CN103270349A - 控制装置以及控制在机器中的传动装置的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用在具有传动装置(20)的机器(10)中的方法，所述传动装置具有操作模式并且包括第一动力源路径(22)和第二动力源路径(24)以及组合动力输出(82)。所述第一动力源路径(22)包括变速器(28)。控制传动装置(20)的所述方法包括：操作所述第一动力源路径(22)；给控制器(20)提供指示所述传动装置(20)的操作模式的信号；以及如果所述信号指示所述传动装置(20)在至少预设的时间段期间处于空档，那么至少部分地使所述变速器(28)挂空。

Description

控制装置以及控制在机器中的传动装置的方法
技术领域
本发明总体涉及一种扭矩分流式变速传动装置，以及更特别地涉及一种用于控制在包括扭矩分流式无级变速传动装置的机器中的传动装置的控制装置以及一种控制在包括扭矩分流式无级变速传动装置的机器中的传动装置的方法。
背景技术
诸如为多级液压机械式传动装置的扭矩分流式无级传动装置(CVT)经常用在机动的机器中。液压机械式传动装置例如可包括变速器形式的液压泵和液压马达。授予Fabry等人并转让给本发明受让人的美国专利US7,530,913公开一种多级液压机械式传动装置，其包括联接到液压马达的液压泵。发动机的扭矩被传递到泵和平行于行星齿轮传动装置的机械轴和多个齿轮、离合器组件以及同步装置。当传动装置啮合时，这些装置可被构造为，当机器静止不动时，即处于零的地面速度时，变速器在转动。保持传动装置处于这种配置于是导致在机器怠速运转时浪费燃料。取决于变速器的配置，这些损失可能大约是怠速燃料燃烧的20％。当机器在怠速时消耗其使用的相当大的一部分时，燃料消耗变得特别显著。
发明内容
本发明的方法和控制系统目的在于，克服上述一个或多个问题。
在一方面，本发明描述了一种用在包括传动装置的机器中的方法，所述传动装置具有操作模式并且包括第一动力源路径和第二动力源路径以及组合动力输出。所述第一动力源路径包括变速器。控制传动装置的所述方法包括以下步骤：操作所述第一动力源路径；给控制器提供指示传动装置的操作模式的信号；以及如果所述信号指示传动装置在至少预设的时间段期间处于空档，那么至少部分地使所述变速器挂空。
在另一方面，本发明还描述了一种在机器的变速传动装置中的控制系统。所述传动装置具有操作模式并且包括第一动力源路径和第二动力源路径以及组合动力输出。所述第一动力源路径包括变速器。所述控制系统包括：可选择性调整的操作模式选择器，其适于提供指示所选择的操作模式的信号；计时器，其适于提供指示时间推移的信号；以及促动器，其适于控制第一动力源路径的至少一部分的操作状态。所述控制系统还包括与所述促动器处于电通信的控制器。所述控制器适于接收指示所选择的操作模式的信号。所述控制器还被构造为给所述促动器提供信号，如果指示所选择的操作模式的所述信号指示所述传动装置在至少预设的时间段期间处于空档，至少部分地使所述变速器的至少一部分挂空。
在又一方面，本发明还描述了一种包括传动装置和控制器的机器。所述传动装置具有操作模式并且包括第一动力源路径和第二动力源路径以及来自第一动力源路径和第二动力源路径的组合动力输出。所述第一动力源路径包括泵和马达(变速器)。所述传动装置还包括：可选择性调整的操作模式选择器，其适于提供指示所选择的操作模式的信号；计时器，其适于提供指示时间推移的信号；促动器，其适于控制第一动力源路径的至少一部分的操作状态。控制器与所述促动器处于电通信并且适于接收指示所选择的操作模式的信号。所述控制器还被构造为给所述促动器提供信号，如果指示所选择的操作模式的所述信号指示所述传动装置在至少预设的时间段期间处于空档，至少部分地使所述变速器的至少一部分挂空。
附图说明
包含在说明书中且构成说明书一部分的附图示出了本发明的示例性实施例，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1示出了传动装置的剖视图；
图2示出了根据本发明的控制系统的示例性实施例的示意图；
图3是根据本发明的用于操作变速器的示例性方法的流程图；
图4是根据本发明的用于操作变速器的示例性方法的替代实施例的流程图；
图5是根据本发明的用于操作变速器的示例性方法的另一替代实施例的流程图；
图6是根据本发明的用于操作变速器的示例性方法的又一替代实施例的流程图。
具体实施方式
本发明涉及一种操作变速器的方法，以及一种包含无级变速传动装置中的扭矩分流式装置中的变速器的控制系统和机器(总体上示出为附图标记10)。所述方法、系统和机器10可普遍地应用于任一使用这样一种布置的机器10中。例如，术语“机器”可涉及执行某种类型的与诸如矿业、建筑、农业、运输的工业或任一其他现有技术中已知的工业有关的操作的任一机器10。仅仅作为例子，机器10可以是交通工具、反铲装载机、路面冷铣刨机、轮式装载机、压土机、伐木归堆机、林业机器、运送装置、收割机、挖掘机、工业装载机、钳式装载机、材料装卸机、自动平地机、管道铺设机、路料复拌机、滑移装载机、集材机、伸缩臂叉车、拖拉机、推土机、拖拉机式铲运机或其他铺路或地下开采设备。另外，一种或多种器械可以连接到机器10，并且可以由传动装置驱动。
参照图1，示出了示例性无级变速传动装置20的局部横截面视图，通过该无级变速传动装置20可利用所述方法。尽管在此描述了无级变速传动装置20的一种特定实施例，但无级变速传动装置可以是任一类型的、具有用于执行在此公开的方法的合适零部件的无级变速传动装置。所公开的装置包括第一动力源路径22和第二动力源路径24。例如，无级变速传动装置20可以是包括静液压式传动装置30在内的液压机械式传动装置26和机械式传动装置32。
尽管本发明详细解释了一种液压机械式传动装置26，但任一合适的替代装置都可以使用。作为例子并且不是局限性的，静液压式传动装置30可以实施为替代的动力源路径，例如驱动机电式传动装置的电动机(未示出)、电池和马达(未示出)、液压蓄能器和马达(未示出)、发电机和电动机(未示出)、或者其他能够提供输入动力的装置，而并不会脱离本发明的范围。
发动机34(参见图2)驱动液压机械式传动装置26。发动机34例如可以是内燃机，尽管发动机34可以是任一类型的能够给如在此描述的无级变速传动装置20提供动力的装置。发动机34通过输入构件36输出到静液压式传动装置30和机械式传动装置32两者。输入构件36分别通过第一固定输入齿轮40和第二固定输入齿轮42提供分流式动力到静液压式传动装置30和机械式传动装置32的行星装置44(参见图1)。静液压式传动装置30和行星装置44然后通过行星输出轴组件82给机械式传动装置32提供输出。行星装置44包括第一和第二轴向对齐的行星齿轮系74、76，第一或第二轴向对齐的行星齿轮系74、76中的每一个都像通常那样包括太阳轮78、支架56和齿圈80。
术语“固定”可以理解为与之集成的、长久附接的、用销连接的、通过花键连接而相互连接的，或者例如通过焊接或者通过任一其他对于具有本领域普通技术的人员而言已知的方法熔合的。
静液压式传动装置30包括变速器28，其包括可变容积泵46和与泵46流体连通的马达48。泵46的容积可以如现有技术中已知地由斜板47控制或者由替代装置控制(参见图2)。斜板47的角度可以由促动器49控制，该促动器可以是任一合适的设计。
可变容积泵46通过与第一固定的输入齿轮40啮合的静液压式传动装置输入齿轮50被连接到发动机34(参见图1)。马达48可以是可变容积的或固定容积的，如所示出的。马达48通过静液压式传动装置输出齿轮54输出至到行星装置44的第二行星输入构件52。因此，静液压式传动装置30的泵46利用来自发动机34的分流式输入动力，流体地驱动马达48从而以连续变化的速率比将来自发动机34的输入动力转换为静液压的输出动力。
液压机械式传动装置26包括联接到输入构件36的第二固定输入齿轮42，所述第二固定输入齿轮42通过支架56给行星装置44提供输入。行星装置44将从第一动力源路径22到第二行星输入构件52的静液压输出动力与来自第二动力源路径24经由第二固定输入齿轮42的分流式输入机械动力相结合，以通过行星输出轴组件82给机械式传动装置32提供液压机械的输出动力。所示的行星输出轴组件82包括内部轴84和对齐的由内部轴84支撑的套筒86，诸如空心构件或毂。到内部轴84和套筒86的输出取决于第一和第二轴向对齐的行星齿轮系74、76的零部件的布置和连接。在所示的实施例中，套筒86通过第一行星输出齿轮90输出。内部轴84通过第二行星输出齿轮92和通过辅助驱动齿轮94输出。
在最初由行星装置44和机械式传动装置32的传动比设定的每一范围内的速度和扭矩可以通过改变静液压式传动装置30的输出速度在给定的操作模式内连续改变。因此，机械式传动装置32允许多种允许宽的速度及扭矩操作范围的可选择操作模式，而液压机械式传动装置26通过从静液压式传动装置30经由行星装置44输出而具有的连续可变能力允许在给定操作模式内的连续可变的速度和扭矩控制。这提供了将在连续可变的速度和扭矩范围内的液压机械式输出动力应用到负载，例如车辆的一个或多个轮子或土方作业机器的履带。在每一动力源路径22、24的最初由行星装置44的齿轮比设定的范围内的速度和扭矩可以通过改变静液压式传动装置30的行程来无限地改变。换句话说，行星装置44通过多个齿轮、同步组件或同步装置60、62、64、离合器组件66、68和第一及第二输出构件70、72给最终输出构件58提供输出。
从行星输出轴组件82的输出通过多个可旋转地安装的齿轮90、92、94、114、116、120、122、128、同步装置60、62、64、毂102、104和离合器组件66、68传递到第一和第二输出构件70、72中的一个或另一个以及传递到最终输出构件58。第一和第二输出构件70、72是可旋转地安装的轴的形式，第一和第二输出轴齿轮96、98分别固定地安装至所述轴。第一和第二输出轴齿轮96、98被安装为与最终驱动齿轮100啮合，该驱动齿轮又固定地安装至最终输出构件58。通过这种方式，从第一输出构件70和第二输出构件72的旋转分别通过第一输出齿轮96和第二输出轴齿轮98被传递到最终输出构件58并且被传递到最终驱动齿轮100。换句话说，行星装置44提供通过多个齿轮90、92、94、96、98、100、114、116、120、122、128、同步装置60、62、64、对齐的套筒或毂102、104、第一和第二离合器组件66、68以及第一和第二输出构件70、72行星输出到包括最终输出构件58在内的机械式传动装置32的选择。
在操作传动装置20期间，操作员(未示出)可通过可选择性调整的操作模式选择器95(参见图2)选择所期望的档位。在各种实施例中，操作员可从诸如停车、空档、低速向前、高速向前、低速倒档、高速倒挡和辅助向前的操作模式中选择。
参见图2，在操作时，给控制器200提供一个信号，指示所选择的与特定档位配置相对应的操作模式。如本领域技术人员可以理解地，信号例如可以来自操作模式选择器95或来自替代的传感器。
传动装置20可选择性地还包括到控制器200的输入。例如，一个或多个温度传感器204、206、208等可以给控制器200提供信号，指示变速器28的温度。例如，可以设置这样一种温度传感器204，如所示地测量泵46或马达48的温度或任一其他可以提供变速器28温度指示的位置的温度。替代地，温度传感器206、208可以被布置为分别测量流入马达48或从马达48流出的油液的温度。
控制器200与促动器49电通信，并且被构造为给促动器49提供信号。通过这种方式，控制器200被构造为给促动器49提供信号，指示所希望的泵46的容积，以及由此指示斜板47的角度。泵46的容积又控制马达48的输出。控制器200也可以包括内部计时器，或还可以设置外部计时器202。
控制器200可包括处理器(未示出)和记忆元件(未示出)。处理器可以是微处理器或本领域已知的其他处理器。在一些实施例中，处理器可以由多个处理器构成。处理器可以执行用于控制第一动力源路径22的指令，在本实施例中处理器通过促动器49执行用于控制第一动力源路径22的指令。这些指令可以被读入或包含到计算机可读介质中，例如记忆元件或从外部提供给处理器。在替代实施例中，可以代替软件指令或与软件指令相结合地使用硬件连接的电路来实施在此公开的方法。因此，实施例并不局限于硬件电路和软件的任一特定组合。
在此使用的术语“计算机可读介质”指参与给用于执行的处理器提供指令的任一介质或介质组合。这种介质可采用许多形式，包括但不局限于非易失性介质、易失性介质和传输介质。非易失性介质例如包括光盘或磁盘。易失性介质包括动态存储器。传输介质包括同轴缆线、铜线和光纤，并且还可采用声波或光波的形式，诸如在无线电波和红外线数据通讯期间产生的那些声波或光波。
计算机可读介质的通常形式例如包括软盘、软碟、硬盘、磁带、或其他磁性介质、CD-ROM、任一其他光学介质、穿孔卡、纸带、任一其他具有孔图案的物理介质、RAM、PROM、和EPROM、FLASH-EPROM、任一其他存储芯片或卡盘、如下文描述的载波、或任一其他计算机或处理器可读的介质。
记忆元件可包括如上文所描述的任一形式的计算机可读媒介。记忆元件可包括多个记忆元件。
控制器200可装入单个壳体内，或者它可以包括多个可操作地连接且装入多个壳体中的部件。控制器200可位于发动机、机器或车辆上。在其他实施例中，控制器200可位于多个可操作地连接的位置(包括在发动机上、机器上或车辆上)上，以及位于远处。
根据在此公开的方法(例如图3)以及控制系统，指示所选择的操作模式情况的信号通过操作模式选择器95或替代的传感器被提供给控制器200。在所示的实施例中，操作模式选择器95给控制器200提供指示所选择的操作模式的信号。控制器200然后确定所选择的操作模式是否是“空档”。如果所选择的操作模式不是“空档”，那么根据本发明的方法沿着第一动力源路径22不对变速器28进行变更。替代地，如果所选择的操作模式是“空档”，那么控制器200确定在至少预先选择的时间段期间所选择的操作模式是否是“空档”。如果所选择的操作模式在至少预设的时间段期间是“空档”，那么控制器200发送信号，使变速器28挂空(neutralize)。在本发明的实施例中，控制器200发送信号给促动器49，以调整斜板47，使泵46的容积最小化，由此使马达48的动作最小化。因此，控制器200适于接收指示所选择的操作模式的信号，并且被构造为，如果指示所选择的操作模式的信号指示在至少预设的时间段期间所选择的操作模式是“空档”，那么给促动器49提供信号，以至少部分地使变速器28的至少一部分挂空。
预设的时间段可以是任一适合的、足够指示操作模式选择器95将会立即被置于替代的操作模式中的时间段。例如，预设的时间段可以大约为十秒，尽管预设的时间段可以大于十秒或小于十秒。例如，预设的时间段大约为五秒、六秒、七秒、八秒、九秒、十一秒、十二秒、十三秒、十四秒、或十五秒或更多秒。但预设的时间段可以是更长的或更短的时间段。
根据本发明的另一特征，所述方法可以依赖于附加的输入，也就是说，可以确认在使变速器28挂空之前必须满足的其他条件。例如，在“空档”模式期间的变速器28的运转可以帮助加热系统中的油。所以，在图4所示的实施例中，一旦变速器28被加热或已到达预设的温度，变速器28在本发明的方法下只能被挂空。通过这种方法，可以使用如由传感器204测量的变速器28的绝对温度。替代地，可使用如由传感器208测量的从变速器28流出的油的温度。
通过另一个例子，替代的标准可以用于变速器28的挂空。如在图5中所示，一旦选择的操作操作模式是“空档”，在确定是否适合使变速器28挂空中可以使用温度的变化。换句话说，如果如例如通过传感器204测量的变速器28的温度降到预先确定的水平，或如例如通过传感器206、208测量的变速器28上的温度差降到预先确定的值，那么可以使变速器28挂空。如图4所示，变速器28的挂空可以附加地依赖于变速器28的充分加热。此外，如图6所示，所述方法不需要必需的基于时间推移的包括逻辑。
工业实用性
本发明可应用于使用第一动力源路径22和第二动力源路径24的传动装置20。例如，本发明可应用于液压机械式传动装置、以及使用静液压式传动装置30或替代装置的传动装置，诸如驱动机电式传动装置的电动机(未示出)、电池和马达(未示出)、液压蓄能器和马达(未示出)、发电机和电动机(未示出)或能够提供输入动力的其他装置。
包含双动力源路径22、24的传动装置20可在空档时消耗相当大量的操作时间。然而，保持来自变速器28的最大流动可导致显著的燃料消耗。本发明的方法和/控制装置可引起燃料节省，而不会在传动装置26从空档放置到前进或倒退操作模式时引起不利的延迟。
易于理解的是，以上描述提供本发明系统和技术的例子。然而，可设想的是，本发明的其他实施方式可在细节上与上述例子不同。所有对本发明和本发明例子的引述意在引述在那时讨论的特殊例子，而不是更一般地意味着在本发明范围上的限制。所有关于某些特征的区别和轻视的语言意在说明这些特征缺乏优选，而不是将它们整个地从本发明范围中排除，除非另有说明。
在此除非另有说明，对值的范围的陈述仅意在作为一种分别提及落入范围内的每一单个值的速记方法，并且每一单个值都包含在说明书中，如同已单独地记载了这些数值。在此所描述的所有方法都能够以任一合适的顺序执行，除非在此另有说明或明显地与上下文相矛盾。
相应地，在适用法律允许的情况下本发明包括所附权利要求书中记载的主题的所有改进和等同物。此外，本发明包括上文所描述的在其所有可能变型中的元件的任一组合，除非在此另有说明或明显地与上下文相矛盾。

Claims (10)

1.一种在包括传动装置的机器(10)中的控制传动装置(20)的方法，所述传动装置具有操作模式并且包括第一动力源路径(22)和第二动力源路径(24)以及组合动力输出(82)，所述第一动力源路径(22)包括变速器(28)，所述方法包括以下步骤：
操作所述第一动力源路径(22)；
给控制器(200)提供指示所述传动装置(20)的操作模式的信号；以及
如果所述信号指示在至少预设的时间段期间操作模式处于空档，那么至少部分地使变速器(28)挂空。
2.按照权利要求1所述的方法，其中，预设的时间段大约是十秒。
3.按照权利要求1或2中任一项所述的方法，其中，所述第一动力源路径(22)包括泵(46)和马达(48)。
4.按照权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述第一动力源路径(22)和所述第二动力源路径(24)输出到行星齿轮装置(44)。
5.按照权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述挂空步骤包括降低所述泵(46)的输出。
6.按照权利要求5所述的方法，其中，所述降低步骤包括调整所述泵(46)的斜板(47)。
7.按照权利要求5或6中任一项所述的方法，其中，降低所述泵(46)的输出至少部分地使马达(48)挂空。
8.按照权利要求6或7中任一项所述的方法，其中，所述调整步骤包括促动器(49)的操作以调整所述泵(46)的斜板(47)。
9.在机器(10)的变速传动装置(20)中的控制系统，所述传动装置(20)包括操作模式并且具有第一动力源路径(22)和第二动力源路径(24)、组合动力输出(82)，所述第一动力源路径(22)包括变速器(28)，所述控制系统使用按照权利要求1至8中任一项所述的方法并且包括：
可选择性调整的操作模式选择器(95)，其能够提供指示所选择的操作模式的信号；
计时器(202)，其能够提供指示时间推移的信号；
促动器(49)，其能够控制变速器(28)的至少一部分的操作状态；以及
控制器(200)，其与所述促动器(49)处于电通信并且能够接收指示所选择的操作模式的信号，所述控制器(200)能够给所述促动器(49)提供信号，如果指示所选择的操作模式的所述信号指示所述传动装置(20)在至少预设的时间段期间处于空档，至少部分地使所述变速器(28)的至少一部分挂空。
10.一种机器(10)，包括按照权利要求9所述的控制系统，所述机器(10)包括：
传动装置(20)，包括：
第一动力源路径(22)，所述第一动力源路径(22)包括变速器(28)，所述变速器(28)包括泵(46)和马达(48)中的至少一个；
第二动力源路径(24)；
来自所述第一动力源路径(22)和所述第二动力源路径(24)的组合动力输出(82)；
可选择性调整的操作模式选择器(95)，所述选择器能够提供指示所选择的操作模式的信号。
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