CN103998824A - 无级变速器、离合器系统、车辆以及用于控制变速器的方法 - Google Patents

Abstract

一种CVT变速器，包括：轴(1)，该轴(1)与壳体(4)轴颈连接；第一槽轮(14)，该第一槽轮(14)固定在轴(1)上；第二槽轮(12)，该第二槽轮可平行于轴的旋转轴线(1A)运动，该第二槽轮通过使得第一槽轮部件(22)与第二槽轮接收部件(12A)配合地接合而锁定与第一槽轮的旋转关系，该第二槽轮接收部件相对于旋转轴线布置在螺旋角度(HA)处；链轮(6)，该链轮与壳体轴颈连接，该链轮与可运动部件(26)螺纹接合(6B)；轴承(16)，该轴承(16)布置在可运动部件和第二槽轮之间，该可运动部件与壳体接合(5A)，因此，可运动部件的运动与旋转轴线平行；以及电促动器(30)，该电促动器与链轮接合；第二槽轮可通过链轮的旋转而轴向运动。

Description

无级变速器、离合器系统、车辆以及用于控制变速器的方法

技术领域

本发明涉及一种CVT，更特别是涉及一种具有机动控制器的CVT，该机动控制器驱动可运动槽轮，用于调节传动比。

背景技术

普通的雪地汽车驱动组包括具有驱动滑轮和从动滑轮的无级变速器(CVT)，该驱动滑轮与发动机曲轴操作地联接，该从动滑轮与从动轴联接。驱动滑轮用作离合器，并包括离心驱动的调节机构，CVT的传动比根据发动机速度和从动滑轮的输出力矩通过该调节机构而逐渐变化。通常，从动轴是横向中间轴，该横向中间轴驱动链和链轮减速驱动器的输入部件。减速驱动器的输出与轴的一端联接，驱动履带驱动链轮布置在该轴上。

尽管离心CVT提供了很多优点，但是CVT的传动比与发动机速度直接相关的情况将引起一些缺点。一个缺点是驱动滑轮的标定总是与发动机的最大功率输出相关联。尽管这导致雪地汽车的更大加速特征，但是当雪地汽车以巡航速度操作时，它导致发动机以比所需更大的速度来操作，并导致较高燃料消耗、较高噪音水平以及传送给雪地汽车骑乘者的大量振动。

现有技术的代表是美国专利申请No.2011/0277577，该美国专利申请No.2011/0277577公开了一种通过辅助CVT和控制发动机来管理传动比的方法，以便模拟静液压变速器并防止驱动皮带滥用(abuse)，该方法包括：提供参考动力源转速；使用辅助CVT在动力源和驱动机构之间传递旋转运动；管理动力源的力矩，以便在动力源负载变化时保持基本均匀的转速；以及调节所述辅助CVT的传动比，以便改变驱动机构的转速。还提供了具有这种驱动皮带滥用防止机构的系统和车辆。

还需要一种具有机动控制器的CVT，该机动控制器驱动可运动槽轮，用于调节传动比。本发明满足这种需要。

发明内容

本发明的第一方面提供了一种具有机动控制器的CVT，该机动控制器驱动一可运动槽轮，用于调节传动比。

本发明的其它方面将由下面的本发明说明书和附图来指出或者通过该说明书和附图而变得显而易见。

本发明包括一种CVT变速器，它包括：轴，该轴与壳体进行轴颈连接(journalled)；第一槽轮，该第一槽轮固定在轴上；第二槽轮，该第二槽轮可平行于轴的旋转轴线运动，通过使得第一槽轮部件与第二槽轮接收部件配合地接合而使该第二槽轮锁定与第一槽轮的旋转关系，该第二槽轮接收部件相对于旋转轴线布置在螺旋角度(HA)处；链轮，该链轮与壳体进行轴颈连接，该链轮与可运动部件进行螺纹接合；轴承，该轴承布置在可运动部件和第二槽轮之间，该可运动部件与壳体接合，因此，可运动部件的运动与旋转轴线平行；以及电促动器，该电促动器与链轮接合；第二槽轮可通过链轮的旋转而轴向运动。

附图说明

包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图表示本发明的优选实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是本发明的变速器沿图5中的线1-1的剖视图。

图2是沿图1中的线2-2的局部剖视图。

图3是沿图1中的线3-3的局部剖视图。

图4是图2的详细视图，表示了力的分布。

图5是本发明变速器的正视图。

图6是CVT系统的控制示意图。

图7是CVT系统的控制示意图。

图8是CVT系统的控制示意图。

具体实施方式

如图1中所示，本发明包括输入轴1，该输入轴1通过轴承2而与壳体4进行轴颈连接。壳体4包括孔4A，该孔4A允许变速器使用紧固件(未示出)而附接在底盘(未示出)或其它框架上。输入轴1绕旋转轴线1A旋转。

输入轴1包括花键(spline)1B，该花键1B向槽轮14的匹配花键14B传递力矩。因此，槽轮14刚性地安装在轴1的端部上，并与该轴1一起旋转。槽轮14还包括柱形杆14C，该柱形杆14C沿它的长度与轴1相配合并同轴地接合。杆14C优选是压配合，以使得槽轮14保持在轴1上。

可运动槽轮12与槽轮14的内表面滑动地接合。低摩擦衬套20压配合安装在槽轮12的杆12B的内表面上。衬套20在杆14C的外表面上滑动。

如图1和2中所示，辊22绕销24旋转。销24刚性地固定在槽轮14上。销24从槽轮14沿径向向内凸出，并与轴1的旋转轴线1A垂直。可运动槽轮12包括狭槽12A，该狭槽12A沿辊22引导该槽轮。在本发明的该实施例中，有在槽轮14上相互隔开180度的两个辊和两个销。

在可选实施例中，辊22可以从销24上除去。销24涂覆有低摩擦材料，以方便销24在狭槽12A内滑动。为了进一步方便销24在狭槽12A内的滑动，狭槽12A的表面也涂覆有低摩擦材料。

角度接触双排轴承8压配合安装在壳体4上，并压配合装入链轮6内，从而允许链轮6绕壳体4和轴线1A旋转。第二角度接触双排轴承压配合安装在杆12B上。

管26压配合套装在轴承16的外座圈上。轴承16通过卡环18而在管26中固定就位。

管26的一端包括内螺纹26B，该内螺纹26B与链轮6上的配合外螺纹6B接合。

套筒部件5固定地附接在壳体4的一端上。套筒部件5包括径向凸起5A。凸起5A在配合狭槽或键槽26A中运动(见图3)。键槽26A形成于管26的内径中。键槽26A沿输入轴1的主轴线平行于旋转轴线1A地延伸。

皮带10环绕链轮6和电马达30的链轮32，见图5。在优选实施例中，皮带10是有齿类型的。电马达30优选是安装在底盘或框架(未示出)上。V形皮带36接合在槽轮12和槽轮14之间。

操作说明

V形皮带36以半径R来操作，如图5中所示。半径R可根据可运动槽轮12的轴向位置而变化。当在槽轮12和14之间的距离减小时，半径R增大。当在槽轮12和14之间的距离增加时，半径R减小。半径R的变化改变了传动比，也就是说，它改变了通过皮带36而与电子控制的CVT离合器连接的离合器的角速度。

可运动槽轮12的轴向位置的变化实现如下。电马达30通过皮带10而使得链轮6旋转。外螺纹6B与链轮6一起旋转，同时与管26的内螺纹26B接合。由于凸起5A与固定壳体4连接，凸起5A静止。当管26在链轮6旋转的影响下轴向运动时，凸起5A配合地在键槽26A内运动。因为凸起5A静止，因此防止管26绕轴线1A旋转。这导致螺纹6B使得管26轴向运动。与管26接合并因此与槽轮12接合的轴承16传递轴向力。管26的轴向运动导致槽轮12轴向运动。轴承16允许槽轮12绕轴线1旋转。

附接在槽轮14上的辊22从槽轮14向槽轮12传递力矩。在槽轮14和槽轮12之间的相对轴向运动部分地由引导辊22的狭槽12A的方位来确定。在优选实施例中，狭槽12A的方位为螺旋形，具有大约20度的螺旋角度HA，见图4。狭槽12A的螺旋角度有助于使得槽轮12轴向运动，从而导致电马达30的低功率需求，如这里所述。HA可以在大约5度至大约50度的范围内。

可运动槽轮14通常可以通过弹簧(未示出)而被偏压离开静止槽轮12。马达30的尺寸必须设置成克服弹簧偏压力。通过狭槽12A的设计，马达30的尺寸、功率和/或成本和/或它们的组合可以大致减小(与当狭槽12A大致平行于纵向轴线1A时相比)。

如图4中所示，由皮带36拉伸负载在辊22和狭槽12A之间的接触点处产生的力矢量F1R包括相对于狭槽的垂直力分量F1N和轴向力分量F1A。轴向力F1A将槽轮12推向槽轮14。螺旋角度HA越大，轴向力F1A越大，从而导致用于使得槽轮12朝着槽轮14运动的电控制马达30的更小功率需求。

减小在槽轮12和槽轮14之间的距离需要电马达克服皮带36的径向力，该径向力试图迫使槽轮分开。减小电马达30的尺寸将通过减小寄生功率损失而提高功率输出。

图6是CVT系统的控制示意图。发动机300和变速器100通过本领域中已知的CVT皮带101而连接。发动机300包括任何主驱动器，该主驱动器包括内燃机。驱动器离合器301与发动机轴303连接。从动离合器102与变速器100连接，如图1中所示。

微控制器201与传感器204连接。传感器204检测链轮10的位置，见图1。马达驱动器202与马达30连接。12V DC电源与微控制器和马达驱动器连接。微控制器201再与马达驱动器202连接，因此微控制器向马达驱动器发送控制信号。该控制信号使得马达驱动器202合适地定位链轮10，从而设置合适的传动比。

ECU以及油门和速度传感器200以本领域中已知的方式来检测和控制发动机操作。微控制器201处理来自ECU200的信号，以便确定用于马达30的合适的控制信号。

图7是CVT系统的控制示意图。微控制器201包括微处理器401、模数转换器205和高速计数器206。微处理器401可以由用户以本领域已知的方式来编程，以便根据发动机速度来规划传动转换点。便携式计算机500或其它合适的I/O装置也可以用于编程和/或以其它方式与微处理器401连通。传感器204和传感器302与控制器201电子连通。本领域中已知的功率电子元件202向马达30供电。

图8是CVT系统的控制示意图。用户以本领域已知的方式来设置子系统402。发动机/变速器系统信号输入微处理器(在403处)。发动机信号包括油门百分率、发动机RPM和槽轮位置。变速器信号包括槽轮位置和RPM。微处理器计算速度比(在404处)。给出输入，微处理器在查找表405中查找所需的速度比。下面列出了一个示例的查找表。

301槽轮RPM{800、900、1050、1230、1314、1445、2000、2500、3000、4250、5515、6615、7515、8650}

油门％速度比×100(驱动/从动)

5{388、363、305、264、247、225、165、132、110、72、72、72、72、72}

10{388、363、305、264、247、225、165、132、110、72、72、72、72、72}

15{388、363、305、264、247、225、165、132、110、72、72、72、72、72}

20{388、370、311、269、252、229、165、132、110、72、72、72、72、72}

30{388、388、326、282、264、240、173、139、115、72、72、72、72、72}

40{388、388、357、308、289、263、190、152、126、74、72、72、72、72}

50{388、388、388、335、313、285、206、165、137、80、78、72、72、72}

60{388、388、388、361、338、308、222、178、148、86、84、72、72、72}

70{388、388、388、386、363、330、238、191、159、93、90、72、72、72}

80{388、388、388、388、388、353、255、204、170、99、96、77、72、72}

90{388、388、388、388、388、375、271、217、180、105、103、82、72、72}

100{388、388、388、388、388、388、287、230、191、112、109、86、76、72}

查找表可以由用户来定制，以便适应车辆的操作状态。在查找表中的值只是示例，而并不作为限制。微处理器还确定马达30速度和方向407。微处理器向马达30发送信号(408)，以便根据合适的速度比而改变链轮10的位置。然后，系统重复循环，直到获得合适的操作状态。

尽管这里已经介绍了本发明的一种形式，但是本领域技术人员应当知道，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以对部件的结构和关系进行变化。

Claims (16)

1.一种CVT变速器，包括：

轴(1)，该轴(1)与壳体(4)进行轴颈连接；

第一槽轮(14)，该第一槽轮(14)固定在轴(1)上；

第二槽轮(12)，该第二槽轮能平行于所述轴的旋转轴线(1A)运动，

通过使得第一槽轮部件(22)与第二槽轮接收部件(12A)配合地接合而使该第二槽轮锁定与第一槽轮的旋转关系，该第二槽轮接收部件相对于所述旋转轴线以螺旋角度(HA)布置；

链轮(6)，该链轮与壳体进行轴颈连接，

该链轮与可运动部件(26)进行螺纹接合(6B)；

轴承(16)，该轴承(16)布置在所述可运动部件和第二槽轮之间，该可运动部件与壳体接合(5A)，因此，所述可运动部件的运动与所述旋转轴线平行；

电促动器(30)，该电促动器与所述链轮接合；

第二槽轮可通过链轮的旋转而轴向运动。

2.根据权利要求1所述的CVT变速器，其中：所述螺旋角度为大约20度。

3.根据权利要求1所述的CVT变速器，其中：第一槽轮部件还包括辊，该辊有辊旋转轴线(24A)，该辊旋转轴线(24A)垂直于轴的旋转轴线(1A)。

4.根据权利要求1所述的CVT变速器，其中：第二槽轮接收部件包括狭槽。

5.根据权利要求1所述的CVT变速器，其中：电促动器包括马达。

6.根据权利要求1所述的CVT变速器，其中：所述可运动部件包括狭槽，所述壳体包括用于与狭槽接合的径向凸起。

7.一种用于无级变速器的离合器系统，该离合器系统与轴联接，该轴可绕纵向轴线旋转，该离合器系统包括：

静止槽轮，该静止槽轮与所述轴联接；

可运动槽轮，该可运动槽轮包括狭槽，并与所述轴可运动地联接，该可运动槽轮能沿所述纵向轴线相对于所述静止槽轮运动；

定位马达，该定位马达与所述可运动槽轮联接，并设置成使得所述可运动槽轮运动得更接近或远离所述静止槽轮；以及

可运动槽轮和静止槽轮通过狭槽来联接，所述狭槽与所述纵向轴线大致成螺旋角度。

8.根据权利要求7所述的第二从动离合器系统，其中：该螺旋角度在与所述纵向轴线成大约5度至大约50度的范围内。

9.根据权利要求8所述的第二从动离合器系统，其中：当从所述纵向轴线测量时，该螺旋角度为大约20度。

10.根据权利要求7所述的第二从动离合器系统，其中：静止槽轮通过布置在狭槽内的辊而与该狭槽联接。

11.根据权利要求7所述的第二从动离合器系统，其中：马达通过皮带和齿轮驱动系统而与可运动槽轮联接。

12.一种车辆，包括无极变速器系统，其中，该变速器系统包括：

静止槽轮，该静止槽轮与轴联接；

可运动槽轮，该可运动槽轮绕轴进行轴颈连接，该可运动槽轮能沿纵向旋转轴线运动得更接近或远离所述静止槽轮；

马达，该马达与可运动槽轮联接，并设置成使得所述可运动槽轮运动得更接近或远离所述静止槽轮；以及

静止槽轮和可运动槽轮通过销和狭槽来联接，其中，所述狭槽与所述纵向旋转轴线大致成螺旋角度，并设置成用于与具有大致平行于所述纵向轴线的狭槽的可运动槽轮相比减小用于使得所述可运动槽轮相对于所述静止槽轮运动所需的纵向力。

13.根据权利要求12所述的车辆，其中：该角度在与所述纵向轴线成大约5度至大约50度的范围内。

14.根据权利要求13所述的车辆，其中：该角度与所述纵向轴线成大约20度。

15.根据权利要求12所述的第二从动离合器系统，其中：马达通过皮带和齿轮驱动系统而与狭槽联接。

16.一种控制CVT变速器的方法，包括：

向微处理器发送发动机和变速器系统的信号；

利用发动机和变速器系统的信号来计算速度比；

从查找表中选择所需的速度比；

确定变速器控制马达速度和方向；以及

向变速器控制马达发送信号，以便改变速度比，从而与所需的速度比匹配。