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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Verfahren und System zum Steuern eines stufenlos verstellbaren Getriebes für ein Fahrzeugantriebssystem.
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EINLEITUNG
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Diese Einführung stellt im Allgemeinen den Kontext der Offenbarung dar. Die Arbeit der gegenwärtig genannten Erfinder in dem in diesem Hintergrundabschnitt beschriebenen Umfang sowie Aspekte der Beschreibung, die zum Zeitpunkt der Anmeldung ansonsten nicht als Stand der Technik gelten, werden gegenüber der vorliegenden Offenbarung ausdrücklich noch implizit als Stand der Technik zugelassen.
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Ein stufenlos verstellbares Getriebe (CVT) ist eine Art der Leistungsübertragung, die eine unendliche Variabilität in einen kalibrierten Bereich von Drehzahlverhältnissen erzielen kann. Anders als konventionell angetriebene Getriebe, die einen oder mehrere Planetenradsätzen und mehrere rotierende und Bremsreibungskupplungen zum Erreichen eines diskreten Zahnradzustandes verwenden, benutzt ein CVT ein im Durchmesser veränderbares Riemenscheibensystem. Das Riemenscheibensystem, das gemeinhin als Variatoranordnung bezeichnet wird, kann innerhalb des kalibrierten Bereichs von Übersetzungsverhältnissen stufenlos übergehen.
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Eine typische Variator-Baugruppe beinhaltet zwei Variatorriemenscheiben, die über ein endloses drehbares Antriebselement wie eine Antriebskette oder einen Riemen miteinander verbunden sind. Das endlose drehbare Antriebselement läuft innerhalb eines weitenvariablen Zwischenraums, der durch kegelige Riemenscheibenflächen definiert sind. Eine der Variatorriemenscheiben empfängt Motordrehmoment über eine Kurbelwelle, einen Drehmomentwandler und einen Antriebsradsatz und wirkt somit als Antriebs-/Primärscheibe. Die andere Riemenscheibe steht über zusätzliche Radsätze mit einer Abtriebswelle des CVT in Verbindung und wirkt somit als eine angetriebene/Sekundärscheibe. Eine oder mehrere Planetenradsätze können auf der Antriebsseite oder Abtriebsseite der Variatoranordnung in Abhängigkeit von der Konfiguration verwendet werden.
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Um ein CVT-Drehzahlverhältnis zu ändern, wird eine Klemmkraft auf die Variator-Riemenscheiben über eines oder mehrere Riemenscheiben-Stellglieder ausgeübt. Die Klemmkraft klemmt effektiv die Riemenscheibenhälften zusammen zum Ändern der Breite des Spalts zwischen den Riemenscheibenflächen. Die Variation des Spaltmaßes, d. h. der Wirkradius, veranlasst das drehbare Antriebselement, innerhalb des Spalts höher oder niedriger zu laufen. Dies wiederum ändert die Wirkdurchmesser der Variatorriemenscheiben und verändert das Übersetzungsverhältnis des CVT. Die Spannkräfte für die Variatorriemenscheiben sind mit hydraulischen Stellgliedern vorgesehen, wobei die von diesen hydraulischen Stellgliedern erzeugte Spannkraft vom Hydraulikdruck des den Stellgliedern zugeführten Fluids abhängt. Somit wird der Druck des Fluids, das jedem Stellglied zugeführt wird, herangezogen, um das Drehzahlverhältnis des CVT zu steuern.
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Es versteht sich, dass, um ein Übersetzungsverhältnis aufrechtzuerhalten, für jede Riemenscheibe ausreichende hydraulische Drücke zur Verfügung stehen müssen. Dieser Druck kann variieren und jede Riemenscheibe kann einen anderen Druck erfordern, um ein bestimmtes Übersetzungsverhältnis aufrechtzuerhalten. Unter bestimmten Bedingungen, wie zum Beispiel kalte Temperaturen, Radschlupf, Motoraussetzer, eine Reduzierung der für das Pumpen des Hydraulikfluids verfügbaren Leistung und/oder eine Druckkapazität einer Variatorriemenscheibe können jedoch niedriger sein, als dies zum Aufrechterhalten eines Übersetzungsverhältnisses erforderlich sein kann. Diese Bedingungen können die Fähigkeit des CVT, ein gewünschtes und/oder vorgegebenes Übersetzungsverhältnis aufrechtzuerhalten, negativ beeinflussen. Infolgedessen kann das Übersetzungsverhältnis höher oder niedriger als beabsichtigt driften. Dies kann zu einem Antriebsverlust, verminderter Startleistung, verminderter Kapazität des CVT zum Übertragen von Drehmoment, Ketten- oder Riemenschlupf, verminderter Lebensdauer, Zuverlässigkeit, Kraftstoffverbrauch, Effizienz, Leistung und/oder dergleichen führen.
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KURZDARSTELLUNG
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In einem exemplarischen Aspekt beinhaltet ein Verfahren zum Steuern eines stufenlos verstellbaren Getriebes in einem Fahrzeugantriebssystem das Messen eines Übersetzungsverhältnisses des stufenlos verstellbaren Getriebes, das Bestimmen, ob das gemessene Übersetzungsverhältnis von einem vorgegebenen Übersetzungsverhältnis weg driftet, und das Einstellen des vorgegebenen Übersetzungsverhältnisses auf einen Wert, der von einem gewünschten Übersetzungsverhältnis verschieden ist, wenn das gemessene Übersetzungsverhältnis von dem vorgegebenen Übersetzungsverhältnis weg driftet.
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Das Einstellen des Soll-Drehzahlverhältnisses auf einen anderen Wert als ein gewünschtes Drehzahlverhältnis in einer Verhältnisdriftsituation kann eine Drehzahlverhältnissteuerung und die Möglichkeit zur Rückkehr zu einem Zustand ermöglichen, in dem die Verhältnisdrift kein potenzielles Problem mehr sein kann. Auf diese Weise kann jede weitere Drift des Übersetzungsverhältnisses verringert und/oder beseitigt werden, was die Startleistung verbessert, die Drehmomentkapazität verbessert, die Fahrbarkeit und Steuerung verbessert und die Zuverlässigkeit, Haltbarkeit, den Kraftstoffverbrauch, die Effizienz, die Leistung und dergleichen verbessert.
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In einem weiteren exemplarischen Aspekt beinhaltet das Anpassen des Soll-Drehzahlverhältnisses an einen Wert, der sich von einem Soll-Drehzahlverhältnis unterscheidet, wenn das gemessene Drehzahlverhältnis von dem Soll-Drehzahlverhältnis wegdriftet, das Einstellen des Soll-Drehzahlverhältnisses auf das gemessene Drehzahlverhältnis.
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In einem weiteren exemplarischen Aspekt beinhaltet das Anpassen des Soll-Drehzahlverhältnisses an einen Wert, der sich von einem Soll-Drehzahlverhältnis unterscheidet, wenn das gemessene Drehzahlverhältnis vom Soll-Drehzahlverhältnis wegdriftet, ein Soll-Drehzahlverhältnis, das höher ist als das Soll-Drehzahlverhältnis, wenn das gemessene Drehzahlverhältnis nach oben driftet.
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In einem weiteren exemplarischen Aspekt beinhaltet das Anpassen des Soll-Drehzahlverhältnisses an einen Wert, der sich von einem Soll-Drehzahlverhältnis unterscheidet, wenn das gemessene Drehzahlverhältnis vom Soll-Drehzahlverhältnis weg driftet, ein Soll-Drehzahlverhältnis, das niedriger ist als das Soll-Drehzahlverhältnis, wenn das gemessene Drehzahlverhältnis nach unten driftet.
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In einem weiteren exemplarischen Aspekt beinhaltet das Bestimmen, ob das gemessene Drehzahlverhältnis von einem vorgegebenen Drehzahlverhältnis wegdriftet, das Bestimmen, ob eine Differenz zwischen einem gemessenen Drehzahlverhältnis und einem vorgegebenen Drehzahlverhältnis einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.
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In einem weiteren exemplarischen Aspekt beinhaltet das Bestimmen, ob das gemessene Drehzahlverhältnis von einem vorgegebenen Drehzahlverhältnis weg driftet, das Bestimmen, ob ein Riemenscheibendruck begrenzt ist oder ein Fehler zwischen einem vorgegebenen Riemenscheibendruck und einem gemessenen Riemenscheibendruck einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.
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In einem weiteren exemplarischen Aspekt beinhaltet das Bestimmen, ob das gemessene Drehzahlverhältnis von einem vorgegebenen Drehzahlverhältnis weg driftet, das Bestimmen, ob die Drehmomentkapazität des stufenlos verstellbaren Getriebes um einen vorbestimmten Betrag höher ist als eine vorgegebene Drehmomentkapazität oder ob das Motordrehmoment bei einer Maximalgrenze liegt.
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In einem weiteren exemplarischen Aspekt beinhaltet das Verfahren ferner das Bestimmen, ob ein Druckhöhenbereich für beide Riemenscheiben im stufenlos verstellbaren Getriebe einen vorbestimmten Betrag überschreitet, und das Einstellen des Soll-Drehzahlverhältnisses auf eine Konstante, wenn der Druckhöhenbereich für beide Riemenscheiben im stufenlos verstellbaren Getriebe den vorbestimmten Betrag überschreitet.
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In einem weiteren exemplarischen Aspekt beinhaltet das Verfahren ferner das Bestimmen, ob ein Druckhöhenbereich für beide Riemenscheiben im stufenlos verstellbaren Getriebe einen vorbestimmten Betrag überschreitet, und das Einstellen des Soll-Drehzahlverhältnisses auf ein gemessenes Verhältnis, wenn der Druckhöhenbereich für beide Riemenscheiben im stufenlos verstellbaren Getriebe den vorbestimmten Betrag überschreitet.
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In einem weiteren exemplarischen Aspekt beinhaltet das Verfahren ferner das Bestimmen, ob sich ein gewünschtes Übersetzungsverhältnis geändert hat, und das Einstellen des vorgegebenen Übersetzungsverhältnisses auf ein gewünschtes Übersetzungsverhältnis, wenn sich das gewünschte Übersetzungsverhältnis geändert hat.
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Weitere Anwendungsbereiche der vorliegenden Offenbarung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung. Es ist zu beachten, dass die ausführliche Beschreibung und die spezifischen Beispiele nur dem Zweck der Veranschaulichung dienen und nicht dazu beabsichtigt sind, den Umfang der Offenbarung zu begrenzen.
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Die oben genannten Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind aus der folgenden ausführlichen Beschreibung einschließlich der Ansprüche und der Ausführungsformen leicht ersichtlich, wenn sie zusammen mit den beigefügten Zeichnungen genommen werden.
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Figurenliste
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Die vorliegende Offenbarung wird verständlicher unter Zuhilfenahme der ausführlichen Beschreibung und der zugehörigen Zeichnungen, worin gilt:
- 1 veranschaulicht schematisch ein Fahrzeugantriebssystem mit einem Verbrennungsmotor, der über einen Drehmomentwandler und ein Getriebekasten drehbar mit einem stufenlos verstellbaren Getriebe (CVT) im Rahmen der Offenbarung verbunden ist;
- 2 ist ein schematischer Querschnitt eines Variators eines kettenartigen CVT;
- 3 ist ein Diagramm von verschiedenen Signalen von einem CVT, das eine Verhältnisdrift aufweist;
- 4 ist eine Grafik zur Veranschaulichung verschiedener Signale von einem exemplarischen Steuerungssystem und Verfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung; und
- 5 ist ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines exemplarischen Verfahrens gemäß der vorliegenden Offenbarung.
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In den Zeichnungen werden dieselben Bezugszeichen für ähnliche und/oder identische Elemente verwendet.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Bezugnehmend auf die Zeichnungen, in denen die Darstellungen zur Veranschaulichung bestimmter exemplarischer Ausführungsformen und nicht zum Zwecke der Beschränkung selbiger dienen, zeigt 1 schematisch Elemente eines Fahrzeugantriebssystems 100 mit einem Verbrennungsmotor (Motor) 110, der über einen Drehmomentwandler 120 und ein Getriebekasten 130 drehbar mit einem stufenlos verstellbaren Getriebe (CVT) 140 verbunden ist. Das Fahrzeugantriebssystem 100 ist mittels einer Kraftübertragung 150 mit einem Fahrzeugrad 160 verbunden, um beim Einsatz in einem Fahrzeug Zugkraft zu erzeugen. Der Betrieb des Fahrzeug-Antriebssystems 100 wird durch ein Steuersystem 10 überwacht und gesteuert, in Reaktion auf Fahrerbefehle und andere Faktoren.
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Der Motor 110 kann jeder geeignete Verbrennungsmotor sein, der in der Lage ist, Treibstoffe auf Kohlenwasserstoffbasis in mechanische Leistung umzuwandeln, um als Reaktion auf die Steuerbefehle vom Steuerungssystem 10 Drehmoment zu erzeugen. Der Drehmomentwandler 120 ist eine Vorrichtung, die eine Fluidkopplung zwischen dessen Antriebs- und Abtriebsgliedern zur Übertragung von Drehmoment aufweist, und vorzugsweise eine Pumpe 122 beinhaltet, die mit dem Motor 110 verbunden ist, sowie eine Turbine 124, die über das Abtriebsglied mit dem Getriebe 130 und einer Drehmomentwandlerkupplung 126 verbunden ist, die die Rotation der Pumpe 122 und der Turbine 124 verriegelt und die durch das Steuersystem 10 gesteuert wird. Das Abtriebsglied des Drehmomentwandlers 120 ist mit dem Getriebekasten 130 drehgekoppelt, das im Eingriff befindliche Zahnräder oder andere geeignete Getriebemechanismen beinhaltet, die Untersetzungen zwischen dem Drehmomentwandler 120 und dem CVT 140 erzeugen. Alternativ kann der Getriebekasten 130 eine andere geeignete Konfiguration zur Herstellung eines Übersetzungsverhältnisses zwischen dem Motor 110, dem Drehmomentwandler 120 und dem CVT 140 annehmen, einschließlich, als nicht einschränkende Beispiele, einer Kettentrieb- oder Planetengetriebekonfiguration. In alternativen Ausführungsformen können der Drehmomentwandler 120 und der Getriebekasten 130 entfallen.
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Der Getriebekasten 130 beinhaltet ein Abtriebsglied, das über ein Antriebsglied 51 mit dem CVT 140 drehbar verbunden ist. Eine exemplarische Ausführungsform des CTV 140 ist mit Bezug auf 2 beschrieben. Ein Abtriebselement 61 des CVT 140 ist mit dem Antriebsstrang 150 drehbar verbunden, der über eine Achse, eine Halbwelle oder ein anderes geeignetes Element zur Drehmomentübertragung mit den Fahrzeugrädern 160 drehbar verbunden ist. Der Antriebsstrang 150 kann ein Differentialgetriebe, ein Kettengetriebe oder eine andere geeignete Getriebeanordnung zum Übertragen von Drehmoment auf ein oder mehrere Fahrzeugräder 160 beinhalten.
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Das Fahrzeugantriebssystem 100 beinhaltet vorzugsweise ein oder mehrere Sensorvorrichtungen zur Überwachung von Drehzahlen verschiedener Vorrichtungen, darunter z.B. ein Motordrehzahlsensor 112, ein Sensor für die Turbinendrehzahl des Drehmomentwandlers 125, ein Sensor für die Antriebsdrehzahl des CVT-Variators 32, ein Sensor für die Abtriebsdrehzahl des CVT-Variators 34 und ein Raddrehzahlsensor 162, über den die Fahrzeuggeschwindigkeit überwacht wird. Jeder der vorher genannten Drehzahlsensoren kann aus jedem geeigneten Drehstellungs-/Drehzahlmessgerät, wie einem Hall-Effekt-Sensor, bestehen. Jeder der genannten Drehzahlsensoren steht mit dem Steuersystem 10 in Verbindung.
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Das Steuersystem 10 beinhaltet vorzugsweise eine Steuereinheit 12 und eine Benutzeroberfläche 14. Die Steuerung 12 kann eine Vielzahl von Steuerungsgeräten beinhalten, dabei ist jedes Gerät der Überwachung und Steuerung eines einzelnen Systems zugeordnet. Dies' kann ein Motorsteuermodul (ECM) zur Steuerung des Motors 110 enthalten, eine Getriebesteuerung (TCM) zur Steuerung des CVT 140 und zur Überwachung und Steuerung eines einzelnen Teilsystems, wie z.B. der Drehmomentwandlerkupplung 126. Die Steuereinheit 12 beinhaltet vorzugsweise ein nichtflüchtiges Speichergerät 11, das Sätze von ausführbaren Anweisungen und einen Zwischenspeicher 13 beinhaltet. Die Benutzeroberfläche 14 steht in Verbindung mit Anwendereingabegeräten, darunter z. B. ein Gaspedal 15, ein Bremspedal 16 und ein Gangwahlhebel 17 zur Festlegung einer Abtriebsmomentanforderung. In einigen Ausführungsformen verfügt der Gangwahlhebel 17 über eine Hochtipp-/Heruntertipp-Funktion mit der der Fahrer ein Übersetzungsverhältnis manuell wählen und die Automatik des CVT 140 übergehen kann. Ein Aufwärtsschaltbefehl erzeugt eine Anweisung an das CVT 140 zur Senkung seines Übersetzungsverhältnisses durch Erhöhen des Variatordrehzahlverhältnisses. Ein Abwärtsschaltbefehl erzeugt eine Anweisung an das CVT 140 zur Erhöhung seines Übersetzungsverhältnisses durch Verringern des Variatordrehzahlverhältnisses.
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2 veranschaulicht schematisch Elemente eines Variators 30 einer exemplarischen Ausführungsform des CVT 140, das durch das TCM gesteuert werden kann. Das Rechengetriebe 30 überträgt Drehmoment zwischen dem ersten Drehelement 51 und dem zweiten Drehelement 61. Das erste Drehelement 51 wird im Folgenden namentlich als Antriebsglied 51 bezeichnet und das zweite Drehelement 61 wird namentlich im Folgenden als Abtriebsglied 61 bezeichnet.
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Der Variator 30 beinhaltet ein erstes bzw. Primärlaufrad 36, ein zweites bzw. Sekundärlaufrad 38 und eine flexible kontinuierliche drehbare Vorrichtung 40, die rotierend mit dem ersten und zweiten Laufrad 36, 38 verbunden ist, um Drehmoment zu übertragen. Die erste Riemenscheibe 36 ist drehbar mit Antriebsglied 51 und die zweite Riemenscheibe 38 ist drehbar mit dem Abtriebsglied 61 verbunden, und die drehbare Vorrichtung 40 wird dazu angepasst, das Drehmoment zwischen der ersten und zweiten Riemenscheibe 36, 38 und damit zwischen Antriebs- und Abtriebsglied 51, 61 zu übertragen. Die erste Riemenscheibe 36 und das Antriebsglied 51 drehen sich um eine erste Achse 48 und die zweite Riemenscheibe 38 und das Abtriebsglied 61 drehen sich um eine zweite Achse 46. Die kontinuierliche drehbare Vorrichtung 40 kann einen Riemen, eine Kette, oder eine andere geeignete flexible kontinuierliche Vorrichtung sein. Der Antriebsdrehzahlsensor 32 kann nahe am Antriebsglied 51 angebracht sein, um eine CVT-Antriebsdrehzahl 33 zu erzeugen, die von der Drehzahl der ersten Antriebsriemenscheibe 36 abhängt, und der Abtriebsdrehzahlsensor 34 kann nahe am Abtriebsglied 61 angebracht sein und erzeugt eine CVT-Abtriebsdrehzahl 35, die von der Drehzahl der zweiten Abtriebsriemenscheibe 38 abhängt. Eine der ersten und zweiten Riemenscheiben 36, 38 wirkt als Verhältnisriemenscheibe zum Aufbau eines Übersetzungsverhältnisses und das andere der ersten und zweiten Riemenscheiben 36, 38 wirkt als Klemmriemenscheibe zum Erzeugen einer zur Übertragung von Drehmoment ausreichenden Klemmkraft. In seiner Verwendung hier bezieht sich der Begriff ,Drehzahlverhältnis' auf das Drehzahlverhältnis des Variators, das ein Verhältnis der Drehzahl des Abtriebsglieds 61 im Verhältnis zur Drehzahl des Antriebsglieds 51 ist. Die Drehzahl des Antriebsgliedes 51 kann anhand von Signaleingängen des Motordrehzahlsensors 112, des Drehzahlsensors der Drehmomentwandlerturbine 125, oder des hier beschriebenen Antriebsdrehzahlsensors 32 bestimmt werden, oder auch von anderen geeigneten Drehzahl-/Positionssensoren. Die Drehzahl des Abtriebsglieds 61 kann anhand von Signaleingängen des Abtriebsdrehzahlsensors 34 oder des hier beschriebenen Raddrehzahlsensors 162 bestimmt werden, oder auch von anderen geeigneten Drehzahl-/Positionssensoren. Unabhängig des eingesetzten Messsystems(en) hängen die Parameter des Drehzahlverhältnisses von der CVT-Antriebsdrehzahl und der CVT-Abtriebsdrehzahl ab. Alternativ kann das Drehzahlverhältnis auch vom Verhältnis der Laufradien auf jeder Seite oder vom Antriebsdrehmoment und dem Abtriebsdrehmoment abhängig sein.
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Das erste Laufrad 36 ist senkrecht zur ersten Drehachse 48 abgeteilt, um zwischen einer ersten beweglichen Seitenscheibe 52 und einer ersten feststehenden Seitenscheibe 54 eine erste ringförmige Nut 50 auszubilden. Die bewegliche Seitenscheibenhälfte 52 bewegt sich seitwärts entlang der ersten Achse 48 im Verhältnis zur feststehenden Seitenscheibe 54. So kann beispielsweise kann die erste bewegliche Seitenscheibe 52 mit einem Antriebsglied 51 über eine Kerbverzahnung verbunden sein, wodurch eine Axialbewegung der ersten beweglichen Seitenscheibe 52 entlang der ersten Achse 48 ermöglicht wird. Die erste feststehende Seitenscheibe 54 ist gegenüber der ersten beweglichen Scheibe 52 angeordnet. Die erste feststehende Seitenscheibe 54 ist axial am Antriebsglied 51 entlang der ersten Achse 48 befestigt. Also bewegt sich die erste feststehende Seitenscheibe 54 nicht in axialer Richtung der ersten Achse 48. Die erste bewegliche Seitenscheibe 52 und die erste feststehende Seitenscheibe 54 beinhalten jeweils eine erste genutete Oberfläche 56. Die ersten Nutoberflächen 56 der beweglichen Scheibe 52 und der ersten feststehenden Scheibe 54 sind gegenüberliegend angeordnet, um dazwischen die erste ringförmige Nut 50 zu definieren. Die gegenüberliegenden ersten genuteten Oberflächen 56 sind bevorzugt umgekehrt kegelstumpfförmig ausgebildet, sodass eine Bewegung der ersten beweglichen Seitenscheibe 52 in Richtung der ersten feststehenden Seitenscheibe 54 den äußeren Laufraddurchmesser der ringförmigen ersten Nut 50 erhöht. Ein Stellglied 55 ist derart zum ersten Laufrad 36 angeordnet, dass es die axiale Stellung der ersten beweglichen Seitenscheibe 52 als Reaktion auf ein Steuersignal 53 kontrolliert, wozu das Drücken der ersten beweglichen Seitenscheibe 52 in Richtung der ersten feststehenden Seitenscheibe 54 gehört. In bestimmten Ausführungsformen ist das erste Stellglied 55 eine hydraulisch gesteuerte Vorrichtung und das Steuersignal 53 ist ein hydraulisches Drucksignal. Der Hydraulikdruck kann durch einen Fühler im ersten Stellglied 55, oder an anderer Stelle eines Hydraulikkreislaufes überwacht werden, der das erste Stellglied 55 mit druckbeaufschlagter Hydraulikflüssigkeit versorgt.
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Die zweite Riemenscheibe 38 ist senkrecht zur zweiten Achse 46 abgeteilt, um dazwischen eine zweite ringförmige Nut 62 auszubilden. Die ringförmige zweite Nut 62 ist rechtwinklig zur zweiten Achse 46 angeordnet. Das zweite Laufrad 38 beinhaltet eine zweite bewegliche Seitenscheibe 64 und eine zweite feststehende Seitenscheibe 66. Die zweite bewegliche Seitenscheibe 64 bewegt sich axial seitwärts entlang der zweiten Achse 46 im Verhältnis zur feststehenden Seitenscheibe 66. So kann beispielsweise die zweite bewegliche Seitenscheibe 64 über eine Kerbverzahnung mit dem Abtriebsglied 61 verbunden sein, wodurch eine Axialbewegung der beweglichen zweiten Seitenscheibe 64 entlang der zweiten Achse 46 ermöglicht wird. Die zweite feststehende Seitenscheibe 66 ist der zweiten beweglichen Seitenscheibe 64 gegenüberliegend angeordnet. Die zweite feststehende Seitenscheibe 66 ist axial am Abtriebsglied 61 entlang der zweiten Achse 46 befestigt. Demnach bewegt sich die zweite feststehende Seitenscheibe 66 nicht in Richtung der zweiten Achse 46. Die zweite bewegliche Seitenscheibe 64 und die zweite feststehende Seitenscheibe 66 weisen jeweils eine zweite genutete Oberfläche 68 auf. Die zweite Nutoberfläche 68 der zweiten beweglichen Scheibe 64 und der zweiten feststehenden Scheibe 66 sind gegenüberliegend angeordnet und dazwischen befindet sich die zweite ringförmige Nut 62. Die gegenüberliegenden zweiten genuteten Oberflächen 68 sind bevorzugt umgekehrt kegelstumpfförmig ausgebildet, sodass eine Bewegung der zweiten beweglichen Seitenscheibe 64 in Richtung der zweiten feststehenden Seitenscheibe 66 den äußeren Laufraddurchmesser der ringförmigen zweiten Nut 62 erhöht. Ein zweites Stellglied 65 ist derart zum zweiten Laufrad 38 angeordnet, dass es die axiale Stellung der zweiten beweglichen Seitenscheibe 64 als Reaktion auf ein Steuersignal 63 kontrolliert, wozu das Drücken der zweiten beweglichen Seitenscheibe 64 in Richtung der zweiten feststehenden Seitenscheibe 66 gehört. In gewissen Ausführungsformen ist das zweite Stellglied 65 eine hydraulisch gesteuerte Vorrichtung und das Steuersignal 63 ist ein hydraulisches Drucksignal. Der Hydraulikdruck kann durch einen Fühler im zweiten Stellglied 65, oder an anderer Stelle eines Hydraulikkreislaufes überwacht werden, der das erste Stellglied 65 mit druckbeaufschlagter Hydraulikflüssigkeit versorgt. Ein Verhältnis zwischen dem Außendurchmesser des ersten Laufrads 36 und dem Außendurchmesser des zweiten Laufrads 38 definiert ein Getriebe-Drehmomentverhältnis. Andere Elemente, wie beispielsweise Kupplungsanordnungen in Form von wählbaren Einweg-Kupplungen und dergleichen, können zwischen dem Variator 30 und anderen Kraftübertragungs- und Antriebsstrang-Komponenten und -Systemen zur Anwendung kommen.
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Das Drehzahlverhältnis kann in Form eines tatsächlichen und eines gewünschten Drehzahlverhältnisses beschrieben werden. Ein tatsächliches Drehzahlverhältnis ist ein vorliegender, gemessener Wert für das Drehzahlverhältnis und kann basierend auf einem Verhältnis des Antriebsdrehzahlsignals 33 und des Abtriebsdrehzahlsignals 35 ermittelt werden. Das Soll-Drehzahlverhältnis zeigt einen angewiesenen zukünftigen Wert für das Drehzahlverhältnis an, der ausgehend von überwachten und geschätzten Betriebsbedingungen in Bezug auf Soll-Ausgangsleistung, Fahrzeuggeschwindigkeit und Motordrehmoment ermittelt werden kann. Das TCM verwendet Steuerroutinen zur Steuerung des CVT 140 um das Solldrehzahlverhältnis durch Druckregelung bei einer oder beiden der primären und sekundären Scheibeneinheiten 36 und 38 des CVT 140 zu regulieren. Die Druckregelung einer oder sowohl der Primärscheibe 36 als auch der Sekundärscheibe 38 des CVT 140 kann durch Steuern der Signale von Antrieb und Abtrieb 53, 63 erreicht werden, um das erste und zweite Stellglied 55, 65 mit dem für das gemessene Drehzahlverhältnis erforderlichen Druck zu beaufschlagen, ohne dieses zu beeinflussen. Die erforderlichen Drücke werden vorzugsweise in Form eines Primärdruck- und eines Sekundärdruckbefehls bereitgestellt.
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Wie bereits erwähnt, ist ein CVT unter bestimmten Bedingungen möglicherweise nicht in der Lage, ein gewünschtes Übersetzungsverhältnis aufrechterhalten. So können beispielsweise kältere Temperaturen höhere Schließkräfte erfordern, was den Bedarf an Hydraulikdruck erhöht, der über das hinausgehen kann, was für die Aufteilung zwischen den Variatorriemenscheiben zur Verfügung steht. Im Allgemeinen kann eine Variatorriemenscheibe unter verschiedenen Bedingungen eine Druckkapazität aufweisen, die niedriger ist als zum Erreichen und/oder Aufrechterhalten eines Übersetzungsverhältnisses erforderlich ist. Unter Bezugnahme auf 3 wird ein Diagramm 300 von verschiedenen Sensorsignalen von einem CVT mit einer unerwünschten Verhältnisdrift veranschaulicht. 3 stellt ein Soll-Drehzahlverhältnissignal 302 und ein gemessenes Drehzahlverhältnissignal 304 dar, wobei das gemessene Drehzahlverhältnissignal 304 zunächst dem Soll-Drehzahlverhältnissignal 302 folgt, jedoch zu driften beginnt. In diesem Fall driftet das gemessene Drehzahlverhältnissignal 304 höher als das vorgegebene Drehzahlverhältnissignal 302, wobei jedoch zu verstehen ist, dass das gemessene Drehzahlverhältnissignal 304 auch niedriger driften kann als das vorgegebene Drehzahlverhältnissignal 302. Die vorliegende Offenbarung ist auf beide Situationen uneingeschränkt anwendbar.
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Das Diagramm 300 von 3 beinhaltet auch ein primäres Riemenscheiben-Solldrucksignal 306, ein primäres Riemenscheiben-Messdrucksignal 308, ein sekundäres Riemenscheiben-Solldrucksignal 310 und ein sekundäres Riemenscheiben-Messdrucksignal 312. Im Allgemeinen folgt jedes der gemessenen Drucksignale 308 und 312 eng den jeweiligen Soll-Drucksignalen 306 und 310. Die Drucksignale 306 und 308 der primären Riemenscheibe bewirken beide einen Sprung nach oben. Dies ist wahrscheinlich auf den Schritt des Klemmdrehmoments und der primären Riemenscheibe, die als Klemmscheibe und die sekundäre Riemenscheibe, die als Übersetzungsrolle fungiert, zurückzuführen, wobei der Druck der sekundären Riemenscheibe ansteigen kann, der erforderlich ist, um ein Ansteigen des Übersetzungsverhältnisses zu verhindern, jedoch kann die sekundäre Riemenscheibe keine zusätzliche Kapazität für den zusätzlichen Solldruck aufweisen. Der Druck der sekundären Riemenscheibe kann bereits bei einem maximalen Druck für die sekundäre Riemenscheibe liegen. Das Steuersystem fordert (weist an) eine Erhöhung des Drucks der primären Riemenscheibe, um zu verhindern, dass der Variator rutscht. Da die primäre Riemenscheibe als Klemmscheibe wirkt, kann sie möglicherweise nicht den gewünschten Einfluss auf das Übersetzungsverhältnis aufweisen. Das Ergebnis ist, dass das gemessene Drehzahlverhältnis 304 beginnt, vom Soll-Übersetzungsverhältnis 302 abzuweichen. Ein konventionelles CVT-Steuersystem versucht weiterhin, den „Fehler“ zwischen dem Soll-Drehzahlverhältnis 302 und dem gemessenen Drehzahlverhältnis 304 zu reduzieren, indem es weiterhin Riemenscheibendrücke anfordert/befiehlt. Da jedoch die Druckkapazität einer oder beider Variator-Riemenscheiben überschritten sein kann, sind die gemessenen Riemenscheibendrücke nicht in der Lage, die gewünschten Drücke zu erreichen.
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Unter Bezugnahme auf 4 veranschaulicht die Grafik 400 verschiedene Signale eines exemplarischen Steuersystems und -verfahrens gemäß der vorliegenden Offenbarung, das dazu dient, die Drift des Übersetzungsverhältnisses in einem CVT zu reduzieren und/oder zu beseitigen. Ähnlich wie bei 3 beinhaltet 4 ein vorgegebenes Übersetzungssignal 402 und ein gemessenes Übersetzungssignal 404. Das Diagramm 400 von 4 veranschaulicht auch ein gewünschtes Drehzahlverhältnis 406. Das gewünschte Drehzahlverhältnis 406 kann von mehreren Bedingungen und Eingaben abhängen, wie beispielsweise einer Fahreranforderung für das Drehmoment. 4 beinhaltet auch ein vorgegebenes primäres Riemenscheibendrucksignal 408, ein gemessenes primäres Riemenscheibendrucksignal 410, ein vorgegebenes sekundäres Riemenscheibendrucksignal 412 und ein gemessenes sekundäres Riemenscheibendrucksignal 414.
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Zunächst folgt das Soll-Übersetzungsverhältnis 402 dem gewünschten Übersetzungsverhältnis 406, wie es herkömmlicherweise üblich war. Sowohl das vorgegebene Primärriemenscheiben-Drucksignal 408 als auch das vorgegebene Sekundärriemenscheiben-Drucksignal 412 steigen schrittweise an, als Reaktion darauf folgt der gemessene Primärriemenscheiben-Druck 410 dem vorgegebenen Primärriemenscheiben-Druck 408 und der gemessene Sekundärriemenscheiben-Druck 414 dem vorgegebenen Sekundärriemenscheiben-Druck 412. 4 veranschaulicht jedoch auch die maximale Druckkapazität für die Sekundärriemenscheibe als Linie 416 sowie die Tatsache, dass der vorgegebene sekundäre Riemenscheibendruck 412 anstößt, aber auf die maximale Druckkapazität für die Sekundärriemenscheibe 416 begrenzt ist. Daher besteht ein bestimmbares Risiko, dass die Soll-Riemenscheibendrücke 408 und 412 nicht ausreichen, um zu verhindern, dass das gemessene Drehzahlverhältnis 404 vom Soll-Drehzahlverhältnis 402 weg driftet. Als Reaktion darauf kann das exemplarische Steuersystem und Verfahren der vorliegenden Offenbarung bei „A“ das Soll-Drehzahlverhältnis 402 auf das gemessene Drehzahlverhältnis 404 einstellen und das Soll-Drehzahlverhältnis 402 dem gemessenen Drehzahlverhältnis 404 folgen lassen. Dadurch wird jeder „Fehler“ zwischen dem Soll-Drehzahlverhältnis 402 und dem gemessenen Drehzahlverhältnis 404 auf Null gesetzt und zumindest vorübergehend jeder Einfluss einer Rückkopplungssteuerung auf das Einstellen der Soll-Riemenscheibendrücke 408 und 412 beseitigt, um diesen Fehler zu minimieren und/oder zu beseitigen.
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Anschließend ist auf dem Diagramm 400 zwischen „A“ und „B“ zu sehen, dass die Riemenscheibendrücke 408, 410, 412 und 414 tendenziell allmählich abnehmen und insbesondere die Sekundärriemenscheibendrücke 412 und 414 ihren Abstand zwischen der maximalen Kapazitätsgrenze 416 verringern und vergrößern. Bei Punkt „B“ verstärken die Sekundärriemenscheibendrücke 412 und 414 so viel „Spielraum“ unterhalb der maximalen Druckkapazitätsgrenze 416, dass das gemessene Drehzahlverhältnis 404 zuverlässig gesteuert werden kann, um dem Soll-Drehzahlverhältnis 402 eng zu folgen. In einer exemplarischen Ausführungsform können das Steuersystem und das Verfahren bestimmen, dass die Differenz zwischen den Sekundärrollendrücken 412 und/oder 414 und der maximalen Druckgrenze der Sekundärriemenscheibe 416 einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet. Als Reaktion auf dieses Bestimmen können das exemplarische Steuersystem und Verfahren dann das Soll-Drehzahlverhältnis 402 auf einen konstanten Wert einstellen, der optional dem gemessenen Drehzahlverhältnis 404 bei Punkt „B“ entsprechen kann, und das System und Verfahren kann dann zum Steuern des CVT derart betrieben werden, dass das gemessene Drehzahlverhältnis 404 dem konstanten, Soll-Drehzahlverhältnis 402 folgt.
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4 veranschaulicht, dass das gemessene Drehzahlverhältnis 404 weiterhin so gesteuert wird, dass es dem konstanten, Soll-Drehzahlverhältnis 402 bis zum Punkt „C“ eng folgt. Bei Punkt „C“ kann eine weitere Bedingung identifiziert werden, die eine Rückkehr zu herkömmlichen Steuerverfahren und -systemen rechtfertigt. So steigt beispielsweise in dem in 4 dargestellten Fall das Soll-Drehzahlverhältnis 406 von einem Wert unterhalb des Soll-Drehzahlverhältnisses 402 auf einen Wert, der über dem Soll-Drehzahlverhältnis 402 liegt. In dieser Situation ist bekannt, dass eine Erhöhung des Übersetzungsverhältnisses einem reduzierten Bedarf an Riemenscheibendrücken entspricht, um das Übersetzungsverhältnis aufrechtzuerhalten. Daher ist es wahrscheinlich, dass das Risiko einer möglichen Drift des Übersetzungsverhältnisses erheblich reduziert und/oder beseitigt werden kann. Somit kann in dieser exemplarischen Ausführungsform des Steuersystems und -verfahrens das Soll-Drehzahlverhältnis 402 dann konventionell so gesteuert werden, dass es dem gewünschten Drehzahlverhältnis 406 folgt.
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Im Allgemeinen können mehrere verschiedene Austrittsbedingungen identifiziert werden, auf die man sich verlassen kann, entweder sofort oder allmählich, um das exemplarische Steuersystem und -verfahren zu verlassen und ohne Einschränkung zu einem konventionellen Steuersystem und -verfahren zurückzukehren. Zusätzliche alternative und exemplarische Austrittsbedingungen werden im Folgenden erläutert, wobei jedoch zu verstehen ist, dass die vorliegende Erfindung nicht auf eine bestimmte Austrittsbedingung beschränkt ist.
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5 veranschaulicht ein Flussdiagramm 500 eines exemplarischen Verfahrens gemäß der vorliegenden Offenbarung. Das Verfahren beginnt bei Schritt 502 und fährt mit Schritt 504 fort. In Schritt 504 bestimmt eine Steuerung, ob das Ist-Drehzahlverhältnis vom Soll-Drehzahlverhältnis weg driftet. So kann beispielsweise die Steuerung bestimmen, ob das gemessene Drehzahlverhältnis vom Soll-Drehzahlverhältnis abdriftet, durch Bestimmen von: 1) ob sich das tatsächliche/gemessene Drehzahlverhältnis von dem Soll-Drehzahlverhältnis um einen Betrag unterscheidet, der einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet; 2) der Druck mindestens einer der Riemenscheiben begrenzt wird oder ob ein ausreichender Fehler zwischen einem vorgegebenen Riemenscheibendruck und einem gemessenen Riemenscheibendruck vorliegt; und/oder 3) die tatsächliche Drehmomentkapazität des CVT um einen vorgegebenen Schwellenwert höher ist als die vorgegebene Drehmomentkapazität oder dass das Motordrehmoment bei einem Maximalbetrag liegt. In einer exemplarischen Ausführungsform bestimmt die Steuerung, dass das Drehzahlverhältnis driftet, wenn alle drei vorgenannten Bedingungen erfüllt sind. Wenn die Steuerung in Schritt 504 bestimmt, dass das gemessene Drehzahlverhältnis von dem Soll-Drehzahlverhältnis abweicht, fährt das Verfahren mit Schritt 506 fort. In Schritt 506 stellt die Steuerung das Soll-Drehzahlverhältnis so ein, dass es dem gemessenen Drehzahlverhältnis entspricht. Vorzugsweise stellt die Steuerung das Soll-Drehzahlverhältnis so ein, dass es dem gemessenen Drehzahlverhältnis folgt. Auf diese Weise sind die Druckanpassungen am CVT, die aufgetreten wären, um den Fehler zwischen dem Soll- und dem gemessenen Drehzahlverhältnis zu reduzieren, inaktiv und das Gesamtsystem tendiert zum Abbrechen, wobei sich die Drücke allmählich von selbst verringern können und die Verhältnisdrift deutlich reduziert und/oder beseitigt werden kann. Das Verfahren fährt dann mit Schritt 508 fort.
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In Schritt 508 bestimmt das Verfahren, ob das gemessene Drehzahlverhältnis einen vorbestimmten maximalen Driftbetrag überschreitet. Die Steuerung führt diesen Schritt aus, um zu vermeiden, dass eine extremere Bedingung vorliegt und dass die vorliegende Offenbarung möglicherweise nicht zweckdienlich ist. Auf diese Weise bestimmt die Steuerung, ob eine Bedingung vorliegt, unter der das Verfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung beendet werden soll. Mit anderen Worten, die Steuerung bestimmt, ob eine Austrittsbedingung vorliegt. Wenn die Steuerung in Schritt 508 bestimmt, dass das gemessene Drehzahlverhältnis den vorgegebenen maximalen Driftbetrag überschreitet, springt das Verfahren zu Schritt 518, wobei die Steuerung das Verfahren verlässt. Alternativ, wenn die Steuerung in Schritt 508 bestimmt, dass das gemessene Drehzahlverhältnis den vorgegebenen maximalen Driftwert nicht überschreitet, fährt das Verfahren mit Schritt 510 fort.
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In Schritt 510 bestimmt das Verfahren, ob im CVT-System ein größerer Spielraum vorhanden ist. Mit anderen Worten, die Steuerung bestimmt, ob sich beide Riemenscheibendrücke um große vorgegebene Schwellenwerte von ihren jeweiligen maximalen Grenzdrücken unterscheiden. Vorzugsweise entsprechen diese großen vorgegebenen Schwellenwerte Beträgen, die eine hohe Sicherheit dafür gewährleisten, dass der Druckspielraum für beide Riemenscheiben ausreicht, um das gemessene Drehzahlverhältnis zuverlässig so zu steuern, dass es dem Soll-Drehzahlverhältnis eng folgt. Wenn das Verfahren in Schritt 510 bestimmt, dass ein großer Teil des Spielraums im System vorhanden ist, springt das System zu Schritt 518, wobei das Verfahren beendet wird. Alternativ, wenn das Verfahren in Schritt 510 bestimmt, dass kein großer Spielraums im System vorhanden ist, fährt das Verfahren mit Schritt 512 fort.
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In Schritt 512 bestimmt das Verfahren, ob der Spielraum im System größer als ein anderer vorgegebener Schwellenwert ist, der kleiner als der vorgegebene Schwellenwert aus Schritt 510 ist. Vorzugsweise bestimmt die Steuerung, ob der Spielraum im System größer als der vorgegebene Schwellenwert ist, indem sie bestimmt, ob die Differenz der gemessenen Riemenscheibendrücke jeweils ausreichend unterhalb ihrer jeweiligen maximalen Druckgrenzen um einen Betrag liegt, der den vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. Dieser vorgegebene Schwellenwert kann so gewählt werden, dass eine zuverlässige Steuerung das gemessene Drehzahlverhältnis so steuern kann, dass es dem Soll-Drehzahlverhältnis eng folgt. Wenn das Verfahren in Schritt 512 bestimmt, dass der Spielraum im System größer als der vorbestimmte Schwellenwert ist, fährt das Verfahren mit Schritt 514 fort, andernfalls kehrt das Verfahren zu Schritt 506 zurück.
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In Schritt 514 stellt das Verfahren das Soll-Drehzahlverhältnis auf einen konstanten Wert ein. In einer exemplarischen Ausführungsform kann die Steuerung das Soll-Drehzahlverhältnis auf einen Wert einstellen, der dem gemessenen Drehzahlverhältnis entspricht, wenn die Steuerung den Verfahrensschritt 514 erreicht. Das Verfahren fährt dann mit Schritt 516 fort. In Schritt 516 bestimmt das Verfahren, ob seit dem Ausführen des Verfahrensschritts 514 eine vorbestimmte Zeitspanne verstrichen ist. In einer exemplarischen Ausführungsform kann der vorgegebene Zeitraum gewährleisten, dass das Verfahren der vorliegenden Offenbarung nicht angewendet wird, wenn das System aus einem beliebigen Grund fehlerhaft ist, der nicht durch das Verfahren der vorliegenden Offenbarung behandelt wird. Wenn die Steuerung in Schritt 516 bestimmt, dass das Zeitlimit nicht abgelaufen ist, kehrt das Verfahren zu Schritt 514 zurück. Wenn die Steuerung jedoch in Schritt 516 bestimmt, dass die vorbestimmte Zeitspanne abgelaufen ist, fährt das Verfahren mit Schritt 518 fort, wobei das Verfahren beendet wird.
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Optional, und möglicherweise vorzugsweise, kann das Verfahren ferner einen Schritt beinhalten, wobei die Steuerung bestimmt, ob sich das gewünschte Drehzahlverhältnis geändert hat, und wenn die Steuerung bestimmt, dass sich das gewünschte Drehzahlverhältnis geändert hat, kann die Steuerung ebenfalls das Verfahren beenden. So kann beispielsweise die Steuerung bestimmen, ob das gewünschte Drehzahlverhältnis das Soll-Drehzahlverhältnis überschreitet, und wenn die Steuerung bestimmt, dass das gewünschte Drehzahlverhältnis das Soll-Drehzahlverhältnis überschreitet, dann kann die Steuerung daraufhin das Verfahren der vorliegenden Offenbarung beenden. Das gewünschte Drehzahlverhältnis kann sich beispielsweise ändern, wenn ein Fahrer eine Eingabe vornimmt, die eine Änderung des gewünschten Drehmoments anzeigt. Alternativ kann die Steuerung auch weiterhin das Verfahren der vorliegenden Offenbarung durchführen.
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Darüber hinaus ist zu verstehen, dass das unter Bezugnahme auf 5 beschriebene Verfahren zwar spezifisch identifizierte Austrittskriterien/Bedingungen beinhaltet, dass das Verfahren der vorliegenden Offenbarung jedoch nicht auf bestimmte Austrittskriterien und/oder Bedingungen allein oder in einer Kombination beschränkt ist. So kann beispielsweise in einigen CVT-Systemen der Druck im Hinblick auf das Anhalten des Fahrzeugs erhöht werden, sodass ein schnelles Herunterschalten durchgeführt werden kann. In diesem Fall kann es wünschenswert sein, das in der vorliegenden Offenbarung beschriebene Verfahren nicht anzuwenden/auszuführen. Andere Bedingungen können erkennbar sein, wie beispielsweise ein Fehler des Drehzahlsensors, ein Fehler des Riemenscheibendrucks, der optional als Deaktivierungsgrund für die Nichtverwendung/das Ausführen des beschriebenen Verfahrens verwendet werden kann. Ferner können die zuvor beschriebenen Schwellenwerte gemäß den Verfahren bestimmt werden, die für Fachleute der Technik bekannt sind, wie beispielsweise durch bekannte Kalibriertechniken und -verfahren.
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Während die vorliegende ausführliche Beschreibung zwar eine exemplarische Bedingung beschreibt, bei der ein Drehzahlverhältnis möglicherweise nach oben gedriftet ist, ist zu verstehen, dass das Steuersystem und das Verfahren der vorliegenden Offenbarung auch auf eine Bedingung anwendbar ist, bei der das Drehzahlverhältnis nach unten driftet. Anpassungen des Steuersystems und des Verfahrens zum Behandeln dieser anderen Bedingung werden von Personen mit gewöhnlichen Fähigkeiten auf dem Fachgebiet unter Bezugnahme auf die vorliegende Offenbarung verstanden.
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Diese Beschreibung ist rein illustrativ und soll die vorliegende Offenbarung sowie ihre Ausführungen oder Verwendungen keineswegs einschränken. Die umfassenden Lehren der Offenlegung können in zahlreichen Formen umgesetzt werden. Obwohl die vorliegende Offenbarung also bestimmte Beispiele beinhaltet, ist der eigentliche Umfang der Offenbarung hierdurch in keiner Weise eingeschränkt und weitere Modifikationen gehen aus dem Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und den folgenden Patentansprüchen hervor.