CN106068200B - 用于包括无级变速器的动力传动系统的滑动控制方法和配置 - Google Patents

Abstract

本发明描述一种用于包括无级变速器的动力传动系统的滑动控制方法和配置。动力传动系统包括离合器，该离合器被控制以便当大于可用扭矩的扭矩试图通过离合器时滑动。因此，离合器阻止原动机熄火。

Description

用于包括无级变速器的动力传动系统的滑动控制方法和配置

技术领域

本发明通常涉及包括无级变速器(CVT)的动力传动系统(drivelines)。更具体地，本发明涉及用于这一动力传动系统的滑动控制方法和配置。

背景技术

由于CV能够连续地改变原动机(prime mover)的输出部和车辆的车轮或其他旋转部件之间的转速比，因此在各类车辆中十分受欢迎。

然而，某些车辆应用通常需要原动机和车轮之间的所谓的扭矩转换器，以便a)避免在车轮在被驱动时被阻止旋转的情况下，原动机发生熄火；以及b)在扭矩转换器滑动时增加扭矩。这些应用对于无级变速器而言一般不是理想的选项，因为CVT的优势由于使用扭矩转换器的被抵消。

因此，需要提供一种方法和布置，其在车轮部分地或完全地被阻止旋转的情况下，阻止原动机熄火并倍增扭矩。

附图说明

在附图中：

图1是根据示出的实施例的包括CVT和滑动控制配置的动力传动系统的方框图；

图2是控制离合器滑动的方法的方框图；以及

图3是示出扭矩与原动机的RPM的关系、以及允许通过离合器的扭矩与RPM的关系的曲线图。

具体实施方式

本发明的目标通常在于提供一种改进的包括CVT的动力传动系统。更具体地，本发明的目标在于提供一种用于包括CVT的动力传动系统中的用于降低原动机熄火风险的滑动控制方法和配置。

更具体地，根据用于包括无级变速器的动力传动系统的滑动控制方法和配置的一方面，提供一种控制动力传动系统滑动的方法，该动力传动系统包括具有输出轴的原动机、具有输出部和连接至原动机的输出轴的输入部的无级变速器、具有输出部和连接至无级变速器的输出部的输入部的离合器、和连接至离合器的输出部的负载，离合器具有在离合器的输入部和输出部之间的可控的滑动水平，该滑动控制方法包括：

确定原动机的可用扭矩；以及

控制离合器的滑动水平，以便允许可用扭矩通过离合器，并且如果离合器的输入部和输出部之间扭矩大于可用扭矩，则允许离合器滑动。

根据另一方面，提供一种动力传动系统，包括：

具有输出轴的原动机；

用于测量输出轴的转速的原动机转速传感器；

具有输出部和与原动机的输出轴相关联的输入部的CVT；

具有输出部和与CVT的输出部相关联的输入部的离合器；

用于控制允许在离合器滑动之前通过离合器的扭矩水平的离合器滑动控制器；和

与原动机转速传感器和离合器滑动控制器相关联的主控制器，主控制器被构造为确定原动机的可用扭矩并且设定离合器滑动控制器，以使得当大于可用扭矩的扭矩试图通过离合器时离合器滑动。

术语“一个(a/an)”当与权利要求书和/或说明书中的术语“包括”结合使用时可能意思是“一个”，但是它也与“一个或更多个”、“至少一个”和“一个或不止一个”的意思相一致。类似地，词语“另一个”可能意思是至少第二个或更多个。

如在本说明书和权利要求书中使用的，词语“包括(comprising)”(和包括的任一形式，例如“包括(comprise/comprises)”)、“具有”(和具有的任一形式，例如“具有(have/has)”)、“包含(including)”(和包含的任一形式，例如“包含(include/includes)”)或“含有(containing)”(和含有的任一形式，例如“包含(contain/contains)”)均是包含的或开放式的且不排除额外的、未引用的元件或过程步骤。

术语“连接”在本文以及在所附权利要求书中是被广义地构件，以包括机械零件或部件之间的任何协作的或被动的关联。例如，此类零件可以通过直接连接装配在一起或使用两个零件之间的其他零件间接连接。连接还可以是远程的，例如利用磁场或其他。

术语“大约”用于指示一数值包括用来确定该数值的装置或方法的固有的误差变化。

应注意，术语“原动机”在本文及在所附权利要求书中被构造为内燃机(ICE)、涡轮发动机、或任何其他可产生机械动力的元件或组件。

应注意，代表无级变速器的术语“CVT”在本文中用于描述包括环向CVT、双腔体全环向CVT、半环向CVT、单腔体环向CVT、流体静力学CVT、可变参数皮带轮CVT、磁性CVT、棘轮CVT和圆锥形CVT的任何类型的CVT。

应注意，当在CVT的背景下使用表达“超速传动”时，“超速传动”在本文及在所附权利要求书中被构造为CVT比率是使得CVT输出转速高于CVT输入转速的CVT比率的情况。(输出转速与输入转速的)CVT比率因此高于1:1。

应注意，当在CVT的背景下使用表达“减速传动”时，“减速传动”在本文及所附权利要求书中被构造为CVT比率是使得CVT输出转速低于CVT输入转速的CVT比率的情况。(输出转速与输入转速的)CVT比率因此小于1:1。

还应注意，当在离合器技术的背景下本文及所附权利要求书中使用表达“固定盘”时，“固定盘”可以认为是构成离合器主动构件的任何元件或元件组。类似地，当在离合器技术的背景下本文及所附权利要求书中使用表达“可移动盘”时，“可移动盘”可以认为是构成离合器从动构件的任何元件或元件组。

应注意，在本文及所附权利要求书中的表达“非公路车辆”将被构造为具体设计在非公路上使用的任意类型的车辆，包括建筑车辆和农业车辆等。

通过阅读以下非限制性的实施例进行说明，并结合附图，用于包括无级变速器的动力传动系统的滑动控制方法和配置的其他目标、优势和特点将显而易见。

图1示出动力传动系统10，其包括ICE 12形式的原动机、CVT 14、离合器16、和可选的同步机(synchro)18。可选的同步机18的输出部连接至负载20，例如非公路车辆的车轮。当然，如果设计中不存在可选同步机18，则离合器16的输出部将被连接至负载20。

第一轴22使ICE 12的输出部和CVT 14的输入部互相连接；第一轴的转速经由第一转速传感器24测量。第二轴26使CVT 14的输出部和离合器16的输入部互相连接；第二轴26的转速经由第二转速传感器28测量。第三轴30使离合器16的输出部和可选同步机18的输入部互相连接，第三轴30的转速经由第三转速传感器32测量。最后，第四轴34使可选同步机18的输出部和负载20互相连接。

当然，如上文所述，本领域技术人员将理解，如果不存在同步机18，则不存在轴34，并且，轴30将使离合器16的输出部和负载20互相连接。

通常，ICE 12与用户节气门控制器36(例如加速踏板(未示出))相关联。

动力传动系统10包括比率控制器38，其被构造为根据用户经由比率控制器40设置的比率，或根据由将在下文描述的主控制器42提供的比率而设定CVT 14的比率。根据上文的描述将理解，由主控制器42提供的比率优先于由用户比率控制器40提供的比率。因此，主控制器42可以管理并指示CVT 14的比率。

离合器控制器44被构造为从主控制器42接收可用扭矩值，并且被构造为控制离合器16，以使得试图通过离合器的扭矩大于该可用扭矩时离合器进行滑动。换言之，当离合器16的输入部和输出部之间的扭矩大于可用扭矩时，离合器16滑动。

本领域技术人员容易构建适用于离合器16所使用的技术的这类离合器控制器。

来自第一转速传感器24和第二转速传感器28的转速数据提供至主控制器42，以使得控制器42可以实时确定CVT的实际比率。另外，第二转速传感器28和第三转速传感器32的转速数据提供至滑动检测器46中，该滑动检测器可以实时确定离合器16是否发生滑动，并且将该数据提供至主控制器42。

如附图所示，同步机18及其与主控制器42的连接是可选的，并且被示意性示出。该同步机18在此表示常规的多转速配置，其允许不同齿轮比设置在离合器16和负载之间。由于此类同步机的配置及操作对于本领域技术人员是已知的，所以不进一步在本文中描述。

现在转向图2，将描述用于包括无级变速器的动力传动系统的滑动控制方法100。

方法100的第一步骤102包括确定来自原动机的可获得扭矩。参考图1，ICE1形式的原动机具有依赖于其输出轴RPM的可获得扭矩的性能图(map)。这个性能表格构建在ICE中、并能够被提供至控制器42、是已知的、并被存储在控制器42中，或者，这个表格已由动力传动系统制造商构建、并存储在控制器42中。由于控制器42具有来自第一转速传感器24的转速数据，因此该控制器可以实时地查询可获得扭矩。

图3示出对于特定的ICE的可获得扭矩与RPM之间的关系曲线。

根据瞬时的可获得扭矩，控制器42在步骤104中确定可用扭矩。可用扭矩低于可获得扭矩，并且提供阻止ICE 12熄火的安全余量。

再者，图3示出对于特定的ICE的可用扭矩与RPM之间的关系曲线。特别地，在低RPM区域，可用扭矩不跟随可获得扭矩。将在下文解释其原因。

特别地，图3中示出的可用扭矩是ICE 12的输出部的可用扭矩。在ICE的下游使用CVT 14允许该可用扭矩由CVT 14调整。具体地，该扭矩作为CVT比率的函数而增加。因此，控制器使用其已知的CVT 14的瞬时比率来确定在离合器16输入部的可用扭矩，并且该可用扭矩的数值被用在下一步骤中。换言之，图3的可用扭矩图形根据由控制器提供的CVT比率而发生偏移。

特别地，例如，可用扭矩值可存储在设置在主控制器42中的查找表格中。因此，控制器42可以根据ICE 12的输出部的转速快速确定可用扭矩。

在步骤106中，控制器42为控制离合器16的离合器控制器44提供瞬时可用扭矩，以使得如果大于可用扭矩的扭矩试图通过离合器，则离合器16发生滑动。因此，如果施加阻碍负载，例如通过阻止非公路车的车轮转动，则车轮需要的、且因此试图通过离合器16的扭矩急剧地增加，且迅速超过可用扭矩。当这种情况发生时，离合器16滑动，从而阻止ICE熄火，且保护动力传动系统的包括CVT 14在内的各个部件。具体地，正如本领域技术人员已知的，如果在ICE工作期间阻止ICE的输出轴旋转，则ICE将熄火。因此，在一扭矩水平以上的离合器16的滑动确保ICE的输出轴不被阻止旋转。

方法100可以在此处停止。因此，方法将循环回到步骤102并重复上述步骤。

然而，由于动力传动系统10包括CVT，其能够本征地调整转速比率并因此调整离合器16的输入部的可获得扭矩，所以可以在方法100中增加补充步骤以改善动力传动系统10的可用性。

步骤108涉及确定离合器16的滑动水平。这由滑动检测器46完成，且滑动数据提供至主控器42。

在步骤110中，如果离合器滑动非零，则控制器42分支至步骤112。换言之，如果存在滑动，执行步骤112。

在步骤112中，控制器42管理比率控制器38，并且指示CVT 14的比率。控制器42被配置以使得CVT的比率相对于离合器16的滑动成比例地减小。具体地，由于当CVT比率减小时可用扭矩增加，所以离合器16的滑动设定点(setpoint)由控制器42自动地调整，并且，滑动可以稳定、减小和/或停止。

控制动力传动系统10的一个可能方式是控制离合器滑动，以便稳定动力传动系统。这通过逐渐改变CVT比率直到离合器滑动保持基本恒定来完成。

步骤112循环回到步骤102。

如果在步骤110中没有检测到滑动，则执行步骤114。在该步骤中，CVT比率的控制逐渐返还至用户，因为可用扭矩足以驱动负载20。这被逐渐完成，以便避免对用户驾驶体验产生不利影响的驾驶行为的突然改变。

动力传动系统的行为可以由用户在各种情况下控制。该步骤返回至步骤102以循环方法100。

返回图3，可用扭矩图可以分为三个区域：低RPM区域202、中RPM区域204、和高RPM区域206。

在低RPM区域202中，可用扭矩被设定为显著低于可获得扭矩。因此，离合器16的滑动在这些转速下更为显著。在该区域中，可用扭矩被设定为足够低，以便在给予一取决于期望的驾驶体验的小负载的情况下，能够阻止输出部转动或允许输出部“慢慢变化”(creep)。

在中间RPM区域204中，可用扭矩随RPM线性增长但是仍显著低于来自原动机的可获得扭矩。离合器滑动设定点因此将随RPM增加而增加。因此，如果一小阻碍负载阻止车轮转动，RPM增加(仍在区域204中)可以引起车轮旋转。这已知证实能够对操作者提供更好的驾驶体验。当然，中间RPM区域的线性不是必须的，可以使用其他函数形式。

最后，在高RPM区域206中，可用扭矩具有安全余度地跟随可获得扭矩。

作为动力传动系统10的应用示例，将简要描述拖拉机式装载机的操作。这种拖拉机通常需要推动障碍物，例如当其铲斗被填满时。当属于这种情况时，ICE必须要避免熄火。通过提供如本文提出的动力传动系统，ICE熄火将由离合器的选择性滑动而阻止，并且提供至车轮的扭矩将通过控制CVT比率而增加。所有这些操作无需操作者的特别干涉、或根据期望的车辆转速来制动节气门控制器。

当然，操作者可以使用离合器踏板或其他用户控制器来人为地使离合器脱离。

正如本领域技术人员容易理解的，主控制器42可以集成比率控制器38、离合器控制器44、和/或滑动检测器46。

应理解，用于包括无级变速器的动力传动系统的滑动控制方法和配置的应用不受限于附图和本文的说明所示出的构造和零件的细节。用于包括无级变速器的动力传动系统的滑动控制方法和配置具有其他实施例，并且能以各种方式实施。还应理解，本文所使用的词语或术语用于描述而非限制。因此，尽管用于包括无级变速器的动力传动系统的滑动控制方法和配置已经借助其示例性实施例在上文被说明，但是在不脱离其精神、范围和本质的情况下，该滑动控制方法和配置可以被调整。

Claims (9)

1.一种控制动力传动系统滑动的方法，所述动力传动系统包括具有输出轴的原动机、具有输出部和连接至所述原动机的所述输出轴的输入部的无级变速器、具有输出部和连接至所述无级变速器的所述输出部的输入部的离合器、以及连接至所述离合器的所述输出部的负载；所述离合器具有在离合器的输入部和输出部之间的可控滑动水平，所述滑动控制方法包括：

根据所述原动机的输出轴的瞬时转速确定原动机的可获得扭矩；

使用所述原动机的输出轴的瞬时转速和所确定的可获得扭矩计算可用扭矩；以及

控制所述离合器的滑动水平，以便允许所述可用扭矩通过离合器，并且允许如果离合器的输出部和输入部之间的扭矩大于所计算的可用扭矩，则致使所述离合器滑动。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：

检测所述离合器的滑动水平；

根据所述离合器的滑动水平设定CVT比率，以便增加所述可用扭矩。

3.根据权利要求1所述的方法，还包括将所述动力传动系统整合到非公路车辆。

4.一种动力传动系统，包括：

原动机，其具有输出轴；

原动机转速传感器，其测量所述输出轴的转速；

CVT，其具有输出部和与所述原动机的所述输出轴相关联的输入部；

离合器，其具有输出部和与所述CVT的输出部相关联的输入部；

离合器滑动控制器，其控制允许在发生滑动之前通过离合器的扭矩水平；和

主控制器，其与所述原动机转速传感器和所述离合器滑动控制器相关联，所述主控制器被构造为使用来自所述原动机转速传感器的数据确定所述原动机的可获得扭矩，并且从所确定的可获得扭矩和来自所述原动机转速传感器的数据计算可用扭矩，并且被构造为设置所述离合器滑动控制器，以使得当大于所计算的可用扭矩的扭矩试图通过所述离合器时，离合器滑动。

5.根据权利要求4所述的动力传动系统，还包括用于检测离合器滑动的器件，以及用于设置CVT的输出/输入比率的比率控制器；其中，所述比率控制器在检测到滑动时降低CVT比率。

6.根据权利要求4所述的动力传动系统，其中滑动检测器件包括测量离合器输入部的转速的输入转速传感器和测量所述离合器输出部的转速的输出转速传感器。

7.根据权利要求4所述的动力传动系统，还包括人为使离合器脱离的用户控制器。

8.根据权利要求5所述的动力传动系统，其中所述比率控制器和所述离合器滑动控制器与所述主控制器集成。

9.根据权利要求4所述的动力传动系统，其中所述动力传动系统整合在非公路车辆中。

Images