CN102927226A - 类球面无级变速系统 - Google Patents

Abstract

一种类球面无级变速系统，该系统由控制器和类球面无级变速执行机构所组成。电子控制器通过控制伺服电机来调整类球面无级变速执行机构过渡轮支架转动的角度，进而控制过渡轮与主动轮盘和从动轮盘的接触位置，从而实现连续无级变速。所述类球面无级变速执行机构由主轴（1）、主动轮盘（3）、过渡轮（4）、加力钢球（6）、波形密封弹簧（7）、蜗轮（9）、被动轮盘（10）、输出轴（17）、伺服电机（11）和外壳组成；本发明采用类球面无级变速系统，利用电子控制器自动控制类球面无级变速执行机构，达到无级变速的目的。本发明具有变速范围大、结构简单、成本低、扭矩传递效率高等优点。本发明适用于自动变速箱无级变速。

Description

类球面无级变速系统

 

技术领域    

    本发明涉及一种类球面无级变速系统，属汽车变速器技术领域。

背景技术    

汽车的诞生和发展伴随着变速箱的诞生和发展。汽车变速箱有好几种：在中国最多的是机械式变速箱（MT）；它的优点是高效率，维护少，价格低，缺点是人工换档，驾驶员工作量大，驾驶技术不易掌握，甚至造成危险，而且常常由于挂在不合适的档位上而造成效率低，油耗高，排放高。液压式自动变速箱（AT）是自动换档，但效率低，复杂因此较贵。无级变速箱（CVT）自动无级变换传动比，因此可使发动机产生高效率，但传递功率仍较小，而且寿命有待延长。电控机械式自动变速箱（AMT）像AT一样由电子控制自动换档变换传动比，操纵简单，又像MT一样高效，缺点是有动力中断，换挡时没有AT那么平顺。双离合器（DCT）没有动力中断，但较复杂和贵。自动变速器问题已经严重困扰所有国内汽车生产厂家，AT、CVT、AMT、DCT这些基于国外专利技术的方案，在国产汽车上的应用处于焦虑不安的艰难选择之中，由于越来越强调节能减排，DCT方案已经成为目前国内各大汽车厂家的主选方向，但据有关资料查询，目前国内研发的DCT（一汽、青山变速器公司等）传动效率可以达到89%左右，但这还是很不理想，因此一种新型的高效的、简单的自动变速箱就成为人们追求的目标。

发明内容    

本发明的目的是针对上述专利技术的不足，本发明公开一种新型类球面无级变速系统，并给出了具体的控制策略。

本发明的技术方案是，本发明类球面无级变速系统由电子控制器和类球面无级变速执行机构所组成；电子控制器通过控制伺服电机来调整类球面无级变速执行机构过渡轮支架转动的角度，进而控制过渡轮与主动轮盘和从动轮盘的接触位置，从而实现连续无级变速。

类球面无级变速执行机构由主轴、主动轮盘、过渡轮、加力钢球、波形密封弹簧、蜗轮、被动轮盘、输出轴、伺服电机和外壳组成。

主动轮盘和被动轮盘是带有圆弧的廻转曲面，主动轮盘固定在主轴一端，主动轮盘可以随主轴旋转；被动轮盘通过轴承安装在主轴另一端，被动轮盘可以围绕主轴作旋转运动；被动轮盘通过连接件与输出轴连接，将输出力矩传递到输出轴。主轴中部穿过中空形状的过渡轮，过渡轮被制作成左右两半，可以分别与主动轮盘和被动轮盘点处接触。过渡轮组件的回转中心与主动轮盘和被动轮盘的截面圆弧的圆心相重合。当过渡轮组件在纸面平面内顺时针或反时针转动的时候，过渡轮与主动轮盘接触点A和过渡轮与被动轮盘接触点B的位置将随之变动，使主动轮盘与被动轮盘的实际工作半径成反向变化，一个增大的同时另一个则减小，从而实现连续无级的变速。

变速控制是通过安装在类球面无级变速执行机构上与主轴垂直的伺服电机驱动蜗轮，带动过渡轮轴承支架转动来实现的。而对过渡轮支架转动的角度的调整是通过系统的电子控制器对伺服电机的控制来完成。

电子控制器包括信号处理、故障诊断、故障处理、最优变比决策和驱动器控制等主要部分。电子控制器根据输入的驾驶员指令和系统本身的状态来确定最佳传动比。一旦最佳传动比得到确定，控制器即指使执行器实现该传动比。在动力传动过程中，主动轮盘带动过渡轮，过渡轮又带动被动轮盘。过渡轮被夹在输入轮盘和输出轮盘之间承受传递力矩的角色，因此负载的扰动会给速度变化过程的稳定性提出了更高的要求，因此对于他的精确控制带来了一定的困难。为了驱动器控制准确和稳定，本发明采用前馈加模糊增益控制的PID，另加滑模控制而得到了很好的效果。为减低伺服电机工作强度和提高稳定性，伺服电机可采用自锁式机械驱动机构。

最优变比的决策是根据车辆有关传感器的输入信号、本系统与其它系统进行通讯而发出和获得的信号来确定。车辆有关传感器的输入信号包括油门踏板信号、刹车信号、方向盘转角信号等。本系统与其它系统进行通讯而发出和获得的信号输入包括输入轴转速、输出轴转速、过度轮盘位置、如果采用电机作为动力源驱动，电动机的转速及电流等信号也被用来作为输入来优化传动比的选择以使整个系统处于最佳状态。如采用气动或液压，气压和油压以及位移等信号也被用来作为输入来优化传动比的选择以使整个系统处于最佳状态。

本发明的有益效果是，本发明采用类球面无级变速系统，利用电子控制器自动控制类球面无级变速执行机构，达到无级变速的目的。本发明具有变速范围大、机构简单、控制简单、制造成本低、扭矩传递效率高等优点。

本发明适用于自动变速箱无级变速。

附图说明    

图1为类球面无级变速器原理图；

图2 为变速执行机构；

图3 为主动轮盘3和被动轮盘10的截面形状；

图4 为加力钢球和“V”型槽；

图5 为过渡轮组件结构示意图；

图6为类球面无级变速系统框图；

图中图号：1是主轴；2是轴承；3是主动轮盘；4是过渡轮；5是过渡轮轴承；6是加力钢球；7是波形密封弹簧；8是过渡轮轴承支架；9是蜗轮；10是被动轮盘；11是伺服电机；12是轴承；13是轴承；14是轴承；15是止推轴承；16是圆螺母；17是输出轴；A是过渡轮与主动轮盘接触点；B是过渡轮与被动轮盘接触点；P是推力；610是电源供给；620是电子控制器；630是和变速箱连接的AMT动力执行装置；640是类球面无级变速装置；650是动力执行装置的驱动器；660是车辆有关传感器的输入信号；670是本系统与其它系统进行通讯而发出和获得的信号。

具体实施方式   

本发明的具体实施方式如图1所示。

类球面无级变速器原理如图1所示。主动轮盘3和被动轮盘10的工作表面看似一个内球面，实际上不是球面，而是带有圆弧的廻转曲面，其截面形状如图3所示。圆弧R的圆心偏离轮盘回转轴一个距离h。

本发明实施例类球面无级变速器的过渡轮4做成中空的形状，主轴1可以从中穿过，这样布局可以大大改善轮盘3和10的支撑轴承的受力情况，减少轴承的摩擦功率损耗，延长轴承的工作寿命。

过渡轮4被制作成左右两半，与主动轮盘3和被动轮盘10在（图1）A点和B点处接触。过渡轮组件的回转中心与主动轮盘3和被动轮盘10的截面圆弧的圆心相重合。当过渡轮组件在纸面平面内顺时针或反时针转动的时候，接触点A和B的位置将随之变动，使主动轮盘3与被动轮盘10的实际工作半径成反向变化，一个增大的同时另一个则减小，从而实现连续无级的变速。

变速控制是通过伺服电机11驱动蜗轮9，带动过渡轮轴承支架8转动来实现的。电机驱动的优点是系统简单，其实也可采用气动泵或液压装置来驱动。

左右过渡轮4之间用波形弹簧7将其向两边推开，使得左右两个过渡轮4始终与轮盘3和10的工作表面紧密贴合并具有一个初始的接触压力。另外还有沿圆周分布的加力钢球6，在左右过渡轮4的后端面上开有“V”型槽（见图4），加力钢球被放置在相对布置的“V”型槽中，当左右过渡轮4之间发生扭矩传递的时候，加力钢球6在“V”型槽的作用下产生将左右过渡轮4向两边推开的推力，使过渡轮4与主动轮盘3和被动轮盘10压得更紧。这就是机构自动产生压紧力与所传递的扭矩成正比，适当选取“V”型槽的“V”型角度，使自动产生的压紧力能够满足摩擦传动所需要压力，就能保证传动安全的运行。过渡轮组件结构如图5所示。

主动轮盘3和被动轮盘10的转动方向相同，因此轴承12、14、15所承受的工作转速等于主动轮盘3和被动轮盘10的转速之差。当传动比等于1的时候，这个工作转速等于零。

由加力钢球6自动产生的挤压力，将会作用到主动轮盘3和被动轮盘10上，再传递到轴承2和轴承13上，使这两个轴承在承受径向负载的同时承受轴向负载。过渡轮组件所处角度不同的时候，施加到主动轮盘3和被动轮盘10上的轴向和径向负载是变化的。由于有贯穿式的主轴1和推力轴承15的存在，使轴承2和轴承13上轴向负载相等部分被轴承15所承受，因此轴承2和轴承13上只承受轴向负载的差额部分，从而减轻了轴承2和轴承13的轴向负载，而推力轴承15所承受的轴向力在主动轮盘3和被动轮盘10的转速之差条件下产生功率损耗，这就使总的轴承摩擦功率损耗减小。加力钢球6所产生的挤压力，推动主动轮盘3和被动轮盘10，使轴承2和轴承13承受很大的弯矩，由于贯穿式主轴的存在将弯矩分散到距离较大的轴承2和轴承13之间，从而大大减轻了轴承的弯矩负载。

过渡轮4角度的精密控制至关重要,它决定了变速箱的实时速比。过渡轮4角度的控制是通过控制系统里的电子控制器620驱动一个变速执行机构的伺服电机11来完成。

电子控制器620包括信号处理、故障诊断、故障处理、最优变比决策和驱动器控制等主要部分。电子控制器根据输入的驾驶员指令和系统本身的状态来确定最佳传动比。一旦最佳传动比得到确定，控制器即指使执行器实现该传动比。在动力传动过程中，主动轮盘带动过渡轮4，过渡轮4又带动被动轮盘。过渡轮4被夹在输入轮盘和输出轮盘之间承受传递力矩的角色因此负载的扰动会给速度变化过程的稳定性提出了更高的要求，因此对于他的精确控制带来了一定的困难。为了驱动器控制准确和稳定，本发明采用前馈加模糊增益控制的PID，另加滑模控制而得到了很好的效果。为减低伺服电机工作强度和提高稳定性，伺服电机可采用自锁式机械驱动机构。

最优变比的决策是根据车辆有关传感器的输入信号660、本系统与其它系统进行通讯而发出和获得的信号670来确定。车辆有关传感器的输入信号（660）包括油门踏板信号、刹车信号、方向盘转角信号等；本系统与其它系统进行通讯而发出和获得的信号670包括输入轴转速、输出轴转速、过度轮盘位置等。如果采用电机作为动力源驱动，电动机的转速及电流等信号也被用来作为输入来优化传动比的选择以使整个系统处于最佳状态。如采用气动或液压，气压和油压以及位移等信号也被用来作为输入来优化传动比的选择以使整个系统处于最佳状态。

Claims (4)

1.一种类球面无级变速系统，其特征在于，所述系统由控制器和类球面无级变速执行机构所组成；电子控制器通过控制伺服电机来调整类球面无级变速执行机构过渡轮支架转动的角度，进而控制过渡轮与主动轮盘和从动轮盘的接触位置，从而实现连续无级变速。

2.根据权利要求1所述的一种类球面无级变速系统，其特征在于，所述类球面无级变速执行机构由主轴、主动轮盘、过渡轮、加力钢球、波形密封弹簧、蜗轮、被动轮盘、输出轴、伺服电机和外壳组成；所述主动轮盘和所述被动轮盘是带有圆弧的廻转曲面，所述主动轮盘固定在主轴一端，主动轮盘可以随主轴旋转；所述被动轮盘通过轴承安装在主轴另一端，被动轮盘可以围绕主轴作旋转运动；被动轮盘通过连接件与输出轴连接，将输出力矩传递到输出轴；主轴中部穿过中空形状的过渡轮，所述过渡轮被制作成左右两半，可以分别与主动轮盘和被动轮盘点处接触；过渡轮组件的回转中心与主动轮盘和被动轮盘的截面圆弧的圆心相重合。

3.根据权利要求1所述的一种类球面无级变速系统，其特征在于，所述电子控制器包括信号处理、故障诊断、故障处理、最优变比决策和驱动器控制；电子控制器根据输入的驾驶员指令和系统本身的状态来确定最佳传动比；一旦最佳传动比得到确定，控制器即指使执行器实现该传动比。

4.根据权利要求3所述的一种类球面无级变速系统，其特征在于，所述最优变比的决策是根据车辆有关传感器的输入信号、本系统与其它系统进行通讯而发出和获得的信号来确定；车辆有关传感器的输入信号包括油门踏板信号、刹车信号、方向盘转角信号；本系统与其它系统进行通讯而发出和获得的信号包括输入轴转速、输出轴转速、过度轮盘位置；如果采用电机作为动力源驱动，电动机的转速及电流等信号也被用来作为输入来优化传动比的选择以使整个系统处于最佳状态。

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