ES2246407T3 - Transmision continuamente variable y metodos de control de las mismas. - Google Patents

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.

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).

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.

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.