CN101788052B

CN101788052B - 电机驱动cvt电液控制系统

Info

Publication number: CN101788052B
Application number: CN 200910250852
Authority: CN
Inventors: 郝建军; 蒋强; 吕威; 卫建伟; 杨英; 张�雄
Original assignee: Chongqing University of Technology
Current assignee: Chongqing University of Technology
Priority date: 2009-12-30
Filing date: 2009-12-30
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2029-12-30
Also published as: CN101788052A

Abstract

本发明公开了一种电机驱动CVT电液控制系统，包括主动轮液压缸、从动轮液压缸、并联在主动轮液压缸和从动轮液压缸上的速比控制回路和夹紧力控制回路。本发明的速比控制回路和夹紧力控制回路并联在主动轮液压缸和从动轮液压缸的两个主油路上，分别控制速比和夹紧力，相互关联却又互不干涉，能实现规定范围内任意速比和夹紧力的精确调节；由于用直流电机驱动CVT液压泵工作从而避免了节流损耗和溢流、卸荷损耗，另外电动机与执行元件的液压缸可做到较为理想的功率匹配；同时该控制系统的使用寿命长、可靠性高、生产成本低、体积小、重量轻，可以实现高度集成一体化。

Description

电机驱动CVT电液控制系统

技术领域

本发明涉及一种金属带式无级变速器，属于无级变速传动领域，尤其涉及一种电机驱动CVT电液控制系统。

技术背景

无级变速传动是一种理想的传动方式，自汽车诞生以来一直是人们追求的目标。金属带式无级自动变速器能根据车辆行驶条件自动连续变化速比，使发动机按最佳燃油经济性曲线或最佳动力性曲线工作。它与常规变速传动相比，可以显著提高汽车的燃油经济性，改善汽车的动力性和乘坐舒适性，降低发动机的排放污染等优点。

现有技术中，汽车金属带式无级变速器绝大部分采用电子液压系统控制，电液控制系统CVT(Continuously Variable Trans-mission)最主要的耗能零部件是泵和液压系统。如图1所示，系统中的油泵1a由发动机带动，只要发动机工作，油泵1a和液压系统就要工作，尤其是目前绝大多数用的都是齿轮泵，属于定量泵，为了保证调速的反应速度，必须保证一定的流量，为了保证液压缸对锥盘-金属带的夹紧力，必须保证足够大的压力，能量损耗是不可避免的，是这种加压和调速系统固有的特点和缺点。电液控制系统CVT除了存在上述的缺点外，还存在以下不足：一、电液控制系统中油泵1a由发动机带动，若是发动机工作在高速状态下多余的油泵排量流回油箱，无形中就产生很大的节流损耗；若是发动机转速低时，又会引起压力阀可以调节的有效范围减小，影响无级变速器的工作性能；二、电液控制系统中速比控制和夹紧力控制存在互相牵扯相互干扰的缺陷；三、夹紧力的大小主要通过滑阀2a(比例阀)控制，但滑阀价格贵，易受磨损，抗污染能力差，低负荷下运行时经济性差。

发明内容

针对现有技术中的不足之处，本发明提供了一种高效节能、可靠性高、成本低廉的电机驱动CVT电液控制系统。

本发明提供的电机驱动CVT电液控制系统，包括主动轮液压缸、从动轮液压缸、并联在主动轮液压缸和从动轮液压缸上的速比控制回路和夹紧力控制回路；

所述速比控制回路包括直流电机I、双向液压泵和双向液压锁，所述双向液压泵由直流电机I驱动，双向液压泵的两个油口分别与双向液压锁的进油口连通，双向液压锁的出油口分别与主动轮液压缸和从动轮液压缸连通；

所述夹紧力控制回路包括直流电机II、油泵、单向阀和锥阀，所述油泵由直流电机II驱动，油泵的出油口与两个单向阀的进油口连通，其中一个单向阀的出油口与主动轮液压缸连通，另一个单向阀的出油口与从动轮液压缸连通；在其中一个单向阀与主动轮液压缸连通的主油路上和另一个单向阀与从动轮液压缸连通的主油路上分别并联一个锥阀，所述锥阀的出油口连接油箱。

进一步，所述速比控制回路还包括梭阀，所述梭阀并联在双向液压泵的两个油口分别与双向液压锁的进油口连通的主油路之间，梭阀的进油口与油箱连通；

进一步，所述夹紧力控制回路还包括安全阀，所述安全阀并联在与主动轮液压缸和从动轮液压缸连通的主油路之间并靠近主动轮液压缸和从动轮液压缸，安全阀的出油口连接油箱；

进一步，所述夹紧力控制回路还包括蓄能器，所述蓄能器连接在油泵的出油口与两个单向阀的进油口连通的支油路上；

进一步，还包括电机和电磁阀控制回路，所述电机和电磁阀控制回路包括主动轮压力传感器、从动轮压力传感器、输入轴转速传感器、输出轴转速传感器和控制器；所述主动轮压力传感器设置在主动轮液压缸的进油口端，从动轮压力传感器设置在从动轮液压缸的出油口端，所述主动轮压力传感器和从动轮压力传感器分别通过A/D转换器与控制器连接；所述输入轴转速传感器固定设置在主动轮的转轴上，输出轴转速传感器固定设置在从动轮的转轴上，所述输入轴转速传感器和输出轴转速传感器的信号输出端接入控制器；所述控制器分别通过驱动器控制直流电机I、直流电机II和锥阀。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、解决了目前电液控制系统中速比控制和夹紧力控制互相牵扯干扰的问题。本发明的速比控制回路和夹紧力控制回路并联在主动轮液压缸和从动轮液压缸的两个主油路上，分别控制速比和夹紧力，相互关联却又互不干涉，能实现规定范围内任意速比和夹紧力的精确调节。

2、本发明的电机驱动CVT电液控制系统的液压泵跟发动机分离开来，由专门的直流电机带动，解决了节流功率损耗问题，同时由于液压泵的进油口与出油口分别与主动轮液压缸和从动轮液压缸连通，从而减小了液压泵出入口之间的压力差，可以很大程度上减少功率损耗。初步计算一般情况下传递150NM扭矩速比调节时直流电机消耗的最大功率不到300瓦。因此能最大限度的节省燃油，经济性好。

3、节能效果显著。由于用直流电机驱动液压泵工作从而避免了节流损耗和溢流、卸荷损耗，另外电动机与执行元件的液压缸可做到较为理想的功率匹配。

4、提高了系统的寿命和可靠性，有效降低生产成本。由于用价格低廉、可靠性高的定量泵和锥阀(高速开关电磁阀)取代价格贵、精度要求高的滑阀(比例阀)，克服了滑阀成本高，易受磨损，抗污染能力差，低负荷下运行时经济性差的缺点。

5、体积小、重量轻、效率高，可以实现高度集成一体化。

附图说明

图1为现有技术中电液控制系统的结构示意图；

图2为本发明的电机驱动CVT电液控制系统的结构示意图；

图3为电机和电磁阀控制回路的方框原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。

图2为本发明的电机驱动CVT电液控制系统的结构示意图，图3为电机和电磁阀控制回路的方框原理图，如图所示：电机驱动CVT电液控制系统包括主动轮液压缸12、从动轮液压缸13、电机和电磁阀控制回路、并联在主动轮液压缸12和从动轮液压缸13上的速比控制回路和夹紧力控制回路。本实施例中，CVT(Continuously Variable Trans-mission)指无级变速器。

速比控制回路包括直流电机I1、双向液压泵2、梭阀3和双向液压锁4。双向液压泵2由直流电机I1驱动，双向液压泵2的两个油口分别与双向液压锁4的进油口连通，双向液压锁4的出油口分别与主动轮液压缸12和从动轮液压缸13连通；梭阀3并联在双向液压泵2的两个油口分别与双向液压锁4的进油口连通的主油路之间，梭阀3的进油口与油箱连通。其中主动轮液压缸12和从动轮液压缸13的横截面面积相等。双向液压泵2、双向液压锁4、主动轮液压缸12和从动轮液压缸13组成闭式油路，由直流电动机I1向双向液压泵2提供动力。系统中梭阀3的作用是使闭式油路无论速比增加还是减小均能给系统补充油液，防止双向液压泵2的吸油口吸收空气。

夹紧力控制回路包括直流电机II8、油泵7、单向阀5、安全阀10、蓄能器6和锥阀9(本实施例采用高速开关电磁阀)。油泵7由直流电机II8驱动，油泵7的出油口与两个单向阀5的进油口连通，其中一个单向阀的出油口与主动轮液压缸12连通，另一个单向阀的出油口与从动轮液压缸13连通；在其中一个单向阀与主动轮液压缸12连通的主油路上和另一个单向阀与从动轮液压缸13连通的主油路上分别并联一个锥阀9，锥阀9的出油口连接油箱。安全阀10并联在与主动轮液压缸12和从动轮液压缸13连通的主油路之间并靠近主动轮液压缸12和从动轮液压缸13，安全阀10的出油口连接油箱，安全阀10的作用是保证回路中的油压不超过系统设定的最大值。蓄能器6连接在油泵7的出油口与两个单向阀5的进油口连通的支油路上，支油路上的蓄能器6可有效地稳定液压回路的压力波动。

电机和电磁阀控制回路包括主动轮压力传感器11a、从动轮压力传感器11b、输入轴转速传感器、输出轴转速传感器和控制器。主动轮压力传感器11a设置在主动轮液压缸12的进油口端，从动轮压力传感器11b设置在从动轮液压缸13的出油口端，主动轮压力传感器11a和从动轮压力传感器11b分别通过A/D转换器与控制器连接。输入轴转速传感器固定设置在主动轮的转轴上，输出轴转速传感器固定设置在从动轮的转轴上，输入轴转速传感器和输出轴转速传感器的信号输出端接入控制器。控制器分别通过驱动器控制直流电机I1、直流电机II8和锥阀9。

直流电机I1的转速、方向和运行时间由控制器(本实施例的控制器采用单片机)控制，形成PWM调速式闭式液压系统。当电机I1正转时，主动轮液压缸12和从动轮液压缸13向右移，且移动距离相等，这样主动轮工作半径变大，从动轮工作半径变小，速比增加。当速比增加到目标速比时，单片机控制直流电机I1停止运转，此后速比就保持在当前目标速比下，直到下次需要变速时直流电机I1重新开始运转才发生改变。同理当直流电机I1反转时速比减小，速比减小的量也是由直流电机I1的运转时间确定。另外PWM脉宽调制占空比越高，直流电机I1转动的速度就越大，这样主动轮液压缸12和从动轮液压缸13运动的速度就越快，速比调节响应就越快。

夹紧力控制回路主要是控制金属带夹紧力的大小来高效的传递扭矩。具体的实施是通过控制锥阀9的脉冲宽度调制(PWM)技术来调节的。系统中的两个锥阀9属于二位二通阀，分别连着主油路和油箱，当锥阀9通电时(即电磁阀开)主油路与油箱接通。需要进行压力控制时，锥阀9的控制口进行开和关的交替动作，此时主油路的流量以及油压的增量将与锥阀9的变调率成正比。若要使控制主油路压力升高，就延长锥阀9关的时间；反之，若要主油路的压力降低则延长锥阀9开的时间。控制口压力的值通过主动轮压力传感器11a和从动轮压力传感器11b反馈至控制器，控制器将反馈值与目标值比较后，将相应的控制信号经驱动器送到锥阀，根据脉宽调制工作方式，调整锥阀9开或关的时间长短不同(即通过的平均流量不同)，从而达到控制压力高低的目的。锥阀9对油液清洁度要求低，泄漏量也比较小。

驾驶员发动汽车后，控制系统开始工作，控制器(单片机)首先通过A/D转换器接口将各种传感器的信号读入，单片机根据采集到的相关信号通过分析处理来确定无级变速器的目标速比和夹紧力。单片机外接驱动器，通过PWM调速控制直流电机I1的正反转、运转时间和运转速度，从而控制速比。至于夹紧力控制是由直流电机II8和锥阀9来完成的。直流电机II8工作，主油路的压力值通过压力传感器反馈至控制器，与目标夹紧力比较后控制器通过控制锥阀9的脉冲宽度调制(PWM)技术来调节夹紧力。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种电机驱动CVT电液控制系统，包括主动轮液压缸（12）和从动轮液压缸（13），其特征在于：还包括并联在主动轮液压缸（12）和从动轮液压缸（13）上的速比控制回路和夹紧力控制回路；

所述速比控制回路包括直流电机Ⅰ（1）、双向液压泵（2）和双向液压锁（4），所述双向液压泵（2）由直流电机Ⅰ（1）驱动，双向液压泵（2）的两个油口分别与双向液压锁（4）的进油口连通，双向液压锁（4）的出油口分别与主动轮液压缸（12）和从动轮液压缸（13）连通；

所述夹紧力控制回路包括直流电机Ⅱ（8）、油泵（7）、单向阀（5）和锥阀（9），所述油泵（7）由直流电机Ⅱ（8）驱动，油泵（7）的出油口与两个单向阀（5）的进油口连通，其中一个单向阀的出油口与主动轮液压缸（12）连通，另一个单向阀的出油口与从动轮液压缸（13）连通；在其中一个单向阀与主动轮液压缸（12）连通的主油路上和另一个单向阀与从动轮液压缸（13）连通的主油路上分别并联一个锥阀（9），所述锥阀（9）的出油口连接油箱；

还包括电机和电磁阀控制回路，所述电机和电磁阀控制回路包括主动轮压力传感器（11a）、从动轮压力传感器（11b）、输入轴转速传感器、输出轴转速传感器和控制器；所述主动轮压力传感器设置在主动轮液压缸（12）的进油口端，从动轮压力传感器设置在从动轮液压缸（13）的出油口端，所述主动轮压力传感器和从动轮压力传感器分别通过A/D转换器与控制器连接；所述输入轴转速传感器固定设置在主动轮的转轴上，输出轴转速传感器固定设置在从动轮的转轴上，所述输入轴转速传感器和输出轴转速传感器的信号输出端接入控制器；所述控制器分别通过驱动器控制直流电机Ι（1）、直流电机Ⅱ（8）和锥阀（9）。

2.根据权利要求1所述的电机驱动CVT电液控制系统，其特征在于：所述速比控制回路还包括梭阀（3），所述梭阀（3）并联在双向液压泵（2）的两个油口分别与双向液压锁（4）的进油口连通的主油路之间，梭阀（3）的进油口与油箱连通。

3.根据权利要求1所述的电机驱动CVT电液控制系统，其特征在于：所述夹紧力控制回路还包括安全阀（10），所述安全阀（10）并联在与主动轮液压缸（12）和从动轮液压缸（13）连通的主油路之间并靠近主动轮液压缸（12）和从动轮液压缸（13），安全阀（10）的出油口连接油箱。

4.根据权利要求1所述的电机驱动CVT电液控制系统，其特征在于：所述夹紧力控制回路还包括蓄能器（6），所述蓄能器（6）连接在油泵（7）的出油口与两个单向阀（5）的进油口连通的支油路上。