CN103174826B - 一种比例控制式无级变速器流量主动控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种比例控制式无级变速器流量主动控制系统，双联液压泵分为主泵单元和副泵单元，主泵单元和副泵单元的进油口与油箱相连；主泵单元的出油口分别接主单向阀和副单向阀，主单向阀的另一端分别接溢流阀的进油口和节流口，溢流阀的出油口接油箱；节流口的另一端接执行机构；副单向阀的另一端接换向阀的进油口A；副泵单元的出油口接换向阀的进油口A；换向阀的出油口O接油箱，换向阀的外控口B经比例减压阀接节流口的前端，比例减压阀与自动变速箱控制单元TCU电连接。本发明的有益效果：1、大幅降低液压系统的能量损失，实现系统流量的最优匹配；2、易于达到实时准确的流量切换的工作性能；3、大幅提高系统工作效率；4、双重反馈信号及时精确，实时反映系统流量变化，控制精度高。

Description

一种比例控制式无级变速器流量主动控制系统

技术领域

本发明涉及一种比例控制式无级变速器流量主动控制系统，主要应用于无级变速器液压系统中，尤其是小体积、低成本的无级变速器液压系统。 

背景技术

随着能源危机形势日益严峻，面临的能源短缺问题日益严重，在当今世界发展变革大潮中应运而生的共同主题便是节能减排，以人为本，汽车自动变速器领域的发展也应该顺应这种发展潮流和趋势。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；进入20世纪90年代，汽车界对无级变速器技术的研究开发日益重视，采用节能泵设计，更好的适应发动机不同工况要求，根据发动机的不同工况要求进行系统的流量调节，通过流量调节和流量切换，降低不必要的流量损失和能量损耗，提高整个无级变速器的效率，从而达到节能减排的目的。根据当今技术未来发展趋势，无级变速器的各部件都将实现专用化，那么将来无级变速器专用的流量切换系统也将被推广应用，因此无级变速器专用的流量切换系统技术的开发研究就显得格外必要和重要了。 

液压泵供油系统是无级变速器技术系统里面非常重要的一个部分，是整个系统的关键部件。双作用叶片结构具有尺寸小、重量轻、流量均匀和噪音低等优点，被广泛运用于各类小型的液压系统中。传统的液压系统是采用一个双作用叶片泵进行单泵供油，双作用叶片泵一般由发动机通过传输带来驱动，因此双作用叶片泵的输出流量与发动机转速成正比，为了防止发动机高速运转时液压泵输出的流量过大，对执行机构的安全造成不利影响，一般在系统中通过溢流阀和节流阀组成限流限压阀组，将超过最大流量的多余流量部分溢回油箱。通过分析发现，现行液 压系统存在一些不足：单泵系统流量不能进行调节，只能通过阀组溢回超过最大流量的多余流量部分，如此便产生了大量的能量损耗，降低整个系统的工作效率，从而也降低了无级变速器的传动效率，多余流量越多，功率损失越大。根据实验数据分析，在这种液压系统的能量损耗中，带传动能量损失、系统重量的能量损失、液压泵的能量损失大约占17％，而大约有46％的能量损失来源这种限流限压阀组产生的多余流量之中，最终只有大约为3％为有效功率，所以要想达到节能减排，降低成本的发展目标，提升整个无级变速器系统的工作性能，提高整个无级变速器系统的工作效率，完善无级变速器的技术优势，就要着力解决系统中存在的能量损耗问题，降低因“多余流量”而带来的过多能量损失，从而降低功率损耗，提高无级变速器的传动效率。 

目前现行改进的流量控制技术为ECU电控单元控制流量切换，该技术实质上是通过控制双联泵工作的切换实现流量的调节。ECU流量控制系统中，双联泵与发动机输出轴机械连接，双联泵的副泵单元出油口与电磁换向阀进油口连接，电磁换向阀出油口与油箱连接，电磁换向阀的电磁控制端与ECU电控单元电连接，ECU电控单元与发动机上的转速传感器连接。当发动机低速旋转时，ECU电控单元不发出控制信号；当发动机旋转速度达到主泵单元单独的输出流量达到执行元件工作所需流量的速度时，ECU电控单元接收发动机的转速信号，通过一定规则输出控制信号，控制电磁换向阀进行换向，实现双联泵副泵单元出油口和油箱的连通，从而降低系统流量。在上述控制方式中，ECU的信号来源是发动机转速反馈，然而当发动机转速提高到使主泵单元输出流量达到执行元件工作所需流量之前，主、副泵单元合流提供的系统流量已经超过了执行元件的工作流量，因此还是存在相当程度的多余流量通过溢流阀回油，仍然产生一定程度的流量损失和功率损失，存在一定程度的能量损失。显然，上述控制方式存在着反馈信号单一，控制精度不高，控制效果存在缺陷的不足。 

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的液压系统中能量损失大、功率损失高， 系统工作效率低、控制效率以及控制精度低等问题，提供一种比例控制式无级变速器流量主动控制系统，对系统流量进行比例控制式的实时调节。 

本发明的技术方案是，一种比例控制式无级变速器流量主动控制系统，包括一个双联液压泵，双联液压泵分为主泵单元和副泵单元，主泵单元和副泵单元的进油口与油箱相连，双联液压泵的转子与液压泵连接；主泵单元的出油口分别接主单向阀和副单向阀，主单向阀的另一端分别接溢流阀的进油口和节流口，溢流阀的出油口接油箱；节流口的另一端接执行机构；副单向阀的另一端接换向阀的进油口A；副泵单元的出油口接换向阀的进油口A；换向阀的出油口O接油箱，换向阀的外控口B经比例减压阀接节流口的前端，比例减压阀与自动变速箱控制单元TCU电连接。 

双联液压泵是由两个排量为8ml/r的双作用式叶片泵组成。 

溢流阀是一个调压范围为0～6MPa的溢流阀。 

节流口是一个孔径为的金属小孔。 

换向阀是一个缓变式二位二通换向阀，包括上阀盖，下阀盖，上阀盖弹簧，阀芯，下阀盖弹簧，活动阀座，进油口A，出油口O，外控口B，上阀盖与下阀盖通过螺栓连接，在阀芯上有开有U形槽，在阀芯下端开有下端盲孔，在下端盲孔上开有阻尼孔。 

比例减压阀的开启压力为0.5MPa，公称压力为4.5MPa。 

本发明具有如下的技术效果，本发明在发动机输出轴上安装一个齿轮与另一个相配合的从动齿轮啮合，从动齿轮轴端安装一个双联泵，该轴带动双联泵同步旋转，输出流量与发动机的转速成正比，与发动机工况进行实时联系；该双联泵作为液压动力元件给系统供油，液压泵出口连结一个单向阀，防止回油。副、主泵单元出口通过单向阀连接，利用单向阀进行流向的控制，实现合流和分流；通过溢流阀进行保压，保持系统的压力稳定，系统最大压力为5MPa。通过压差传感器和转速传感器将节流口两端压差信号和发动机转速信号引入TCU自动变速箱控制单元中，TCU与比例减压阀电连接，比例减压阀与换向阀连接；TCU接收到压差信号和发动机转速信号后，按一定规则输出控制信号，控制比例减压阀的阀芯移动，从而调节比例减压阀的输 出压力缓变升高，进而通过比例阀的输出压力控制换向阀的换向，通过换向阀的换向实现副泵单元的工作调整和工作切换，从而达到实现系统的流量切换，降低能量损耗的目的；本发明的有益效果是：1、大幅降低液压系统的能量损失，实现系统流量的最优匹配；2、易于达到实时准确的流量切换的工作性能；3、大幅提高系统工作效率；4、通过流量信号反馈和转速信号反馈实现流量的比例控制，双重反馈信号及时精确，实时反映系统流量变化，控制精度高。 

附图说明

图1是本发明的结构原理示意图。 

图2是本发明换向阀结构示意图。 

具体实施方式

如图1所示，一种比例控制式无级变速器流量主动控制系统，包括一个双联液压泵1，双联液压泵1分为主泵单元9和副泵单元8，主泵单元9和副泵单元8的进油口与油箱2相连，双联液压泵1的转子与液压泵3连接；主泵单元9的出油口分别接主单向阀11和副单向阀10，主单向阀11的另一端分别接溢流阀4的进油口和节流口5，溢流阀4的出油口接油箱2；节流口5的另一端接执行机构6；副单向阀10的另一端接换向阀7的进油口A；副泵单元8的出油口接换向阀7的进油口A；换向阀7的出油口O接油箱2，换向阀7的外控口B经比例减压阀12接节流口5的前端，比例减压阀12与自动变速箱控制单元TCU电连接；双联液压泵1是由两个排量为8ml/r的双作用式叶片泵组成；溢流阀4是一个调压范围为0～6MPa的溢流阀；节流口5是一个孔径为的金属小孔；换向阀7是一个缓变式二位二通换向阀；比例减压阀12的开启压力为0.5MPa，公称压力为4.5MPa。 

本发明利用一个双联液压泵1为系统供油，双联液压泵1的转子与液压泵3连接，与发动机输出轴同步转动，输出流量与发动机转速成正比，实时反映发动机的各工况状态；双联液压泵1从油箱2吸油，并从主泵单元9和副泵单元8各自的出油口输出油液。当发动机转速较低时，双联液压泵1输出的流量也较小。此时换向阀7处于断开油路的状态，副泵单元8输出的油液只能通过副单向阀10流到主泵单元9的出油口，与主泵单元9输出的油液合流，一起为执行机构供油。通过执行机构工作所需流量25L/min设定节流口压差为0.1MPa和孔口半径。通过在节流孔处安装的压差传感器和在发动机飞轮齿圈上安装的转速传感器，可以实时的将系统流量信号和发动机转速信号引入TCU自动变速箱控制单元中。随着发动机转速的逐渐提高，双联泵主、副两个泵单元的输出流量也逐渐增大，系统流量增大，节流口两端的压差值逐渐升高，压差信号和发动机转速信号进入到TCU中，TCU采集到输入信号后，进行综合判断和处理，经过运算、判断和决策等信息加工处理后，按照控制器中存储的控制规律发出相应的控制信号，控制比例减压阀12阀芯的移动，调节比例减压阀12的出口压力缓变升高，进而换向阀7通过引入的液压力和阀内的弹簧力差动实现换向，换至接通油路的状态。由于TCU的控制比例减压阀12阀芯缓变移动，比例减压阀12出口压力缓变升高，进而控制换向阀7进行缓变式换向，此时副泵单元8输出的油液直接通过换向阀7流回油箱。节流口5压差越大，发动机转速越高则TCU输出的控制信号越强，比例减压阀12出口压力越大，换向阀7阀口的开度越大。由于换向阀7的缓变换向，保证了系统流量稳定在25L/min，副泵单元8出口处的压力渐变下降为零，副单向阀10关闭，阻止主泵单元9的油液流回副泵单元8的出油口。因此在最终状态下只有一个主泵单元9向执行机构6输出油液，因而只有主泵单元9输出的多余油液通过溢流阀4流回油箱2而产生功率损失。副泵单元8通过换向阀7回油，由于换向阀的开口量很大，副泵单元8出口处压力接近于零，因此做功近似为零，从而产生的功率损失极小，可以忽略不计。通过上述方法，能有效减少通过溢流阀4回油的流量损失，进而降低了这部分多余流量造成的能量损耗。执行机构6为无级变速器金属带夹紧机构。

如图2所示，为了实现流量切换控制，换向阀7是一个缓变式二位二通换向阀，包括上阀盖13，下阀盖19，上阀盖弹簧14，阀芯15，下阀盖弹簧20，活动阀座17，进油口A，出油口O，外控口B，上阀盖13与下阀盖19通过螺栓18连接，在阀芯15上端开有U形槽16，在阀芯15下端开有下端盲孔21，在下端盲孔21上开有阻尼孔22，外控口B接入比例减压阀12的输出压力信号；换向阀7中活动阀座17一端与阀芯15接触，一端连接下阀 盖弹簧20；阀芯15一端与活动阀座17接触，一端连接上阀盖弹簧14；在发动机低速旋转，系统流量没有达到执行机构工作流量时，通过溢流阀4的保压作用和比例减压阀12的压力控制作用，换向阀7由液压力和弹簧力作用达到平衡状态，此时换向阀的进油口A和外控口B为阻断状态；随着转速提高，当系统流量达到执行机构的工作流量时，此时节流口5两端压差达到0.1MPa，经过控制调节后的比例减压阀12输出压力增大，外控口B的压力油经过活动阀座17进入到阀芯15的下端盲孔21，一部分油液通过阻尼小孔22从出油口O流出；此时在换向阀7内形成液压力和弹簧力的差动，从而实现换向阀7的换向。换向阀7内设置有上阀盖弹簧14和下阀盖弹簧20，通过弹簧的交替蓄能和释能作用调节换向阀7换向速度，选用较大刚度的弹簧，从而达到减小输出流量波动，减小液压振动和冲击的目的；阀芯15上开有U型槽16，在阀口还未完全开启的时候，进油口A的油液则有一部分通过U型槽16进入液压油道，从出油口0流出，当阀口完全开启时，则U型槽16失去作用，进油口A和出油口O直接连通。通过在阀芯15设置U型槽16可以达到减小整个换向阀7的换向冲击和输出流量的波动，使系统的稳定性更高，流量切换工作效率更高。换向阀7能根据发动机的实时工况进行连续换向，调整副泵单元8的实时压力和流量输出，进而实现流量切换，调节系统流量大小，使系统在降低流量损失和能量损耗的前提下保证执行机构正常工作，采用缓变式二位二通换向阀，结构简单紧凑，便于安装调整，制造成本低。 

Claims (5)

1.一种比例控制式无级变速器流量主动控制系统，包括一个双联液压泵(1)，其特征在于：双联液压泵(1)分为主泵单元(9)和副泵单元(8)，主泵单元(9)和副泵单元(8)的进油口与油箱(2)相连，双联液压泵(1)的转子与液压泵(3)连接；主泵单元(9)的出油口分别接主单向阀(11)和副单向阀(10)，主单向阀(11)的另一端分别接溢流阀(4)的进油口和节流口(5)，溢流阀(4)的出油口接油箱(2)；节流口(5)的另一端接执行机构(6)；换向阀(7)是一个缓变式二位二通换向阀，包括上阀盖(13)，下阀盖(19)，上阀盖弹簧(14)，阀芯(15)，下阀盖弹簧(20)，活动阀座(17)，进油口A，出油口O，外控口B，上阀盖(13)与下阀盖(19)通过螺栓(18)连接，在阀芯(15)上端开有U形槽(16)，在阀芯(15)下端开有下端盲孔(21)，在下端盲孔(21)上开有阻尼孔(22)；副单向阀(10)的另一端接换向阀(7)的进油口A；副泵单元(8)的出油口接换向阀(7)的进油口A；换向阀(7)的出油口O接油箱(2)，换向阀(7)的外控口B经比例减压阀(12)接节流口(5)的前端，比例减压阀(12)与自动变速箱控制单元TCU电连接。

2.根据权利要求1所述的比例控制式无级变速器流量主动控制系统，其特征在于：双联液压泵(1)是由两个排量为8ml/r的双作用式叶片泵组成。

3.根据权利要求1所述的比例控制式无级变速器流量主动控制系统，其特征在于：溢流阀(4)是一个调压范围为0～6MPa的溢流阀。

4.根据权利要求1所述的比例控制式无级变速器流量主动控制系统，其特征在于：节流口(5)是一个孔径为的金属小孔。

5.根据权利要求1所述的比例控制式无级变速器流量主动控制系统，其特征在于：比例减压阀(12)的开启压力为0.5MPa，公称压力为4.5MPa。