CN112460213B - 微动和颤振耦合下的无级变速器安全服役控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微动和颤振耦合下的无级变速器安全服役控制装置及方法，装置包括摄像头、无级变速器、润滑冷却流量计算单元、变速器出油口、冷却器、第一温度传感器、第二温度传感器、油箱、润滑电机、润滑电机控制器、液压泵、单向阀、液压流量传感器及润滑冷却喷头；所述摄像头与润滑冷却流量计算单元相连，摄像头的镜头正对无级变速器的金属带的带环；变速器出油口通过回油管与油箱连接，回油管上设有冷却器和第一温度传感器；油箱和液压泵通过管道连接，该管道上设有第二温度传感器；本发明结构简单，成本低下，能够提升高转速状态下无级变速器的服役质量，同时也能提升传统燃油车用无级变速器的综合性能。

Description

微动和颤振耦合下的无级变速器安全服役控制装置及方法

技术领域

本发明涉及一种微动和颤振耦合下的无级变速器安全服役控制装置及方法。

背景技术

在高转速运行条件下，CVT金属带带环与金属片的接触关系和边界条件均会发生改变，且“带轮—金属片—带环”非连续体接触时会产生微动摩擦和颤振效应，容易引起带环受力状态及润滑条件恶劣。在复合交变应力载荷及乏油摩擦下，带环极易磨损，进而萌生疲劳裂纹，最终导致带环发生断裂，即CVT传动失效，严重阻碍了其应用在搭载高转速电机的电动汽车上。而带环受力状态受工况限制，难以得到有效的控制方法。因此，探索“带轮—金属片—带环”间的高效润滑机制，是解决高转速状态下无级变速器安全服役的基础性工作之一。

对于改善“带轮—金属片—带环”的润滑条件，关键点在于调控无级变速器的润滑冷却流量。润滑冷却流量越大，“带轮—金属片—带环”间的油膜厚度就越大，且服役温度越低，带环越不易磨损，无级变速器能较长时间处于安全服役状态。但现有的无级变速器润滑冷却流量均是依据其功率损失值来制定的，即以相应的润滑冷却流量带走发热量，从而避免“带轮—金属片—带环”急剧磨损，保证其使用寿命。且传统无级变速器动力源均来自于发动机，输入转速一般不会高于6000rpm。随着电动化与智能化的社会需求，无级变速器若应用于相关电动化车辆上，势必将服役在高转速条件下，润滑冷却流量不能仅依靠传统功率损失来制定。若严重缺乏润滑冷却流量，会使无级变速器不能稳定运行，具有重大的安全隐患。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单，成本低下，能够提升高转速状态下无级变速器的服役质量和传统燃油车用无级变速器的综合性能，进而助力无级变速器使用寿命达30万公里以上的微动和颤振耦合下的无级变速器安全服役控制装置及方法。

本发明采用的技术方案是：一种微动和颤振耦合下的无级变速器安全服役控制装置，包括摄像头、无级变速器、润滑冷却流量计算单元、变速器出油口、冷却器、第一温度传感器、第二温度传感器、油箱、润滑电机、润滑电机控制器、液压泵、单向阀、液压流量传感器及润滑冷却喷头；所述摄像头与润滑冷却流量计算单元相连，摄像头的镜头正对无级变速器的金属带的带环；变速器出油口通过回油管与油箱连接，回油管上设有冷却器和第一温度传感器；油箱和液压泵通过管道连接，该管道上设有第二温度传感器，液压泵出油口接单向阀进油口；润滑电机与液压泵固连；单向阀出油口通过进油管接润滑冷却喷头，进油管上设有液压流量传感器；所述润滑冷却流量计算单元分别与第一温度传感器、第二温度传感器及润滑电机控制器相连；润滑电机控制器分别连接润滑电机、液压流量传感器。

一种利用上述微动和颤振耦合下的无级变速器安全服役控制装置的微动和颤振耦合下的无级变速器安全服役控制方法，包括以下步骤：

1)通过摄像头检测金属带的带环上下跳动量和左右跳动量，计算金属带的带环综合跳动量；

2)通过第一温度传感器检测变速器出油口的油温，第二温度传感器检测液压泵的进液口油温，将步骤1)计算的带环综合跳动量与安全阈值进行比较，若带环综合跳动量小于安全阈值，无级变速器采用常规润滑冷却流量，否则，无级变速器采用安全服役润滑冷却流量；

3)计算目标出液口流速，检测润滑冷却喷头的出液口流速，并将出液口流速与目标出液口流速比较，若出液口流速小于目标出液口流速，润滑电机增速运行，若出液口流速大于目标出液口流速，润滑电机减速运行，否则，润滑电机恒速运行。

上述微动和颤振耦合下的无级变速器安全服役控制方法中，所述步骤1)中，金属带的带环的综合跳动量Δl的计算公式如下：

式中，x、y分别代表带环的左右跳动量和上下跳动量；x₀、y₀分别为带环的左右跳动量安全阈值和上下跳动量安全阈值，常数；a₁为上下跳动量占比权重，常数。

上述微动和颤振耦合下的无级变速器安全服役控制方法中，所述步骤2)中，常规润滑冷却流量的计算公式为：

其中，c为润滑油的比热容；ρ为润滑油的密度；P为无级变速器的驱动电机的输出功率；η为无级变速器的传动效率；t_in为液压泵的进液口油温值；t_out为变速器出油口的油温值；ε为安全阈值。

上述微动和颤振耦合下的无级变速器安全服役控制方法中，所述步骤2)中，安全服役润滑冷却流量的计算公式为：

其中，t₀为润滑电机控制器的采样时间；n、n-1为相邻两个采样序号，表示第n个采样时间和第n-1个采样时间；b₁为流量修正系数，常数。

上述颤振耦合下的无级变速器安全服役控制方法中，所述步骤3)中，目标出液口流速的n_t计算方式为：

其中，d为润滑冷却喷头的内径。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明通过检测金属带带环的上下跳动量和左右跳动量来探知金属带带环的微动摩擦和颤振效应，并在线计算无级变速器的安全服役润滑冷却流量，发送给润滑冷却***，来改善金属带带环的润滑状态，降低金属带带环的微动摩擦和颤振效应，从而提高CVT服役品质。本发明结构简单，成本低下，能够提升高转速状态下无级变速器的服役质量，同时也能提升传统燃油车用无级变速器的综合性能，为无级变速器的使用寿命在30万公里以上提供助力。

附图说明

图1为本发明的微动和颤振耦合下的无级变速器安全服役控制装置的结构示意图。

图2为本发明的摄像头检测金属带带环的侧向示意图。

图3为本发明的微动和颤振耦合下的无级变速器安全服役控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如图1所示，本发明的微动和颤振耦合下的无级变速器安全服役控制装置，包括摄像头12、润滑冷却流量计算单元11、变速器出油口13、冷却器15、第一温度传感器14、第二温度传感器17、油箱16、润滑电机18、润滑电机控制器21、液压泵19、无级变速器、单向阀20、液压流量传感器22及润滑冷却喷头23。所述的无级变速器包括驱动电机1、主动轮动锥盘2、主动轮定锥盘4、主动轮轴3、主动轮进油油路5、金属带6、从动轮进油口10、从动轮轴9、从动轮定锥盘8及从动轮动锥盘7。驱动电机1与主动轮轴3相连，主动轮轴3与主动轮定锥盘4固连，主动轮轴3内设有主动轮进油油路5，主动轮动锥盘2可在主动轮轴3上左右滑动。从动轮轴9与从动轮定锥盘8固连，从动轮动锥盘7可在从动轮轴9来回滑动，从动轮轴9中设有从动轮进油油路10。金属带6卡在主动轮动锥盘2和主动轮定锥盘4之间以及从动轮定锥盘8和从动轮动锥盘7之间。

所述的所述摄像头12与润滑冷却流量计算单元11相连，摄像头的镜头正对变速器的金属带的带环；变速器出油口13设在无级变速器壳体底部，通过回油管与油箱16连接，回油管上设有冷却器15和第一温度传感器14。油箱16和液压泵19通过管道连接，该管道上设有第二温度传感器17。润滑电机18与液压泵19固连，液压泵19的出油口接单向阀20的进油口。单向阀20的出油口通过进油管接润滑冷却喷头23，进油管上设有液压流量传感器22。所述润滑冷却流量计算单元11分别与第一温度传感器14、第二温度传感器17及电机控制器21相连，接收第一温度传感器14和第二温度传感器17的温度值，发送流量指令给润滑电机控制器21；润滑电机控制器21分别连接润滑电机18、液压流量传感器22。

如图2所示，金属带6由9层带环26和几百个金属片25组成。摄像头12正对于金属带6的带环26。沿带环26方向为X方向，垂直于带环26往上的方向为Y方向。

如图3所示，本发明的微动和颤振耦合下的无级变速器安全服役控制方法，包括以下步骤：

1)通过摄像头12检测金属带6的带环26上下跳动量和左右跳动量，并计算金属带6的带环26综合跳动量；

金属带6的带环26的综合跳动量Δl的计算公式如下：

式中：x、y分别代表带环26的左右跳动量和上下跳动量；x₀、y₀分别代表带环26的左右跳动量安全阈值和上下跳动量安全阈值，常数；a₁为上下跳动量占比权重，常数。

2)通过第一温度传感器14检测变速器出油口13的油温，通过第二温度传感器17检测液压泵19的进液口油温，比较步骤1)得到的金属带6的带环26综合跳动量和安全阈值，若综合跳动量小于安全阈值，无级变速器采用常规润滑冷却流量，否则，无级变速器采用安全服役润滑冷却流量；

常规润滑冷却流量的计算公式为：

其中：c为润滑油的比热容；ρ为润滑油的密度；P为驱动电机1的输出功率；η为无级变速器的传动效率；t_in为液压泵19的进液口油温值；t_out为变速器出油口13的油温值；ε为安全阈值。

安全服役润滑冷却流量的计算公式为：

其中，t₀为润滑电机控制器21的采样时间；n、n-1为相邻两个采样序号，表示第n个采样时间和第n-1个采样时间；b₁为流量修正系数，常数。

3)计算目标出液口流速，通过检测润滑冷却喷头23的出液口流速，比较出液口流速和目标出液口流速，若出液口流速小于目标出液口流速，润滑电机18增速运行，若出液口流速大于目标出液口流速，润滑电机18减速运行，否则，润滑电机18恒速运行。

目标出液口流速的n_t计算方式为：

其中，d为润滑冷却喷头23的内径。

Claims (3)

1.一种微动和颤振耦合下的无级变速器安全服役控制方法，其采用微动和颤振耦合下的无级变速器安全服役控制装置实现，微动和颤振耦合下的无级变速器安全服役控制装置包括摄像头、无级变速器、润滑冷却流量计算单元、变速器出油口、冷却器、第一温度传感器、第二温度传感器、油箱、润滑电机、润滑电机控制器、液压泵、单向阀、液压流量传感器及润滑冷却喷头；所述摄像头与润滑冷却流量计算单元相连，摄像头的镜头正对无级变速器的金属带的带环；变速器出油口通过回油管与油箱连接，回油管上设有冷却器和第一温度传感器；油箱和液压泵通过管道连接，该管道上设有第二温度传感器，液压泵出油口接单向阀进油口；润滑电机与液压泵固连；单向阀出油口通过进油管接润滑冷却喷头，进油管上设有液压流量传感器；所述润滑冷却流量计算单元分别与第一温度传感器、第二温度传感器及润滑电机控制器相连；润滑电机控制器分别连接润滑电机、液压流量传感器；

包括以下步骤：

1)通过摄像头检测金属带的带环上下跳动量和左右跳动量，计算金属带的带环综合跳动量；

2)通过第一温度传感器检测变速器出油口的油温，第二温度传感器检测液压泵的进液口油温，变速器出油口的油温和液压泵的进液口油温用于计算常规润滑冷却流量和安全服役润滑冷却流量；

将步骤1)计算的带环综合跳动量与安全阈值进行比较，若带环综合跳动量小于安全阈值，无级变速器采用常规润滑冷却流量，否则，无级变速器采用安全服役润滑冷却流量；

常规润滑冷却流量的计算公式为：

其中，c为润滑油的比热容；ρ为润滑油的密度；P为无级变速器的驱动电机的输出功率；η为无级变速器的传动效率；t_in为液压泵的进液口油温值；t_out为变速器出油口的油温值；ε为安全阈值；Δl为带环的综合跳动量；

安全服役润滑冷却流量的计算公式为：

其中，t₀为润滑电机控制器的采样时间；n、n-1为相邻两个采样序号，表示第n个采样时间和第n-1个采样时间；b₁为流量修正系数，常数；

3)计算目标出液口流速，检测润滑冷却喷头的出液口流速，并将出液口流速与目标出液口流速比较，若出液口流速小于目标出液口流速，润滑电机增速运行，若出液口流速大于目标出液口流速，润滑电机减速运行，否则，润滑电机恒速运行。

2.根据权利要求1所述微动和颤振耦合下的无级变速器安全服役控制方法，所述步骤1)中，金属带的带环的综合跳动量Δl的计算公式如下：

式中，x、y分别代表带环的左右跳动量和上下跳动量；x₀、y₀分别为带环的左右跳动量安全阈值和上下跳动量安全阈值，常数；a₁为上下跳动量占比权重，常数。

3.根据权利要求2所述微动和颤振耦合下的无级变速器安全服役控制方法，所述步骤3)中，目标出液口流速的n_t计算方式为：

其中，d为润滑冷却喷头的内径。

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