CN101490442A - 控制无级变速传动的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于控制如车辆传动的无级变速传动的装置。该装置包括：用户可操作的传动比控制部件，如操纵杆(50)；以及用于将传动比控制部件可操作地接合至变速器的可移动转矩传递部件(如其辊子(18))的装置。在所述特定实施例中，该接合装置是液压机械式装置。通过移动用户可操作的传动比控制部件(50)，用户执行对变速器传动比的控制。根据本发明，该装置还包括转矩释放装置，如阀门(60)，其可由用户来操作以将传动比控制部件和可移动转矩传递部件分离。通过这样做，转矩释放装置提供这样的功能，该功能在某些方面类似于传统分级传动比车辆传动中离合器的作用。

Description

控制无级变速传动的装置

技术领域

本发明涉及无级变速传动的控制。

背景技术

具有手动、分级传动比变速箱的传统机动车传动通常在引擎与变速箱之间有用户可操作的离合器，该离合器用于接合/分离引擎和变速箱。当车辆发动时，也就是当其离开静止状态时，在传动输入和引擎输出之间不可避免地存在速度的初始失配，并通过使得离合器在该阶段滑动(slip)，驾驶员将转矩施加给传动装置，从而使车辆加速，而无需向引擎施加会引起引擎停转的无法承受的荷载。对于传统自动、分级传动比传动，速度的初始失配是通过液力变矩器来调节的。离合器和液力变矩器都是这里所谓的“发动装置(launchdevice)”的例子。

在某些无级变速传动(CVT)中不需要发动装置。而这些CVT就能够提供无限的减速。也就是说，通过调节传动比而无需物理地分离引擎和传动输出，可以实现这样的状况：其中，传动输出是静止的，而引擎在运转。该状况被称为“齿轮空档(geared neutral)”。可仅通过使CVT的传动比离开齿轮空档来实现发动，且无需分离传动装置和引擎而使车辆停止。

然而，发明人都认识到，如果能够使这样的传动在某些方面仿效具有用户可操控的离合器的手动传动的功能将是有利的。许多驾驶员都十分熟悉离合器的使用。这提供了没有滑移转矩(creeptorque)施加到车轮上的积极保证。例如在某些低速操纵时这也是有用的。

注意，这里所用的词“引擎”是为了简洁称呼的目的，其指代任何形式的旋转驱动器，而且必须理解其不仅包括内燃机，而且还包括电动机、外燃机等。

这里将用的词“变速器”是指具有旋转输入和旋转输出的装置，其以连续可变的传动比将传动从一个装置传递到另一个装置。这样的装置可在任何CVT中发现。大多数变速器(即使不是全部)具有某种可移动的转矩传递部件，这种转矩传递部件与传动的传递有关且其位置对应于变速器传动比。在众所周知的环形滚道(toroidalrace)、滚动牵引型变速器(rolling traction type variator)中，辊子用作可移动的转矩传递部件。它们将传动从一个环形凹入滚道传递到另一个环形凹入滚道，且它们的运动涉及辊子倾角的改变，辊子倾角的改变与变速器传动比的改变相关。对可移动转矩传递部件施加力以影响其位置，且因此影响变速器传动比。原则上，该力可通过某些直接连接件提供到用户可操作的控制装置，如操纵杆或脚踏板。实际上，除了非常轻型的车辆外，所需要的与变速器受到的转矩相关的力被证明太大而不能由用户舒适地提供。以这样的结构实现齿轮空档还可能是有问题的，因为转矩传递部件的位置与齿轮空档所要求的位置的任何轻微偏离都会引起传动采用非常低的传动比，即使在低车轮速度时也潜在地会导致大的“滑移转矩”。

现在的CVT通常依靠复杂的电子控制器来调节引擎和传动。然而，商业上需要用于控制CVT的物理结构简单的装置。这些在例如基本型牵引器中使用特别有吸引力。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种用于控制变速器的装置，该装置包括：用户可操作的传动比控制部件；用于将传动比控制部件可操作地接合至变速器的可移动转矩传递部件的装置，从而使得用户能够执行对变速器传动比的控制；以及可由用户操作的转矩释放装置，以便将传动比控制部件与可移动转矩传递部件分离。

传动比控制部件可以是例如可由用户操作的脚踏板或操纵杆。优选将传动比控制部件可操作地接合至转矩传递部件，从而使转矩传递部件的位置由传动比控制部件的位置来决定。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于控制变速器的装置，该装置包括：用户可操作的传动比控制部件；将传动比控制部件可操作地接合至变速器的可移动转矩传递部件的装置，从而使得用户能够执行对变速器传动比的控制；以及用于向传动比控制部件施加力的装置，该力与可移动转矩传递部件所经受的力相一致地改变。

附图说明

现在将参考附图仅以实例的方式描述本发明的具体实施例，附图中：

图1是适用于在执行本发明中使用的变速器的高度简化的示意图；

图2是适用于在执行本发明中使用的CVT的示意图；以及

图3是实施本发明的控制装置的示意图。

具体实施方式

图1示出了众所周知的环形滚道、滚动牵引型变速器。本发明是结合使用该类型的变速器的CVT而提出的，该变速器特别适用于本发明的目的，但原则上也可使用其他类型的变速器。

变速器10包括同轴安装的输入和输出滚道12、14，它们的邻近面6、8是半环形凹入的并共同限定出大致为环形的腔16，该腔内容置有以辊子18形式存在的可移动转矩传递部件。事实上，实践中使用的变速器通常具有绕腔16以周向间隔隔开的两个或三个这类辊子。每个辊子18均贴着相应滚道12、14的面6、8滚动，且因此用来将传动从一个辊子传递到另一个辊子。辊子18能够沿周向绕滚道12、14的共同轴线20来回移动。其也能够旋进。也就是，辊子的轴线能够转动，从而改变辊子轴线相对对于圆盘轴线的倾角。在所示出的例子中，这些运动是通过将辊子18可旋转地安装在支架22中来提供的，该支架通过连杆24接合到致动器28的活塞26。从活塞26的中心到辊子18的中心的线19构成旋进轴，整个组件可绕该旋进轴转动。辊子的旋进导致辊子沿滚道12、14行进路径半径的变化，且因此导致变速器传动比的改变。

注意，在该例子中，旋进轴线19没有正好位于垂直于共同轴线20的平面内，而是相对于该平面倾斜。图中倾角标识为CA，就是所知的“后倾角(castor angle)”。当辊子来回移动时，其遵循以共同轴线20为中心线的圆形路径。而且，滚道12、14在辊子上施加的作用产生转向力矩，该转向力矩趋向于将辊子维持这样的倾斜，即，使得辊子轴线与共同轴线20相交。虽然辊子沿其圆形路径来回运动，但可以通过后倾角保持轴线的相交。当辊子沿其路径运动时，其也可能通过滚道的动作而转向，从而辊子旋进以保持轴线的相交。结果是辊子沿其路径的位置对应于一定的辊子倾角并因此对应于一定的变速器传动比。

致动器28通过线路30、32受到两个反向的液压流体压力。这样，由致动器28产生的力促使辊子沿其绕共同轴线20的圆形路径运动，且在平衡状态时，该力与通过滚道12、14对辊子施加的力平衡。由滚道施加的力与从外部施加到变速器滚道的转矩之总和成比例。该总和(即，变速器输入转矩加上变速器输出转矩)等于必须反作用于变速器安装座(mounting)的净转矩，故也称为反作用转矩(reaction torque)。

现在看图2，引擎由方块ENG表示，变速器由圆圈V表示，而周转分路齿轮(epicyclic shunt gear)由方块E表示。变速器输入经传动装置R1、R2接合到引擎。其输出接合到周转分路E的第一输入轴S1。周转分路E的第二输入轴S2经固定传动比传动装置R1、R3接合到引擎。周转分路E的输出轴S3经传动装置R4接合到功率使用点，在该情形中为机动车的车轮W。周转齿轮的操作和构造是众所周知的。输出轴S3的速度可表达为输入轴S1、S2的速度的函数。在某一变速器传动比下，S1和S2的速度彼此抵消，故无论引擎的速度如何，S3处的输出速度都是零。这就是上面提到的“齿轮空档”状态。齿轮空档一侧的变速器传动比使S3产生在一个方向上的输出转动，而齿轮空档另一侧的变速器传动比使S3产生在相反方向上的输出转动。

因此，通过调节变速器传动比，可以从前向驱动经齿轮空档转换到反向(reverse，倒退)驱动。

现在将参考图3描述实施本发明的控制装置，其中变速器的控制致动器和活塞再一次分别标识为28和26。该装置用来控制施加到致动器的液压，致动器进而控制变速器的传动比。

用户可操作的传动比控制部件在图中标识为50。传动比控制部件可操作地接合到变速器辊子。用户移动该部件以控制变速器以及因此作为整体的传动装置所采用的传动比。变速器传动比是传动比控制部件位置的函数。传动比控制部件可在由图中箭头指出的从最大前向传动比位置经齿轮空档位置到最大反向传动比位置的连续范围上移动。该前向和反向传动比范围通常是不同的，使得在前向上能够获得比反向上更高的输出速度。该实施例中的传动比控制部件由手动操作杆形成。可替换地，其也可以是踏板。踏板机构是公知的，其中驾驶员用脚掌前内侧和脚后跟可将踏板踩到齿轮空档位置的任一侧。这些都很好地适合于本说明书的情形，但可替换地，可为驾驶员提供两个踏板，一个用于前向驱动，一个用于反向驱动。

用于将传动比控制部件可操作地接合至变速器辊子的装置可从图中看出且是液压机械式的。为了简单概述其主要组件，其使用比较器装置52，该比较器装置接收并比较(a)传动比控制部件的位置与(b)变速器辊子的位置，并作为响应地调节力，从而通过传动比控制部件使辊子朝向用户指示的位置移动。该力是通过向致动器28提供流体压力的液压控制装置54来提供的。该装置也用来将表示变速器转矩的反馈力施加至传动比控制部件，从而向用户提供关于转矩的信息。这是通过力反馈装置56实现的。提供给用户转矩释放控制装置58，该转矩释放控制装置通过转矩释放装置60起作用，用来将传动比控制部件50与变速器可操作地分离，从而将变速器反作用转矩清零，因而提供在某些情形中类似于传统手动传动中的离合器所提供的功能。

现在将从比较器装置52开始更详细地描述这些方面。

在本实施例中，比较器使用机械操纵杆***。构成传动比控制部件50的操纵杆绕固定的支点62枢转并超出该支点延伸至具有桥接部件(bridging part)64的枢转连接件(pivotal link)，该桥接部件又具有连接到比较杆66的第一枢动比较器连接件65。因此移动传动比控制部件50会使比较杆的第一比较器连接件65移动。

在本实施例中，活塞26经缆线连接件68和反馈转矩装置70(反馈转矩装置70的功能将在下面描述)接合到比较杆。反馈转矩装置经第二比较器连接件72枢动地接合到比较杆66。因此，第二比较器连接件的位置对应于变速器辊子的位置，并因此对应于变速器传动比。

在第一比较器连接件65与第二比较器连接件72之间，比较杆66具有连接到阀门控制杆76，进而连接到压力控制阀78的基准连接件(reference linkage)74。

操纵杆装置的作用是基于变速器传动比与传动比控制部件50位置的比较来设置压力控制阀78的状态。

压力控制阀78构成压力控制装置54的一部分。其具有接收从泵82经流体线路80流动的加压流体的端口。泵82从油箱84抽取油并设有减压阀86。压力控制阀具有与两条供应线S1、S2连通的两个端口，设置这两条供应线S1、S2以将流体分别供应至变速器活塞26的相对两侧。S1中的压力在一个方向上推动活塞26。S2中的压力在另一个方向上推动活塞。压力控制阀78是三态比例阀。在一个状态中，压力控制阀将加压流体从泵供给至S1。在另一个状态中，其将该流体从泵供给至S2。在第三个状态(中间状态)中，其将S1和S2与泵压力隔离。

设想***处于平衡状态时如果用户移动传动比控制部件50会发生什么。这会在控制部件的位置与变速器传动比之间产生失配。第一比较器连接件65移动。在该例子中，我们假定如从图中看到的那样向左移动，因此基准连接件74也向左移动，致使压力控制阀处于第二状态，施加泵压力至S2且从S1释放(vent)直至油箱。活塞26上的合成压力促使其向左移动，如看到的那样，使活塞移动并改变变速器传动比。该运动经缆线连接件68传递，使第二比较器连接件向右移动。当第二比较器连接器的向右运动足以抵消第一比较器连接件的向左运动时，压力控制阀78返回到其第三位置，从而维持活塞的压力和位置。

这实际上是利用液压致动和机械位置反馈来控制辊子位置的伺服***。

原则上，用户能够在任意时刻要求任意传动比，故这会产生困难。所需传动比的非常快速的改变可能会导致例如过大的车轮转矩。该***是结合具有低传动比和高引擎转矩的农业车辆而提出的，在该情形中，完全有可能由于不谨慎的用户输入而引起车辆靠两轮侧立，转向车轮悬在空中！为了向用户提供关于传动中产生的转矩的信息，力反馈装置56向用户可操作的传动比控制部件施加对应于转矩的力。如图3所示，力反馈装置包括由活塞90和汽缸88组成的双重作用装置。直接来自各供应线S1、S2的压力施加到活塞的相对两侧。因而施加到传动比控制部件的力与变速器活塞26施加到变速器辊子的力成比例，尽管如此，通过适当地选择活塞面积可以确保前者小于后者。如上所述，变速器辊子上的力与变速器反作用转矩成比例，因此使用户感受到与反作用转矩直接相关的反馈力。

现在看转矩释放控制装置58，该转矩释放控制装置可以是例如手动操作杆或脚踏板。利用该控制装置58，驾驶员能够将施加到变速器辊子上的力设为零。这样，变速器反作用转矩也被设为零，则使得变速器不能维持驱动车轮的输出转矩。在阻止传动对车轮施加转矩方面，该效果类似于传统手动传动中的离合器分离，但该效果不必通过任何物理地分离引擎和车轮来实现。相反，其依靠可操作地分离变速器辊子和传动比控制部件50得以实现。转矩释放控制部件58作用于转矩释放装置60，在该实施例中，该转矩释放装置形成为从一条流体供应线S1通向另一条流体供应线S2的转矩释放阀门。在阀门打开时，该阀门提供用于平衡供应线中压力的路径。当活塞两边有很小的压差或没有压差时，没有非常大的力施加到变速器辊子上，且因此不能承受非常大的反作用转矩。关闭转矩释放阀门60使反作用转矩恢复。阀门60是比例阀，因此用户可以调整其开启度。

通过首先将传动比控制部件50设为所需的前向或反向驱动，然后逐步关闭转矩释放阀门60而使传动比以受控的方式达到所需值，从而使得车辆加速离开静止状态，转矩释放控制装置可以类似地用于上述发动装置。当停车时，可使用转矩释放控制装置朝向所需的位置轻微地“缓慢移动”车辆。在该情形中，转矩释放控制装置可用来再次以非常类似于传统离合器的方式限制车轮转矩。转矩释放控制装置也可用来释放任何滑移转矩，如当引擎运转而车辆停止时。然而，注意，用户也可不用该控制装置而控制传动。例如，他/她可仅使用传动比控制部件50在前向与反向之间“快速切换”。

下面还将描述反馈转矩装置70。反馈转矩装置用来基于反作用转矩改变变速器传动比。其包括汽缸91，该汽缸可通过缆线连接件68移动并包括经桥接部件94连接到第二比较器连接件72的活塞92。在汽缸91内，在活塞92的两侧都有弹簧，这些弹簧将活塞朝向某一位置偏压。在控制压力控制阀78时施加到活塞的力不很大且弹簧足够硬，以致如果活塞92在汽缸内有任何移动的话，该移动也非常小。然而，活塞还经截流阀(shutoff valve)96受到S1/S2两个压力。其结果是足够的反作用转矩(且相应地在S1和S2压力之间有足够的差值)使活塞顶着弹簧移动，从而改变从缆线68到比较杆66的连接件的有效长度。该效果是以减小反作用转矩的方式来改变变速器的传动比，从而使***有一定的顺应性并使其免受过大的转矩。当不需要该效果时，截流阀通过隔离反馈转矩装置和S1/S2压力而消除该效果。

图3中的部件98和100是液压减震器。它们的功能是通过对流入或流出致动器28的流体提供一定的阻力而抑止不期望的变速器震动。部件102是用于在溢出(overrun)情况下使施加到变速器上的压力反向的转换阀。

上述实施例仅用作本发明的可能实施的例子。可能存在将本发明付诸实施的许多其它方式。作为例子，用于比较辊子位置和所需传动比的操纵杆装置可以由公知类型的阀门取代，其中阀芯和阀套可由辊子和传动比控制部件移动。

Claims (17)

1.一种用于控制变速器的装置，所述装置包括：用户可操作的传动比控制部件；用于将所述传动比控制部件可操作地接合至所述变速器的可移动转矩传递部件的装置，以使得用户能够执行对变速器传动比的控制；以及可由用户操作的转矩释放装置，以将所述传动比控制部件与所述可移动转矩传递部件分离。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述用户可操作的控制部件是手动操作杆或脚踏板。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述用户可操作的传动比控制部件通过一种包括比较器的装置可操作地接合至所述可移动转矩传递部件，所述比较器被构造并设置成比较所述可移动转矩传递部件的位置与所述传动比控制部件的位置，并基于比较结果调节施加到所述可移动转矩传递部件的力。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述比较器可操作地接合至压力控制阀，以调节施加到液压致动器的压力，进而产生施加到所述可移动转矩传递部件的力。

5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述可移动转矩传递部件的位置是用液压致动器来控制的，所述液压致动器接收液压控制压力，且所述转矩释放装置包括设置用以释放掉所述液压控制压力的转矩释放阀。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述液压致动器具有双重作用，并经第一和第二供应线接收第一和第二液压控制压力，所述控制压力的差值决定施加到所述可移动转矩传递部件的力，所述转矩释放阀连接穿过所述供应线，以便打开所述转矩释放阀时使所述供应线中的压力平衡。

7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述转矩释放装置用来解除施加到所述可移动转矩传递部件的控制力。

8.一种CVT，包括根据前述权利要求中任一项所述的装置和变速器。

9.根据权利要求8所述的CVT，其特征在于，所述变速器被构造并设置成产生反作用转矩，所述反作用转矩是施加到所述变速器的可移动转矩传递部件上的力的函数，且所述转矩释放装置用来解除所述力并因此防止所述变速器承受反作用转矩。

10.根据权利要求8或9所述的CVT，其特征在于，所述变速器是具有环形滚道的滚动牵引型变速器，所述变速器具有至少两个滚道，在所述滚道之间，通过至少一个辊子以连续可变的传动比传递传动，所述辊子是所述可移动转矩传递部件。

11.一种用于控制变速器的装置，所述装置包括：用户可操作的传动比控制部件；用于将所述传动比控制部件可操作地接合至所述变速器的可移动转矩传递部件的装置，以使得用户执行对变速器传动比的控制；以及用于向所述传动比控制部件施加反馈力的装置，所述反馈力与所述可移动转矩传递部件承受的力相一致地改变。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述用户可操作的控制部件是手动操作杆或脚踏板。

13.根据权利要求11或12所述的装置，其特征在于，所述用户可操作的传动比控制部件通过一种包括比较器的装置可操作地接合至所述可移动转矩传递部件，所述比较器被构造并设置成比较所述可移动转矩传递部件的位置和所述传动比控制部件的位置，并基于比较结果调节施加到所述可移动转矩传递部件的力。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述比较器用来控制施加到液压致动器的液压控制压力，所述液压致动器将所述力施加到所述可移动转矩传递部件。

15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述液压控制压力还被施加到反馈致动器，所述反馈致动器将所述反馈力施加到所述传动比控制部件。

16.一种CVT，包括根据权利要求10到15中任一项所述的装置和变速器。

17.根据权利要求16所述的CVT，其特征在于，所述变速器被构造并设置成产生反作用转矩，所述反作用转矩是施加到所述变速器的可移动转矩传递部件上的力的函数，因此所述反馈力对应于所述变速器反作用转矩。

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