 geschlossen, so dass ein Drehmoment von der Welle 53 über die Kegelschei ben und das Umschlingungsmittel 60 auf das Kegelscheibenpaar 61 übertragen wird und von dort über die Welle 54 und die Kupplung 56 an die Abtriebswelle 57 übertragen wird.

In einem zweiten Betriebsbereich sind die Kupplungen 52 und 56 geöffnet und die Kupplungen 51 und 55 geschlossen, so dass der Momentenfluss ausgehend von der Antriebswelle 50 über die Kupplung 51 auf das Kegelscheibenpaar 61 erfolgt und von dort über das Umschlingungsmittel auf das Kegelscheibenpaar 59 und ü ber die Kupplung 55 auf die Abtriebswelle 57. Aufgrund dieser Anordnung kann mittels der Übersetzungsstufen der angetriebenen Wellen 53 bzw. 54 das Über setzungsverhältnis des Variators mehrfach genutzt werden. Das Einrücken der Kupplungen, welche vorzugsweise als reibschlüssige Kupplungen vorgesehen sind, sollte bei Differenzdrehzahl erfolgen, so dass ein schleifender Schaltvorgang erfolgt. Dadurch wird ein komfortabler Schaltvorgang erreicht.

Die Fig. 3 zeigt eine Steuereinheit 100 mit diversen Eingängen 101 bis 103 für die Verbindung mit Sensoren. Diese Sensoren signalisieren bzw. detektieren den jeweiligen Betriebszustand des Systems, wie beispielsweise Fahrzeuges, wobei solche Sensoren beispielsweise die Motordrehzahl, die Getriebeeingangsdreh zahl, die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Drosselklappenstellung des Motors, die Lasthebelposition oder andere Zustandsgrößen kennzeichnen. Weiterhin ist dem Gang-Wahlhebel 105 ein Sensor zugeordnet, welcher den eingelegten Gang bzw. die eingelegte Fahrstufe detektiert und über die Signalleitung 106 an den Eingang 104 der Steuereinheit 100 weiterleitet.

Die Steuereinheit 100 steuert das Übersetzungsverhältnis des stufenlos verstell baren Getriebes 110, wie Kegelscheibenumschlingungsgetriebe oder Toroid getriebe, wobei eine Druckbeaufschlagung der Druckzylinder, wie Anpress- und Verstellzylinder, 113 und 114 angesteuert wird, wobei unter axialer Verlagerung von zumindest einer Scheibe jedes Scheibensatzes die Übersetzung eingestellt wird. Weiterhin steuert die Steuereinheit 100 die Kupplungen 111 bis 112 an, so dass der Einrückzustand bzw. das von diesen Kupplungen übertragbare Dreh moment gezielt variiert und bestimmt wird.

Die Kupplungen 111 bis 112 sind schematisch dargestellt und in Abhängigkeit des Ausführungsbeispieles können jeweils eine verschiedene Anzahl von Kupplungen mit den Kupplungen 111 bis 112 dargestellt werden. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 sind zwei Kupplungen 11 und 15 dargestellt, welche bei der Bereichsum schaltung geöffnet bzw. geschlossen werden oder bei einem Ankriechen gezielt angesteuert werden. In Fig. 2 sind vier Kupplungen 51, 52 sowie 55 und 56 dar gestellt, welche bei einem Bereichswechsel angesteuert, geöffnet oder geschlos sen werden.

Bei Bereichswechseln von Getriebeeinheiten mit Mehrbereichsstrukturen können die Zu- und Abschaltstrategien der entsprechenden Kupplungen wie bei Gang wechsel von Stufenautomaten ausgeführt werden. Bei Gangwechsel von Stufen automaten werden in der Regel Drehzahlsprünge im Bereich 1,2 bis 1,6 durch geführt, welche mittels Kupplungen synchronisiert werden müssen. Der vorliegen den Erfindung liegt zugrunde, bei den oben genannten Getriebeeinheiten mit Mehrbereichsstrukturen einen Bereichswechsel derart durchzuführen, dass bei Differenzdrehzahlen geschaltet wird, d. h. nicht am Synchronpunkt geschaltet wird und die Differenzdrehzahlen sehr klein sind, d. h., dass das Verhältnis der Drehzahlen beim Schaltvorgang von der Drehzahl vor und nach dem Schaltvorgang im Bereich bis 1,1 und speziellen bis 1,05 oder bis 1,01 liegt. Dabei kann jede Schaltung ohne Wechsel mit stetigem Abtriebs-Momenten-Verlauf erfolgen, d. h., dass die Bereichsumschaltungen in Richtung größerer oder kleinerer Übersetzung ohne Zugkraftunterbrechung erfolgen.

Die Differenzdrehzahl, bei welcher der Bereichswechsel gestartet wird, kann sich aus der Auflösung der Drehzahlsignale sowie einer Totzeit bei der Bestimmung der Drehzahlsignale und einem Vorhaltewert ergeben, welcher die Dynamik des Systems als Funktion der Zeit berücksichtigt. Somit wird bei einem Bereichswech sel die Dynamik des Systems insbesondere das Verhalten im Bereich der Ansteuer-Totzeit berücksichtigt, damit einer Ansteuerung bei einer Differenzdreh zahl erfolgen kann.

Dieses Steuerverfahren kann sowohl bei den oben genannten Geared-Neutral- Getrieben im Umschaltbereich als auch bei den sogenannten i²-Getrieben beim Bereichswechsel durchgeführt werden.

Beim Bereichswechsel ist wichtig, dass der Drehmomentverlauf abtriebseitig ho mogen bleibt und die Verlustleistung an der Kupplung nicht zu groß wird. Dies kann erreicht werden, wenn der Bereichswechsel knapp vor oder nach dem Synchronpunkt durchgeführt wird. Der Abtriebsmoment-Verlauf bleibt homogen, auch unter Berücksichtigung der vorhandenen Elastizitäten in der Getriebestruk tur, wenn eine optimale Differenzdrehzahl und Drehmoment angesteuert wird.

Die Fig. 4 zeigt den Verlauf des Drehzahlverhältnisses zwischen Abtriebsdreh zahl der Getriebeeinheit zu Antriebsdrehzahl der Getriebeeinheit als Funktion der Variatorübersetzung n_var dargestellt ist, wobei die Variatorübersetzung im Bereich von n_varmin bis n_varmax verändert werden kann. In einem ersten Betriebsbereich ist die Übersetzung ωAbtrieb zu ωAntrieb bei maximaler Variatorübersetzung mini mal, wie es im Übersetzungverhältnis Ω₁ dargestellt ist. Mit sinkender Variatorü bersetzung n_var steigt das Übersetzungsverhältnis bis zu dem Wert Ω₂. Die Kurve 200 stellt diesen Sachverhalt des Drehzahlverhältnisses als Funktion der Variato rübersetzung dar. Vor der minimalen Variatorübersetzung wird als Beispiel für ein i²-Getriebe nach der Fig. 2 eine Änderung bzw. Umschaltung der Wellen der Ke gelscheibensätze begonnen, so dass für ein Drehzahlverhältnis Ω₂ wiederum ein steigendes Drehzahlverhältnis mit steigender Variatorübersetzung stattfindet.

Die Umschaltung kann nun idealer Weise bei der festgelegten Variator übersetzung Ω₃ stattfinden oder aber wie bei dem erfindungsgemäßen Getriebe, bei Differenzdrehzahl, wie es die Line 201 darstellt. Der Umschaltpunkt Ω₂ erfolgt somit vor der festgelegten Variatorübersetzung Ω₃. Entsprechend kann die sche matische Darstellung der Fig. 4 nicht nur auf ein sogenanntes i²-Getriebe ange wendet werden, sondern auch auf sogenannte Geared-Neutral-Getriebe oder an dere Mehrbereichsstruktur-Getriebe verwendet werden.

Nach Fig. 5 sind im Triebstrang zwischen einer Antriebseinrichtung 401 und An triebsrädern 402 eines Kraftfahrzeugs auf einer mit der Antriebseinrichtung 401 verbundenen Welle 403 ein Torsionsdämpfer 404, eine stufenlos steuerbare kraft schlüssige Kupplung K1, hier eine Lamellen- oder Reibungskupplung, als Dreh zahlwandler und die Primärseite eines als Drehmomentwandler dienenden, stu fenlos verstellbaren Getriebes 405, hier eines Umschlingungsgetriebes, als Drehmomentwandler angeordnet. Die Sekundärseite des Getriebes 405 treibt ü ber eine Welle 406 das Zentralrad eines Umlaufgetriebes 407, hier eines Plane tengetriebes, an, dessen Hohlrad über eine Welle 408, ein Stirnradgetriebe 409 und ein Differentialgetriebe 410 mit den Antriebsrädern 402 verbunden ist. Der Steg des Umlaufgetriebes 407 ist über ein Stirnradgetriebe 411 mit der Abtriebs seite der Kupplung K1 verbunden. Das Umlaufgetriebe 407 läßt sich mittels einer zweiten stufenlos steuerbaren schlupfenden Kupplung K2 überbrücken, die einer seits mit dem Stirnradgetriebe 411 und dem Umlaufrad des Umlaufgetriebes 407 und andererseits mit dem Hohlrad des Umlaufgetriebes 407 verbunden ist. Durch diese Anordnung ist es möglich, das stufenlos verstellbare Getriebe 405 sowohl für einen Nullregelbetrieb (Geared-Neutral-Betrieb) bei geschlossener Kupplung K1 und geöffneter Kupplung K2 in den Fahrbereichen "Vorwärts", "Rückwärts" und "Neutral" als auch bei geöffneter Kupplung K1 und geschlossener Kupplung K2 im üblichen Betriebe zu benutzen.

Mit der Antriebseinrichtung 401 ist der Sollwertgeber 412 für eine Regeleinrich tung 413 verbunden, die ihrerseits mit dem Triebstrang verbunden ist.

Dem Sollwertgeber 412 wird ein auf der Abtriebsseite gewünschtes Drehmoment M_a, das einen festen oder sich zeitlich ändernden Wert aufweisen kann, nach Maßgabe des Fahrers, beispielsweise in Abhängigkeit von der Gaspedalstellung, als Wählsignal und der Antriebseinrichtung 401 als Steuersignal zugeführt. Die Vorgabe des gewünschten Abtriebsdrehmoments M_a in Abhängigkeit von der Zeit t ist schematisch durch eine Funktionseinheit 414 dargestellt. Ferner erhält der Sollwertgeber 412 aus der Antriebseinrichtung 401 darin gemessene Signale, die der Eingangsdrehzahl n_e und dem Eingangsdrehmoment M_e des Triebstrangs entsprechen. Darüber hinaus kann der Fahrer mittels eines nicht dargestellten Wählhebels am Sollwertgeber 412 einen Stand-, Park- oder Neutralbereich P (Parken) und N (Neutral) sowie einen Rückwärts- und einen Vorwärtsfahrbereich einstellen. Der Sollwertgeber 412 enthält einen Speicher, in dem zuvor empirisch ermittelte Wertepaare von Drehzahldifferenzen Δn zwischen Ein- und Ausgangs seite der Kupplung K1 und von Kupplungsmomenten M_K1, die von der Kupplung K1 übertragen werden sollen, in Abhängigkeit von den jeweiligen Größen M_a, n_e und M_e einander so zugeordnet und gespeichert sind, dass ihr Produkt Δn × M_K1 stets ungefähr gleich Null, aber nicht gleich Null ist. Ferner enthält der Speicher für ein gewünschtes Abtriebsmoment M_a, das einem geringen Kriechmoment M_Kr mit einem Betrag B, der zwischen null und beispielsweise fünfzig Newtonmeter (Nm) liegt, eine diesem Betrag zugeordnete Drehzahldifferenz bzw. Schlupfdrehzahl Δn zwischen Ein- und Ausgangsseite der Kupplung K1 im Betrag von A, der zwi schen null und beispielsweise fünfzig Umdrehungen pro Minute liegt, jeweils für den Rückwärtsfahrbereich und den Vorwärtsfahrbereich, wobei die Schlupfdreh zahl im Rückwärtsfahrbereich einen negativen Wert A und im Vorwärtsfahrbereich einen positiven Wert A hat. Für gewünschte Abtriebsmomente M_a, die größer als das Kriechmoment M_Kr sind, also Fahrmomenten M_F entsprechen, sind dem ge wünschten Moment M_a proportionale Werte C × M_a für den Vorwärts- bzw. Rück wärtsfahrbereich gespeichert (mit C = const.). In den Stand-, Park oder Neutralbe reichen P, N sind die Momente M_Kr und M_F sowie die Drehzahldifferenz Δn dage gen Null.

Der Sollwertgeber 412 führt dann der Regeleinrichtung 413 zum einen ein Soll wertsignal zu, das einer nach Maßgabe der Eingangssignale M_a, n_e und M_e aus dem Speicher abgerufenen Drehzahldifferenz Δn entspricht, und zum anderen ein Sollwertsignal für den Druck p_K1 zu, das ebenfalls aus dem Speicher des Soll wertgebers 412 nach Maßgabe seiner Eingangssignale M_a, n_e und M_e abgerufen wird und den Druck bestimmt, mit dem die beiden Kupplungshälften der Kupplung K1 zusammengedrückt werden, um das gewünschte zu übertragende Drehmo ment M_K1 der Kupplung K1 einzustellen.

Ein die Drehzahl n₁ auf der Primärseite des Umschlingungswandlers 405 mes sender Drehzahlfühler 415 und ein die Drehzahl n₂ auf der Sekundärseite des Umschlingungswandlers 405 messender Drehzahlfühler 416 führen der Regelein richtung 413 jeweils ein den gemessenen Drehzahlen n₁ und n₂ entsprechendes Istwertsignal zu, das in der Regeleinrichtung 413 mit dem Sollwertsignal für die Drehzahldifferenz Δn verglichen wird. In Abhängigkeit von dem Vergleichsergeb nis wird dann dem Umschlingungswandler 405 ein Stellsignal für den Druck p₁ auf der Primärseite und ein Stellsignal für den Druck p₂ auf der Sekundärseite des Umschlingungswandlers 405 zugeführt. Diese Stellsignale verstellen dann über die primär- und sekundärseitigen Druckzylinder des Umschlingungswandlers 405 durch Zusammendrückung des jeweiligen Scheibenpaares die Lage des Um schlingungsmittels und damit das Übersetzungsverhältnis i = n₁/n₂ des Umschlin gungswandlers 405 so, dass sich die den jeweiligen Eingangssignalen des Soll wertgebers 412 zugeordnete Drehzahldifferenz Δn an der Kupplung K1 ergibt. Desgleichen mißt ein (nicht dargestellter) Druckfühler an der Kupplung K1 den Istwert p_K1 des Drucks, mit dem die Kupplungshälften der Kupplung K1 zusam mengedrückt werden, und führt diesen Istwert der Regeleinrichtung 413 zu. Die Regeleinrichtung 413 vergleicht dann den Istwert mit dem ihr vom Sollwertgeber 412 zugeführten Drucksollwert p_K1 und regelt eine Differenz zwischen Soll- und Istwert so aus, dass am Drucksignalausgang für den Druck p_K1 der Kupplung K1 ein dem Sollwert entsprechendes Stellsignal erzeugt wird und die Kupplung K1 entsprechend zusammendrückt. Bei geöffneter Kupplung K2 entspricht dann das Übersetzungsverhältnis i bei positivem Sollwert der Drehzahldifferenz Δn (siehe das in der Regeleinrichtung 413 eingetragene Diagramm) einem Vorwärtsüber setzungsverhältnis i_vw und bei negativem Sollwert für die Drehzahldifferenz Δn ei nem Rückwärtsübersetzungsverhältnis i_rw, dagegen für den Stand-, Park oder Neutralbereich bei dem Sollwert Null für die Drehzahldifferenz Δn einem Drehzahl verhältnis i_Q für den Geared-Neutral-Punkt, bei dem die Abtriebsdrehzahl n_a gleich null ist.

Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die Verluste in der Kupplung K1 über den gesamten Betriebsbereich sehr klein sind, da das diese Verluste bestimmende Produkt Δn × M_K1 über den gesamten Betriebsbereich ungefähr null, d. h. sehr klein, aber ungleich null ist.

Da ferner ein sehr niedriges Abtriebsmoment B, entsprechend einem Kriechmo ment, bei sehr kleiner Schlupfdrehzahl A und entsprechendem Übersetzungsver hältnis i für geringe Abtriebsdrehzahl, sichergestellt ist, kann das bei bisherigen Übersetzungsregelungen im Stillstand auftretende Schwingen des Fahrzeugs vermieden werden, da das Moment im Triebstrang dann nur vom Moment der Kupplung K1 abhängt.

Gemäß Fig. 6 weist ein Mehrbereichsgetriebe eine von einem nicht dargestellten Motor angetriebenen Eingangswelle e und eine Ausgangswelle a zum Antrieb ei ner Arbeitsmaschine oder beispielsweise eines Fahrzeugs auf. An einem ersten Verzweigungsknoten 503 teilt sich der Übertragungspfad von der Eingangswelle e zur Ausgangswelle a in zwei Pfade auf. Ein erster Pfad enthält eine Reibungs kupplung K1, der eine Übersetzungsstufe 505 folgt, an die sich ein Differentialge triebe 507 anschließt, dessen Ausgang über einen zweiten Verzweigungsknoten 509 mit der Ausgangswelle a verbunden ist.

Der zweite Übertragungspfad enthält ein stufenlos verstellbares Getriebe, das beispielsweise als Umschlingungsgetriebe mit zwei Scheiben veränderbaren Durchmessers aus gebildet ist. Der Ausgang des stufenlos verstellbaren Getriebes ist über einen Knoten 511 mit einem Stützglied des Differentialgetriebes 507 verbunden und ü ber eine zweite Reibungskupplung K2 mit dem zweiten Verzweigungsknoten 509.

Die durch das Differentialgetriebe 507 bestimmten Übersetzungsverhältnisses sind derart, dass die Ausgangswelle a mit der N-fachen Drehzahl der von der Ü bersetzungsstufe 505 her kommende Welle dreht bei stehendem Knoten 511.

Der Aufbau eines solchen Getriebes ist an sich bekannt. Der Synchronpunkt ent spricht derjenigen Übersetzung des stufenlos verstellbaren Getriebes, bei der die Drehzahlverhältnisse derart sind, dass beide Kupplungen K1 und K2 geschlossen sein können, d. h. ohne Differenzdrehzahl arbeiten.

Die Funktion des Getriebes gemäß Fig. 6 und das Umschalten zwischen den Kupplungen K1 und K2 werden anhand der Fig. 7 und 8 erläutert.

In Fig. 8 ist auf der Abszisse das Drehzahlverhältnis ν_G = ω_a/ω_e des gesamten Getriebes und auf der Ordinate das Drehzahlverhältnis ν_CVT = ω_Wa/ω_e des stufen losen Getriebes aufgetragen. Dabei bedeuten
ν_G das Drehzahlverhältnis des gesamten Getriebes,
ν_CVT das Drehzahlverhältnis des CVT-Getriebes,
ω_a die Drehzahl der Ausgangwelle a,
ω_e die Drehzahl der Eingangswelle e und
ω_Wa die Drehzahl der Abtriebswelle des stufenlos verstellbaren Getriebes.

Im Bereich niedriger Gesamtdrehzahlverhältnisse ist die Kupplung K1 geschlos sen und die Kupplung K2 geöffnet, wobei in der linken unteren Hälfte der Fig. 7 die Relativdrehzahl Δω_K2/ω_e der Kupplung K2 angegeben ist. Diese Relativdreh zahl nimmt mit abnehmendem Drehzahlverhältnis des stufenlosen Getriebes ab und wird bei dem Drehzahlverhältnis 0,45, dem Synchronpunkt des Getriebes, Null. Bei Drehzahlverhältnissen ν_G über 0,45 ist die Kupplung K2 geschlossen und die Kupplung K1 offen, wobei in der rechten unteren Hälfte der Fig. 7 die Relativ drehzahl an der Kupplung K1 angegeben ist.

Das Umschalten des Getriebes gemäß Fig. 6 geschieht wie folgt:
Im Zugbereich (Eingangswelle e treibt Ausgangswelle a) wird bei einer Verringe rung der Übersetzung, d. h. beim Hochschalten bereits vor Erreichen des Syn chronpunktes umgeschaltet, d. h. bevor die Differenzzahl der Kupplung K2 sich auf 0 verringert. Wird die Kupplung K2 in diesem Zustand geschlossen und die Kupplung K1 geöffnet, so stellt sich aufgrund der Differenzdrehzahl in der Kupp lung K2 ein positives Abtriebsmoment ein, das den nicht dargestellten Antriebs motor verzögert, bis die Kupplung K2 nicht mehr schlupft. Ein positives Antriebs moment (Zug) vor und nach dem Wechsel der Übertragungspfade des Getriebes bzw. dessen Bereichsumschaltung wird durch ein positives Antriebsmoment durch Verzögerung der Trägheitsmoment-behafteten Motormassen während des Bereichswechsels homogen ergänzt.

Umgekehrt erfolgt im Schubbereich das Schließen der Kupplung K2 und das Öff nen der Kupplung K1 erst nach Durchlaufen des Synchronpunktes, so dass die nun erforderliche Beschleunigung der Motormassen das Schubmoment ergänzt.

Fig. 8 zeigt die entsprechende Steuerstrategie bei Übersetzungserhöhung (Rück schaltung). Im Zugbereich erfolgt der Wechsel von der Kupplung K2 auf die Kupplung K1 erst dann, wenn sich in der Kupplung K1 eine positive Differenz drehzahl aufgebaut hat. Dies erlaubt im Gegensatz zu konventionellen Stufenau tomaten einen Bereichswechsel, bei dem sich wiederum aufgrund der Verzöge rung des Motors ein positives Abtriebsmoment während des Bereichswechsels ergibt. Im Schubbereich wird umgekehrt bereits vor dem Synchronpunkt gewech selt, so dass sich auch hier während des Bereichswechsels ein stetiger Abtriebs momentenverlauf ergibt.

Mit der beschriebenen Steuerstrategie bzw. dem Verfahren zum Wechseln der Ü bertragungspfade wird bei einfachem Aufbau des Mehrbereichsgetriebes bzw. von dessen Kupplungen ein außerordentlich komfortabler Bereichswechsel erzielt.

Fig. 9 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines an sich bekannten Mehr bereichsgetriebes, das sich zur Durchführung des geschilderten Bereichswech selverfahrens besonders gut eignet. Das stufenlos verstellbare Getriebe ist hier als Umschlingungsgetriebe mit zwei Kegelscheiben S1 und S2 ausgeführt, deren wirksame Durchmesser das Übersetzungsverhältnis bzw. Drehzahlverhältnis des stufenlos verstellbaren Getriebes bestimmen. Das Differentialgetriebe 507 ist als Planetengetriebe ausgeführt, dessen Hohlrad 513 drehfest mit der Ausgangswelle a verbunden ist, dessen Planetenradträger 515 mit der Übersetzungsstufe 505 kämmt und dessen Sonnenrad 517 drehfest mit der Abtriebswelle des stufenlos verstellbaren Getriebes verbunden ist. Die erste Kupplung K1 verbindet die Ein gangswelle e mit der Übersetzungsstufe; die zweite Kupplung K2 verbindet den Planetenradträger 515 mit dem Hohlrad 513.

Die Funktion des Getriebes gemäß Fig. 9 ist anhand der Fig. 10 erläutert. Auf der Abszisse ist das Gesamtdrehzahlverhältnis ν_G als der Quotient aus Drehzahl ω_a der Ausgangswelle a und der Drehzahl ω_e der Eingangswelle e aufgetragen. Die Ordinate zeigt das Drehzahlverhältnis ν_CVT des stufenlos verstellbaren Getriebes als Verhältnis der Durchmesser von dessen Riemenscheiben des S₁/S₂.

Im leistungsverzweigten Betrieb, bei dem die Übersetzungsstufe 505 und das Differentialgetriebe 507 zusätzlich zum stufenlos verstellbaren Getriebe wirksam sind, ist die Kupplung K1 geschlossen und die Kupplung K2 geöffnet; im direkten Betrieb, in dem die Kupplung K2 geschlossen und die Kupplung K1 offen ist, ist nur das stufenlos verstellbare Getriebe wirksam.

Die Umschaltstrategie zwischen den Kupplungen K1 und K2 ist dieselbe wie an hand des vorhergehenden Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 bis 8 erläutert.

Wie ersichtlich ist das Drehzahlverhältnis des Getriebes gemäß Fig. 9 ins Negati ve hinein veränderbar, so dass lediglich mit Hilfe des stufenlos verstellbaren Getriebes ein Umschalten zwischen Vorwärts- und Rückwärtsdrehung der Aus gangswelle möglich ist.

Fig. 11 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines für den Einsatz des erfin dungsgemäßen Verfahrens geeigneten, an sich bekannten Getriebes. Dabei han delt es sich um ein sogenanntes i²-Getriebe, bei dem die Spreizung des stufenlos verstellbaren Getriebes sowohl in der einen als auch in der anderen Richtung nutzbar ist.

Die Eingangswelle e des Getriebes gemäß Fig. 11 ist über eine erste Überset zungsstufe und eine Kupplung K1 mit der einen Riemenscheibe S1 des stufenlos verstellbaren Getriebes verbunden und über eine dritte Übersetzungsstufe und ei ne dritte Kupplung K3 mit der zweiten Riemenscheibe S2. Die erste Riemen scheibe S1 ist über eine Kupplung K2 und eine zweite Übersetzungsstufe mit der Ausgangswelle a verbunden. Ebenso ist die zweite Riemenscheibe S2 über eine Kupplung K4 und eine vierte Übersetzungsstufe mit der Ausgangswelle a verbunden.

Gemäß Fig. 12 sind in dem Arbeitsbereich mit kleinerer Gesamtübersetzung ω_e/ω_a die Kupplungen K1 und K4 geschlossen und im Bereich mit größerer Gesamt übersetzung die Kupplungen K2 und K3. Die einzelnen Übersetzungsstufen sind so gewählt, dass sich die eingezeichneten Übersetzungsverhältnisse und bei der Übersetzung 502 des stufenlos verstellbaren Getriebes der Synchronpunkt ergibt, in dem alle Kupplungen differenzdrehzahlfrei geschlossen sein können. Für die Umschaltung der Kupplungen K1 und K4 auf K2 und K3 und umgekehrt gilt die gleiche Strategie wie oben erläutert. Wiederum ist es mit der Erfindung möglich, durch Einsatz einfacher Reibungskupplungen K1 bis K4 ohne irgendwelche Frei läufe oder Klauenkupplungen komfortabel von einem Bereich in den anderen zu wechseln.

Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die unter seiner Nutzung arbeitenden Mehrbereichsgetriebe sind für vielfältige Anwendungen geeignet, in denen es bei einfachem konstruktiven Aufbau auf eine gleichmäßige Umschaltung zwischen den Übertragungspfaden ankommt. Dies können Antriebe aller Art sein, bei spielsweise für Drehbänke, Zentrifugen, Werkzeugmaschinen usw.. Besonders geeignet ist das erfindungsgemäße Verfahren sowie das unter Nutzung dieses Verfahrens arbeitende Mehrbereichsgetriebe für Kraftfahrzeuge.

Fig. 13 stellt ein solches Anwendungsbeispiel unter Einsatz des Getriebes gemäß Fig. 9 dar.

Die Ausgangswelle des Getriebes a ist über ein Achsdifferential 519 mit den an getriebenen Rädern 521 eines Fahrzeugs verbunden.

Die Eingangswelle e ist über ein Zweimassenschwungrad 523 mit einer Brenn kraftmaschine 525 verbunden, die von einem Fahrpedal 527 her angesteuert wird.

Das Hohlrad 13 arbeitet mit einer Lockupkupplung KL zum Stillsetzen des Fahr zeugs zusammen.

Einem programmierbaren elektronischen Steuergerät 529 werden als Eingangs größen (gestrichelte Linien) die Drehzahl wa der Ausgangswelle a, das Drehmo ment M_D der Brennkraftmaschine, die Drehzahl N der Brennkraftmaschine 525, die der Drehzahl der Eingangswelle e entspricht, sowie die Drehzahl der Aus gangswelle ω_a des stufenlos verstellbaren Getriebes zugeführt. Aus diesen Wer ten rechnet das elektronische Steuergerät 529 entsprechend einem in ihm abge legten Programm Werte zur Ansteuerung der Übersetzung des stufenlos verstell baren Getriebes sowie der Ansteuerung der Kupplung K1 und K2 entsprechend der anhand der Fig. 7 und 8 beschriebenen Umschaltstrategie zwischen den bei den Übertragungspfaden des Getriebes.

Die Ansteuerung des stufenlos verstellbaren Getriebes sowie der Kupplungen K1 und K2 kann vorteilhafter Weise, wie an sich bekannt, elektronisch-hydraulisch erfolgen, wobei die Betätigungskräfte hydraulisch aufgebracht werden und die Größe der Kräfte elektrisch/elektronisch festgelegt wird. Die Hydraulikteile kön nen auch durch elektrische Stellmotoren ersetzt werden.

Im dargestellten Beispiel wird im elektronischen Steuergerät 529 aus den Ein gangsgrößen errechnet, ob sich das Getriebe im Schub- oder Zugbetrieb befindet, um dadurch das entsprechende Schaltprogramm entsprechend Fig. 7 und 8 zu aktivieren. Es versteht sich, dass im Antriebsstrang ein Sensor vorgesehen sein kann, der unmittelbar ermittelt, ob Zug- oder Schubbetrieb vorliegt. Die jeweilige Differenzdrehzahl, bei der die jeweilige Kupplung geschaltet wird, und/oder die Schaltgeschwindigkeit, kann von der Größe des Zug- oder Schubmoments ab hängig sein.

Das Steuergerät 529 kann mit einem elektronischen Motorsteuergerät zusam mengefasst sein, so dass die gesamte Antriebsstrangsteuerung in einer Einheit integriert ist.

Ein Verfahren zum Wechseln der Übertragungspfade eines Mehrbereichsgetrie bes mit einer Eingangswelle (e), einer Ausgangswelle (a) und zwei mittels we nigstens je einer Reibungskupplung (K1, K2) schaltbaren Übertragungspfaden zwischen der Eingangs- und Ausgangswelle, welche Übertragungspfade ein stu fenlos verstellbares Getriebe enthalten, das derart angeordnet ist, dass die Diffe renzdrehzahl der jeweils offenen Kupplung bei einer bestimmten Übersetzung des stufenlos verstellbaren Getriebes 0 ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Um schaltung zwischen den Übertragungspfaden bei einer Differenzdrehzahl der zu schließenden Kupplung (K1 oder K2) erfolgt, wobei die Differenzdrehzahl derart ist, dass durch das Schließen der Kupplung ein zwischen der Eingangswelle (e) und der Ausgangswelle (a) übertragenes Zug- oder Schubmoment unterstützt wird.

Claims

1. Getriebeeinheit mit Mehrbereichsstruktur, bei der ein stufenlos verstellbares Getriebe (58) mit einer ersten und einer zweiten Welle (53, 54) im Momen tenfluss angeordnet ist, und die erste und zweite Welle (53, 54) wechselseitig mittels zumindest zweier Kupplungen (51, 52, 55, 56) als Antriebs- oder Ab triebswelle des stufenlos verstellbaren Getriebes (58) über Getriebestufen (50a, 57a) mit einer Getriebeeingangs- oder Getriebeausgangswelle (50, 57) verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine Umschaltung von der ersten Welle (53) als Antriebs- oder Abtriebswelle und der zweiten Welle (54) als Antriebs- oder Abtriebswelle des stufenlos verstellbaren Getriebes (58) vor oder nach Erreichen eines bei gleicher Drehzahl des Eingangs- und Aus gangsteils einer der Kupplungen (51, 52, 55, 56) vorgesehenen Umschalt punktes bei Differenzdrehzahl des Eingangs- und Ausgangsteils der jeweiligen Kupplung beginnt und schleifend erfolgt.

2. Getriebeeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumin dest zwei Kupplungen (11, 15; 51, 52, 55, 56; K1, K2) reibschlüssige Kupplungen, wie beispielsweise Reibungskupplungen und/oder Magnetpulverkupplun gen, sind.

3. Getriebeeinheit mit Mehrbereichsstruktur nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit (100) mit Sensoren (415, 416) und/oder anderen Elektronikeinheiten in Signalverbindung steht und die Übersetzung des stufenlos verstellbaren Getriebes (110) und das übertragba re Drehmoment von zumindest einer Kupplung (111, 112) ansteuert.

4. Getriebeeinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer einheit (100) eine zentrale Computereinheit aufweist.

5. Getriebeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Steuermittel (100) zur Betätigung und Ansteuerung von Verstellzylindern und/oder Anpresszylindern (113, 114) des stufenlos verstellbaren Getriebes (110) und der zumindest einen Kupplung (111, 112) vorhanden sind, welche hydraulisch, mechanisch und/oder elektromotorisch betätigt werden.

6. Getriebeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bereichswechsel des stufenlos verstellbaren Getriebes (1a) mittels zumindest einer schlupfend angesteuerten Kupplung bei Differenzdrehzahl zwischen Eingangs- und Ausgangsteil dieser Kupplung erfolgt.

7. Verfahren für eine Getriebeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da durch gekennzeichnet, dass ein Bereichswechsel des stufenlos verstellbaren Getriebes (1a; 58) mittels zumindest einer schlupfend angesteuerten Kupplung (11, 15; 51, 52, 55, 56) bei einer Differenzdrehzahl zwischen einem Ausgangs- und Eingangsteil einer der zumindest zwei Kupplungen (11, 15; 51, 52, 55, 56) eingeleitet wird oder erfolgt.

8. Verfahren zum Wechseln der Übertragungspfade eines Mehrbereichsgetrie bes mit einer Eingangswelle (e), einer Ausgangswelle (a) und zwei mittels we nigstens je einer Reibungskupplung (K1, K2) schaltbaren Übertragungspfaden zwischen der Eingangs- und Ausgangswelle, welche Übertragungspfade ein stufenlos verstellbares Getriebe (CVT) enthalten, das derart angeordnet ist, dass die Differenzdrehzahl der jeweils offenen Kupplung (K1 oder K2) bei ei ner bestimmten Übersetzung des stufenlos verstellbaren Getriebes 0 ist, da durch gekennzeichnet, dass die Umschaltung zwischen den Übertragungspfa den bei einer Differenzdrehzahl der zu schließenden Kupplung (K1 oder K2) erfolgt, wobei die Differenzdrehzahl derart ist, dass durch das Schließen der Kupplung (K1 oder K2) eine Bereichsumschaltung in Richtung größerer oder kleinerer Übersetzung ohne Zugkraftunterbrechung erfolgt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Verrin gerung der Übersetzung des Mehrbereichgetriebes in dessen Zugbereich die offene Kupplung (K1 oder K2) vor Erreichen der Differenzdrehzahl 0 zwischen Eingangs- und Ausgangsteil dieser Kupplung geschlossen ist.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Verringerung der Übersetzung des Mehrbereichgetriebes in dessen Schubbe reich die offene Kupplung (K1 oder K2) nach Durchlaufen der Differenzdreh zahl 0 zwischen Eingangs- und Ausgangsteil dieser Kupplung geschlossen wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Vergrößerung der Übersetzung des Mehrbereichgetriebes in dessen Zugbereich die offene Kupplung (K1 oder K2) nach Durchlaufen der Differenz drehzahl 0 zwischen Eingangs- und Ausgangsteil dieser Kupplung geschlos sen wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Vergrößerung der Übersetzung des Mehrbereichgetriebes in dessen Schubbereich die offene Kupplung (K1 oder K2) vor Erreichen der Differenz drehzahl 0 des Eingangs- und Ausgangsteils dieser Kupplung geschlossen wird.

13. Mehrbereichsgetriebe zur Durchführung des Verfahrens nach einem der An sprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Übertragungspfad zwischen der Eingangswelle (e) und der Ausgangswelle (a) eine erste Kupp lung (K1) und ein Differentialgetriebe (507) enthält, dass ein zweiter Übertra gungspfad zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle das stufenlos verstellbare Getriebe (CVT), dessen Abtriebswelle drehfest mit einem Stütz glied des Differentialgetriebes (507) verbunden ist, und eine zweite Kupplung (K2) zwischen der Abtriebswelle und der Ausgangswelle (a) enthält, wobei in einem ersten Arbeitsbereich des Getriebes mit großen Übersetzungen die erste Kupplung (K1) geschlossen und die zweite Kupplung (K2) offen ist und in einem zweiten Bereich mit kleineren Übersetzungen die erste Kupplung (K1) offen und die zweite Kupplung (K2) geschlossen ist.

14. Mehrbereichsgetriebe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Differentialgetriebe ein Planetengetriebe ist, dessen Sonnenrad (517) mit der Abtriebswelle des stufenlos verstellbaren Getriebes verbunden ist, dessen Planetenradträger (515) über die erste Kupplung (K1) mit der Eingangswelle (e) verbunden ist und dessen Hohlrad (513) mit der Abtriebswelle (a) und über die zweite Kupplung (K2) mit dem Planetenradträger (515) verbunden ist.