CN104879490A - 高功能安全性的无级变速器 - Google Patents

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Abstract

一种高功能安全性的无级变速器，通过设置转速信号发生装置和传感器、锥盘位置信号发生装置和传感器，以及在润滑油泵入口和润滑油泵之间设置信号装置用来检测滤网是否堵塞，同时设置部件以温度传感器温差值判断油泵是否故障。从而使得整个系统从传感器选择及布置上尽量避免共因性失效，提高无级变速器安全可靠性。

Description

高功能安全性的无级变速器
技术领域：
本发明涉及变速器领域，具体为一种高功能安全性的无级变速器，主要应用于汽车、工程机械、动力机械等领域。
背景技术：
锥盘式无级变速器广泛应用于交通工具、工程机械、农机、发电设备及其他工业领域，由夹持于锥盘间的挠性传动元件，如橡胶带、钢带、链等，以摩擦方式传递动力和运动。通过锥盘轴向位置改变而调节变速比和系统的润滑冷却是此类无级变速器的关键功能。
无级变速器的应用领域，尤其是汽车领域，对系统安全性有较高的要求。下面从共因性失效、功能安全、ISO 26262标准几个方面阐述如何提高无级变速器的可靠性。
共因性失效是指由同一特定事件或者同一根本原因引起的同一系统中两个或者多个元素的失效(这些元素包括软件、硬件等部分)。一个子系统、零部件或元器件的简单重复冗余无法避免系统的共因性失效，因为导致主系统失效的原因也会导致其备份系统的失效。在系统设计过程中应该尽量避免共因性失效，从而提高整个系统的可靠性。
功能安全是指避免由系统功能故障导致的不可接受的风险。功能安全关注系统故障后的行为，而不是系统的原有功能或性能。
ISO 26262是从电子、电器及可编程器件功能安全基本标准IEC61508派生出来的，主要定位在汽车行业中特定的电器器件、电子设备、可编程电子器件等专门用于汽车领域的部件，旨在提高汽车电子、电器产品功能的国际标准。 随着系统复杂性的提高、软件和机电设备的应用来自系统失效和随机的硬件失效的风险也日益增大，ISO 26262标准为避免这些风险提供了可行的要求和流程。
发明内容：
本发明的目的是提供一种无级变速器，提高在非系统性故障下的功能安全等级，在变速器本体部分(不包括控制器)的电子电气系统达到ISO26262的ASIL C以上的标准，避免共因性失效。
无级变速器的基本结构为2根锥盘轴，其上分别设置1个动锥盘和1个定锥盘。动锥盘与调速机构相连，如液压缸，或调速螺杆。1根挠性传动元件被压紧在2对锥盘间，其之间的摩擦力是动力传递的基础。
无级变速器控制的重要对象是变速比，为了提高系统功能安全性，首先需要以至少2套不同的途径测量系统当前的变速比，反馈给控制系统。当一种途径失效时，可以以另一种途径获得稳定可靠的信号。但为了判断哪一路信号失效，还需要其他的信号来做校验。
本发明采用的变速比测量信号有两路，一是锥盘的轴向位置，可以换算为挠性元件在锥盘上的位置；二是输出输入转速之比。作为系统校验信号，可采用整车的发动机或电动汽车的驱动电机转速信号校验无级变速器的输入转速信号，以及ABS或ESP的轮速信号校验无级变速器的输出转速信号。
转速具体的测量方式为，在无级变速器的输入锥盘轴上，或与输入锥盘轴以齿轮或齿形链方式连接的传动轴上，设置有转速信号发生装置，同时在壳体相应位置设置有转速信号传感器；同时在无级变速器的输出锥盘轴上，或与输入锥盘轴以齿轮或齿形链方式连接的传动轴上，设置有转速信号发生装置，同时在壳体相应位置设置有转速信号传感器；测量到输入输出转速信号后，即可 算出当前的变速比。
锥盘位置的测量方式为，将锥盘位置信号发生装置设置在动锥盘上，或与动锥盘轴向固定连接，包括以轴承等形式与动锥盘轴向固定连接，但可与动锥盘相对转动的结构上的与动锥盘同轴的环形槽，该锥盘位置信号传感器，为角度传感器，其角度测量元件上连接一个摆杆，摆杆的另一端伸入环形槽内。
或将锥盘位置信号发生装置设置在动锥盘上，或与动锥盘轴向固定连接，包括以轴承等形式与动锥盘轴向固定连接，但可与动锥盘相对转动的结构上的，旋转轴线与动锥盘旋转轴线同轴的环形平面，该锥盘位置信号传感器，为直线位移传感器，其直线位移测量元件与上述环形平面通过顶杆或拉杆轴向固定连接。
将角度传感器及其锥盘位置发生装置，设置于输入锥盘轴上；或将角度传感器及其锥盘位置发生装置，设置于输出锥盘轴上；或直线位移传感器及其锥盘位置发生装置，设置于输入锥盘轴上；或直线位移传感器及其锥盘位置发生装置，设置于输出锥盘轴上；或角度传感器及其锥盘位置发生装置，同时设置于输入和输出锥盘轴上；或直线位移传感器及其锥盘位置发生装置，同时设置于输入和输出锥盘轴上；或直线位移传感器和角度传感器及其锥盘位置发生装置，分别设置于输入和输出锥盘轴上。
同时，如果是以电机调整速比，也可在调速电机上设置转数或位置信号传感器，以便测量电机旋转的圈数，也可间接获得锥盘位置的信息。
这样，如果发现变速比的三路测量结果，转速、锥盘位置、调速电机旋转圈数有差异，在默认只有一路失效的前提下，即可判断出失效的是哪一路，并用另两路信号中的一路代替，继续正常工作；如果系统采用了两路测量，如转速和锥盘位置，可对比整车的发动机或驱动电机速度信号，以及ABS或ESP的 轮速信号，确定哪一路失效，并用另两路信号中的一路代替，继续正常工作。
作为无级变速器的另一重要工作条件，润滑和冷却也需要具备高功能安全性。
作为润滑和冷却的执行机构，本发明设置了2套系统，一套为自然的飞溅润滑，并利用导油结构将润滑油导入到轴承、齿轮等部位，尤其是无级变速器最需要冷却的锥盘-挠性元件部位；另一套为油泵驱动的强制润滑系统，利用油泵将油送入需要润滑冷却的部位。
强制润滑的安全性也需要进行监测，本发明中设置了强制润滑监测机制。
具体实施方式如下，在润滑油泵入口和润滑油泵之间设置压力传感器、真空度传感器，或真空发讯器，或真空开关，判断滤网是否堵塞。同时设置有2个润滑油温传感器，1个设置于润滑油泵的吸油口和出油口之间的油道之外，如无级变速器壳体下部，另1个设置于油泵出油口和锥盘轴润滑油入口之间。通过两个温度传感器温度差值判断油泵是否工作。
以内燃机驱动的汽车内，无级变速器还要包括离合器及前进倒档切换功能。
为了实现上述功能，在无级变速器与发动机之间设有干式离合器，离合器分离电机通过减速装置带动离合器拨叉使干式离合器分离及结合，同时减速装置上设有离合器位置信号传感器，电机上设有电机位置信号传感器。
前进倒档切换电机通过减速装置带动拨叉使同步器在前进与倒档齿轮副之间切换以实现无级变速器的前进倒档切换，同时减速装置上设有同步器位置信号传感器，在电机上设有电机位置信号传感器。
因此本发明具体通过如下技术手段实现：
一种高功能安全性的无级变速器，
输入锥盘轴上或与输入锥盘轴连接的传动轴上，设置有转速信号发生装置， 同时在壳体上设置有转速信号传感器；输出锥盘轴上或与输入锥盘轴连接的传动轴上，设置有转速信号发生装置，同时在壳体上设置有转速信号传感器；
在动锥盘上设置有或与动锥盘轴向固定连接有锥盘位置信号发生装置，同时在壳体上设置有锥盘位置信号传感器；
所述转速信号发生装置和所述转速信号传感器用于测量和传递输入锥盘或输出锥盘的转速；
所述锥盘位置信号发生装置和所述锥盘位置信号传感器用于测量和传递锥盘位置。
作为优选，所述高功能安全性的无级变速器设置有润滑油泵，其中吸油口位于无级变速器下部壳体内；出油口通过油道管路经过滤清器，通过锥盘轴润滑油入口进入2根锥盘轴；其中润滑油管上设置有2个润滑油温传感器，其中1个设置于润滑油泵的吸油口和出油口之间的油道之外，另外1个设置于油泵出油口和锥盘轴润滑油入口之间。
作为优选，润滑油管上设置的2个润滑油温传感器，其中1个设置于润滑油泵的吸油口和出油口之间的油道之外的无级变速器壳体下部。
作为优选，所述高功能安全性的无级变速器设置有减速装置，离合器电机通过减速装置驱动干式离合器实现离合器分离及结合，在离合器电机地一端设置转角传感器，在离合器减速机构上设置离合器位置信号传感器；所述转角传感器用于测量离合电机转过角度；所述高功能安全性的无级变速器内设前进倒档切换机构，换挡电机通过减速装置连接拨叉，换挡电机驱动拨叉使同步器在前进与倒档齿轮副之间切换；在电机一端设置换挡电机位置信号传感器，在减速装置上设置同步器位置信号传感器。
作为优选，所述高功能安全性的无级变速器包括：至少两根互相平行的传 动轴，靠近动力输入端的输入锥盘轴，靠近动力输出端的输出锥盘轴；每对锥盘中均包括动锥盘，和定锥盘，锥盘间夹持有挠性传动元件。
作为优选，所述锥盘位置信号发生装置以轴承形式与动锥盘轴向固定连接，且设置为能够与动锥盘相对转动结构上的与动锥盘同轴的环形槽结构；所述锥盘位置信号传感器为角度传感器，其角度测量元件上连接一个摆杆，摆杆的另一端伸入所述环形槽内。
作为优选，所述锥盘位置信号发生装置以轴承形式与动锥盘轴向固定连接，且设置为能够与动锥盘相对转动的结构上的，且旋转轴线与动锥盘旋转轴线同轴的环形平面形式；所述锥盘位置信号传感器为直线位移传感器，其直线位移测量元件与所述环形平面通过顶杆或拉杆轴向固定连接。
作为优选，所述角度传感器及其锥盘位置信号发生装置，设置于输入锥盘轴上或输出锥盘轴上，或者在输入锥盘轴上和输出锥盘轴上均设置角度传感器及其锥盘位置信号发生装置。
作为优选，所述直线位移传感器及其锥盘位置信号发生装置，设置于输入锥盘轴上或输出锥盘轴上，或者在输入锥盘轴上和输出锥盘轴上均设置所述直线位移传感器及其锥盘位置信号发生装置。
作为优选，将所述角度传感器及其锥盘位置信号发生装置和所述直线位移传感器及其锥盘位置信号发生装置分别设置在输入锥盘轴上和输出锥盘轴上。
作为优选，在润滑油泵入口和润滑油泵之间设置真空度传感器、真空发讯器或真空开关。
作为优选，所述高功能安全性的无级变速器包括：油泵1、油温传感器2、润滑油过滤器3、真空发讯器4、油温传感器5、主动轴定锥盘6、带加压螺母的主动轴动锥盘7、电机驱动调速机构8、调速螺母801、调速螺杆802、主动 锥盘加压机构9、做在主动加压螺杆轴上的主动锥盘加压螺杆901、做在主动轴动锥盘上的主动锥盘加压螺母902、主动加压螺杆轴10、动力输入轴转速信号传感器11、调速电机位置信号传感器12、干式离合器13、离合器电机位置信号传感器14、离合器位置信号传感器15、前进倒档切换机构16、离合器位置信号传感器17、换挡电机位置信号传感器18、动力输出轴转速信号传感器19、主动轴动锥盘位置信号传感器20、挠性传动元件21、从动轴定锥盘22、从动轴动锥盘位置信号传感器23、带加压螺母的从动轴动锥盘24、移动副25、压紧弹簧26、从动锥盘加压机构27、在从动加压螺杆轴上的从动锥盘加压螺杆2701、在从动轴动锥盘上的从动锥盘加压螺母2702以及从动加压螺杆轴26。
作为优选，动锥盘上连接有调速系统，调速系统包括调速电机及调速减速机构；调速电机内设置有霍尔传感器或旋转编码器。
作为优选，壳体内设置有导流结构，将飞溅的润滑油导入到锥盘和挠性传动元件之间。
本发明的效果在于：
1，为避免共因性失效，本发明通过设置转速信号发生装置和转速信号传感器和锥盘位置信号发生装置和锥盘位置信号传感器，以转速信号传感器分别测量输入锥盘轴上或者与输入锥盘轴以齿轮或齿形链方式连接的传动轴上及输出锥盘轴或者与输出锥盘轴以齿轮或齿形链方式连接的传动轴的转速信号，通过输入输出转速可得到速比的同时。以锥盘位置信号传感器测得锥盘位置信号亦可换算得到速比值，这样不同工作原理的信号判断某一路是否失效，从而达到了非共因失效的目的，从而提高了无级变速器的功能安全性；
2，通过设置两套润滑和冷却执行系统，一套为自然飞溅润滑，另一套为油泵驱动的强制润滑系统，设置有两个润滑油温传感器，以两温度传感器温差值 判断油泵是否故障。从而提高了无级变速器的功能安全性；
3，通过设置无级变速器与发动机之间的干式离合器，离合器分离电机通过减速装置带动离合器拨叉使干式离合器分离及结合，同时在减速装置上设有离合器位置信号传感器及离合器电机上设有电机位置信号传感器。无级变速器内设有前进倒档切换机构，前进倒档切换电机通过减速装置带动拨叉使同步器在前进与倒档齿轮副之间切换，本发明在减速装置上设有同步器位置信号传感器及在电机上设有电机位置信号传感器。整个系统从传感器选择及布置上尽量避免共因性失效，使得该高功能安全性无级变速器真正实现安全可靠。
附图说明：
图1是本发明具体实施方式示意图。
图中，1-油泵；2-油温传感器；3-润滑油滤清器；4-真空发讯器；5-油温传感器；6-主动轴定锥盘；7-带加压螺母的主动轴动锥盘；8-电机驱动调速机构；801-调速螺母；802-调速螺杆；9-主动锥盘加压机构；901-做在主动加压螺杆轴上的主动锥盘加压螺杆；902-做在主动轴动锥盘上的主动锥盘加压螺母；10-主动加压螺杆轴(主动轴)；11-动力输入轴转速信号传感器；12-无级变速器调速电机位置信号传感器；13-干式离合器；14-离合器电机位置信号传感器；15-离合器位置信号传感器；16-前进倒档切换机构；17-离合器位置信号传感器；18-换挡电机位置信号传感器；19-动力输出轴转速信号传感器；20-主动轴动锥盘位置信号传感器；21-挠性传动元件；22-从动轴定锥盘；23-从动轴动锥盘位置信号传感器；24-带加压螺母的从动轴动锥盘；25-移动副；26-压紧弹簧；27-从动锥盘加压机构；2701-做在从动加压螺杆轴上的从动锥盘加压螺杆；2702-做在从动轴动锥盘上的从动锥盘加压螺母；26-从动加压螺杆轴(从动轴)；A-动力输入；B-动力输出。
具体实施方式：
本发明高功能安全性的无级变速器，设有至少两根互相平行的传动轴，其中两根传动轴上分别各有一对锥盘，锥盘间夹持有一个挠性传动元件。
如图1所示，本发明高功能安全性的无级变速器，主要包括：油泵1、油温传感器2、润滑油过滤器3、真空发讯器4、油温传感器5、主动轴定锥盘6、带加压螺母的主动轴动锥盘7、电机驱动调速机构8、调速螺母801、调速螺杆802、主动锥盘加压机构9、做在主动加压螺杆轴上的主动锥盘加压螺杆901、做在主动轴动锥盘上的主动锥盘加压螺母902、主动加压螺杆轴(主动轴)10、动力输入轴转速信号传感器11、调速电机位置信号传感器12、干式离合器13、14-离合器电机位置信号传感器、离合器位置信号传感器15、前进倒档切换机构16、离合器位置信号传感器17、换挡电机位置信号传感器18、动力输出轴转速信号传感器19、主动轴动锥盘位置信号传感器20、挠性传动元件21、从动轴定锥盘22、从动轴动锥盘位置信号传感器23、带加压螺母的从动轴动锥盘24、移动副25、压紧弹簧26、从动锥盘加压机构27、做在从动加压螺杆轴上的从动锥盘加压螺杆2701、做在从动轴动锥盘上的从动锥盘加压螺母2702、从动加压螺杆轴(从动轴)26等，具体结构如下：
主动加压螺杆轴10上安装有一对锥面相对设置的锥盘：带加压螺母的主动轴动锥盘7和主动轴定锥盘6，从动加压螺杆轴28上安装有一对锥面相对设置的锥盘：从动轴定锥盘22和带加压螺母的从动轴动锥盘24；主动加压螺杆轴10上的锥盘和从动加压螺杆轴28上的锥盘之间夹持挠性传动元件21，通过挠性传动元件21传动连接；
主动轴定锥盘6与带加压螺母的主动轴动锥盘7安装于主动加压螺杆轴4上，带加压螺母的主动轴动锥盘7套装于做在主动加压螺杆轴11上的主动锥盘 加压螺杆901上；带加压螺母的主动轴动锥盘7与主动轴定锥盘6之间通过球键连接，能保证此两个锥盘可以相对轴向移动，不能相对转动，主动轴定锥盘6通过轴承安装于主动加压螺杆轴10上，带加压螺母的主动轴动锥盘7的背面设有电机驱动调速机构8。
从动轴定锥盘22与带加压螺母的从动轴动锥盘24安装于从动加压螺杆轴28上，带加压螺母的从动轴动锥盘24套装于做在从动加压螺杆轴28上的从动锥盘加压螺杆2701上；从动轴定锥盘22和带加压螺母的从动轴动锥盘24之间通过移动副连接，能保证此两个锥盘可以相对轴向移动，不能相对转动，从动轴定锥盘22通过轴承安装于从动加压螺杆轴28上，带加压螺母的从动轴动锥盘24的背面设有压紧弹簧26。
油泵1进油口端接润滑油滤清器3，出油口连接锥盘轴润滑油入口进入2根锥盘轴，润滑油温度传感器5设置于无级变速器壳体下部，润滑油温度传感器2设置于油泵出油口和锥盘轴润滑油入口之间，在润滑油泵入口和润滑油泵之间设置真空度传感器。
离合器电机通过减速装置驱动干式离合器13实现离合器分离及结合，转角传感器设置于离合器电机一端，测量离合电机转过角度，设置离合器位置信号传感器15于离合器减速机构上。
无级变速器内设前进倒档切换机构16，换挡电机通过减速装置连接拨叉，换挡电机驱动拨叉使同步器在前进与倒档齿轮副之间切换。设置换挡电机位置信号传感器18于电机一端，设置同步器位置信号传感器于减速装置上。
动力输入轴转速信号传感器11设置于无级变速器壳体上，从动轴转速信号传感器19设置无级变速器壳体上，同时设置电机位置信号传感器12于无级变速器调速电机上，动锥盘上设置有锥盘位置信号发生装置，锥盘位置信号传感 器20和23设置于壳体相应位置设置。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不以本发明为限制，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高功能安全性的无级变速器，其特征在于：
输入锥盘轴上或与输入锥盘轴连接的传动轴上，设置有转速信号发生装置，同时在壳体上设置有转速信号传感器；输出锥盘轴上或与输出锥盘轴连接的传动轴上，设置有转速信号发生装置，同时在壳体上设置有转速信号传感器；
在动锥盘上设置有或与动锥盘轴向固定连接有锥盘位置信号发生装置，同时在壳体上设置有锥盘位置信号传感器；
所述转速信号发生装置和所述转速信号传感器用于测量和传递输入锥盘或输出锥盘的转速；
所述锥盘位置信号发生装置和所述锥盘位置信号传感器用于测量和传递锥盘位置。
2.根据权利要求1所述的高功能安全性的无级变速器，其特征在于，
所述高功能安全性的无级变速器设置有润滑油泵，其中吸油口位于无级变速器下部壳体内；出油口通过油道管路经过滤清器，通过锥盘轴润滑油入口进入2根锥盘轴；其中润滑油管上设置有2个润滑油温传感器，其中1个设置于润滑油泵的吸油口和出油口之间的油道之外，另外1个设置于油泵出油口和锥盘轴润滑油入口之间。
3.根据权利要求1所述的高功能安全性的无级变速器，其特征在于，所述高功能安全性的无级变速器设置有减速装置，离合器电机通过减速装置驱动干式离合器实现离合器分离及结合，在离合器电机一端设置转角传感器，在离合器减速机构上设置离合器位置信号传感器；所述转角传感器用于测量离合电机转过角度；所述高功能安全性的无级变速器内设前进倒档切换机构，换挡电机通过减速装置连接拨叉，换挡电机驱动拨叉使同步器在前进与倒档齿轮副之间切换；在电机一端设置换挡电机位置信号传感器，在减速装置上设置同步器位置信号传感器。
4.根据权利要求1～3任一项所述的高功能安全性的无级变速器，其特征在于，所述高功能安全性的无级变速器包括：至少两根互相平行的传动轴，靠近动力输入端的输入锥盘轴，靠近动力输出端的输出锥盘轴；每对锥盘中均包括动锥盘，和定锥盘，锥盘间夹持有挠性传动元件。
5.根据权利要求1～3任一项所述的高功能安全性的无级变速器，其特征在于，所述锥盘位置信号发生装置以轴承形式与动锥盘轴向固定连接，且设置为能够与动锥盘相对转动结构上的与动锥盘同轴的环形槽结构；所述锥盘位置信号传感器为角度传感器，其角度测量元件上连接一个摆杆，摆杆的另一端伸入所述环形槽内。
6.根据权利要求1～5任一项所述的高功能安全性的无级变速器，其特征在于，所述所述锥盘位置信号发生装置以轴承形式与动锥盘轴向固定连接，且设置为能够与动锥盘相对转动的结构上的，且旋转轴线与动锥盘旋转轴线同轴的环形平面形式；所述锥盘位置信号传感器为直线位移传感器，其直线位移测量元件与所述环形平面通过顶杆或拉杆轴向固定连接。
7.根据权利要求5所述的高功能安全性的无级变速器，其特征在于，所述角度传感器及其锥盘位置信号发生装置，设置于输入锥盘轴上和/或输出锥盘轴上。
8.根据权利要求6所述的高功能安全性的无级变速器，其特征在于，所述直线位移传感器及其锥盘位置信号发生装置，设置于输入锥盘轴上和/或输出锥盘轴上。
9.根据权利要求2～3任一项所述的高功能安全性的无级变速器，其特征在于：在润滑油泵入口和润滑油泵之间设置压力传感器、压力开关、真空度传感器、真空发讯器或真空开关。
10.根据权利要求1～3任一项所述的高功能安全性的无级变速器，其特征在于，所述高功能安全性的无级变速器包括：油泵(1)、油温传感器(2)、润滑油过滤器(3)、真空发讯器(4)、油温传感器(5)、主动轴定锥盘(6)、带加压螺母的主动轴动锥盘(7)、电机驱动调速机构(8)、调速螺母(801)、调速螺杆(802)、动力输入轴转速信号传感器(11)、调速电机位置信号传感器(12)、干式离合器(13)、离合器电机位置信号传感器(14)、离合器位置信号传感器(15)、前进倒档切换机构(16)、离合器位置信号传感器(17)、换挡电机位置信号传感器(18)、动力输出轴转速信号传感器(19)、主动轴动锥盘位置信号传感器(20)、挠性传动元件(21)、从动轴定锥盘(22)、从动轴动锥盘位置信号传感器(23)以及从动轴动锥盘(24)。
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