BRPI0315187B1

BRPI0315187B1 - transmissão continuamente variável

Info

Publication number: BRPI0315187B1
Application number: BRPI0315187A
Authority: BR
Inventors: Timothy John Morscheck
Original assignee: Eaton Corp
Priority date: 2002-11-01
Filing date: 2003-10-31
Publication date: 2016-03-01
Also published as: PL375096A1; EP1556635B1; DE60325499D1; CN1711435A; US7217214B2; US20060003862A1; WO2004040171A1; AU2003276501A1; US20040127321A1; US6986725B2; BR0315187A; EP1556635A1

Abstract

"transmissão continuamente variável". uma transmissão continuamente variável para uso com veículos a motor inclui uma unidade de controle eletrônico, uma unidade de marchas automatizada, um variador, um conjunto de engrenagens de entrada, um elemento de relação fixa de entrada e um elemento de relação fixa de saída. a unidade de controle eletrônico é configurada para incluir regras de lógica para controlar uma transmissão, as regras de lógica incluindo emitir comandos de controle da transmissão. a unidade de marchas automatizada tem marchas provendo uma pluralidade de relações de marchas seletivamente engatadas e engata uma da pluralidade de relações de marchas responsiva a comandos a partir da unidade de controle eletrônico para assim proceder. a unidade de marchas tem um eixo de entrada de unidade de marchas e um eixo de saída de unidade de marchas. o variador tem um eixo de entrada de variador e um eixo de saída de variador. o variador é configurado para continuamente variar uma relação de torque de entrada para torque de saída entre os eixos de variador responsivo a comandos a partir da unidade de controle eletrônico. o eixo de saída de variador é acionadamente conectado ao eixo de entrada de unidade de marchas. o conjunto de engrenagens de entrada é acionadamente conectado ao eixo de entrada de variador. o elemento de relação fixa de entrada é configurado para reduzir o torque a partir do conjunto de engrenagens de entrada para o variador e é operacionalmente disposto entre o conjunto de engrenagens de entrada e o eixo de entrada de variador. o elemento de relação fixa de saída é configurado para aumentar o torque a partir do variador e é operacionalmente disposto entre o eixo de saída de variador e o eixo de entrada de unidade de marchas.

Description

"TRANSMISSÃO CONTINUAMENTE VARIÁVEL".

Campo da invenção A presente invenção relaciona-se com transmissões multivelocidades usadas em combinação com transmissões continuamente variáveis ou CVTs. Em particular, a presente invenção relaciona-se com o uso de uma CVT entre um motor e uma transmissão multivelocidades.

Antecedentes da invenção Caminhões, particularmente caminhões de serviço pesado, comumente empregam transmissões mecânicas do tipo de contra-eixo de múltiplas velocidades tendo até pelo menos 18 relações de multiplicação de torque diferentes. 0 grande número de relações é necessário para permitir um caminhão totalmente carregado executar uma variedade de tarefas necessárias, incluindo manobrar em baixa velocidade em marchas para frente e ré como requerido para mover-se em pátios de carga e para tarefas de carga e descarga, acelerar a partir de uma parada total, acelerar enquanto rodando, manter velocidade enquanto em uma inclinação, e assim por diante. 0 grande número de marchas significa que há uma necessidade freqüente de troca de marchas. A troca de marchas manual, bem como a seleção da marcha correta, são tarefas que requerem considerável experiência do operador para consistentemente executar otimamente. Crescentemente, transmissões para caminhões de serviço pesado estão sendo automatizadas. Entretanto, mesmo com um grande número de relações, e troca de marchas automatizada, a velocidade do motor varia com a velocidade do veículo quando o veículo está em uma dada relação de marcha. Isto significa que os parâmetros operacionais do motor devem ser comprometidos para acomodar a faixa antecipada de velocidades operacionais do motor. Um motor que podería ser ajustado para operar em uma única velocidade do motor podería ser ajustado para operar muito mais eficientemente. A troca de marchas diminui a eficiência operacional do veículo, uma vez que existe um mergulho em velocidade do veículo durante a troca de marchas quando o motor é momentaneamente desconectado das rodas motrizes, e uma necessidade subseqüente de trazer o veículo de volta para sua velocidade alvo. É desejado prover uma transmissão que forneça uma cobertura de relações completa, minimizando ainda a necessidade de trocar de marchas. Também é desejável prover o motor com uma faixa operacional de velocidade antecipada mais estreita de modo a permitir a otimização de parâmetros do motor. Uma das limitações para o uso de CVTs tem sido sua limitada capacidade de torque. Uma solução para lidar com a capacidade de torque relativamente baixa de CVTs é reduzir o torque sustentado pelas CVTs. Isto tem sido conseguido dividindo o torque motriz do motor em dois componentes, com somente uma parte do torque passando pela CVT. Um sistema planetário é comumente usado para recombinar a CVT e direcionar torques. 0 resultado de tal arranjo de divisão de potência é que, embora ele proveja um sistema CVT de capacidade de torque relativamente alta, aquele sistema tem uma faixa de relações de multiplicação de torque relativamente estreita. A preocupação com relação estreita tem sido superada combinando o sistema de divisão de potência de CVT com uma transmissão de relações de múlti-velocidades. Um tal sistema é ilustrado na patente US N° 5,167,591, os ensinamentos da qual são aqui incluídos por referência. Ela ilustra o uso de um arranjo planetário divisor de torque em combinação com uma transmissão escalonada. Entretanto, dada as altas saídas de torque de motores usados para caminhões de serviço pesado, e as capacidades de torque limitadas de sistemas de CVT conhecidos, particularmente sistemas de CVT tipo correia, redução de torque adicional era necessária. Também é desejado prover um arranjo de empacotamento compacto para tal sistema.

Sumário da invenção 0 sistema inventivo beneficamente reduz a necessidade de troca de marchas usando a CVT para expandir a faixa operacional de cada uma das marchas escalonadas na unidade de marchas automatizada. Isto é conseguido a despeito da capacidade de torque limitada da CVT submetendo a CVT a somente uma porção dos altos níveis de torque do motor. Um conjunto de marchas de redução reduz o torque passando pela CVT, e então passando o torque a partir da CVT por um conjunto de engrenagens de multiplicação que restabelece o torque. A CVT é adicionalmente protegida dividindo o torque a partir do motor, e recombinando-o em um conjunto engrenagens planetárias. 0 conjunto de engrenagens planetárias serve para misturar ou combinar o elemento de torque direto do motor com o torque a partir da CVT.

Uma transmissão continuamente variável para uso com veículos a motor inclui uma unidade de controle eletrônico, e unidade de marchas automatizada, um variador, um conjunto de engrenagens de entrada, um elemento de relação fixa de entrada e um elemento de relação fixa de saída. A unidade de controle eletrônico é configurada para incluir regras de lógica para controlar uma transmissão, as regras de lógica incluindo emitir comandos de controle da transmissão. A unidade de marchas automatizada tem engrenagens provendo uma pluralidade de relações de marchas seletivamente engatadas e engata uma da pluralidade de relações de marchas responsiva a comandos a partir da unidade de controle eletrônico para agir assim. A unidade de marchas tem um eixo de entrada de unidade de marchas e um eixo de saída de unidade de marchas. 0 variador tem um eixo de entrada de variador e um eixo de saída de variador. 0 variador é configurado para variar continuamente uma relação de torque de entrada para torque de saída entre os eixos de variador responsivo a comandos a partir da unidade de controle eletrônico. 0 eixo de saída de variador é acionadamente conectado ao eixo de entrada de unidade de marchas. 0 conjunto de engrenagens de entrada é acionadamente conectado ao eixo de entrada de variador. 0 elemento de relação fixa de entrada é configurado para reduzir o torque a partir do conjunto de engrenagens de entrada para o variador e é operacionalmente disposto entre o conjunto de engrenagens de entrada e o eixo de entrada de variador. 0 elemento de relação fixa de saída é configurado para aumentar o torque a partir do variador e é operacionalmente disposto entre o eixo de saída de variador e o eixo de entrada de unidade de marchas.

Uma transmissão continuamente variável para uso com veículos a motor inclui uma unidade de controle eletrônico, uma unidade de marchas automatizada, um variador, e um conjunto combinador de engrenagens planetárias. A unidade de controle eletrônico é configurada para incluir regras de lógica para controlar uma transmissão, as regras de lógica incluindo emitir comandos de controle da transmissão. A unidade de marchas automatizada tem engrenagens provendo uma pluralidade de relações de marchas seletivamente engatadas e engata uma da pluralidade de relações de marchas responsiva a comandos a partir da unidade de controle eletrônico para assim proceder. A unidade de marchas tem um eixo de entrada de unidade de marchas e um eixo de saída de unidade de marchas. 0 variador tem um eixo de entrada de variador e um eixo de saída de variador e é configurado para continuamente variar uma relação de torque de entrada para torque de saída entre os eixos do variador responsivo a comandos a partir da unidade de controle eletrônico. 0 conjunto combinador de engrenagens planetárias inclui uma engrenagem coroa e uma engrenagem sol e um portador. 0 portador requer uma pluralidade de engrenagens planetas com as engrenagens planetas dispostas entre a engrenagem coroa e a engrenagem sol. A engrenagem coroa é fixa a um eixo de entrada de combinador. A engrenagem sol é acionadamente conectada ao eixo de saída do variador. 0 portador é fixo a um eixo de saída do combinador o qual é acionadamente conectado ao eixo de entrada da unidade de marchas automatizada. Descrição das figuras A figura 1 é um diagrama esquemático de um sistema de linha motriz incluindo um motor, uma CVT e uma transmissão escalonada. A figura 2 é uma pluralidade de plotagens superpostas de vários parâmetros operacionais do sistema de linha motriz inventivo ilustrando um primeiro conjunto de características da transmissão. A figura 3 é uma pluralidade de plotagens superpostas de vários parâmetros operacionais do sistema motriz inventivo ilustrando um segundo conjunto de características da transmissão. A figura 4 é uma vista combinada de perspectiva e corte de um módulo de CVT unido a uma unidade de marchas. A figura 5 é uma vista ampliada de uma porção do módulo CVT e unidade de marchas da figura 4. A figura 6 é uma vista de corte do módulo de CVT da fig. 4 tomado através de um primeiro eixo geométrico e um segundo eixo geométrico. A figura 7 é uma vista de corte do módulo de CVT da fig. 4 tomado através de um primeiro eixo geométrico e um terceiro eixo geométrico. A figura 8 é uma vista em perspectiva do módulo de CVT da figura 7. A figura 9 é uma vista em perspectiva do módulo de CVT da fig. 8 com um alojamento de embreagem. A figura 10 é uma vista em perspectiva do módulo de CVT da fig. 9 com um alojamento de variador. A fig. 11 é uma vista exterior de um conjunto de módulo de CVT e unidade de marchas combinados.

Descrição detalhada Referindo-se à fig. 1, uma linha motriz veicular 10 incluindo uma transmissão continuamente variável 12 e um motor de combustão interna controlado eletronicamente 14 estão ilustrados. A transmissão continuamente variável 12 está conectada com o motor 14 por uma embreagem mestra de fricção mestra normalmente engatada 16. A transmissão 12 inclui um módulo de CVT 18 e uma unidade de marchas de transmissão mecânica tipo de contra-eixo automatizada 20. Uma unidade de marchas 20 exemplar é do tipo vendido pela Eaton Corporation, a cessionária desta invenção, sob o nome AutoShift®. Um modelo de sete velocidades (Números de modelo TO-11607-ASX e TO-14607-ASX) é usado como uma configuração exemplar da unidade de marchas 20. Unidades ou transmissões tais como a unidade exemplar 20 são bem conhecidas na técnica anterior e podem ser apreciadas por referência às patentes U.S. Nos 3,105,395, 3,283,613 e 4,754,665, as divulgações das quais são incorporadas por referência. Deve ser apreciado que qualquer transmissão apresentando uma pluralidade de relações de marchas fixas e troca de marchas automática e tendo a capacidade de torque necessária é adequada para uso no lugar da unidade de marchas 20 exemplar descrita. Por exemplo, as plotagens da figura 2 são baseadas em uma transmissão conceituai de cinco velocidades. De modo concebível, as unidades empregando mais ou menos relações de marchas poderíam ser empregadas, dependendo dos requisitos de torque e velocidade do veículo. Entretanto, independente da configuração da unidade de marchas selecionada, a unidade de marchas selecionada deve ter relações de marchas fixas compatíveis com a faixa de relações do módulo de CVT 18 como será descrito em mais detalhes abaixo.

Cada um de a transmissão 12 e motor 14 tem uma unidade de controle eletrônico (ECU) 22 e 24 respectivamente. As ECUs 22 e 24 comunicam-se entre si e com uma ECU de sistema 26 através de barramentos de dados multiplexados 28 e 30. O barramento 28 é disposto entre a ECU de sistema 26 e a ECU de transmissão 22. O barramento 30 é disposto entre a ECU de sistema 26 e a ECU de motor 24. As ECUs 22, 24 e 26 podem ser do tipo ilustrado na patente U.S. N° 4,595,986, a divulgação da qual é incorporada aqui por referência. As ECUs são efetivas para processar as entradas a partir de uma variedade de sensores discutidos em mais detalhes abaixo de acordo com regras de lógica predeterminadas, para emitir sinais de saída de comando para as outras ECUs e para um controlador de troca de marcha de transmissão 32 e um controlador de motor 34 e/ou para uma unidade de exibição e/ou para outros sistemas. 0 controlador de motor 34 controla, entre outros parâmetros, o suprimento de combustível do motor. Os barramentos de dados 28, 30 se conformam com um protocolo apropriado para comunicações padrão industrial para ligações de dados tal como SAE J-1922, SAE J-1939, ISO 11898, ISO 11783 ou o similar. Informações indicativas de torque do motor, velocidade do motor e velocidade do eixo de saída da transmissão serão transportadas para as ECUs 22 e 24 por condutores 26 dispostos entre uma pluralidade de sensores e as ECUs. Os sensores incluem um sensor de velocidade de virabrequim de motor 38, um sensor de velocidade de eixo de entrada de módulo de CVT 40, um sensor de velocidade de eixo de saída de módulo de CVT e de eixo de entrada de unidade de marchas 42, um sensor de eixo de saída de unidade de marchas 44, um sensor de posição 46 para um pedal de acelerador 47, um sensor de posição de embreagem de fricção mestra e vários sensores de parâmetros de motor e de transmissão. Os condutores 36 também comunicam sinais de comando para os vários controles e atuadores do sistema incluindo o controlador de troca de marchas da unidade de marchas 32, controlador de motor 34 e um atuador de embreagem de fricção mestra 48. O sensor de embreagem de fricção mestra é, na configuração exemplar, integrado no atuador 48, mas pode ser separado do atuador 48. Como os controladores 32 e 34 e atuador 48 tipicamente compreendem porções de sistemas de loop fechado, provisões podem ser feitas para os condutores 36 manusearem tanto sinais de controle quanto sinais de realimentação. Alternativamente, condutores separados, não mostrados, podem ser providos. Adicionalmente, os controladores 32 e 34 também podem incluir sensores de posição integrais como pode ser necessário. 0 atuador de embreagem 48 controla a embreagem de fricção mestra 16 responsivo a sinais de controle da transmissão ECU 22. Tais sistema são bem conhecidos. Veja as patentes U.S. Nos 4,081,065 e 4,361,060, as divulgações das quais são incorporadas aqui por referência. Alternativamente, a embreagem mestra 16 pode ser uma embreagem centrífuga do tipo divulgado na patente U.S. N° 6,502,476 não requerendo um atuador, as divulgações da qual são incorporadas aqui por referência. A embreagem mestra 16 não necessita ser desengatada para cada troca de marcha. Modulação de combustível, como divulgada na patente U.S. N° 4,850,236, pode ser utilizada para trocar marchas da unidade de marchas 20 sem liberar a embreagem mestra.

Um seletor de troca de marchas 49 permite o motorista do veículo selecionar um modo de operação e prover um sinal indicativo do modo selecionado. Modos possíveis incluem Park [Estacionamento], Reverse [Ré], Neutral [Neutro], e Drive [À frente]. 0 seletor de troca de marchas 49 inclui uma pluralidade de botões de faixas de engrenagens os quais podem ser selecionados pelo operador do veículo. 0 seletor de troca de marchas 49 podería adotar outras formas não mostradas, tais como uma alavanca de troca de marchas de transmissão automática convencional que se move em uma direção para frente e para trás correspondendo a faixas de marchas.

Um freio de eixo de entrada 50 é montado na unidade de marchas de transmissão 20 e facilita a troca de marcha adiante mais rápida como é bem conhecido na técnica anterior. 0 freio de eixo de entrada 50 é responsivo para controlar sinais da ECU de transmissão 22.

0 módulo de CVT 18 tem como seus principais elementos um varíador 52 e um combinador ou conjunto de engrenagens planetárias 54. 0 virabrequim de motor 56 do motor 14 é seletivamente acionadamente conectado pela embreagem de fricção mestra 16 a um eixo de entrada de módulo de CVT 58 ou eixo de entrada de combinador 58. 0 eixo de entrada 58 gira sobre um primeiro eixo geométrico de rotação 59 sobre o qual ele está centrado. Uma engrenagem coroa 60 é fixa ao eixo de entrada 58. Um conjunto de engrenagens de entrada de variador 62 acionadamente conecta o eixo de entrada 58 com o variador 52. O conjunto de engrenagens de entrada 62 acionadamente conecta o eixo de entrada 58 com o variador 52. 0 conjunto de engrenagens de entrada 62 inclui uma engrenagem motriz de entrada 64 fixa ao eixo de entrada 58 e uma engrenagem acionada de entrada 66 fixa a um eixo de entrada de variador 68. O eixo de entrada 68 é rotativamente fixo a uma primeira polia de variador 70 para rotação unitária com a mesma. A engrenagem 66, eixo 68 e polia 70 são centrados sobre e giram sobre um segundo eixo geométrico de rotação 69 que é paralelo mas deslocado do primeiro eixo geométrico 59. A primeira polia de variador 70 é acionadamente conectada a uma segunda polia de variador 72 por um acionamento por correia ou corrente 74. A corrente de acionamento 74 em uma configuração preferida é do tipo empregado na transmissão continuamente variável Multitronic® no carro Audi A6®. A transmissão Multitronic® emprega polias, correntes, e controles hidráulicos de polia fornecidos por LuK Lamellen und Kupplungbau GmbH da Alemanha (LuK) e suas subsidiárias e afiliadas. Tais elementos são ensinados e descritos nas patentes U.S. números 5,169,365; 5,201,687; 5,217,412; 5,295,915; 5,538,481; 5,667,448; 5,725,447; 6,017,286; 6,068,565; 6,123,634; 6,129,188; 6,171,207; 6,174,253; 6,186,917; 6,190,274; 6,234,925; 6,270,436; 6,293,887; 6,322,466; 6,336,878; 6,336,880; 6,346,058; 6,358,167; 6,358,181; 6,361,456; 6,361,470 e 6,416,433, todas as quais são de propriedade da LuK ou de suas afiliadas ou subsidiárias, as divulgações das quais são incluídas aqui por referência. Cada uma das polias 70 e 72 tem flanges cônicos se faceando os quais podem ser seletivamente axialmente movidos um contra e para longe do outro. O raio de engate entre a corrente e as polias é determinado pela distância entre os flanges. Quanto mais próximos os flanges estão entre si, maior o diâmetro efetivo da polia é. Devido ao comprimento da corrente 74 e a distância centro-a-centro das polias 70 e 72 serem fixos, as mudanças no diâmetro efetivo da polia de uma polia devem ser coordenadas com alterações no diâmetro efetivo de polia da outra polia. Embora as polias 70 e 72 sejam mostradas como sendo de tamanhos iguais, elas não necessitam ser, particularmente se for visto como vantajoso operar principalmente em quer no modo de sobremarcha ou modo de submarcha. O deslocamento dos flanges é ultimamente controlado por sinais de comando a partir da ECU de transmissão 22. Deve ser apreciado que o tipo de variador 52 empregado é somente exemplar. Tipos alternativos de variadores os quais podem ser empregados incluem outros tipos de variadores de correia e polia de diâmetro variável, variadores de bomba/motor, variadores tipo toroidal, e todos os outros mecanismos capazes de adequadamente variar torque e velocidade em uma base contínua. A faixa de relações globais provida por uma configuração de polias 70 e 72 é aproximadamente 6:1. Fazendo isto, as polias 70 e 72 proveem tanto uma condição de submarcha com um fator de multiplicação de torque de cerca de 2,45:1, quanto uma condição de sobremarcha com uma multiplicação de torque de 1:2,45. Na condição direta, com ambas polias 70 e 72 tendo o mesmo diâmetro efetivo de polia, o fator de multiplicação de torque é 1:1. A condição de submarcha é conseguida com a polia 70 em uma condição de diâmetro mínimo no qual os flanges da polia 70 estão abertos relativamente bem espaçados e a polia 72 em uma condição de diâmetro máximo na qual os flanges da polia 72 estão empurrados relativamente próximos juntos. A condição de sobremarcha é conseguida com a polia 70 em uma condição de diâmetro máximo na qual os flanges da polia 70 estão empurrados relativamente próximos juntos e a polia 72 em uma condição de diâmetro mínimo na qual os flanges da polia 72 estão abertos relativamente bem espaçados.

Um controlador hidráulico 76 é empregado para traduzir os sinais de controle eletrônico da ECU 22 transmitidos via os condutores 36 em fluido hidráulico pressurizado passando por canais de conexão hidráulica 78. Fluido hidráulico pressurizado do controlador hidráulico 76 desloca mecanicamente os flanges. Deve ser apreciado que meios alternativos para deslocar os flanges, tais como motores elétricos, podem ser empregados.

Um eixo de saída de variador 80 conecta a segunda polia de variador 72 com um conjunto de engrenagens de saída de variador 82. O conjunto de engrenagens de saída 82 inclui uma engrenagem motriz de saída 84 e uma engrenagem acionada de saída 86. O eixo 80, polia 72 e engrenagem motriz 84 todos giram sobre um terceiro eixo geométrico de rotação 87 o qual é paralelo mas deslocado de tanto o primeiro quanto segundo eixos geométricos de rotação 59 e 69. As funções providas pelos conjuntos de engrenagens 62 e 82 podem alternativamente ser providas por qualquer outro mecanismo de relação fixa, tal como combinações de roda dentada e corrente, correias e polias ou qualquer outro mecanismo adequado. A engrenagem movida de saída 86 é acionadamente conectada a uma engrenagem sol 88 do combinador planetário 54 por um cubo de conexão 90. Pelo menos duas engrenagens planetas 92 são dispostas entre a engrenagem sol 88 e a engrenagem coroa 60. Um portador 94 no qual as engrenagens planeta 92 são rotativamente montadas conecta as engrenagens planeta 92.

Um eixo de saída de módulo de CVT 96 ou eixo de saída de combinador 96 é rotativamente fixo a ou é unitário com o eixo de entrada de unidade de marchas 98 para rotação sobre o eixo geométrico 59. O cubo 90 e engrenagens 86 e 88 circunscrevem o eixo 96, e também giram sobre o eixo geométrico 59. Um eixo de saída de unidade de marchas 100 estende-se da unidade de marchas 20 para conexão com um eixo motriz (não mostrado) ou um eixo motriz intermediário (não mostrado). A taxa relativa de rotação entre o eixo de entrada 98 e o eixo de saída 100 é determinada pela marcha selecionada dentro da unidade de marchas 20 . 0 conjunto de engrenagens planetárias 54 beneficamente provê uma diminuição maior de torque transferido pelo variador 52 tendo a engrenagem coroa 60 acionada por um eixo de entrada 58 e tendo uma engrenagem sol 86 acionada pelo variador 52 e tendo o portador 94 acionando o eixo de saída 96. A transmissão continuamente variável 12 opera da seguinte maneira. 0 motorista primeiro seleciona um modo desejado de operação usando o seletor de troca de marchas 49. 0 modo Drive é selecionado para prover movimento à frente. A seleção é preferivelmente feita com o veículo em uma condição parado. O veículo é equipado com um pedal de freio (não mostrado) bem como um pedal de acelerador 47. 0 pedal de freio, quando apertado, atua os freios do veículo os quais auxiliam a manter o veículo em uma condição parado, e também trazem o veículo, quando ele estiver em movimento, para uma parada. Na condição parado, o operador do veículo pode ter seu pé descansando sobre o freio. Para acelerar o veículo, o operador do veículo move seu pé direito para o pedal de acelerador 47 e o aperta. O controlador 22 comanda o engate da embreagem de fricção mestra 16. Torque a partir do motor 14 é transferido pela embreagem 16 para o eixo de entrada 58. 0 torque é então dividido em dois componentes, com uma primeira parte sendo transferida para a engrenagem coroa 60 e uma segunda parte para o variador 52 via o conjunto de engrenagens 62. A soma do torque transmitido pela engrenagem motriz 64 e engrenagem coroa 60 iguala o torque transmitido pela embreagem 16. 0 torque da engrenagem 64 é adicionalmente reduzido pela relação do conjunto de engrenagens 62 antes de alcançar o variador 52. Reduzir o torque para o variador 52 primeiro dividindo-o com o conjunto de engrenagens planetárias 54, e adicionalmente reduzindo o torque com o conjunto de engrenagens 62, e então aumentando o torque a partir do variador com o segundo conjunto de engrenagens 82, beneficamente permite o uso de um variador de capacidade de torque relativamente baixa para permitir a operação de um veículo através de uma ampla faixa de velocidades de estrada em uma velocidade de motor constante. 0 variador, em uma condição de submarcha, multiplica o torque. 0 torque a partir do variador 52 é novamente aumentado pela relação do conjunto de engrenagens 82, e transferido para a engrenagem sol 88. 0 torque combinado da engrenagem sol 88 e engrenagem coroa 60 é transferido para o portador 94 pelas engrenagens planeta 92. É o torque do portador 94 que é comunicado para o eixo de entrada 98. A unidade de marchas 20 multiplica o torque pela relação da marcha selecionada para gerar o torque de saída final no eixo de saída 100.

Para começar a mover o veículo, o variador 52 tem os flanges da primeira polia de variador 70 abertos relativamente bem espaçados aparte e os flanges da segunda polia de variador 72 empurrados relativamente próximos juntos para prover uma multiplicação máxima de torque do variador. A unidade de marchas 20 está em primeira marcha, provendo a multiplicação máxima de torque da unidade de marchas do torque do motor transmitido pela embreagem 16. Juntos, o variador 52 e unidade de marchas 20 proveem a multiplicação de torque necessária entre o motor 14 e o eixo 100 para iniciar movimento do veículo. A figura 2 mostra o relacionamento entre a velocidade rotacional do motor 14 e a velocidade rotacional de vários componentes rotativos através de uma faixa de velocidades do veículo. Como usada aqui, a palavra velocidade, quando usada no contexto de eixos ou elementos rotativos, refere-se à velocidade rotacional do eixo ou elemento. A velocidade do motor significa a velocidade rotacional do virabrequim de motor 56. Deve ser apreciado que uma velocidade 102 do eixo de entrada 58 iguala a velocidade do motor dede que a embreagem 16 esteja engatada.

Inicialmente, com a unidade de marchas 20 em primeira marcha, a primeira marcha provendo a maior quantidade de multiplicação de torque das marchas à frente disponíveis, e com o variador 52 provendo a quantidade máxima de multiplicação de torque dentro de sua capacidade, a velocidade 102 da velocidade do eixo de entrada 58, a velocidade 104 do eixo de entrada de variador 68, a velocidade 106 do eixo de saída de variador 80, e a velocidade 108 do eixo de saída de módulo de CVT 96 todas aumentam linearmente com a velocidade de veículo 110 à medida que o veículo acelera. Entretanto, isto muda quando a velocidade de eixo de entrada 102 alcança uma velocidade de motor ótima 112. Na velocidade de motor ótima 112, a velocidade de eixo de entrada 102 se achata ou se mantém estável. Quando a velocidade de eixo de entrada 102 se achata, uma aceleração do eixo de saída de módulo de CVT 96, e portanto do veículo é mantida variando a relação do variador 52. A velocidade de eixo de entrada de variador 104, a qual é igual à velocidade de eixo de entrada 102 multiplicada pela relação do conjunto de engrenagens 62, se achata quando a velocidade do eixo de entrada 102 se achata. Na configuração da figura 2, a relação do conjunto de engrenagens 62 é aproximadamente 1,6, com a velocidade do eixo 68 sendo 60% maior do que aquela do eixo 58, e o torque transferido do eixo 58 para o eixo 68 sendo reciprocamente reduzido. A ECU de transmissão 22 inicia o ajuste dos diâmetros das polias 70 e 72 no início do achatamento de modo a manter a aceleração. A polia 70, girando na velocidade de eixo de entrada de variador 104, aumenta em diâmetro â medida que a polia 72 diminui em diâmetro, aumentando a velocidade da polia 72. A velocidade da polia 72 é diminuída, enquanto o torque é correspondentemente aumentado, transmitindo-o pelo conjunto de engrenagens de saída de variador 82. No exemplo da fig. 2, a relação do conjunto de engrenagens 82 é aproximadamente 0,50:1, com a velocidade do cubo 90 e da engrenagem sol 88 sendo metade da velocidade da velocidade de eixo de saída de variador 106. O aumento na velocidade da engrenagem sol 88 aumenta a velocidade na qual as engrenagens planeta 92, e portanto o portador 94, giram ao redor do eixo geométrico 59.

Quando a engrenagem coroa 60 e engrenagem sol 88 estão girando na mesma velocidade, então o portador 94 girará em uníssono com as engrenagens 60 e 88. Quando a engrenagem sol 88 está girando mais lenta do que a engrenagem coroa 60, o portador 94 girará mais lento que a engrenagem coroa 60, mas mais rápido do que a engrenagem sol 88. Quando a engrenagem sol 88 está girando mais rápida do que a engrenagem coroa 60, o portador 94 girará mais rápido do que a engrenagem coroa 60. A contribuição relativa da mudança na velocidade da engrenagem sol 88 para a mudança na velocidade do portador 94 depende dos diâmetros relativos da engrenagem sol 88 e da engrenagem coroa 60 de acordo com a equação: 0c = (rR0R + rs0s) / (rR + rs) onde 0C é a velocidade rotacional do portador 94; rR é o raio da engrenagem coroa 60; 0R é a velocidade rotacional da engrenagem coroa 60; rs é o raio da engrenagem sol 88; e 0S é a velocidade rotacional da engrenagem sol 88.

No exemplo da figura 2, a relação do raio da engrenagem coroa para o raio da engrenagem sol, (rR/rs) é igual a 2,5. À medida que o variador 52 faz a transição de uma condição máxima de submarcha para uma condição máxima de sobremarcha, a velocidade de eixo de saída de variador 106 sobe a partir de um ponto baixo de aproximadamente 1000 RPM até um ponto alto de aproximadamente 6000 RPM, e a velocidade de eixo de saída de módulo de CVT 108 de aproximadamente 1200 para aproximadamente 1900. Quando um ponto alto 113 é alcançado, e o variador 52 está em sua condição máxima de sobremarcha, uma troca de marchas é feita dentro da unidade de marchas 20 para uma segunda marcha. Com a troca de marchas para a segunda marcha, a velocidade de eixo de saída de variador 108 é reduzida de volta para cerca de 1000 RPM e a velocidade de eixo de saída de módulo de CVT 108 para cerca de 1200 RPM. O variador então começa sua tarefa uma vez mais, indo de submarcha máxima para sobremarcha máxima. Isto é repetido em terceira, quarta e quinta marchas se necessário, até que o veículo esteja em sua velocidade operacional desejada.

As relações de marchas da unidade de marchas 20 devem ser combinadas com a faixa do variador 52, levando em consideração as relações dos conjuntos de engrenagens 62, 82 e 54. Para a transmissão ideal da figura 2, as relações da unidade de marchas são de etapas pares de aproximadamente 60%, provendo cobertura compatível com aquela provida pelo variador.

Em uma outra configuração exemplar, uma transmissão de marchas de 18 velocidades que empregaria 17 mudanças ou etapas de aproximadamente 18% e variando de 17% a 22% para prover uma faixa total de relações de 12,19:1 na extremidade baixa até 0,73:1 na extremidade alta pode ser substituída com uma unidade de marchas de seis velocidades 20 ou transmissão acoplada com um módulo de CVT 18 provendo uma faixa de 60%. A transmissão de seis velocidades com etapas de aproximadamente 60%, em combinação com um módulo de CVT, provê a mesma cobertura de relações que a transmissão de 18 velocidades. Uma transmissão tendo relações de marchas seria 10,48, 6,55, 4,10, 2,56, 1,60 e 1,0 proveria, com o módulo de CVT provendo uma faixa de 60%, uma faixa total de relações de 13,26 a 79. Se as marchas forem selecionadas para suportar uma faixa de 100% a partir do módulo de CVT 18, então uma unidade de marchas de quatro velocidades 20 podería ser empregada, com as marchas provendo etapas de 100% e o módulo de CVT manuseando os aumentos de velocidades entre as marchas, bem como submarcha abaixo da primeira marcha e sobremarcha além da quarta marcha. As relações de marchas seriam aproximadamente 8,00, 4,00, 2,00 e 1,00. A mudança de marchas deve ser executada com cuidado de modo a minimizar qualquer perda de energia e de velocidade durante a troca de marchas. A fig. 2 é idealizada e um tanto não realística em que ela não proporciona tolerâncias para a possibilidade do veículo reduzir de velocidade durante a troca de marchas. Métodos alternativos para conseguir a liberação de torque necessária dentro da linha motriz 10 estão disponíveis. Com um tal método, a embreagem de fricção mestra 16 é liberada para permitir a troca de marchas da unidade de marchas 20 pelo controlador 32 para uma condição neutra, tanto quanto um operador de veículo empregaria um pedal de embreagem para liberar torque quando trocando marchas. Um meio alternativo para frear torque é manipular o suprimento de combustível do motor por métodos bem conhecidos na técnica e análogos à troca de marcha sem embreagem ou flutuante executada manualmente. Com o método sem embreagem, um comando a partir da ECU de transmissão 22 direciona a ECU de motor 24 a por sua vez emitir um comando de torque zero para o controlador 34, e para, se necessário, prover pulsos de torque para garantir um nível de torque suficientemente baixo para permitir desengate de marchas. Uma vez que o torque seja rompido, e a unidade de marchas 20 esteja em neutro, sincronização deve ser conseguida para completar a troca de marchas. Distinto da técnica anterior a qual dependia de quer manipular velocidade do motor ou mudar a velocidade do eixo de entrada 98, a presente invenção usa o variador 52 para ajustar o eixo de entrada para uma velocidade síncrona enquanto o motor e a velocidade do eixo de entrada são mantidos no nível alvo ótimo 112. 0 freio de eixo de entrada 50 pode ser potencialmente empregado para assistir ao variador 52 na diminuição de velocidade do eixo de entrada e dos elementos girando com o mesmo em uma troca de marcha a frente.

As plotagens da fig. 3 mostram um retrato mais preciso de um sistema de linha motriz 10 operando dentro das limitações de componentes disponíveis. O sistema de linha motriz da figura 3 está configurado para compensar, se necessário, uma redução na velocidade do veículo que pode potencialmente ocorrer durante a troca de marchas. Naquele sistema, uma unidade tendo as características da transmissão Eaton AutoShift exemplar discutida acima é empregada. A unidade de marchas 20, se configurada consistente com as características da figura 3, tem as relações de marchas de, primeira até sétima, 9,24, 5,35, 3,22, 2,04, 1,37, 1,0 e 0,75. Estas relações produzem etapas de marchas intercaladas de 73%, 66%, 58%, 49%, 37% e 33%. Se etapas pares fossem empregadas, elas seria todas 52%. Ao contrário as etapas são arranjadas em um modo de relações acumuladas de 73% a 33%. Como um resultado, a faixa de velocidade usável do veículo para uma única relação de marcha da unidade de marchas 20' muda menos de marcha para marcha do que mudaria se etapas de marchas uniformes fossem empregadas. As etapas de relações acumuladas espaçam ou separam os pontos de troca da unidade de marchas mais uniformemente ou regularmente do que o fariam etapas constantes. Como uma conseqüência das mudanças graduadas em etapas, menos da faixa do variador seria empregado nas marchas superiores, como evidenciado pela velocidade superior diminuindo da velocidade de eixo de saída de variador 106' . A velocidade de eixo de saída de variador na sétima marcha aumenta além daquela alcançada em marchas anteriores, como não existem marchas adicionais para serem trocadas. A velocidade máxima de estrada do veículo, no ponto de sobremarcha máxima do veriador, seria aproximadamente 96 milhas por hora (150 quilômetros por hora). Velocidades de veículo mais altas somente poderíam ser obtidas se a velocidade do motor e velocidade de eixo de entrada 102' fossem permitidas a aumentar além de 112'. Também, em velocidades de veículo mais altas, o variador é operado através de uma faixa mais estreita de velocidades do que em velocidades de veículo mais baixas, como é evidente a partir da figura 3. A figura 3 também difere da figura 2 em que a velocidade do eixo de entrada não é mantida constante após sua subida acentuada inicial a partir de zero. O período entre os pontos 114 e 112' indica que a velocidade do eixo de entrada continua a aumentar após o início de ajuste do variador, e não tem equivalente real na figura 2. Embora a velocidade de eixo de entrada 102' e velocidade de eixo de saída de variador 106' se sobreponham, é somente por coincidência, baseado na relação definida de engrenagens de entrada do variador, e das relações de marchas planetárias que isto ocorre. A velocidade de eixo de saída de CVT 108' exibe uma leve descontinuidade aproximadamente coincidente com o ponto 114. Isto pode ser atribuível â velocidade de eixo de entrada 102' cair logo antes do início do ajuste do variador. A relação de multiplicação de velocidades do conjunto de engrenagens 62 é 2,5:1, com a velocidade de eixo de entrada de variador 104' sendo 4000 RPM quando a velocidade de eixo de entrada 102' é 2500 RPM. A relação de multiplicação de velocidade provida pelo conjunto de engrenagens de saída de variador 82 é 0,4:1, a recíproca da relação provida pelo conjunto de engrenagens de entrada de variador 62. A relação do raio da engrenagem coroa rR para o raio da engrenagem sol rs é 1,5:1. As relações da unidade de marchas são 9,24, 5,35, 3,22, 2,04, 1,37, 1,0 e 0,75. Junto, com o módulo de CVT 18, relações possíveis variando de 11,09 a 0,50 com uma amplitude de 23:1, são providas.

Uma outra diferença é após a mudança para a quinta relação de marcha onde a velocidade de eixo de entrada 102' e velocidade de eixo de entrada de variador 104' tomam leves abaixamentos. Isto reflete a necessidade reduzida de torque em velocidades mais altas sob condições de direção de estado estável. A linha motriz 10 modelada pela figura 3 emprega um variador tendo uma faixa de relações global de 6:1 e provendo uma relação de multiplicação de torque de 2,45:1 e uma multiplicação de torque de sobremarcha de 1:2,45. É aparente a partir da plotagem da velocidade 106' que a faixa completa do variador 52 não está sendo empregada. Embora substancialmente toda a faixa de sobremarcha esteja sendo usada em primeira marcha para alcançar o ponto 113, nem toda a faixa está sendo usada no lado de submarcha no início da segunda marcha. Isto provê o sistema de linha motriz 10 com uma reserva de torque disponível para uso mediante o término de uma troca de marcha â frente. Nenhuma tal provisão foi feita no arranjo da figura 2. Isto vantajosamente acomoda a manutenção de velocidade de motor constante mesmo com a ocorrência de uma leve queda na velocidade do veículo que poderia ocorrer quando trocando marchas em um plano de subida. As outras trocas de marchas à frente na figura 3 mantêm uma reserva similar. 0 sistema tem uma abundância de capacidade de torque na extremidade baixa. É possível iniciar movimento do veículo com a unidade de marchas em segunda marcha, sem necessidade de mudar para terceira marcha até que uma velocidade de veículo de 13 milhas por hora (21 quilômetros por hora) seja alcançada. Similarmente, no lado de sobremarcha, o variador 52 não emprega a faixa completa disponível. As relações usadas pelo variador após primeira marcha, e nas marchas de nível superior em particular, são significativamente menores do que a relação máxima disponível de 1:2,45.

As figuras 4-11 provêem ilustrações em perspectiva detalhadas de um módulo de CVT 18' montado em uma unidade de marchas 20'. O módulo de CVT 18' está integrado em um alojamento de embreagem 116. Um disco de fricção de embreagem, não mostrado, seria disposto sobre o eixo de entrada de módulo de CVT 58'. 0 módulo de CVT 18' e unidade de marchas 20' combinados da figura 4 são orientados tal que o módulo de CVT 18' esteja à esquerda da unidade de marchas 20'. A imagem da figura 4 está de cabeça para baixo em relação à imagem da figura 1, com o controlador 32 estando no fundo na figura 4. Tipicamente, o controlador 32 estaria voltado para o topo. A ECU de transmissão 22' está no lado mais afastado da unidade de marchas 20'. 0 eixo de entrada de módulo de CVT 58', um eixo de saída de módulo CVT e eixo de entrada de unidade de marchas 96'e 98' combinados e um eixo de saída de unidade de marchas 100' estão todos localizados concentricamente no primeiro eixo geométrico de rotação 59'. 0 eixo de entrada de variador 68', localizado concentricamente no segundo eixo geométrico de rotação 69', é paralelo a e deslocado do eixo de entrada 58', e acionadamente conectado ao eixo de entrada 58' pelo conjunto de engrenagens 62'.

Como mais bem visto na figura 5, a engrenagem motriz de entrada 64' do conjunto de engrenagem motriz de entrada 62' é fixa a um diâmetro externo da engrenagem coroa 60'. O eixo 58' é rotativamente suportado dentro do alojamento de embreagem 116 por um rolamento de esferas 118. A engrenagem acionada 66' é fixa ao eixo 68' . A primeira polia de variador 70' é montada no eixo 68' com parte do mecanismo atuador do flange deslocável sendo mostrada em corte. Um alojamento de variador 120 combina com o alojamento de embreagem 116 para encerrar o variador 52'. O portador 94 retém as engrenagens planeta 92'. O portador é fixo aos eixos combinados 96' e 98' . Esta configuração beneficamente provê um arranjo compacto dos elementos do módulo de CVT 18'. A figura 6 mostra o módulo de CVT 58' em praticamente a mesma orientação que na figura 5, mas fora do alojamento de embreagem 116. A figura 7 provê uma vista em corte do módulo de CVT 58' tomado ao longo do primeiro eixo geométrico 59' e terceiro eixo geométrico 87'. A segunda polia de variador 72' é mostrada em corte. 0 conjunto de engrenagem motriz de saída 82' inclui a engrenagem motriz de saída 84' e engrenagem acionada de saída 86'.

Uma vista em perspectiva do módulo de CVT 18' ê mostrada a partir de um outro ângulo na figura 8. A figura 9 mostra o módulo de CVT 18' na mesma orientação que na figura 8, com o alojamento de embreagem 116 no lugar. A figura 10 mostra o conjunto da figura 9 com o alojamento de variador 120 no lugar. A figura 11 é uma vista exterior de todo o conjunto de módulo de CVT 18' e unidade de marchas 20' . A presente invenção não é limitada pela descrição precedente de uma configuração específica da invenção. 0 escopo da invenção é definido nas reivindicações aqui anexas.

Claims

1. Transmissão continuamente variável, para uso com veículos a motor, caracterizada pelo fato de compreender: uma unidade de controle eletrônico configurada para incluir regras de lógica para controlar uma transmissão, incluindo emitir comandos de controle da transmissão; uma unidade de marchas automatizada provendo uma pluralidade de relações de marchas seletivamente engatadas e engatando uma da pluralidade de relações de marchas responsiva a comandos a partir da unidade de controle eletrônico para assim proceder e a unidade de marchas tendo um eixo de entrada de unidade de marchas e um eixo de saída de unidade de marchas; um variador tendo um eixo de entrada de variador e um eixo de saída de variador e configurado para continuamente variar uma relação de torque de entrada para torque de saída entre os eixos de variador responsivo a comandos a partir da unidade de controle eletrônico, o eixo de saída de variador acionadamente conectado ao eixo de entrada de unidade de marchas; um conjunto de engrenagens de entrada acionadamente conectado ao eixo de entrada de variador; um elemento de relação fixa configurado para reduzir o torque a partir do conjunto de engrenagens de entrada para o variador e operacionalmente disposto entre o conjunto de engrenagens de entrada e o eixo de entrada de variador; e um elemento de relação fixa de saída configurado para aumentar o torque a partir do variador e operacionalmente disposto entre o eixo de saída do variador e o eixo de entrada da unidade de marchas.

2. Transmissão continuamente variável, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o conjunto de engrenagens de entrada ser um conjunto de engrenagens de combinador planetárias incluindo uma engrenagem coroa e uma engrenagem sol e um portador retendo uma pluralidade de engrenagens planeta dispostas entre a engrenagem coroa e a engrenagem sol com pelo menos um de a engrenagem coroa e a engrenagem sol e o portador acionadamente conectado ao eixo de entrada de variador.

3. Transmissão continuamente variável, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de as relações marchas da unidade de marchas automatizada serem relações de marchas acumuladas.

4. Transmissão continuamente variável, para uso com veículos a motor, caracterizada pelo fato de compreender: uma unidade de controle eletrônico configurada' para incluir regras de lógica para controlar uma transmissão, incluindo emitir comandos de controle de transmissão; uma unidade de marchas automatizada provendo uma pluralidade de relações de marchas seletivamente engatadas e engatando uma da pluralidade de relações de marchas responsiva a comandos a partir da unidade de controle eletrônico para assim proceder e a unidade de marchas tendo um eixo de entrada de unidade de marchas e um eixo de saída de unidade de marchas; um variador tendo um eixo de entrada de variador e um eixo de saída de variador e configurado para continuamente variar uma relação de torque de entrada para torque de saída entre os eixos de variador responsivo a comandos a partir da unidade de controle eletrônico; e um conjunto de engrenagens de combinador planetárias incluindo uma engrenagem coroa e uma engrenagem sol e um portador retendo uma pluralidade de engrenagens planeta com as engrenagens planeta dispostas entre a engrenagem coroa e a engrenagem sol com a engrenagem coroa sendo fixa a um eixo de entrada de combinador e a engrenagem sol acionadamente conectada ao eixo de saída de variador e o portador fixo a um eixo de saída de combinador acionadamente conectado ao eixo de entrada de unidade de marchas automatizada.

5. Transmissão continuamente variável, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de adicionalmente compreender: um elemento de relação fixa de entrada configurado para reduzir o torque a partir do conjunto de engrenagens de entrada para o variador e operacionalmente disposto entre o eixo de entrada de combinador e o eixo de entrada de variador; e um elemento de relação fixa de saída configurado para aumentar o torque a partir do variador e operacionalmente disposto entre o eixo de saída de variador e a engrenagem sol.

6. Transmissão continuamente variável, de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de o elemento de relação fixa ser provido por uma engrenagem motriz de entrada coaxial com e fixa ao eixo de entrada de combinador engatando uma engrenagem acionada coaxial com e fixa ao eixo de entrada de variador e o elemento de relação fixa de saída ser provido por uma engrenagem motriz coaxial com e fixa ao eixo de saída de variador engatando uma engrenagem acionada coaxial com e fixa à engrenagem sol.

7. Transmissão continuamente variável, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de a engrenagem coroa ter a engrenagem motriz fixada a um diâmetro externo da mesma.

8. Transmissão continuamente variável, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de a engrenagem motriz de entrada e a engrenagem motriz de saída serem ambas dispostas em um lado do variador próximas â unidade de marchas automatizada e a engrenagem motriz de saída ser disposta entre o portador planetário e a unidade de marchas automatizada.

9. Transmissão continuamente variável, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de a engrenagem acionada de entrada e a engrenagem motriz de saída serem ambas dispostas em um lado do variador próximas à unidade de marchas automatizada e a engrenagem acionada de saída ser disposta entre o portador planetário e a unidade de marchas automatizada.