CN103574020B

CN103574020B - 操作多模式无级变速器的方法

Info

Publication number: CN103574020B
Application number: CN201310310135.3A
Authority: CN
Inventors: V.A.尼拉肯坦; A.W.菲利普斯; Z.谢
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2012-07-23
Filing date: 2013-07-23
Publication date: 2017-03-01
Anticipated expiration: 2033-07-23
Also published as: DE102013214027A1; CN103574020A; US8608618B1

Abstract

本发明涉及在模式转换器件消除转矩中断的方法。在多模式无级变速器中，该多模式无级变速器具有变化器，行星齿轮组件，将行星齿轮组件中的第一部件接地以提供低操作速度的低模式制动器和将行星齿轮组件中的第二部件接地以提供高操作速度的高模式制动器，提供模式向上转换的方法包括步骤：将变化器的比从低比调节到高比，在转换的转矩阶段期间释放低模式制动器同时接合高模式制动器并且在转换的惯性阶段期间将变化器比从高比减小到低比，由此消除转矩中断并提供不变的转矩输出。

Description

操作多模式无级变速器的方法

技术领域

本公开涉及多模式无级变速器（CVT）并且更具体地涉及一种操作多模式无级变速器的方法，其消除了在模式转换期间的转矩中断。

背景技术

本部分中的陈述仅提供了与本公开相关的背景信息，并可能构成或可能不构成现有技术。

无级变速器提供到机动车的主减速器组件的平稳的、无级段的功率传递。因此它们对驾驶员来说是有吸引力的，不仅因为它们消除了传统的换挡，而且还因为它们能够将发动机速度和转矩紧密地匹配到车辆载荷，由此改善了性能和燃料经济性。

但是，它们不是没有缺点，最显眼的通常是它们的有点受限的输入-输出速比范围。而多挡位（传统的）变速器能装备有任意数量的前进挡，现在通常是六个、七个或八个，以提供任何期望的输入-输出比范围，无级变速器通常不具有这种可扩充能力。

因此，在许多应用中，基本的无级设备，例如变化器，与一个或多个齿轮系和接合（选择）设备例如离合器协作，从而提供一个或多个额外的速度（挡位）比，从而增大变化器的速比范围。这种额外的变速器部件的结果是，虽然变化器的输出是平稳的且无换挡的，车辆操作者已经习惯的操作感觉，但是这种额外的换挡部件经常在变化器从低比（高速度范围）向高比（低速度范围）调节或重置时提供突然的比变化。这种比变化在没有到主减速器组件的转矩传递中断的情况下难以实现并且因此难以在不被驾驶员和乘客感知的情况下实现。

本发明涉及解决该问题并且提供了在多模式无级变速器中的平稳的且几乎不能被检测的模式转换。

发明内容

本发明是一种通过消除在模式转换期间的转矩中断而提供在多模式无级变速器中的改善的模式转换的方法。该变速器包括变化器，行星齿轮组件，与行星齿轮组件协作以提供低操作速度（高传动比）的低模式制动器（离合器）和与行星齿轮组件协作以提供高操作速度（低传动比）的高模式制动器（离合器）。不过，应该注意到，这两个制动器可由在不同位置的旋转离合器代替以实现不同的功率流构造。在多模式无级变速器中的模式转换特征通常在于具有以下两个阶段：第一或转矩阶段和第二或惯性阶段。在从低模式到高模式的模式转换的转矩阶段期间，变化器的比被从低比调节到高比并且低模式制动器（离合器）被释放同时高模式制动器（离合器）被同时接合。在惯性阶段期间，变化器比被从高比减小到低比，从而提供了恒定的转矩输出并消除了转矩中断或转矩空穴。

因此，本发明的一个方面是提供一种操作多模式无级变速器的方法。

本发明的另一方面是提供一种操作具有低模式和高模式的多模式无级变速器的方法。

本发明的又一方面是提供一种操作具有限定转矩阶段和惯性阶段的转换的多模式无级变速器的方法。

本发明的又一方面是提供一种操作具有变化器，行星齿轮组件，低模式制动器（离合器）和高模式制动器（离合器）的多模式无级变速器的方法。

本发明的又一方面是提供一种操作多模式无级变速器的方法，其包括在转换的转矩阶段期间增加变化器的比。

本发明的又一方面是提供一种操作多模式无级变速器的方法，其包括在转换的转矩阶段期间释放低模式制动器同时接合高模式制动器。

本发明的又一方面是提供一种操作多模式无级变速器的方法，其包括在转换的惯性阶段期间减小变化器的比。

可从本文提供的描述易于理解其它的特征、优点、和应用领域。应当理解的是，描述和具体的示例都是仅用于说明目的而不是用于限制本发明的范围。

本申请还提供了如下方案

方案1.一种操作多模式无级变速器的方法，包括以下步骤：

提供具有变化器，行星齿轮组件和至少两个转矩传递设备的变速器，所述转矩传递设备与所述行星齿轮组件相关联以提供两个不同的传动比，

接合所述转矩传递设备中的其中一个并且将所述变化器从高比调节到低比，

通过接合所述转矩传递设备中的另一个同时分离所述转矩传递设备中的所述一个并且同时将所述变化器从所述低比调节到另一个、即高比来执行模式向上转换。

方案2.如方案1所述的操作多模式无级变速器的方法，其中将所述变化器从高比调节到低比的步骤在车辆速度增加时进行。

方案3.如方案1所述的操作多模式无级变速器的方法，其中行星齿轮组件提供了第一、高传动比和第二、低传动比。

方案4.如方案1所述的操作多模式无级变速器的方法，还包括调整所述转矩传递设备中的所述另一个的接合的步骤。

方案5.如方案1所述的操作多模式无级变速器的方法，还包括提供发动机并在所述模式向上转换期间调整所述发动机的转矩输出的步骤。

方案6.如方案1所述的操作多模式无级变速器的方法，其中所述变化器的比被从所述高比调节到第二、低比，同时调整所述转矩传递设备的所述另一个的接合。

方案7.如方案1所述的操作多模式无级变速器的方法，还包括提供变速器壳体并且将所述转矩传递设备中的一个构件联接到所述行星齿轮组件并将另一构件联接到所述变速器壳体的步骤。

方案8.一种操作多模式无级变速器的方法，包括以下步骤：

提供变速器，其具有变化器、包括第一行星齿轮组和第二行星齿轮组的行星齿轮组件以及与所述行星齿轮组件相关联以提供两个不同的传动比的至少两个转矩传递设备，

在转换的转矩阶段：接合所述转矩传递设备中的另一个，分离所述转矩传递设备中的所述一个并将所述变化器从所述低比调节到另一个，即高比，由此消除转矩输出中的下降，并且

在所述转换的惯性阶段期间，将所述变化器从所述另一个、即高比调节到第二、即低比。

方案9.如方案8所述的操作多模式无级变速器的方法，其中所述变化器的比被从所述高比调节到第二、即低比，同时调整所述转矩传递设备的所述另一个的接合。

方案10.如方案8所述的操作多模式无级变速器的方法，还包括提供变速器壳体并且将所述转矩传递设备中的一个构件联接到所述行星齿轮组件并将另一构件联接到所述变速器壳体的步骤。

方案11.如方案8所述的操作多模式无级变速器的方法，其中将所述变化器从高比调节到低比的步骤在车辆速度增加时进行。

方案12.如方案8所述的操作多模式无级变速器的方法，其中行星齿轮组件提供了第一、高传动比和第二、低传动比。

方案13.如方案8所述的操作多模式无级变速器的方法，还包括提供发动机并在所述模式向上转换期间调整所述发动机的转矩输出的步骤。

方案14.一种在多模式无级变速器中执行具有转矩阶段和惯性阶段的模式向上转换的方法，该方法包括以下步骤：

在所述转换的所述转矩阶段期间，分离所述转矩传递设备中的其中一个并接合所述转矩传递设备中的另一个以将所述变速器从低模式转换到高模式同时将所述变化器从低比调节到高比，由此消除输出转矩中的下降，以及

在所述转换的惯性阶段期间，将所述变化器从所述高比调节到第二、即低比。

方案15.如方案14所述的在多模式无级变速器中执行模式向上转换的方法，还包括提供变速器壳体并且将所述转矩传递设备中的一个构件联接到所述行星齿轮组件并将所述转矩传递设备中的另一构件联接到所述变速器壳体的步骤。

方案16.如方案14所述的在多模式无级变速器中执行模式向上转换的方法，其中所述变化器的比被从所述高比调节到第二、即低比，同时调整所述转矩传递设备的所述另一个的接合。

方案17.如方案14所述的在多模式无级变速器中执行模式向上转换的方法，其中所述转矩传递设备用作摩擦制动器。

附图说明

本文描述的附图仅用于说明目的，并且决不是意在限制本发明的范围。

图1是包括本发明的方法且可根据本发明的方法操作的多模式无级变速器的杠杆图；

图2是给出了现有技术的典型多模式无级变速器的操作参数的曲线图，即，纵坐标（Y）轴上的变化器速比和在横坐标（X）轴上的输出速比；

图3是给出了现有技术的、多模式无级变速器的若干操作参数的曲线图，在模式转换期间具有不可取的转矩中断（空穴）；以及

图4是给出了根据本发明的方法操作的多模式无级变速器的若干操作参数的曲线图，在模式转换期间没有转矩中断（空穴）。

具体实施方式

下面的描述本质上仅仅是示例性的，并非用于限定本发明、应用或使用。

参照图1，多模式无级自动变速器以杠杆图示出并且由参考标记10指示。杠杆图是对自动变速器的部件的示意表示，其中行星齿轮组件由竖直杆或杠杆表示，而行星齿轮组件的部件例如太阳齿轮、行星齿轮架和齿圈由节点表示。节点之间的竖直杆的相对长度代表部件之间的比。在可变比部件的情况下，该部件被称为“变化器”，其包括输入节点、输出节点和代表其提供的可调节的速比的可移动枢转点。在节点之间的机械联轴器或互连构件，例如轴或棘刺，由水平线代表而转矩传递设备，例如摩擦制动器（离合器）由间插的或套叠的指状件代表。各种部件的惯性由椭圆和圆圈代表。对杠杆图的格式、目的和使用的进一步解释可参见SAE论文810102，题目为“The Lever Analogy: A New Tool inTransmission Analysis”，作者为Benford和Leising，其通过引用全部并入本文。

自动变速器10包括输入轴12和输出轴16，其通常会被联接到主原动机14并由其驱动，主原动机14例如是汽油、柴油、可变燃料或混合动力发动机或功率装置，输出轴16将通常被联接到主减速器组件18并驱动主减速器组件18，该主减速器组件18包括差速器、车桥、车辆和轮胎。自动变速器10的部件被定位、固定且保护在铸造金属壳体20内，该壳体在图1中被示出为“大地”。

因为对变速器10的操作来说是重要的，所以图1的杠杆图还指示了各种惯性特征的位置。第一惯量是惯性22，其位于输入轴12及其相关联的部件中。第二惯量24位于变化器30中并且第三惯量26位于输出轴16和主减速器组件18内。

自动变速器10还包括变化器30，也即，能够提供在有限范围上的连续可变的输入-输出速比的机械设备，其包括被联接到输入轴12并由其驱动的第一节点30A、具有可变的或可移动的位置的第二节点30B，该位置代表由变化器30提供的瞬时比、和用作变化器30的输出的第三节点30C。

第三节点30C，变化器30的输出，被联接到四节点杠杆40的第一节点40A并驱动该第一节点40A。四节点杠杆40还包括第二节点40B、和第三节点40C和第四节点40D，该第四节点40D被联接到输出轴16和主减速器组件18并驱动它们。第一转矩传递设备42，例如摩擦制动器，选择性地将第三节点40C连接到大地，即，静止壳体20，以给变速器10提供第一或低速度范围，以及第二转矩传递设备44，例如摩擦制动器，选择性地将第二节点40B连接到大地，即静止壳体20，以给变速器10提供第二或高速度范围。替换地，应该理解，转矩传递设备42、44可以是摩擦离合器并且因此具有连接到可旋转构件的输入和输出或者是一个摩擦制动器和一个摩擦离合器的组合。转矩传递摩擦制动器42、44，其如所指出的也可以是摩擦离合器，通常包括第一和第二组间插的摩擦片或盘以及电力或液压操作器（未示出）。第一组片或盘被连接到，例如，输入构件，而第二组片或盘被连接到，例如，大地或输出构件。

在实际的变速器10中，四节点杠杆40将是一对行星齿轮组的形式（未示出），其中每个组件都具有太阳齿轮、安装在行星齿轮架内的多个行星齿轮以及齿圈。这些元件中的四个通过两个固定互连件被成对地联接，互连件例如是轴、棘刺或公共结构，以限定四个不同的节点： 40A、输入，40B和40C、分别被连接到转矩传递设备44和42，以及40D，输出。

现在参照图2，曲线图代表了典型的多模式无级变速器的操作参数，即纵坐标（Y轴）上的变化器速比和在横坐标（X轴）上的输入-输出变速器速比。线50代表典型的多模式无级变速器的低模式的性能，即，低速度和高整体传动比。注意到，典型的变化器速比从约0.47变化到1.68。这种典型的变速器的输出速比的范围此时将是从约0.07到0.245，这转换为约1到3.5。

应该意识到，这个比的数值跨度（1到3.5）是不足以在大多数机动车中提供合适的操作。因此，典型的且示例性的变化器与一个或多个齿轮系和接合（选择）设备例如离合器或制动器协作，如上所述，从而提供一个或多个额外的速度（挡位）比，从而增大变化器的有限速比范围。线54代表典型的多模式无级变速器的高模式的性能，即，高速度和低整体传动比。图2因此解释了如下事实，在高模式时，尽管变化器再一次仅提供了从约0.47到1.68的可变速比，但是高模式的添加延伸了变速器的输入-输出速比的上限到约0.465。因此，典型的且示例性的两模式无级变速器的输入-输出比范围是从约0.07到0.465，这转换为约1到6.64，这给机动车变速器，尤其给小客车和轻型卡车提供了更宽的且更合适的速比范围。

现在参照图3，曲线图给出了与现有技术的多模式无级变速器的模式向上转换相关的若干变量，该变速器经历了转矩中断（空穴）。曲线图给出了在横坐标（X轴）上的时间，其被分为四个区域：转换前阶段62，转矩阶段64，惯性阶段66和转换后阶段68。转矩阶段64通常被定义为转换的一个部分，在该部分中多模式无级变速器的离合器或制动器中的其中一个释放并停止传递转矩，同时离合器或制动器中的另一个同时接合以传递转矩。惯性阶段66基本上被定义为转换中的一个部分，在该部分中动力系的部件的惯性影响转换并对转换产生作用。

第一或最上面的绘图72给出了车辆的速度的相对大小，其在转换前阶段62期间增加，在转矩阶段64期间以增加的速率减小并且此后在惯性阶段66和转换后阶段68期间保持不变。第二绘图74给出了发动机速度，其在转换前阶段62期间不变，在转矩阶段64期间以增加的速率减小，在惯性阶段66期间以减小的速率继续减小并在转换后阶段68期间基本上不变。第三绘图76是输出转矩，其在转换前阶段62期间不变，在转矩阶段64期间线性减小，在惯性阶段66的开始时立即并线性地增加并且在转换后阶段68期间不变。输出转矩在转矩阶段64期间的这种减小就是上述的转矩中断，这可被车辆的操作者检测到，并且被认为是非常不可取的并且是由本发明解决的问题。

第四绘图78是变化器比，其在整个转换前阶段62和转矩阶段64期间不变，在惯性阶段66期间线性下降并且在转换后阶段68期间不变。第五绘图80是低模式摩擦制动器42的接合，其在转换前阶段62期间完全接合，在转矩阶段64期间从完全接合线性地变为完全不接合，并在整个惯性阶段66和转换后阶段68期间保持完全不接合。第六或最下面的绘图82是高模式摩擦制动器44的接合，其在转换前阶段62期间完全不接合，在转矩阶段64期间从完全不接合线性变化到部分接合，并在惯性阶段66期间保持部分接合并且在转换后阶段68期间变为完全接合。

若干方程解决了并澄清了现有技术方法和本发明的操作方法之间的区别。如上面参照图2解释的，变速器10的双模式构造和变化器30与第一制动器42和第二制动器44的相互作用能够由下面的方程表达，这种相互作用提供了变速器10的两个速度范围：

其中－Ω_vo是变化器的输出速度；

r _H是第二制动器（离合器）提供的比；

Ω_JH是第二制动器的惯性部件的速度；

Ω_o是变速器的输出的速度；

r _L是第一制动器（离合器）提供的比；以及

Ω_JL是第一制动器的惯性部件的速度。

模式向上转换自身由下面方程表达，在向上转换中低齿轮或第一制动器（高减速）被分离并且高齿轮或第二制动器（低减速）被接合：

其中－ J _o是输出部件的惯性；

是变速器输出的速度的变化率；

T _H是通过即将来临的（高模式）制动器的转矩；

T _L是通过松开（低模式）制动器的转矩；以及

T _load是负载（车辆）的转矩。

这些变量和变化器的输入-输出比的变化率乘以变化器的输出速度的乘积之间的动态关系由下面方程表达：

其中－是变化器的输入-输出比的变化率；

Ω_vo是变化器的输出速度；

T _in是传递到变速器的输入的转矩；

J _in是输入部件的惯性；

R 是变化器的输入-输出比；

J _vo是变化器输出部件的惯性；以及

λ₄是松开（低模式）制动器的转矩能力。

因此，如果=0，这意味着最左侧项也等于零，那么上面方程可被简化为：

其中－α、β和γ是上述项的简化表示。净结果，即<0，意味着在转矩阶段期间，车辆的速度将降低并且该速度减小将被车辆操作者检测的并且被认为是不可取的。

现在参照图4，曲线图给出了与由根据本发明操作的多模式无级变速器10进行的模式向上转换相关的若干变量，本发明提供了没有转矩中断（空穴）的平稳模式间向上转换。再一次，曲线图给出了在横坐标（X轴）上的时间，其被分为四个区域：转换前阶段102、转矩阶段104、惯性阶段106和转换后阶段108。第一和最上面的绘图112给出了车辆的速度的相对大小，其在转换前阶段102，转矩阶段104，惯性阶段106和转换后阶段108期间保持不变。第二绘图114给出了发动机14的速度，其在转换前阶段102期间保持不变，在转矩阶段104期间以增加的速率减小，在惯性阶段106期间以减小的速率继续减小，并在转换后阶段108期间基本不变。第三绘图116是输出转矩，其在整个转换前阶段102，转矩阶段104，惯性阶段106和转换后阶段108期间不变。

第四绘图118是变化器30的比，其在整个转换前阶段102期间不变，在转矩阶段104期间以增加的速率增加，在惯性阶段106的开始附近达到峰值并且此后线性减小并且在转换后阶段108期间不变。注意到，变化器30的比的完整变化可发生在惯性阶段106期间。第五绘图120是低模式摩擦制动器42的接合，其在转换前阶段102期间完全接合，在转矩阶段104期间从完全接合线性变到完全不接合并在整个惯性阶段106和转换后阶段108期间保持完全不接合。第六或最下面的绘图122是高模式摩擦制动器44的接合，其在转换前阶段102期间完全不接合，在转矩阶段104期间从完全不接合线性变到部分接合，并且在惯性阶段106期间保持部分接合并且在转换后阶段108期间变为完全接合。

图4的绘图122的可变性澄清了高模式摩擦制动器44的接合可被调整，以维持输出转矩，绘图116，处于不变值，从而进一步改善了操作并减小或消除了在模式件转换期间的任何转矩中断。最后，发动机14的转矩输出也可被调整，如果需要的话，再一次作为改善模式间转换的额外措施。

在第【47】、【48】和【49】段给出的方程当然也适用于图1中示出的两模式变速器10，其根据本发明的方法正常工作。因此，它们将在这里不被重复但是通过参考完全包含在这里。对于第【50】段中出现的方程来说产生了区别和改进。在这种情况下，不是将（变化器30输入-输出比的变化率）设置为等于零，这意味着变化器30的比在转矩阶段不变化，而是，车辆的速度变化率被设置为零。这种操作特征当然是非常可取的，因为其意味着在转换期间没有速度减少，而这被感测为转矩中断或空穴，这是非常不可取的。当等于零时，方程变为

其中“positive”表示正值。并且因此如果输出速度Ω_o要保持不变的话，变化器30的比的变化率是而且必须是正值。通过在转矩阶段104期间改变变化器30的比，并且由此维持车辆的速度，就不存在可觉察的转矩中断。如上指出的，如果需要的话，高模式制动器44和发动机12的转矩输出两者都可被调整以进一步减小任何可感知的转矩中断。因此，车辆的性能和操作者的满意度都被改善。

本发明的描述本质上仅仅是示例性的并且不脱离本发明精神的改变也认为在本发明的范围内。这种改变不应被认为是脱离本发明的精神和范围。

Claims

1.一种操作多模式无级变速器的方法，包括以下步骤：

其特征在于还包括：

通过接合所述转矩传递设备中的另一个同时分离所述转矩传递设备中的所述一个并且同时将所述变化器从所述低比调节到所述高比来执行模式向上转换。

2.如权利要求1所述的操作多模式无级变速器的方法，其中将所述变化器从高比调节到低比的步骤在车辆速度增加时进行。

3.如权利要求1所述的操作多模式无级变速器的方法，其中行星齿轮组件提供了高传动比和低传动比。

4.如权利要求1所述的操作多模式无级变速器的方法，还包括调整所述转矩传递设备中的所述另一个的接合的步骤。

5.如权利要求1所述的操作多模式无级变速器的方法，还包括提供发动机并在所述模式向上转换期间调整所述发动机的转矩输出的步骤。

6.如权利要求1所述的操作多模式无级变速器的方法，其中所述变化器的比被从所述高比调节到所述低比，同时调整所述转矩传递设备的所述另一个的接合。

7.如权利要求1所述的操作多模式无级变速器的方法，还包括提供变速器壳体并且将所述转矩传递设备中的一个构件联接到所述行星齿轮组件并将另一构件联接到所述变速器壳体的步骤。

8.一种操作多模式无级变速器的方法，包括以下步骤：

其特征在于还包括：

在转换的转矩阶段：接合所述转矩传递设备中的另一个，分离所述转矩传递设备中的所述一个并将所述变化器从所述低比调节到所述高比，由此消除转矩输出中的下降，并且

在所述转换的惯性阶段期间，将所述变化器从所述高比调节到所述低比。

9.如权利要求8所述的操作多模式无级变速器的方法，其中所述变化器的比被从所述高比调节到所述低比，同时调整所述转矩传递设备的所述另一个的接合。

10.如权利要求8所述的操作多模式无级变速器的方法，还包括提供变速器壳体并且将所述转矩传递设备中的一个构件联接到所述行星齿轮组件并将另一构件联接到所述变速器壳体的步骤。

11.如权利要求8所述的操作多模式无级变速器的方法，其中将所述变化器从高比调节到低比的步骤在车辆速度增加时进行。

12.如权利要求8所述的操作多模式无级变速器的方法，其中行星齿轮组件提供了高传动比和低传动比。

13.如权利要求8所述的操作多模式无级变速器的方法，还包括提供发动机并在模式向上转换期间调整所述发动机的转矩输出的步骤。

14.一种在多模式无级变速器中执行具有转矩阶段和惯性阶段的模式向上转换的方法，该方法包括以下步骤：

其特征在于还包括：

15.如权利要求14所述的在多模式无级变速器中执行具有转矩阶段和惯性阶段的模式向上转换的方法，还包括提供变速器壳体并且将所述转矩传递设备中的一个构件联接到所述行星齿轮组件并将所述转矩传递设备中的另一构件联接到所述变速器壳体的步骤。

16.如权利要求14所述的在多模式无级变速器中执行具有转矩阶段和惯性阶段的模式向上转换的方法，其中所述变化器的比被从所述高比调节到所述低比，同时调整所述转矩传递设备的所述另一个的接合。

17.如权利要求14所述的在多模式无级变速器中执行具有转矩阶段和惯性阶段的模式向上转换的方法，其中所述转矩传递设备用作摩擦制动器。