ES2246407T3 - Transmision continuamente variable y metodos de control de las mismas. - Google Patents
Transmision continuamente variable y metodos de control de las mismas.Info
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Abstract
Una transmisión continuamente variable que comprende una entrada de transmisión (205), una salida de transmisión (240) y una unidad de relación continuamente variable (¿variador¿) (10) dispuestas de modo que su acoplamiento entre la entrada y la salida de la transmisión se produzca por medio de al menos un embrague (230, 250) por el que se permite la transferencia de la impulsión entre la entrada y la salida con una relación de transmisión continuamente variable, en la que el variador está conectado a un circuito hidráulico de control (50) y sujeto así a una presión hidráulica de control que es ajustable mediante el circuito de control y también se ve afectada por los cambios de la relación del variador, estando el variador construido y dispuesto de modo que ajusta su relación para proporcionar un par de reacción del variador que corresponda a la presión de control, estando la transmisión caracterizada por la provisión de medios (310) para ajustar la capacidad de par del embrague cuando está acoplado, comprendiendo además la transmisión una electrónica de control (311) que establece una presión de control deseada y que ajusta el circuito de control con dependencia de ésta, desempeñando también la electrónica de control la función de ajustar la capacidad de par del embrague cuando el embrague está acoplado de modo que las variaciones de la presión de control a partir del nivel deseado debidas a cambios en la carga del variador estén controladas en virtud del deslizamiento del embrague.
Description
Transmisión continuamente variable y método de
funcionamiento.
La presente invención se refiere a las
transmisiones continuamente variables ("TCV") y a los métodos
de control de las mismas.
La invención es especialmente aplicable, aunque
no de forma exclusiva, a transmisiones de vehículos
motorizados.
Las TCV, a fin de proporcionar la necesaria
variación continua de la relación de transmisión, utilizan
convencionalmente alguna forma de unidad de variación de la
relación ("variador"), que se acopla entre la entrada y la
salida de la transmisión por medio de engranajes y de uno o más
embragues. La presente invención ha sido desarrollada en conexión
con las transmisiones que utilizan variadores del tipo de tracción
rodante con canal toroidal, pero es potencialmente aplicable a
algunos otros tipos de variador.
En un variador la impulsión se transmite por
acoplamiento friccional entre piezas móviles, piezas a las que se
predispone para acoplarse entre M. Así, por ejemplo, en el
variador del tipo de tracción rodante con canal toroidal, la
impulsión se transmite desde un disco rotativo a otro mediante un
rodillo, o más típicamente un conjunto de rodillos, intercalados
entre los discos. Se aplica una fuerza de predisposición (por
ejemplo, impulsando un disco hacia el otro, si bien en lugar de ello
los rodillos mismos pueden ser desviados hacia los discos) para
crear presión entre el rodillo y los discos, y así posibilitar la
transmisión de la impulsión. En realidad, los rodillos y los discos
están en este caso separados por una delgada película de "fluido
de tracción", y el rozamiento necesario es el resultado del
esfuerzo cortante en la película.
El par que puede transmitir el variador está
limitado, entre otras cosas, en función de la fuerza de
predisposición. Además, durante el funcionamiento la fuerza de
predisposición usualmente se varia, dado que se necesitan grandes
fuerzas cuando se está manejando un par grande, sin embargo,
soportar una fuerza de predisposición tan grande reduciría el
rendimiento energético y la vida útil de los componentes.
Uno de los requisitos ampliamente reconocidos del
diseño de un variador es asegurar que no aparezca una des
adaptación entre la fuerza de predisposición y el par que se está
manejando, debido a que la aplicación sobre el variador de una
carga de torsión excesiva en relación con la fuerza de
predisposición lo expone a crear un nivel inaceptable de
deslizamiento entre los componentes móviles del variador y provocar
el consiguiente fallo o daño del variador.
Los variadores denominados "de par
controlado" están de alguna medida en ventaja en este aspecto,
debido a que el par de reacción del variador se regula
automáticamente. Es útil hacer una comparación entre los variadores
"de relación controlada" y los variadores de par controlado.
En los primeros se determina una relación necesaria de transmisión
del variador, usualmente por medio de un controlador electrónico, y
la entrada de una señal de control al variador hace que éste adopte
esta relación predeterminada. Un variador de par controlado debe
recibir también una señal de control, pero en este caso la relación
real del variador no está determinada exclusivamente por ella. En
lugar de ello, el variador adopta automáticamente una relación en
la que la señal de control está equilibrada por los pares que
actúan sobre el variador. En consecuencia, la señal de control
corresponde a un equilibrio elegido de los pares del variador, y no
a una relación predeterminada.
Este principio se ilustrará mediante la
referencia a un variador 10, ilustrado en la Figura 1. Este
variador es del tipo completamente toroidal y su construcción
general resultará familiar para quienes tengan experiencia en esta
técnica. Dos discos de entrada 12 y 14 están montados sobre un eje
motor para rotar con él y tienen sus respectivas superficies
toroidales parciales 18 y 20 enfrentadas con las correspondientes
superficies toroidales parciales 22 y 24 de un disco central de
salida 26, para definir un par de cavidades toroidales. El disco
de salida está soportado de modo que pueda rotar independientemente
del eje 16. La impulsión proveniente de un motor de combustión
interna o de otro impulsor primario, que entra por el eje 16 y los
discos de entrada 12 y 14, se transfiere al disco de salida 26 por
medio de un conjunto de rodillos dispuestos en las cavidades
toroidales. Se ilustra un único rodillo representativo 28, pero
usualmente se colocan tres rodillos de este tipo en cada cavidad.
La mencionada fuerza de predisposición para acoplar los rodillos
con los discos está provista en forma de una "carga extrema"
aplicada a través de los discos de entrada por medio de un arreglo
hidráulico de pistón y cilindro 15 que actúa sobre uno de los discos
14. Cada rodillo está montado en su respectivo soporte móvil 30, el
que a su vez está acoplado a un actuador hidráulico de doble
acción 32 por el que se aplica una fuerza traslacional controlada a
la combinación de rodillo y soporte móvil.
Además de su capacidad de movimiento de
traslación a lo largo de un círculo centrado en el eje de simetría
del variador, la combinación de rodillo y soporte móvil puede rotar
alrededor de un eje de inclinación determinado por el
posicionamiento del actuador 32 para cambiar el "ángulo de
inclinación" del rodillo en relación con los discos, variando
por ello la relación de transmisión del variador, como es bien
conocido para quienes tengan experiencia en esta técnica. Nótese
que el eje de inclinación no está situado precisamente en un plano
radial. En lugar de ello, el eje de inclinación forma un ángulo en
relación con el plano radial, y a este ángulo se lo denomina
"ángulo de comba".
El arreglo descrito previamente da como resultado
el control del par del variador. El actuador 32 ejerce una fuerza
ajustable sobre el rodillo. Los dos discos ejercen también sus
respectivas fuerzas sobre el rodillo. Para que haya equilibrio, la
fuerza aplicada por el actuador a lo largo de la dirección
tangencial de movimiento del rodillo debe igualar a la denominada
"fuerza de reacción" ejercida por los discos sobre el rodillo.
Toda desigualdad entre la fuerza del actuador y la fuerza de
reacción se elimina rápidamente. En consecuencia, la relación del
variador depende no solamente de la fuerza del actuador sino
también de los pares que actúan sobre cada lado del
variador.
variador.
Puede demostrarse sencillamente que la fuerza del
actuador (o, lo que es equivalente, la fuerza de reacción) es
proporcional a la suma de los pares entrante y saliente del
variador. Para expresarlo de modo más general, la señal de control
aplicada al variador (la fuerza del actuador, o
correspondientemente la diferencia entre dos presiones hidráulicas
en el actuador 32) determina la suma de los pares entrante y
saliente del variador (el "par de reacción").
El actuador 32 está conectado a un circuito
hidráulico 50, ilustrado en la Fig. 1a, por medio del cual las
presiones del fluido hidráulico en el actuador se ajustan para
ajustar correspondientemente la fuerza de reacción. En el ejemplo
ilustrado el actuador es del tipo de doble acción y recibe dos
presiones de fluido de acción opuesta. La Fig. 1 muestra un
actuador con un pistón único. La Fig. 1a difiere ligeramente al
mostrar los actuadores 32 que utilizan dos pistones opuestos 52 y 54
en sus respectivos cilindros 56 y 58, aunque la función de los
actuadores es la misma en ambos casos. El circuito 50 utiliza un
par de válvulas controladas electrónicamente 60 y 62 para generar
contrapresión en un respectivo par de líneas de fluido S1 y S2,
cada una de las cuales está alimentada por un caudal constante de
fluido mediante las respectivas bombas 64 y 66. El ajuste de las
válvulas ajusta la contrapresión de las líneas y, en consecuencia,
la fuerza de reacción. La diferencia entre las presiones de las dos
líneas determina la fuerza de reacción y, por lo tanto, se
desempeña como la precitada señal de control para el variador.
Mediante el uso de una "válvula que favorece a la mayor
presión" 68 para conectar aquélla de las dos líneas que se
encuentre a mayor presión a través de una línea 70 al arreglo de
carga extrema 15 de la Figura 1, la carga extrema puede variarse
generalmente en forma armónica con la fuerza de reacción.
Un circuito hidráulico similar al de la Figura la
se muestra en la patente 5938557 de los Estados Unidos de América
(Greenwood) (que constituye la técnica previa más parecida). Ese
circuito muestra también una disposición de válvulas para conmutar
presiones a los embragues, presiones que se derivan de salidas de
las líneas de fluido.
En condiciones de estado estacionario la señal de
control (las presiones hidráulicas) está determinada por los
estados de las válvulas. Sin embargo, cuando un cambio en el
equilibrio de pares del variador provoca un cambio en la relación
del variador, las presiones hidráulicas y la fuerza de reacción se
modifican. Por ejemplo, el frenado de un vehículo por parte del
conductor produce un cambio en el par de salida de la transmisión
que requiere un cambio de la relación del variador y el
correspondiente movimiento de los rodillos 28 y sus actuadores 32.
El fluido debe circular entrando por un lado del actuador y
saliendo por el otro. Esta misma circulación provoca cambios de
presión en el circuito hidráulico que se oponen al movimiento
requerido de los rodillos. Es decir que la señal de control se ve
afectada por el variador. El efecto es amortiguar en alguna medida
el movimiento de los rodillos, lo que en la mayoría de las
condiciones operativas es ventajoso, ya que contribuye a la
estabilidad del variador contra la oscilación. De hecho, pueden
incorporarse estrechamientos u "orificios" en el circuito para
incrementar este efecto de amortiguamiento mediante la restricción
de la circulación del fluido.
Sin embargo, pueden presentarse problemas si el
cambio en el equilibrio de pares fuera muy abrupto, como por
ejemplo en el caso de una parada de emergencia de un vehículo. La
desaceleración muy rápida de la salida de la transmisión necesita
ser equiparada por un cambio correspondientemente rápido de la
relación de transmisión, pero las contrapresiones del circuito
hidráulico resisten el movimiento requerido de los rodillos y
pueden impedir que el variador se ajuste con la rapidez suficiente.
El resultado puede ser una gran carga transitoria de torsión a
través del variador (un "par impulsivo"). En esta condición,
el par de reacción del variador todavía sigue de cerca las
presiones hidráulicas de los actuadores 32. Sin embargo, las
presiones son en esta condición una función no sólo de los ajustes
de las válvulas del circuito hidráulico, sino también de la
velocidad de cambio de la relación del variador. El resultado es
una dramática elevación de la diferencia de presión entre las líneas
S1 y S2, que crea un par de reacción correspondientemente grande en
el variador.
Uno de los peligros de un par impulsivo es que si
la respuesta transitoria de la fuerza de predisposición del
variador (carga extrema) no está adaptada al par incrementado, el
excesivo deslizamiento en el variador puede ocasionar su fallo. Si
se evita el deslizamiento del variador, persiste el problema de que
una velocidad de cambio insuficiente de la relación del variador
debe conducir, en el transcurso de una parada de emergencia, a una
reducción de la velocidad del motor y, con ello, posiblemente a una
parada del mismo.
Tales dificultades no se experimentan
exclusivamente a causa del frenado rápido. Considérese, por
ejemplo, el caso de un vehículo inicialmente detenido sobre un
camino con superficie helada, el que luego acelera y se desplaza
sobre una superficie de asfalto, como podría ocurrir donde un
camino secundario helado se encuentra con un camino principal de
superficie áspera. Para acelerar el vehículo, las válvulas del
circuito del variador se ajustan para predisponer los rodillos 28 en
la dirección apropiada y se aplica el par a las ruedas, haciendo
que éstas patinen en el hielo sin poder avanzar. El par necesario
en las ruedas del vehículo es bajo y la relación de transmisión es
correspondientemente alta. Sin embargo, cuando las ruedas motrices
del vehículo toman contacto con el asfalto y logran un agarre más
firme, su velocidad se reduce dramáticamente. Se necesita un mayor
par en las ruedas y una menor relación, y se necesita que el ajuste
sea rápido. No obstante, el ajuste de las válvulas, basado en el
requisito de un par positivo en las ruedas, se opone al movimiento
de los rodillos 28 del variador, necesario para efectuar el ajuste,
y esta condición podría generar deslizamiento dentro del
variador.
Los problemas del tiempo de respuesta del
variador y de la adaptación de la fuerza de predisposición (carga
extrema) al par de reacción del variador se acentúan por el
incremento de la viscosidad del fluido hidráulico del variador
causado por las bajas temperaturas. Los vehículos motorizados deben
funcionar aceptablemente en condiciones muy frías. Los diseños
conocidos de variadores utilizan el mismo "fluido de tracción"
para el circuito hidráulico y para la transmisión del par en la
interfaz entre los rodillos y los discos. Los fluidos de tracción
conocidos exhiben una viscosidad marcadamente aumentada a bajas
temperaturas. Esto puede incrementar la contrapresión producida en
el circuito hidráulico por cambios en la relación del variador (y
así hacer más lenta la respuesta del variador) e incrementar
también el retardo entre los cambios del par de reacción y los
correspondientes ajustes de la fuerza de predisposición
(carga
extrema).
extrema).
En la actualidad se ha reconocido que uno o más
de los problemas mencionados puede afrontarse mediante el control
apropiado del embrague o embragues de transmisión.
De acuerdo con un primer aspecto de la presente
invención, existe una transmisión continuamente variable que
comprende una entrada de transmisión, una salida de transmisión y
una unidad de relación continuamente variable ("variador")
dispuestas de modo que su acoplamiento entre la entrada y la salida
de la transmisión se produce por medio de al menos un embrague por
el que se permite la transferencia de la impulsión entre la entrada
y la salida con una relación de transmisión continuamente variable,
en la que el variador está conectado a un circuito hidráulico de
control y sujeto así a una presión hidráulica de control que es
ajustable mediante el circuito de control y está afectada también
por los cambios de la relación del variador, estando el variador
construido y dispuesto de forma que ajuste la relación para
proporcionar un par de reacción del variador que corresponda a la
presión de control. La transmisión se caracteriza por la provisión
de medios para ajustar la capacidad de par del embrague cuando
está acoplado, comprendiendo además la transmisión una electrónica
de control que establece la presión de control deseada y ajusta el
circuito de control en función de ésta, desempeñando también la
electrónica de control la función de ajustar la capacidad de par
del embrague cuando el embrague está acoplado de modo que las
variaciones de la presión de control a partir del nivel deseado
debidas a cambios en la carga del variador estén controladas en
virtud del deslizamiento del embrague.
El control del embrague es efectivo cuando el
embrague está acoplado pero deslizándose.
El término "embrague" se utiliza en este
contexto en referencia a cualquier arreglo que, a través de un
acoplamiento friccional, hace que el variador se acople a la salida
de la transmisión, participando en la impulsión. Uno podría, por
ejemplo, concebir arreglos que incorporen la presente invención en
los que un freno aplicado a algún elemento de un tren de
engranajes realizara esta función, y tales arreglos se consideran
incluidos dentro del alcance de la presente invención. Sin embargo,
las realizaciones típicas utilizan un embrague convencional que
tiene placas rotativas intercaladas entre las cuales se transmite
el par cuando las placas se unen.
Preferiblemente se dota a la transmisión de una
electrónica de control para ajustar la capacidad de par del
embrague con dependencia de una demanda de par. Sin embargo, la
capacidad de par del embrague es típicamente una función de algunas
variables adicionales.
La demanda de par de transmisión está determinada
preferiblemente en base a un control manejado por el conductor,
convencionalmente un pedal de aceleración.
La electrónica de control se conecta
preferiblemente como un medio para monitorear la relación del
variador y adicionalmente tomar en cuenta la misma para ajustar la
capacidad de par del embrague.
En una realización preferida, la transmisión es
capaz de funcionar en al menos dos regímenes diferentes y
adicionalmente la electrónica de control toma en cuenta el régimen
de transmisión para ajustar la capacidad de par del embrague.
En otra realización preferida, la electrónica de
control suministra un modo de control en el que la capacidad de par
del embrague se ajusta a un nivel que supera, en un margen elegido,
el necesario para transmitir el par demandado desde la
transmisión.
La electrónica controla preferiblemente el
embrague de modo de hacer volver la presión de control al nivel
deseado siguiendo un perfil controlado.
De acuerdo con un segundo aspecto de la presente
invención, existe un método para utilizar una transmisión
continuamente variable que comprende una entrada de transmisión,
una salida de transmisión y una unidad de relación continuamente
variable ("variador") dispuestas de modo que su acoplamiento
entre la entrada y la salida de la transmisión se produzca por
medio de al menos un embrague por el que se permite la
transferencia de la impulsión entre la entrada y la salida con una
relación de transmisión continuamente variable, en la que el
variador está conectado a un circuito hidráulico de control, y está
construido y dispuesto de modo que ajuste su relación para
proporcionar un par de reacción del variador que corresponda a una
presión de control proveniente del circuito de control, estando
caracterizado el método por comprender el establecimiento de la
presión de control deseada y el ajuste del circuito de control en
función de ésta, siendo también la presión de control afectada por
los cambios de la relación del variador, y ajustando la capacidad
de par del embrague cuando está acoplado de modo que las
variaciones de la presión de control a partir del nivel deseado
debidas a cambios en la carga del variador estén controladas en
virtud del deslizamiento del embrague.
Es bien conocida la incorporación en una TCV de
un variador que sea capaz de funcionar en dos o más regímenes
diferentes, proporcionando por ello una gama de relaciones de
transmisión mayor que la gama disponible en el variador mismo.
Solamente a título de ejemplo se hace referencia a la solicitud
publicada de patente internacional PCT/GB97/00938, que describe
una transmisión que tiene un régimen bajo en el que la salida del
variador se aplica a un mezclador epicicloidal, donde se modifica,
y un régimen alto en el que la salida del variador se aplica al eje
de salida de la transmisión a través de una cadena de engranajes de
relación fija.
En una transmisión de este tipo, el variador no
necesita desacoplarse de las ruedas cuando el vehículo está
detenido. En lugar de ello, el mezclador epicicloidal se utiliza
para proporcionar una condición "neutra engranada" en la que
su salida y las ruedas del vehículo permanecen estáticas,
independientemente de la rotación de la entrada de la transmisión y
del variador. La función del mencionado embrague (o embragues) es
acoplar un régimen u otro y efectuar un cambio entre los mismos. Es
importante efectuar los cambios de régimen suavemente y sin choque
mecánico. Como es bien conocido en la técnica, el cambio suave
requerido puede lograrse cambiando el estado del embrague cuando no
existe movimiento relativo a través de sus elementos (por ejemplo,
sus placas de embrague intercaladas, en el tipo convencional de
embrague). Esto se denomina cambio sincrónico de régimen. El
movimiento sincrónico requerido del embrague ocurre sólo
brevemente, por lo que lograr un cambio suave exige una
sincronización y control exactos del estado del embrague. El enfoque
preferido es efectuar el acoplamiento del embrague rápidamente
mediante la aplicación de fluido hidráulico al embrague, a alta
presión.
En una realización particularmente preferida de
la presente invención, el sistema ajusta la capacidad de par del
embrague repetidamente mientras el embrague está acoplado. Tal
ajuste repetido, implementado por ejemplo bajo control electrónico,
puede ser en realidad un proceso continuo.
Se describirá ahora, sólo a título de ejemplo,
una realización específica de la presente invención con referencia
a los dibujos que se acompañan, en los cuales:
La Fig. 1 es una ilustración simplificada y
parcialmente seccional de un variador del tipo de tracción rodante
con canal toroidal, que es en sí mismo conocido y que puede
incorporarse en una transmisión conforme a la presente
invención;
La Fig. 1a es un diagrama de un circuito
hidráulico conocido para controlar el variador de la Fig. 1;
La Fig. 2 es una representación simbólica de una
transmisión capaz de funcionar de acuerdo con la presente
invención;
La Fig. 3 es un diagrama de un circuito de
control de "presión de fusión" conforme a la presente
invención;
La Fig. 4 es un diagrama de un circuito de
control de embrague conforme a la presente invención;
La Fig. 5 es un diagrama de un circuito adicional
de control de embrague conforme a la presente invención;
La Fig. 6 muestra en forma esquemática algunas
entradas a una unidad de control electrónico de una transmisión
conforme a la presente invención;
Las Figs. 7 y 8 son gráficos de datos
experimentales que muestran la variación de diversos parámetros
operativo s en función del tiempo, durante un ensayo de un sistema
que incorpora la presente invención.
La relación entre el variador 10 y otros
componentes de la transmisión puede apreciarse en la Fig. 2. La
transmisión ilustrada es capaz de funcionar en régimen alto o bajo.
Un motor de combustión interna u otro impulsor primario 200
acciona, a través de un eje de entrada 205 y engranajes 210, el lado
de entrada del variador 10 y, como se indica en C, la cubierta de
un mezclador epicicloidal 220 (la construcción de un mezclador
epicicloidal adecuado es bien conocida para quienes tengan
experiencia en esta técnica y no se detallará aquí). El engranaje
central del mezclador es accionado como se indica en S por la
salida del variador. Por consiguiente la salida O del mezclador
epicicloidal varía con la relación del variador pero difiere de
ella, suministrando el régimen bajo de la transmisión. El régimen
bajo se acopla mediante un embrague 230, el que transmite la salida
del mezclador hacia el eje de salida de la transmisión 240. Esto se
denomina a veces régimen de "recirculación de fuerza motriz",
porque se hace circular la fuerza motriz en un bucle que comprende
el variador 10, los engranajes 210 y el mezclador epicicloidal
220.
En el régimen alto, el embrague de régimen bajo
230 se desacopla y la salida del variador se transmite a través de
un embrague de régimen alto 250 al eje de salida 240, por lo que se
elude el mezclador epicicloidal.
Es evidente que, en cualquiera de ambos
regímenes, el deslizamiento del embrague acoplado 230 ó 250 causa
el desacoplamiento de los ejes de entrada y de salida 200 y 240, y
de este modo pueden evitarse los problemas asociados con los pares
impulsivos.
En la presente realización, los embragues son del
tipo convencional, accionados hidráulicamente, y en la Fig. 3 se
representa un circuito 300 que se desempeña como un medio de
suministro para producir una presión hidráulica convenientemente
controlada para aplicar al embrague cuando está acoplado, a fin de
permitir que se produzca deslizamiento durante los pares
impulsivos. Aquí un acumulador 302 de tipo convencional que tiene
un volumen elásticamente variable se mantiene a alta presión por
medio de una bomba 304 y una válvula de alivio 306 que se abre para
purgar la salida de la bomba cuando se obtiene la presión requerida
en el acumulador. Otros arreglos para lograr la presión requerida
en el acumulador, con mayor rendimiento energético, son conocidos
por quienes tengan experiencia en esta técnica y podrían utilizarse.
La salida de la bomba se aplica por medio de la válvula de
retención 308 al acumulador, el que además está conectado a una
abertura de entrada de una válvula reductora de presión 310, siendo
la abertura de salida de esta válvula la salida de "presión de
fusión" FP del circuito. El término "presión de fusión" se
refiere aquí a una presión controlada para aplicar al embrague.
La presión de la salida está controlada por una
unidad de control electrónico (ECU) 311 que modula una señal
aplicada a un solenoide de la válvula 310, siendo la fuerza
resultante sobre el carrete de la válvula resistida por una señal de
presión de guía tomada como se indica en 312, de la salida de la
válvula. Cuando se alcanza la presión determinada por la señal del
solenoide, la fuerza debida a esta presión supera la fuerza del
solenoide, y el carrete se mueve para cerrar la válvula 310 y, por
consiguiente, aislar su salida del acumulador. Debe proporcionarse
una trayectoria limitada para el flujo saliente de la salida de la
válvula a fin de permitir que la presión disminuya cuando la
válvula 310 se cierra, y esto se representa en 314, si bien en
sistemas existentes las fugas de retorno al colector de la
transmisión 316 proporcionan un flujo suficiente.
Salvo durante los cambios de régimen, la salida
de presión de fusión FP del circuito 300 se aplica al embrague
acoplado 230 ó 250 y está controlada por la ECU 311 para mantener
una fuerza de acoplamiento del embrague determinada por la ECU.
La ECU 311 recibe entradas relacionadas con
diversos parámetros operativos del vehículo y la presión de fusión
puede ajustarse en respuesta a una combinación deseada de éstos.
Utilizando la ECU 311 para controlar la presión de fusión puede
asegurarse que las presiones impulsivas en el circuito de control
hidráulico del variador, debidas a los pares impulsivos, no afecten
a la presión de fusión, la que si no fuera así podría anular el
propósito del mismo.
El cambio de régimen implica el acoplamiento de
un embrague y el desacoplamiento del otro. Se desea lograr el
cambio rápidamente durante la operación sincrónica, como se explicó
antes, y la presión de fusión del embrague es, en los sistemas
actuales, inadecuada para alcanzar la velocidad necesaria de
acoplamiento del embrague.
La Fig. 4 ilustra un circuito hidráulico 400 que
supera este problema. En la figura se muestra, por simplicidad, un
embrague único, pero debe entenderse que éste podría ser el
embrague de régimen bajo o el de régimen alto 230, 250, dependiendo
del cambio de régimen (alto a bajo, o viceversa). Un acumulador 402
actúa como un medio de suministro de alta presión y se mantiene a
alta presión por una bomba 404 y su válvula de alivio asociada 406.
El circuito de presión de fusión (ilustrado en detalle en la Fig.
3) se representa aquí por el cuadro 300. Una válvula direccional
doble de accionamiento por piloto 408 se ocupa de conectar el
acumulador de alta presión 402 o el circuito de presión de fusión
300 a una válvula solenoide de tres aberturas, dos posiciones 410,
conectada hidráulicamente a su vez al embrague 230, 250. Las señales
opuestas de presión de guía se aplican a la válvula de
accionamiento por piloto 408 desde el embrague y desde el circuito
de presión de fusión, como se indica en 409 y 411
respectivamente.
El circuito 400 funciona como se indica a
continuación. Con la válvula solenoide 410 desenergizada, tiene la
función de conectar el embrague directamente al colector 412, de
modo de desacoplar el embrague 230, 250. La presión de fusión que
actúa sobre el carrete de la válvula de accionamiento por piloto
408 a través de la línea 411 es resistida, cuando el embrague se
desacopla y está por consiguiente a presión atmosférica, únicamente
por la fuerza de predisposición del resorte que actúa sobre el
carrete. La fuerza debida a la presión de fusión domina y la válvula
de accionamiento por piloto 408 permanece en una posición en la
que conecta una abertura cerrada de la válvula solenoide 410 al
acumulador 402. La válvula solenoide 410 impide así el flujo desde
el acumulador.
Cuando la válvula solenoide 410 se energiza para
iniciar el acoplamiento del embrague, el acumulador de alta presión
carga rápidamente el embrague cuando el flujo circula a través de
la válvula de accionamiento por piloto 408 y la válvula solenoide
410. La presión del embrague aumenta rápidamente haciendo que el
embrague se acople rápidamente, y cuando la presión del embrague
supera la diferencia entre la fuerza debida a la presión de fusión
y la fuerza de predisposición del resorte sobre el carrete de la
válvula de accionamiento por piloto 408, el carrete oscila para
conectar el embrague 230, 250 al circuito de presión de fusión 300.
Debido a la fuerza de predisposición del resorte, esta oscilación
de la válvula tiene lugar antes de que el embrague alcance la
presión de fusión del circuito 300. La presión del embrague se
aumenta entonces hasta la presión de fusión, aumentando por ello
la fuerza sobre el carrete de la válvula de accionamiento por
piloto y manteniéndola en la posición de fusión, conectando el
embrague al circuito de presión de fusión 300 según necesidad; el
embrague permanece así acoplado hasta el próximo cambio de
régimen.
Para desacoplar el embrague se desenergiza la
válvula solenoide 410. El embrague por consiguiente se descarga
hacia el tanque a través de la válvula 410 y una vez más la presión
de fusión supera a la del embrague. Así, la válvula de
accionamiento por piloto regresa a la posición por la cual la
válvula solenoide 410 se conecta al acumulador 402.
Las ventajas de este circuito incluyen el hecho
de que la trayectoria de descarga del embrague es realizada a
través de una sola válvula, haciendo que la descarga sea rápida y
que la válvula de accionamiento por piloto 408 esté ya conectada al
acumulador 402 cuando se inicia la carga del embrague y necesita
oscilar únicamente una vez durante el acoplamiento. Sin embargo, la
trayectoria de carga del embrague, que incorpora dos válvulas, es
restrictiva y esto podría incrementar el tiempo de llenado del
embrague, esto es, demorar el cambio de estado del embrague, de
desacoplado a acoplado.
En la Fig. 5 se ilustra un circuito hidráulico
alternativo 500. Nuevamente, se presuriza un acumulador 502
mediante una bomba 504 y su válvula asociada 506. En este circuito,
una válvula doble de control direccional de accionamiento por
piloto 508 controla una trayectoria directa 507 desde el acumulador
502 hasta el embrague 230, 250 y también una trayectoria a través
de una válvula solenoide de tres aberturas, dos posiciones 510
hasta el circuito de presión de fusión 300. Para controlar la
válvula doble de control direccional de accionamiento por piloto,
se toma una primera señal de presión de guía desde un punto del
circuito situado entre las dos válvulas 508 y 510 hasta la válvula
de accionamiento por piloto 508 a través de una línea 511. Una
segunda señal de presión de guía, opuesta a la primera, se toma
desde el lado del embrague de la válvula de accionamiento por
piloto 508 a través de una línea 509; esta segunda señal de guía
está a la presión del fluido del embrague. El circuito 500 funciona
como se indica a continuación.
Con la válvula solenoide 510 desenergizada, el
circuito de fusión 300 está aislado y la válvula doble de control
direccional de accionamiento por piloto 508 permanece en una
posición dictada por la fuerza de predisposición de su resorte,
posición en la que conecta la válvula solenoide 510 al embrague 230,
250 y el embrague se conecta a través de la válvula solenoide 510
al colector y es así descargado y desacoplado.
Cuando la válvula solenoide 510 se energiza para
iniciar el acoplamiento del embrague, la presión de fusión se hace
aumentar a través de un conducto de guía 511 en un extremo del
carrete de la válvula de accionamiento por piloto, moviéndolo hacia
la posición de carga del embrague del acumulador, en la que conecta
el embrague 230, 250 al acumulador 502 a través de la línea 507. El
acumulador 502 carga ahora el embrague 230, 250 cuando el flujo pasa
únicamente a través de la válvula de accionamiento por piloto 508.
Esto presenta una trayectoria de restricción reducida en
comparación con el circuito de la Fig. 4 y de ahí que puedan
lograrse tiempos de llenado más breves.
Cuando la presión del embrague supera la
diferencia entre la fuerza debida a la presión de fusión y la
fuerza de predisposición del resorte sobre el carrete de la válvula
de accionamiento por piloto 508, esta válvula oscila para conectar
el embrague 230, 250 directamente al circuito de presión de fusión
300. La presión del embrague es aumentada entonces hasta la presión
de fusión, incrementando por ello la fuerza sobre el carrete de la
válvula de accionamiento por piloto 508 y manteniéndola en la
posición de fusión.
Cuando el embrague deba desacoplarse una vez más,
la válvula solenoide 510 se desenergiza. La válvula de
accionamiento por piloto 508 permanece en la misma posición y el
embrague se conecta una vez más a través de la válvula solenoide
510 al colector.
En el circuito de la Fig. 5, la trayectoria de
carga del embrague pasa sólo a través de una válvula y la válvula
de accionamiento por piloto 508 tiene usualmente una abertura mucho
mayor que una válvula solenoide, por lo que el tiempo de llenado
puede mejorarse en relación con el circuito de la Fig. 4. La
válvula de accionamiento por piloto 508 tiene que oscilar en un
movimiento de avance hacia el acumulador y de retorno a fin de
llenar el embrague, lo que origina algún retardo. Sin embargo, es
probable que esta válvula sea más rápida que una válvula solenoide
de tamaño similar. Pero la trayectoria de descarga contiene dos
válvulas en lugar de una. Por lo tanto, el tiempo de descarga puede
ser mayor que el que se logra utilizando el circuito de la Fig.
4.
Una alternativa a los circuitos ilustrados en las
Figuras 4 y 5 es utilizar el tipo de circuito ilustrado en la
Figura 3 para controlar la presión del embrague en todo momento y
proporcionar una presión inicialmente alta para efectuar el
acoplamiento rápido del embrague mediante un control apropiado por
software de la válvula 310.
El control de la presión del embrague, y
consecuentemente su capacidad de par, permite una gran flexibilidad
en la operación de la transmisión. El embrague, en efecto,
proporciona un segundo nivel de control del par de transmisión.
Además, como se explicará más adelante, el embrague puede
utilizarse para controlar la señal de control del variador, es
decir, las presiones de control aplicadas a los actuadores 32 del
variador.
En la presente realización la presión de fusión
y, por lo tanto, la capacidad de transmisión de par del embrague
acoplado están controladas como función de (1) una demanda de par,
(2) la relación del variador y (3) el régimen de la
transmisión.
La demanda de par está determinada por la ECU 311
la que, como muestra la Fig. 6 de forma muy esquemática, recibe
entradas relacionadas con diversos parámetros operativos, que
incluyen en el ejemplo ilustrado la posición de un pedal de
acelerador accionado por el conductor 600 y la relación del
variador 602 (la que puede detectarse directamente o inferirse de
otras cantidades medidas, por ejemplo de la velocidad del motor,
el régimen de la transmisión y la velocidad de las ruedas). La ECU
311 envía también salidas de control, por ejemplo, a las válvulas
60, 62 de las líneas hidráulicas S1, S2 y los arreglos de válvulas
descritos antes, como 500, que controlan el régimen de la
transmisión.
La ECU 311 establece una demanda para el par de
reacción del variador. Esto es parte de la estrategia general para
el control del motor y de la transmisión. La ECU usualmente
interpreta la posición del pedal 600 como requisito para el par en
las ruedas motrices y, tomando en cuenta diversos parámetros
operativos, controla tanto el motor como la transmisión de modo
que proporciona el par necesario en las ruedas de forma eficiente.
La principal señal de control aplicada al variador es la presión
hidráulica en las líneas S1 y S2, que corresponde al par de reacción
del variador, y las válvulas 60 y 62 proporcionan un medio para que
la ECU 311 ajuste estas presiones.
La demanda de par corresponde a un determinado
nivel de par a transmitir por el embrague acoplado 230, 250. La
relación entre el par a través del embrague acoplado y el par de
reacción del variador es diferente en el régimen alto y en el
régimen bajo, un factor adicional que la ECU 311 toma en
consideración.
Por lo tanto, la ECU 311 puede establecer un
nivel de par, el que se requiere que el embrague acoplado
transmita. La estrategia de control preferida actualmente es
ajustar la presión de fusión y, por lo tanto, la capacidad de par
del embrague, para que supere el nivel requerido por un margen
elegido, por ejemplo el 10 por ciento.
Por lo tanto, mientras el par a través del
embrague permanezca coincidente o cercano al requisito establecido
por la ECU 311, el embrague no se desliza. Sin embargo, si, como en
el caso de un par impulsivo debido al frenado repentino por parte
del conductor, el par a través del embrague acoplado supera el nivel
requerido, el embrague se deslizará.
Debe tenerse en cuenta que no es necesario que la
ECU 311 ajuste inmediatamente la presión del embrague como
respuesta a un par impulsivo. En lugar de ello, al mantener el
embrague constantemente a un nivel ligeramente por encima del
necesario para transmitir el par demandado, asegura que el embrague
esté constantemente listo para deslizarse en respuesta a un
impulso. Puede decirse que la respuesta es pasiva en lugar de ser
activa. Esto es ventajoso, porque los pares impulsivos se producen
normalmente con mayor rapidez que aquélla a la que la ECU y la
hidráulica pueden responder. La respuesta pasiva por parte del
embrague puede ser instantánea, lo que permite al sistema
reaccionar a los pares impulsivos con suficiente rapidez. Una
respuesta activa, basada en detectar un par impulsivo y luego hacer
ajustes a la transmisión en respuesta, no puede hacerse con la
rapidez suficiente para proteger contra los impulsos. El ajuste del
embrague se realiza en un bucle y es en realidad un proceso cuasi
continuo.
La transmisión está protegida por el embrague de
toda variación a partir del par demandado por el variador. Si se
produce una velocidad de cambio de la relación que genera un par
excesivo en la línea de transmisión, el embrague se deslizará y
limitará esa velocidad de cambio de la relación del variador.
El control de la capacidad de par del embrague
proporciona un medio secundario para controlar tanto el par de
reacción del variador como las presiones de control en las líneas
S1 y S2. Las Figs. 7 y 8 muestran datos experimentales que
ejemplifican este punto. En ambos se representa en el eje horizontal
el tiempo en segundos. Las unidades del eje vertical de la Figura
8 son rotaciones por minuto. La Figura 7 muestra varias cantidades
diferentes y las unidades del eje vertical son arbitrarias. La
línea 800 muestra la velocidad de la salida de la transmisión, que
puede verse que comienza alrededor de 600 rpm y es bloqueada
(desacelerada hasta la detención) en alrededor de 0,1 segundos,
como podría ocurrir en un vehículo cuando el conductor bloquea las
ruedas del mismo mediante un frenado extremo, en el momento 802. La
línea 804 representa el deslizamiento del embrague, es decir, la
velocidad de rotación de un lado del embrague en relación con el
otro. El embrague está sometido en este ensayo a una presión de
fusión regulada que comienza a alrededor de 7,5 bar.
Consecuentemente, cuando la salida de la transmisión se bloquea, el
embrague inicialmente se desliza. Un lado del embrague continúa
rotando a 600 rpm, mientras que el otro (en el lado de salida de la
transmisión) se autobloquea. Por contraste, no se requiere que la
relación del variador, indicada por la línea 700, cambie
instantáneamente debido al deslizamiento del embrague. La carga
adicional sobre el variador debida al bloqueo de la salida (que
podría, si el embrague no se deslizara, haber exigido un cambio
muy rápido de la relación del variador) se reduce gracias al
deslizamiento del embrague. La carga adicional que el embrague
transmite al variador le hace cambiar gradualmente su relación, a
lo largo de un periodo de aproximadamente dos segundos en este
ejemplo, hasta hacer coincidir las velocidades de entrada y de
salida de la transmisión. En este período 808, a medida que el
variador "se pone al día", el deslizamiento del embrague
disminuye gradualmente. En el momento 809 el variador ha alcanzado
una relación que corresponde a una condición "neutra
engranada", después de lo cual el deslizamiento del embrague
cesa.
Las líneas 810 y 812 representan presiones en las
líneas S1 y S2. Si el embrague no se hubiera deslizado, el cambio
rápido de relación por el bloqueo de la salida de la transmisión
habría producido un cambio extremo y rápido de estas presiones. Sin
embargo, las presiones están aquí controladas por el embrague y,
consecuentemente, no cambian en forma perceptible en el momento 802.
En este aspecto, el ejemplo es algo inusual. Normalmente seria de
esperar algún cambio en las presiones, en una magnitud dependiente
del margen entre la demanda de par (correspondiente a las presiones
iniciales en S1 y S2, como fueron fijadas por las válvulas 60 y 62)
y la capacidad de par del embrague.
Una vez que el embrague comienza a deslizarse, la
carga de torsión que transmite al variador es igual a la capacidad
de par del embrague. El variador, por lo tanto, está aislado de las
perturbaciones de la salida de la transmisión. La capacidad de par
del embrague influye entonces directamente sobre la velocidad de
cambio de la relación del variador y, por consiguiente, la
diferencia entre la presión demandada y la presión real de control
del variador.
El modo de control por el embrague puede
explicarse como sigue:
I. Entre los momentos 802 y 809 la capacidad de
par del embrague en deslizamiento determina el par aplicado a la
salida del variador;
II. Este par aplicado origina un desplazamiento
de la relación del variador con un movimiento asociado de los
rodillos del variador y de sus pistones 52 y 54;
III. El cambio resultante de baja velocidad en
las válvulas 60 y 62 produce un cambio en las presiones que actúan
sobre los pistones 52 y 54 y el cambio resultante en el par de
reacción del variador;
IV. Lo que crea un par de salida en oposición al
par aplicado por el embrague;
V. Lo que determina la velocidad a la que se
ajusta la relación del variador para adaptarse a la súbita
desaceleración de la salida de la transmisión.
El cambio dP del diferencial de presión entre S1
y S2 no es sólo una función del par aplicado por el embrague sino
que depende también de la relación del variador. El par de reacción
y la correspondiente diferencia de presiones entre S1 y S2, que
produce un par de salida dado (par del embrague), varían con la
relación del variador. A medida que se reduce la relación del
variador, aumenta la resistencia del mismo a los cambios de la
relación provocados por los aumentos causados por el embrague. Para
explicarlo de otro modo, el par de salida del variador aumenta a
medida que la relación se reduce, para un valor dado del par de
reacción. Consecuentemente, con una relación menor del variador se
necesita una mayor capacidad del embrague, para un valor dado del
par de reacción.
Por lo tanto, a fin de regular dP en forma exacta
es necesario controlar la capacidad de par del embrague como
función de una variable adicional: la relación del variador. La
línea 814 representa la presión del embrague, la que puede verse
que cambia cuando cambia la relación del variador. Es también
necesario que el ajuste de la capacidad del embrague se realice
suficientemente rápido como para admitir los cambios en la relación
del variador. Esto puede lograrse debido a que la velocidad de
cambio de la relación del variador está de por sí controlada por la
capacidad del embrague y puede por consiguiente mantenerse dentro
de límites aceptables.
Debido a que se impide que los cambios de la
carga del variador creen grandes cambios de la presión diferencial
entre S1 y S2 (y los cambios correspondientemente grandes del par
de reacción del variador) se evita el problema mencionado de la
desadaptación entre la carga extrema y el par de reacción del
variador, aun con temperaturas bajas del fluido, como ocurre en el
arranque en clima frío. En tales condiciones la capacidad de par
del embrague puede de hecho ajustarse a un nivel que permita el
deslizamiento constante del embrague, siendo en este periodo de
arranque el embrague, en lugar del variador, el determinante
principal del par de salida.
Se comprenderá que la presente invención crea
numerosas posibilidades, de las que las realizaciones descritas
previamente sirven sólo como ejemplos, quedando determinado el
alcance de la invención por las reivindicaciones que se
acompañan.
Claims (14)
1. Una transmisión continuamente variable que
comprende una entrada de transmisión (205), una salida de
transmisión (240) y una unidad de relación continuamente variable
("variador") (10) dispuestas de modo que su acoplamiento entre
la entrada y la salida de la transmisión se produzca por medio de al
menos un embrague (230, 250) por el que se permite la transferencia
de la impulsión entre la entrada y la salida con una relación de
transmisión continuamente variable, en la que el variador está
conectado a un circuito hidráulico de control (50) y sujeto así a
una presión hidráulica de control que es ajustable mediante el
circuito de control y también se ve afectada por los cambios de la
relación del variador, estando el variador construido y dispuesto
de modo que ajusta su relación para proporcionar un par de reacción
del variador que corresponda a la presión de control, estando la
transmisión caracterizada por la provisión de medios (310)
para ajustar la capacidad de par del embrague cuando está acoplado,
comprendiendo además la transmisión una electrónica de control
(311) que establece una presión de control deseada y que ajusta el
circuito de control con dependencia de ésta, desempeñando también
la electrónica de control la función de ajustar la capacidad de par
del embrague cuando el embrague está acoplado de modo que las
variaciones de la presión de control a partir del nivel deseado
debidas a cambios en la carga del variador estén controladas en
virtud del deslizamiento del embrague.
2. Una transmisión continuamente variable como la
reivindicada en la reivindicación 1 en la que la electrónica de
control ajusta la capacidad de par del embrague con dependencia de
una demanda de par de transmisión.
3. Una transmisión continuamente variable como la
reivindicada en la reivindicación 2 para su utilización en un
vehículo motorizado, en la que la electrónica de control está
conectada a un control manejado por el conductor (600) y calcula la
demanda de par de transmisión con dependencia de una señal
proveniente del mismo.
4. Una transmisión continuamente variable como la
reivindicada en la reivindicación 2 o en la reivindicación 3, en la
que la electrónica de control se conecta con un medio para
monitorear la relación del variador y adicionalmente tomar en
cuenta la misma para ajustar la capacidad de par del embrague.
5. Una transmisión continuamente variable como la
reivindicada en cualquiera de las reivindicaciones precedentes,
capaz de funcionar en al menos dos regímenes diferentes, en la que
la electrónica de control toma en cuenta adicionalmente el régimen
de la transmisión para ajustar la capacidad de par del embrague.
6. Una transmisión continuamente variable como la
reivindicada en cualquiera de las reivindicaciones de 2 a 5 en la
que la electrónica de control suministra un modo de control en el
que la capacidad de par del embrague se ajusta a un nivel que
supera, en un margen elegido, el necesario para transmitir el
par
demandado desde la transmisión.
demandado desde la transmisión.
7. Una transmisión continuamente variable como la
reivindicada en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en
la que la electrónica controla el embrague de modo que mantiene la
presión de control en un perfil de control deseado.
8. Un método para accionar una transmisión
continuamente variable, que comprende una entrada de transmisión
(205), una salida de transmisión (240) y una unidad de relación
continuamente variable ("variador") (10) dispuestas de modo
que se acoplen entre la entrada y la salida de la transmisión por
medio de al menos un embrague (230, 250) por el que se permite la
transferencia de la impulsión entre la entrada y la salida con una
relación de transmisión continuamente variable, en la que el
variador está conectado a un circuito hidráulico de control (50) y
está construido y dispuesto de modo que ajusta su relación para
proporcionar un par de reacción del variador que corresponda a una
presión de control proveniente del circuito de control, estando
caracterizado el método por comprender el establecimiento de
la presión de control deseada y el ajuste del circuito de control
en función de ésta, siendo también la presión de control afectada
por los cambios de la relación del variador, y ajustando la
capacidad de par del embrague cuando está acoplado de modo que las
variaciones de la presión de control a partir del nivel deseado
debidas a cambios en la carga del variador estén controladas en
virtud del deslizamiento del embrague.
9. Un método como el reivindicado en la
reivindicación 8 que comprende el ajuste de la capacidad de par del
embrague con dependencia de una demanda de par de transmisión.
10. Un método como el reivindicado en la
reivindicación 9 en el que la transmisión está destinada a un
vehículo motorizado, comprendiendo el método el cálculo de la
demanda de par de transmisión con dependencia de una señal
proveniente de un control accionado por el conductor (600).
11. Un método como el reivindicado en cualquiera
de las reivindicaciones de 8 a 10 que comprende monitorear la
relación del variador y, adicionalmente, tomar en cuenta la misma
para ajustar la capacidad de par del embrague.
12. Un método como el reivindicado en cualquiera
de las reivindicaciones de 8 a 11, en el que la transmisión es
capaz de funcionar en al menos dos regímenes diferentes,
comprendiendo el método adicionalmente tomar en cuenta el régimen de
la transmisión para ajustar la capacidad de par del embrague.
13. Un método como el reivindicado en cualquiera
de las reivindicaciones de 8 a 12 en el que al menos en una parte
del tiempo la capacidad de par del embrague se ajusta a un nivel
que supera, en un margen elegido, el necesario para transmitir el
par demandado desde la transmisión.
14. Un método como el reivindicado en cualquiera
de las reivindicaciones 8 a 13, que comprende el control del
embrague de modo de mantener la presión de control en un perfil de
control deseado.
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