CN102840324A - 小体积、低成本无级变速器电液控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小体积、低成本无级变速器电液控制系统，该电液控制系统可以实现无级变速器变速机构的数字化控制，同时可以实现离合器的车辆起步控制。本发明的有益效果是：1、降低了成本，利用2个高速开关阀代替传统的2个比例阀实现变速机构控制，利用普通电磁开关阀代替传统的高速开关阀实现离合器自动控制，总成本可节约1200元以上；2、缩小了体积，所有的功率级液压平衡阀的通径均选择为8mm，整个阀块的高度可以减小6mm以上；3、可靠性高，整个系统无精密的电液比例阀，其抗污染能力大大增强，同时采用全数字式电子驱动方式，其可靠性比传统的电液控制系统大有提高。

Description

小体积、低成本无级变速器电液控制系统

技术领域

本发明涉及一种汽车自动变速器电液控制系统，尤其是小体积、低成本的无级变速器电液控制系统。 

背景技术

节能减排、以人为本是当今世界发展的主题，顺应这种发展趋势，自上世纪80年代以来，汽车自动变速器将高效、节能、操作舒适、安全、可靠作为主要追求目标，相继诞生了全液压和电液比例控制系统。由于电液比例控制系统可以省去复杂、庞大的液压信号传递管路，用电信号传递液压参数，不但能加快系统响应，而且使整机动力系统控制更方便、灵活，在整机节能控制方面具有更好的优势，因此一经推出，便发展很快。时至今日，市场上所有国外品牌中高端汽车自动变速控制系统，全部采用机电液高度一体化的电液控制系统。 

与其他形式的汽车自动变速器电液控制系统相比，无级变速器电液控制系统不仅需要完成离合器的动态控制，而且需要完成变速机构的控制：具备快速准确跟踪目标夹紧力和准确跟踪目标速比的能力。其结构和功能相对复杂。各功能的具体要求如下：1、变速机构控制系统：①准确跟踪目标夹紧力的能力，合理控制金属带的夹紧力，是减少无级变速器液压系统溢流和节流损失、提高传动效率的重要措施。如果夹紧力过小，则金属带和带轮之间会打滑，不仅会降低传动效率，同时加剧金属带和带轮的磨损；如果夹紧力过大，会显著增大液压系统溢流和节流损失、降低无级变速器的传动效率，同时会缩短金属带使用寿命。根据汽车的运行工况，把夹紧力控制在合理的目标范围内是无级变速器电液控制系统的一个重要任务。因此，无级变速器电液控制系统应该能够在车辆行驶的任意工况下提供所需的极限液压力；并保证该液压力在很大范围内精确可调。②准确跟踪目标速比的能力。为了满足 经济性和动力性要求，应使无级变速器速比根据整车的行驶条件，按照驾驶员的意图自动实现动态匹配。因此，无级变速器电液控制系统需要在速比快速变化时向金属带轮液压缸提供足够的流量；同时尽量减少金属带夹紧力与速比调节过程中的耦合效应。2、起步离合器控制系统。在离合器工作过程中，要求其接合平顺、分离彻底，离合器的控制即是其主、从动盘之间的正压力控制。因此对于无级变速器电液控制系统来说，必须保证结合时，向前进/倒档液压缸提供足够的流量的能力，并且保证离合器接合后的压力稳定；保证分离时，完成前进/倒档液压缸快速泄荷；同时满足起步滑磨控制的要求。 

当前的无级变速器电液控制系统，为了实现以上各功能要求分别采用了如下方式。1、变速机构控制系统采用电液比例控制方式，控制原理如图2所示。夹紧力控制以电液比例溢流阀作为主控元件，工作原理为：TCU(变速器控制单元)根据汽车的行驶工况确定目标夹紧力，并计算出从动带轮液压缸的目标压力，然后将实际压力与目标压力相比较，根据两者之差通过控制算法给出控制量，调节比例溢流阀线圈的平均电流，从而改变比例溢流阀输出压力(从动带轮液压缸的压力)，实现目标夹紧力跟踪。速比控制以电液比例减压/泄荷阀为主控元件，采用位置闭环控制，具体的工作原理为：TCU采集主动带轮和从动带轮的转速，计算出实际速比，同时根据车辆行驶工况确定目标速比，并将两者的差值通过一定的算法给出控制量，调节调节比例减压阀线圈的平均电流，改变比例减压阀控制口的油压，即主动带轮液压缸的油压，主动带轮可移动部分在金属带轴向推力和油缸液压力作用下移动，改变主动带轮及从动带轮啮合半径，从而引起速比的变化，直至达到目标速比。2、起步离合器控制：在系统主回路上串联一个直动减压阀，系统主压力经过该直动减压阀减压后形成二级压力，以该二级压力为基准油压，通过TCU控制高速开关阀的占空比，实现先导压力的无级调节，利用该先导压力控制功率级平衡阀(离合器控制阀)控制口压力，实现起步离合器正压力的控制。 

当前普遍使用的这种无级变速器电液控制系统，制造成本较高、同时体积较大。其中成本较高的原因在于：在所有的电磁阀中，比例阀的制造成本 最高(单价超过了1000元)，其次是高速开关阀的制造成本(单价超过600元)，最便宜的是普通电磁阀(成本只有150元左右)，传统的无级变速器电液控制系统使用了比例溢流阀和比例减压阀各1个，同时使用了1个高速开关阀。体积较大的原因在于：由于无级变速器改变速比的快慢主要取决于比例减压阀向主动带轮液压缸的供油能力，而比例减压阀的通径大小是影响其供油能力的关键因素，需要较大的通径(不低于12mm)，该阀的大通径导致整个电液控制阀块在高度和宽度方向都比较大，在传动机构要求越来越紧凑的今天，其应用越来越受到现限制。 

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的无级变速器电液控制系统制造成本较高和体积较大等问题，提供一种低成本、小体积的电液控制系统。 

本发明的技术方案是，一种小体积、低成本无级变速器电液控制系统，包括变速器油箱，滤清器，液压油泵，主速比主控阀，副速比主控阀，夹紧力主控阀，自动变速箱主动带轮，主动带轮转速传感器，自动变速箱从动带轮，从动带轮转速传感器，金属带，金属带连接自动变速箱主动带轮和自动变速箱从动带轮，压力传感器，自动变速箱控制单元TCU，前进挡离合器，倒挡离合器，电子线路，离合器主控阀，电磁换向阀，蓄能缓冲阀，蓄能缓冲阀节流口，普通电磁阀，速比高速开关电磁阀，夹紧力高速开关电磁阀，直动式减压阀；油路连接关系为：变速器油箱经滤清器与液压油泵连接，液压油泵分别接主速比主控阀、副速比主控阀、夹紧力主控阀的输入口和自动变速箱从动带轮的进油口；主速比主控阀、副速比主控阀、夹紧力主控阀的反馈口与进油口连接；主速比主控阀的控制口与夹紧力高速开关电磁阀的输出口相连，卸油口接油箱，在输出口装有压力传感器；副速比主控阀、夹紧力主控阀的控制口与速比高速开关电磁阀的输出口相连，副速比主控阀、夹紧力主控阀的输出口与自动变速箱主动带轮进油口相连；离合器主控阀输入口与直动式减压阀出口相连，控制口与蓄能缓冲阀输入口相连，平衡压力反馈口连接输出口，输出口与三位四通电磁换向阀P口同时相连，卸油口接油箱；前进挡离合器接三位四通电磁换向阀A口，倒挡离合器接三位四通电 磁换向阀B口；三位四通电磁换向阀卸油口接油箱；普通电磁阀、速比高速开关电磁阀、夹紧力高速开关电磁阀的输入口连接直动式减压阀的输出口，卸油口接油箱；电路连接关系为：自动变速箱控制单元TCU分别接主动带轮转速传感器、从动带轮转速传感器，压力传感器，三位四通电磁换向阀、普通电磁阀、速比高速开关电磁阀，夹紧力高速开关电磁阀；主动带轮转速传感器、从动带轮转速传感器分别设在自动变速箱主动带轮和自动变速箱从动带轮旁。 

主速比主控阀、副速比主控阀、夹紧力主控阀、离合器主控阀为通径8mm的液压平衡阀。 

蓄能缓冲阀为一个通径为8mm的直动式溢流阀，该阀的开启压力为0.8MPa。 

蓄能缓冲阀节流口是通径为0.8mm阻尼孔。 

本发明的有益效果是：1、降低了成本，利用2个高速开关阀代替传统的2个比例阀实现变速机构控制，利用普通电磁开关阀代替传统的高速开关阀实现离合器自动控制，总成本可节约1200元以上；2、缩小了体积，所有的功率级液压平衡阀的通径均选择为8mm，整个阀块的高度可以减小6mm以上；3、可靠性高，整个系统无精密的电液比例阀，其抗污染能力大大增强，同时采用全数字式电子驱动方式，其可靠性比传统的电液控制系统大有提高。 

附图说明

图1是本发明工作原理示意图。 

图中，速器油箱(1)，滤清器(2)，液压油泵(3)，主速比主控阀(5)，副速比主控阀(6)，夹紧力主控阀(7)，自动变速箱主动带轮(8)，主动带轮转速传感器(9)，自动变速箱从动带轮(10)，从动带轮转速传感器(11)，金属带(12)，压力传感器(13)，自动变速箱控制单元TCU(14)，前进挡离合器(15)，倒挡离合器(16)，电子线路(17)，离合器主控阀(18)，电磁换向阀(19)，蓄能缓冲阀(20)，蓄能缓冲阀节流口(21)，普通电磁阀(23)，速比高速开关电磁阀(24)，夹紧力高速开关电磁阀(25)，直动式减压阀(26)。 

具体实施方式

实施例 

如图1所示，一种小体积、低成本无级变速器电液控制系统，其特征在于：包括变速器油箱1，滤清器2，液压油泵3，主速比主控阀5，副速比主控阀6，夹紧力主控阀7，自动变速箱主动带轮8，主动带轮转速传感器9，自动变速箱从动带轮10，从动带轮转速传感器11，金属带12，金属带12连接自动变速箱主动带轮8和自动变速箱从动带轮10，压力传感器13，自动变速箱控制单元TCU14，前进挡离合器15，倒挡离合器16，电子线路17，离合器主控阀18，电磁换向阀19，蓄能缓冲阀20，蓄能缓冲阀节流口21，普通电磁阀23，速比高速开关电磁阀24，夹紧力高速开关电磁阀25，直动式减压阀26；油路连接关系为：变速器油箱1经滤清器2与液压油泵3连接，液压油泵3分别接主速比主控阀5，副速比主控阀6，夹紧力主控阀7的输入口和自动变速箱从动带轮10的进油口；主速比主控阀5、副速比主控阀6、夹紧力主控阀7的反馈口与进油口连接；主速比主控阀5的控制口与夹紧力高速开关电磁阀25的输出口相连，卸油口接油箱1，在输出口装有压力传感器(13)；副速比主控阀6、夹紧力主控阀7的控制口与速比高速开关电磁阀24的输出口相连，副速比主控阀6、夹紧力主控阀7的输出口与自动变速箱主动带轮(8)进油口相连；离合器主控阀18输入口与直动式减压阀26出口相连，控制口与蓄能缓冲阀20输入口相连，平衡压力反馈口连接输出口，输出口与三位四通电磁换向阀19P口同时相连，卸油口接油箱1；前进挡离合器15接三位四通电磁换向阀19A口，倒挡离合器16接三位四通电磁换向阀19B口；三位四通电磁换向阀19卸油口接油箱1；普通电磁阀23、速比高速开关电磁阀24、夹紧力高速开关电磁阀25的输入口连接直动式减压阀26的输出口，卸油口接油箱1；电路连接关系为：自动变速箱控制单元TCU14分别接主动带轮转速传感器9、从动带轮转速传感器11，压力传感器13，三位四通电磁换向阀19、普通电磁阀23、速比高速开关电磁阀24，夹紧力高速开关电磁阀25；主动带轮转速传感器9、从动带轮转速传感器11分别设在自动变速箱主动带轮8和自动变速箱从动带轮10旁。 

主速比主控阀5、副速比主控阀6、夹紧力主控阀7、离合器主控阀18 为通径8mm的液压平衡阀。 

蓄能缓冲阀20为一个通径为8mm的直动式溢流阀，该阀的开启压力为0.8MPa。 

蓄能缓冲阀节流口21是通径为0.8mm阻尼孔。 

本发明工作原理： 

1、变速机构控制，自动变速箱控制单元TCU14根据汽车的行驶工况确定目标夹紧力，并计算出从动带轮液压缸的目标压力，然后将实际压力与目标压力相比较，根据两者之差通过控制算法给出控制量，调节速比高速开关电磁阀24的占空比，从而改变速比高速开关电磁阀24的输出压力，该压力作用于主速比主控阀5的一端，主速比主控阀5的另一端作用压力来自于液压油泵3出口压力，从而构成了一个先导液控式溢流阀，自动变速箱从动带轮10液压缸的压力因而受控于速比高速开关电磁阀24的占空比，实现目标夹紧力跟踪。夹紧力高速开关电磁阀25为主控元件，采用速比闭环控制，具体的工作原理为：自动变速箱控制单元TCU14通过主动带轮转速传感器9和从动带轮转速传感器11采集自动变速箱主动带轮8，自动变速箱从动带轮10的转速，计算出实际速比，同时根据车辆行驶工况确定目标速比，并将两者的差值通过一定的算法给出控制量，调节夹紧力高速开关电磁阀25线圈的占空比，从而改变夹紧力高速开关电磁阀25的输出压力，该输出压力作用于副速比主控阀6和夹紧力主控阀7的一端，副速比主控阀6和夹紧力主控阀7的另一端作用压力取自自己的输出口，从而构成了一个先导液控式减压阀，因此控制口的油压受控于夹紧力高速开关电磁阀25线圈的占空比，即自动变速箱主动带轮8液压缸的油压受控于夹紧力高速开关电磁阀25线圈的占空比，自动变速箱主动带轮8可移动部分在金属带12轴向推力和油缸液压力作用下移动，改变自动变速箱主动带轮8及自动变速箱从动带轮10啮合半径，从而引起速比的变化，直至达到目标速比。由于夹紧力高速开关电磁阀25的工作频率非常高，可以达到500Hz以上，其在小压力范围线性调节方面已经优于传统的比例阀，因此以其为主控元件，不会降低变速机构的控制品质。 

2、起步离合器控制：在车辆起步时，自动变速箱控制单元TCU14根据 驾驶员意图，控制普通电磁阀23打开，此时控制普通电磁阀23马上联通直动式减压阀26调节出的二次压力，该二次压力通过蓄能缓冲阀节流口21后作用于离合器主控阀18的一端，由于蓄能缓冲阀节流口21的作用，离合器主控阀18下端的压力不能马上建立起来，而是在蓄能缓冲阀20的作用下逐渐建立起来，蓄能缓冲阀20相当于一个蓄能器，其压力的建立需要一定体积的液压油充满，由于蓄能缓冲阀节流口21的作用，充油流量受到限制，需要0.8s的时间才能充满，在这段时间内，其压力呈现单调上升趋势。离合器主控阀18的另一端平衡压力取自自己的输出口，从而构成了一个先导液控式减压阀，在单调上升的控制压力下，其出口压力也呈现出单调上升曲线，从而完成离合器的自动滑磨控制。显然，这种自缓冲离合器控制方式与传统的高速开关阀控制方式相比，其缓冲时间不能自动调节，但由于无级变速器不同于其他形式的变速器，其离合器的应用只在汽车起步阶段，而行驶阶段换挡控制时不需要使用离合器，使用条件并非多变，因此调整好调压曲线后，应用于所有起步工况没有问题。这种自缓冲离合器控制方式，由于是全液压控制，软件程序参与较少，因此其可靠性大大增加，同时降低了成本。 

Claims (4)

1.一种小体积、低成本无级变速器电液控制系统，其特征在于：包括变速器油箱(1)，滤清器(2)，液压油泵(3)，主速比主控阀(5)，副速比主控阀(6)，夹紧力主控阀(7)，自动变速箱主动带轮(8)，主动带轮转速传感器(9)，自动变速箱从动带轮(10)，从动带轮转速传感器(11)，金属带(12)，金属带(12)连接自动变速箱主动带轮(8)和自动变速箱从动带轮(10)，压力传感器(13)，自动变速箱控制单元TCU(14)，前进挡离合器(15)，倒挡离合器(16)，电子线路(17)，离合器主控阀(18)，电磁换向阀(19)，蓄能缓冲阀(20)，蓄能缓冲阀节流口(21)，普通电磁阀(23)，速比高速开关电磁阀(24)，夹紧力高速开关电磁阀(25)，直动式减压阀(26)；油路连接关系为：变速器油箱(1)经滤清器(2)与液压油泵(3)连接，液压油泵(3)分别接主速比主控阀(5)，副速比主控阀(6)，夹紧力主控阀(7)的输入口和自动变速箱从动带轮(10)的进油口；主速比主控阀(5)、副速比主控阀(6)、夹紧力主控阀(7)的反馈口与进油口连接；主速比主控阀(5)的控制口与夹紧力高速开关电磁阀(25)的输出口相连，卸油口接油箱(1)，在输出口装有压力传感器(13)；副速比主控阀(6)、夹紧力主控阀(7)的控制口与速比高速开关电磁阀(24)的输出口相连，副速比主控阀(6)、夹紧力主控阀(7)的输出口与自动变速箱主动带轮(8)进油口相连；离合器主控阀(18)输入口与直动式减压阀(26)出口相连，控制口与蓄能缓冲阀(20)输入口相连，平衡压力反馈口连接输出口，输出口与三位四通电磁换向阀(19)P口同时相连，卸油口接油箱(1)；前进挡离合器(15)接三位四通电磁换向阀(19)A口，倒挡离合器(16)接三位四通电磁换向阀(19)B口；三位四通电磁换向阀(19)卸油口接油箱(1)；普通电磁阀(23)、速比高速开关电磁阀(24)、夹紧力高速开关电磁阀(25)的输入口连接直动式减压阀(26)的输出口，卸油口接油箱(1)；电路连接关系为：自动变速箱控制单元TCU(14)分别接主动带轮转速传感器(9)、从动带轮转速传感器(11)，压力传感器(13)，三位四通电磁换向阀(19)、普通电磁阀(23)、速比高速开关电磁阀(24)，夹紧力高速开关电磁阀(25)；主动带轮转速传感器(9)、从动带轮转速传感器(11)分别设在自动变速箱主动带轮(8)和自动变速箱从动带轮(10)旁。

2.根据权利要求1所述的小体积、低成本无级变速器电液控制系统，其特征在于：主速比主控阀(5)、副速比主控阀(6)、夹紧力主控阀(7)、离合器主控阀(18)为通径8mm的液压平衡阀。

3.根据权利要求1所述的小体积、低成本无级变速器电液控制系统，其特征在于：蓄能缓冲阀(20)为一个通径为8mm的直动式溢流阀，该阀的开启压力为0.8MPa。

4.根据权利要求1所述的小体积、低成本无级变速器电液控制系统，其特征在于：蓄能缓冲阀节流口(21)是通径为0.8mm阻尼孔。