CN104358851B - 车辆全电调节无级变速系统及其速比无级调节装置 - Google Patents

Abstract

一种车辆全电调节无级变速系统，包括无级变速系统总控制单元、磁粉离合器控制单元、磁粉离合器、速比控制单元和速比无级调节装置；速比无级调节装置包括速比执行电机和速比执行机构；当车辆起步时，无级变速系统总控制单元向磁粉离合器控制单元发出指令，磁粉离合器控制单元控制输入磁粉离合器的电流，使磁粉离合器接合，当车辆起步后，随着车速提高，无级变速系统总控制单元接收来自车辆的各种状况信息，根据设计的速比控制策略和速比控制规律，无级变速系统总控制单元通过速比控制单元控制速比执行电机的转速和转角，速比执行电机通过速比执行机构带动主、从动带轮动盘轴向移动，从而改变无级变速系统的速比。本发明达到速比优化控制且速比执行机构的结构更加合理、简单，零件制造及装配更加方便。

Description

车辆全电调节无级变速系统及其速比无级调节装置

技术领域

本发明涉及车辆全电调节无级变速系统及其速比无级调节装置。

背景技术

汽车变速器必须适应车辆在起步、加速、行驶以及克服各种道路障碍等不同行驶条件下对驱动车轮牵引力和车速的不同要求。为了充分利用发动机的功率，提高燃料经济性以及改善汽车的排放性能，理想的汽车变速器应具有无级变化的传动比并能进行速比优化控制。目前，汽车底盘系统正在往电控化、一体化、集成化的方向发展，电动助力转向、电制动、电动空调等正成为汽车行业发展的趋势。无级变速器作为汽车底盘系统的重要组成部分，其速比执行机构采用全电调节，顺应当前电动化底盘的发展方向，并且有利于传动系统与电动助力转向、电制动等底盘其他系统的一体化、集成化控制，从而有效提升汽车的各项性能。当前市场上几乎所有速比连续变化的变速器（CVT）都采用了电子液压控制系统。

中国专利授权公告号是CN 101975269 B的发明专利公开了一种带式无级变速器的速比控制装置，其包括直流电机及其控制器、两组齿轮传动机构、两组螺旋丝杠机构、两组弹簧助力机构以及平面轴承和滚针轴承若干。其中，直流电机作为变速器的速比控制的动力源，通过对电机转向和转角的控制，并通过两组齿轮传动机构及与其各自相连的螺旋丝杠机构并在弹簧的配合下将电机转角转化为带式无级变速器的带轮动盘的轴向位移，进而通过改变V型传动带与主、从动带轮盘的接触半径，实现无级变速器不同工况下速比的连续变化。

上述速比控制装置中，由于第二位移控制机构的第二螺旋丝杆从动力输出轴穿过，需要在第二螺旋丝杆和动力输出轴中间加装滚针轴承，滚针轴承的定位使得第二螺旋丝杆和动力输出轴结构设计比较复杂，同时还会导致动力输出轴直径变大，进而使得从动带轮动盘和从动带轮定盘中间的孔径变大，与从动带轮动盘直接接触的第二平面轴承尺寸也随之增大，由于装配需要，第二平面轴承的安装需要在从动带轮动盘加装安装孔，孔径变大，会使得带轮动盘的强度减小，影响使用寿命。

发明内容

本发明的目的之一在于提出一种采用全电调节、具有能进行速比优化控制且结构更为简单、合理的全电调节无级变速系统，本发明的目的之二提出一种结构更为简单、合理、零件制造及装配更加方便的车辆全电调节无级变速系统中的速比无级调节装置。

为达到上述目的之一，本发明采取如下技术方案：一种车辆全电调节无级变速系统，包括无级变速系统总控制单元、磁粉离合器控制单元、磁粉离合器、速比控制单元和速比无级调节装置；速比无级调节装置包括速比执行电机和速比执行机构；速比执行机构具有左轴承座、右轴承座、动力输入轴、主动带轮、动力输出轴、从动带轮以及连接所述主动带轮和从动带轮的V型传动带；速比执行电机的输出轴、动力输入轴和动力输出轴均设置在左、右轴承座之间；所述主动带轮包括各为锥台形且以顶面相对设置的主动带轮定盘和主动带轮动盘，所述从动带轮包括各为锥台形且以顶面相对设置的从动带轮定盘和从动带轮动盘，所述动力输入轴和动力输出轴均具有轴环，主动带轮定盘固定于动力输入轴的轴环左侧部位上，主动带轮动盘空套在动力输入轴的轴环右侧部位上；从动带轮定盘固定于动力输出轴的轴环右侧部位上，从动带轮动盘空套在动力输出轴的轴环左侧部位上；磁粉离合器的输出轴通过轴套与动力输入轴连接；所述主动带轮动盘由第一位移控制机构控制移动，所述从动带轮动盘由第二位移控制机构控制移动；所述第一位移控制机构和第二位移控制机构的结构相同；第一位移控制机构包括固定在速比执行电机的输出轴上的第一固定齿轮、与第一固定齿轮啮合的第一移动齿轮、空套在动力输入轴上与第一移动齿轮的中心孔螺纹连接且固定在右轴承座上的第一中空丝杆、设置在主动带轮动盘背面的第一中间轴承，第一中间轴承由空套在动力输入轴上且固定在第一移动齿轮上的第一中间轴承端盖定位； 第二位移控制机构包括固定在速比执行电机的输出轴上的第二固定齿轮、与第二固定齿轮啮合的第二移动齿轮、空套在动力输出轴上与第二移动齿轮的中心孔螺纹连接且固定在左轴承座上的第二中空丝杆、以及设置在从动带轮动盘背面上的第二中间轴承，第二中间轴承由空套在动力输出轴上且固定在第二移动齿轮上的第二中间轴承端盖定位；当车辆起步时，无级变速系统总控制单元向磁粉离合器控制单元发出指令，磁粉离合器控制单元控制输入磁粉离合器的电流，使磁粉离合器慢慢接合，此时对应的速比执行机构的速比最大；当车辆起步后，随着车速慢慢提高，无级变速系统总控制单元接收来自车辆的节气门踏板传感器、制动踏板传感器、路况信息传感器、速比反馈传感器的信号以及发动机转速转矩信号、车辆的行驶车速信息，根据设计的速比控制策略和速比控制规律，无级变速系统总控制单元通过速比控制单元控制速比执行电机的转速和转角，速比执行电机通过速比执行机构带动主、从动带轮动盘轴向移动，改变V型传动带与带轮定、动盘的接触半径，从而改变无级变速系统的速比。

所述动力输入轴的右端通过第一右轴承与第一中空丝杆连接，第一右轴承由固定在第一中空丝杆上的第一右轴承端盖定位；动力输入轴的左端通过第一左轴承与左轴承座连接，第一左轴承由固定在左轴承座上的第一左轴承端盖定位。

所述动力输出轴的左端通过第二左轴承与第二中空丝杆连接，第二左轴承由固定在第二中空丝杆上的第二左轴承端盖定位；动力输出轴的右端通过第二右轴承与右轴承座连接，第二右轴承由固定在右轴承座上的第二右轴承端盖定位。

为达到上述目的之二，本发明采取如下技术方案：一种速比无级调节装置，包括速比执行电机和速比执行机构，速比执行机构具有动力输入轴、主动带轮、动力输出轴、从动带轮以及连接所述主动带轮和从动带轮的V型传动带；所述主动带轮包括各为锥台形且以顶面相对设置的主动带轮定盘和主动带轮动盘，所述从动带轮包括各为锥台形且以顶面相对设置的从动带轮定盘和从动带轮动盘，所述主动带轮动盘由第一位移控制机构控制移动，所述从动带轮动盘由第二位移控制机构控制移动；所述速比执行机构还具有左轴承座和右轴承座，速比执行电机的输出轴、动力输入轴和动力输出轴均设置在左、右轴承座之间；

所述动力输入轴和动力输出轴均具有轴环，主动带轮定盘固定于动力输入轴的轴环左侧部位上，主动带轮动盘空套在动力输入轴的轴环右侧部位上；从动带轮定盘固定于动力输出轴的轴环右侧部位上，从动带轮动盘空套在动力输出轴的轴环左侧部位上；所述第一位移控制机构和第二位移控制机构结构相同；第一位移控制机构包括固定在速比执行电机的输出轴上的第一固定齿轮、与第一固定齿轮啮合的第一移动齿轮、空套在动力输入轴上与第一移动齿轮的中心孔螺纹连接且固定在右轴承座上的第一中空丝杆、以及设置在主动带轮动盘背面的第一中间轴承，第一中间轴承由空套在动力输入轴上且固定在第一移动齿轮上的第一中间轴承端盖定位；第二位移控制机构包括固定在速比执行电机的输出轴上的第二固定齿轮、与第二固定齿轮啮合的第二移动齿轮、空套在动力输出轴上与第二移动齿轮的中心孔螺纹连接且固定在左轴承座上的第二中空丝杆、以及设置在从动带轮动盘背面上的第二中间轴承，第二中间轴承由空套在动力输出轴上且固定在第二移动齿轮上的第二中间轴承端盖定位。

所述动力输入轴的右端通过第一右轴承与第一中空丝杆连接，第一右轴承由固定在第一中空丝杆上的第一右轴承端盖定位；动力输入轴的左端通过第一左轴承与左轴承座连接，第一左轴承由固定在左轴承座上的第一左轴承端盖定位。

所述动力输出轴的左端通过第二左轴承与第二中空丝杆连接，第二左轴承由固定在第二中空丝杆上的第二左轴承端盖定位；动力输出轴的右端通过第二右轴承与右轴承座连接，第二右轴承由固定在右轴承座上的第二右轴承端盖定位。

本发明具有如下积极效果：1.本发明具有无级变速系统总控制单元、速比控制单元、磁粉离合器控制单元，通过无级变速系统总控制单元接收来自车辆状态的各种信息，根据设计的速比控制策略和速比控制规律，通过速比控制单元控制速比执行电机的转速和转角，速比执行电机通过速比执行机构实现传动比无级变化，达到速比优化控制。通过控制电机转角实现无级变速速比调节，控制方式更加简单。2、无级变速系统采取全电调节，取消了油泵持续提供的能量消耗，可以提高汽车的燃油经济性；用电机和机械部件代替液压元件，降低了成本的同时简化了结构；全电调节无级变速器可以更加容易实现与发动机以及底盘相关系统的综合协调控制。3.本发明的动力输入轴和动力输出轴的结构相同，第二位移控制机构和第一位移控制机构的结构相同，引证文件CN 101975269 B的发明专利中存在的问题，在本发明中得到纠正。本发明的速比执行机构的结构更加合理、简单，零件制造及装配更加方便。4.本发明的速比执行机构的动力输出轴不用空心轴，不存在螺旋丝杆从动力输出轴中通过而需要加装滚针轴承，从动带轮动盘不需要加工安装孔，所以不会影响动力输出轴和从动带轮动盘的强度。本发明还省却了第二位移控制机构中的导向机构，有利于简化结构。 5.本发明的夹紧力控制，可通过第一中空丝杆和第二中空丝杆的螺旋自锁功能实现，与当前液压电子控制系统相比，可以省掉夹紧力控制系统，避免了液压系统为了维持夹紧力而造成的液压能量损耗，提高系统效率。

附图说明

图1是全电调节无级变速系统原理图。

图2是速比无级调节装置图。

具体实施方式

实施例1

见图1和图2，本实施例包括无级变速系统总控制单元A、磁粉离合器控制单元B、速比控制单元C、磁粉离合器1、速比无级调节装置。

速比无级调节装置包括速比执行电机4和速比执行机构。

速比执行机构具有左轴承座2、右轴承座3、动力输入轴12、主动带轮13、动力输出轴22、从动带轮23以及连接所述主动带轮13和从动带轮23的V型传动带20。所述速比执行电机4的输出轴5、所述动力输入轴12和所述动力输出轴22均设置在左、右轴承座2、3之间。 所述主动带轮13包括各为锥台形且以顶面相对设置的主动带轮定盘13-1和主动带轮动盘13-2，所述从动带轮23包括各为锥台形且以顶面相对设置的从动带轮定盘23-1和从动带轮动盘23-2，所述主动带轮动盘13-2由第一位移控制机构控制移动，所述从动带轮动盘23-2由第二位移控制机构控制移动。

所述磁粉离合器1的输入轴通过轴套1-2与发动机的输出轴连接，磁粉离合器1的输出轴通过轴套1-1与动力输入轴12连接。磁粉离合器只需要通过控制电流以及电流的变化率，就能实现接合和断开，控制方便。

所述动力输入轴12和动力输出轴22均具有轴环，主动带轮定盘13-1固定于动力输入轴12的轴环12-1左侧部位上，主动带轮动盘13-2空套在动力输入轴12的轴环12-1右侧部位上；从动带轮定盘23-1固定于动力输出轴22的轴环22-1右侧部位上，从动带轮动盘23-2空套在动力输出轴22的轴环22-1左侧部位上。

所述速比执行电机4的输出轴5的两端各通过轴承6-2与左、右轴承座2、3连接，轴承6-2各由固定在对应轴承座上的轴承座6-1定位。

所述第一位移控制机构和第二位移控制机构的结构相同，且对应的零、部件规格相同。

第一位移控制机构包括固定在速比执行电机4的输出轴5上的第一固定齿轮19、与第一固定齿轮19啮合的第一移动齿轮16、空套在动力输入轴12上与第一移动齿轮16的中心孔螺纹连接且固定在右轴承座3上的第一中空丝杆17、设置在主动带轮动盘13-1背面凹槽中的第一中间轴承14，第一中间轴承14由空套在动力输入轴12上且固定在第一移动齿轮16上的第一中间轴承端盖15定位。

所述动力输入轴12的右端通过第一右轴承18-2与第一中空丝杆17连接，第一右轴承18-2由固定在第一中空丝杆17上的第一右轴承端盖18-1定位；动力输入轴12的左端通过第一左轴承11-2与左轴承座2连接，第一左轴承11-2由固定在左轴承座2上的第一左轴承端盖11-1定位。

第二位移控制机构包括固定在速比执行电机4的输出轴5上的第二固定齿轮29、与第二固定齿轮29啮合的第二移动齿轮26、空套在动力输出轴22上与第二移动齿轮26的中心孔螺纹连接且固定在左轴承座2上的第二中空丝杆27、以及设置在从动带轮动盘23-1背面凹槽中的第二中间轴承24，第二中间轴承24由空套在动力输出轴22上且固定在第二移动齿轮26上的第二中间轴承端盖25定位。

所述动力输出轴22的左端通过第二左轴承28-2与第二中空丝杆27连接，第二左轴承28-2由固定在第二中空丝杆27上的第二左轴承端盖28-1定位；动力输出轴22的右端通过第二右轴承21-2与右轴承座3连接，第二右轴承21-2由固定在右轴承座3上的第二右轴承端盖21-1定位。

见图2，当速比执行电机4运转，由速比执行电机4的输出轴5带动第一固定齿轮19和第二固定齿轮29旋转，进而带动第一移动齿轮16和第二移动齿轮26旋转，第一移动齿轮16和第二移动齿轮26各能在旋转的同时作轴向移动。在第一移动齿轮16通过第一中间轴承端盖15、第一中间轴承14推动主动带轮动盘13-2向左移动时，第二移动齿轮26也是向左移动，V型传动带20向上提升，V型传动带20给予从动带轮动盘23-2向左的作用力，从动带轮动盘23-2向左移动，此时速比变小。同理，主动带轮动盘13-2的向右移动，也是在V型传动带20的作用下实现的。

当车辆起步时，无级变速系统总控制单元向磁粉离合器控制单元发出指令，磁粉离合器控制单元控制输入磁粉离合器1的电流，使磁粉离合器慢慢接合，此时对应的速比执行机构的速比最大；当车辆起步后，随着车速慢慢提高，无级变速系统总控制单元接收来车辆的节气门踏板传感器、制动踏板传感器、路况信息传感器、速比反馈传感器的信号以及发动机转速转矩信号、车辆的行驶车速信息，根据设计的速比控制策略和速比控制规律，无级变速系统总控制单元通过速比控制单元控制速比执行电机的转速和转角，速比执行电机通过速比执行机构带动主、从动带轮动盘轴向移动，改变V型传动带与带轮定、动盘的接触半径，从而改变无级变速系统的速比。

Claims (6)

1.一种车辆全电调节无级变速系统，其特征在于：包括无级变速系统总控制单元（A）、磁粉离合器控制单元（B）、磁粉离合器（1）、速比控制单元（C）和速比无级调节装置；

速比无级调节装置包括速比执行电机（4）和速比执行机构；速比执行机构具有左轴承座（2）、右轴承座（3）、动力输入轴（12）、主动带轮（13）、动力输出轴（22）、从动带轮（23）以及连接所述主动带轮（13）和从动带轮（23）的V型传动带（20）；速比执行电机（4）的输出轴（5）、动力输入轴（12）和动力输出轴（22）均设置在左、右轴承座（2、3）之间；所述主动带轮（13）包括各为锥台形且以顶面相对设置的主动带轮定盘（13-1）和主动带轮动盘（13-2），所述从动带轮（23）包括各为锥台形且以顶面相对设置的从动带轮定盘（23-1）和从动带轮动盘（23-2），所述动力输入轴（12）和动力输出轴（22）均具有轴环，主动带轮定盘（13-1）固定于动力输入轴（12）的轴环（12-1）左侧部位上，主动带轮动盘（13-2）空套在动力输入轴（12）的轴环（12-1）右侧部位上；从动带轮定盘（23-1）固定于动力输出轴（22）的轴环（22-1）右侧部位上，从动带轮动盘（23-2）空套在动力输出轴（22）的轴环（22-1）左侧部位上；

磁粉离合器（1）的输出轴通过轴套（1-1）与动力输入轴（12）连接；

所述主动带轮动盘（13-2）由第一位移控制机构控制移动，所述从动带轮动盘（23-2）由第二位移控制机构控制移动；

所述第一位移控制机构和第二位移控制机构的结构相同；

第一位移控制机构包括固定在速比执行电机（4）的输出轴（5）上的第一固定齿轮（19）、与第一固定齿轮（19）啮合的第一移动齿轮（16）、空套在动力输入轴（12）上与第一移动齿轮（16）的中心孔螺纹连接且固定在右轴承座（3）上的第一中空丝杆（17）、设置在主动带轮动盘（13-1）背面的第一中间轴承（14），第一中间轴承（14）由空套在动力输入轴（12）上且固定在第一移动齿轮（16）上的第一中间轴承端盖（15）定位；

第二位移控制机构包括固定在速比执行电机（4）的输出轴（5）上的第二固定齿轮（29）、与第二固定齿轮（29）啮合的第二移动齿轮（26）、空套在动力输出轴（22）上与第二移动齿轮（26）的中心孔螺纹连接且固定在左轴承座（2）上的第二中空丝杆（27）、以及设置在从动带轮动盘（23-1）背面上的第二中间轴承（24），第二中间轴承（24）由空套在动力输出轴（22）上且固定在第二移动齿轮（26）上的第二中间轴承端盖（25）定位；

当车辆起步时，无级变速系统总控制单元（A）向磁粉离合器控制单元（B）发出指令，磁粉离合器控制单元（B）控制输入磁粉离合器（1）的电流，使磁粉离合器（1）慢慢接合，此时对应的速比执行机构的速比最大；当车辆起步后，随着车速慢慢提高，无级变速系统总控制单元（A）接收来自车辆的节气门踏板传感器、制动踏板传感器、路况信息传感器、速比反馈传感器的信号以及发动机转速转矩信号、车辆的行驶车速信息，根据设计的速比控制策略和速比控制规律，无级变速系统总控制单元（A）通过速比控制单元（C）控制速比执行电机（4）的转速和转角，速比执行电机（4）通过速比执行机构带动主、从动带轮动盘轴向移动，改变V型传动带与带轮定、动盘的接触半径，从而改变无级变速系统的速比。

2.根据权利要求1所述的车辆全电调节无级变速系统，其特征在于：所述动力输入轴（12）的右端通过第一右轴承（18-2）与第一中空丝杆（17）连接，第一右轴承（18-2）由固定在第一中空丝杆（17）上的第一右轴承端盖（18-1）定位；动力输入轴（12）的左端通过第一左轴承（11-2）与左轴承座（2）连接，第一左轴承（11-2）由固定在左轴承座（2）上的第一左轴承端盖（11-1）定位。

3.根据权利要求1所述的车辆全电调节无级变速系统，其特征在于：所述动力输出轴（22）的左端通过第二左轴承（28-2）与第二中空丝杆（27）连接，第二左轴承（28-2）由固定在第二中空丝杆（27）上的第二左轴承端盖（28-1）定位；动力输出轴（22）的右端通过第二右轴承（21-2）与右轴承座（3）连接，第二右轴承（21-2）由固定在右轴承座（3）上的第二右轴承端盖（21-1）定位。

4.一种速比无级调节装置，包括速比执行电机（4）和速比执行机构，速比执行机构具有动力输入轴（12）、主动带轮（13）、动力输出轴（22）、从动带轮（23）以及连接所述主动带轮（13）和从动带轮（23）的V型传动带（20）；所述主动带轮（13）包括各为锥台形且以顶面相对设置的主动带轮定盘（13-1）和主动带轮动盘（13-2），所述从动带轮（23）包括各为锥台形且以顶面相对设置的从动带轮定盘（23-1）和从动带轮动盘（23-2），所述主动带轮动盘（13-2）由第一位移控制机构控制移动，所述从动带轮动盘（23-2）由第二位移控制机构控制移动；其特征在于：

所述速比执行机构还具有左轴承座（2）和右轴承座（3），速比执行电机（4）的输出轴（5）、动力输入轴（12）和动力输出轴（22）均设置在左、右轴承座（2、3）之间；

所述动力输入轴（12）和动力输出轴（22）均具有轴环，主动带轮定盘（13-1）固定于动力输入轴（12）的轴环（12-1）左侧部位上，主动带轮动盘（13-2）空套在动力输入轴（12）的轴环（12-1）右侧部位上；从动带轮定盘（23-1）固定于动力输出轴（22）的轴环（22-1）右侧部位上，从动带轮动盘（23-2）空套在动力输出轴（22）的轴环（22-1）左侧部位上；

所述第一位移控制机构和第二位移控制机构结构相同；

第一位移控制机构包括固定在速比执行电机（4）的输出轴（5）上的第一固定齿轮（19）、与第一固定齿轮（19）啮合的第一移动齿轮（16）、空套在动力输入轴（12）上与第一移动齿轮（16）的中心孔螺纹连接且固定在右轴承座（3）上的第一中空丝杆（17）、以及设置在主动带轮动盘（13-1）背面的第一中间轴承（14），第一中间轴承（14）由空套在动力输入轴（12）上且固定在第一移动齿轮（16）上的第一中间轴承端盖（15）定位；

第二位移控制机构包括固定在速比执行电机（4）的输出轴（5）上的第二固定齿轮（29）、与第二固定齿轮（29）啮合的第二移动齿轮（26）、空套在动力输出轴（22）上与第二移动齿轮（26）的中心孔螺纹连接且固定在左轴承座（2）上的第二中空丝杆（27）、以及设置在从动带轮动盘（23-1）背面上的第二中间轴承（24），第二中间轴承（24）由空套在动力输出轴（22）上且固定在第二移动齿轮（26）上的第二中间轴承端盖（25）定位。

5.根据权利要求4所述的速比无级调节装置，其特征在于：所述动力输入轴（12）的右端通过第一右轴承（18-2）与第一中空丝杆（17）连接，第一右轴承（18-2）由固定在第一中空丝杆（17）上的第一右轴承端盖（18-1）定位；动力输入轴（12）的左端通过第一左轴承（11-2）与左轴承座（2）连接，第一左轴承（11-2）由固定在左轴承座（2）上的第一左轴承端盖（11-1）定位。

6.根据权利要求4所述的速比无级调节装置，其特征在于：所述动力输出轴（22）的左端通过第二左轴承（28-2）与第二中空丝杆（27）连接，第二左轴承（28-2）由固定在第二中空丝杆（27）上的第二左轴承端盖（28-1）定位；动力输出轴（22）的右端通过第二右轴承（21-2）与右轴承座（3）连接，第二右轴承（21-2）由固定在右轴承座（3）上的第二右轴承端盖（21-1）定位。