CN105020299B - 一种无级变速动力轴承的控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无级变速动力轴承的控制系统，包括有TCU控制模块、液压系统、以及与TCU控制模块连接的信号采集单元；液压系统包括有液压缓冲仓、高压液体泵、储液箱、液压调节阀、以及与TCU控制模块连接的调节电机，液压调节阀安装于液压缓冲仓上且与调节电机连接，储液箱通过高压液体泵与液压缓冲仓连接，液压缓冲仓与液压油输入环连接；信号采集单元包括有安装于轴承主动内圈上的输入转速采集传感器、安装于轴承从动外圈上的输出转速采集传感器和安装于液压缓冲仓上的液体压力传感器。无级变速动力轴承能使轴承在转动过程中把轴承内圈的动力异步传递到轴承外圈，而控制系统通过高压油压力的调节能实现无级变速动力轴承的无级变速。

Description

一种无级变速动力轴承的控制系统

技术领域

本发明涉及无级变速动力轴承领域，具体是一种无级变速动力轴承的控制系统。

背景技术

目前工业上用的变速器大部分是速比固定的变速器；汽车上大部分配备的有档自动变速器(AT)，传动效率低、制作复杂、成本高；现有的无极变速器(CVT)的主、从动轮靠摩擦来传递动力，这种传递方式不能实现大扭矩动力传输。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种无级变速动力轴承的控制系统，无级变速动力轴承能使轴承在转动过程中把轴承内圈的动力异步传递到轴承外圈，而本发明的控制系统通过高压油压力的调节能实现无级变速动力轴承的无级变速。

本发明的技术方案为：

一种无级变速动力轴承的控制系统，所述的无级变速动力轴承包括有轴承主动内圈，轴承从动外圈和活齿总成；所述的轴承主动内圈的外周设置有一圈活齿槽，所述的活齿总成一一嵌入对应的活齿槽内，且活齿槽底部与高压油口连通；所述的轴承从动外圈的内周面为变径面，且变径面被均分成多个等分部，每个等分部的变径大小和方向相等，所述的活齿总成的外端部与变径面贴合；所述的无级变速动力轴承的控制系统包括有TCU控制模块、液压系统、以及与TCU控制模块连接的信号采集单元；所述的高压油口上设置有液压油输入环，所述的液压系统包括有液压缓冲仓、高压液体泵、储液箱、液压调节阀、以及与TCU控制模块连接的调节电机，所述的液压调节阀安装于液压缓冲仓上且与调节电机连接，所述的储液箱通过高压液体泵与液压缓冲仓连接，液压缓冲仓与液压油输入环连接；所述的信号采集单元包括有安装于轴承主动内圈上的输入转速采集传感器、安装于轴承从动外圈上的输出转速采集传感器和安装于液压缓冲仓上的液体压力传感器。

所述的TCU控制模块包括有中央处理器，分别与中央处理器连接的存储器、信号调理单元、电源单元、总线驱动单元和电机驱动单元；所述的信号采集单元与信号调理单元连接，所述的调节电机与电机驱动单元连接。

所述的高压油口上设置有液压油回油环，液压油回油环与所述的储液箱连接。

所述的电机驱动单元包括看门狗电路、冗余CPU、控制信号译码器、电机驱动模块和二极管D1、D2、D3和D4；所述的控制信号译码器通过电机驱动模块与调节电机连接；所述的冗余CPU、看门狗电路均与所述的中央处理器连接，所述的中央处理器依次通过二极管D1、D2与控制信号译码器连接，所述的冗余CPU依次通过二极管D3、D4与控制信号译码器连接，所述的看门狗电路的BOUT端连接于二极管D1、D2之间，看门狗电路的AOUT端连接于二极管D3、D4之间。

本发明的优点：

本发明通过TCU控制模块控制调节电机，调节电机来改变液压调节阀的液体泄漏压力，从而改变液压缓冲仓内的液体压力值，液压缓冲仓内的高压液压油通过液压油输入环传递到活齿总成，活齿总成在液压油的作用下把轴承主动内圈的能量传递给轴承从动外圈，根据无级变速器动力轴承的工况不同形成不同的输出和输入之间的速比关系；当液体缓冲仓内的液体压力与大气压相等时，轴承主动内圈对轴承从动外圈传递的扭矩力几乎为零，起到了轴承主动内圈和轴承从动外圈的动力分离作用，所以可以通过改变液体缓冲仓内的液体压力来连接或分离轴承主动内圈和轴承从动外圈的动力，液体压力在传递动力的同时也起到了离合器的作用；电机驱动单元设置有冗余CPU单元，TCU控制模块的中央处理器出现故障时，冗余CPU单元自动接力，实现了控制系统的高可靠性。

附图说明

图1是本发明无级变速动力轴承的结构示意图。

图2是本发明的原理框图。

图3是本发明变速控制运算流程框图。

图4是本发明液体压力、转速和扭矩的关系曲线坐标图。

图5是本发明电机驱动单元的原理框图。

具体实施方式

见图1，一种无级变速动力轴承包括有轴承主动内圈1，轴承从动外圈2和活齿总成3；轴承主动内圈1的外周设置有一圈活齿槽4，活齿总成3一一嵌入对应的活齿槽4内，且活齿槽4底部与高压油口5连通；轴承从动外圈2的内周面为变径面，且变径面被均分成多个等分部，每个等分部的变径大小和方向相等，活齿总成3的外端部与变径面贴合。高压油口5上设置有液压油输入环51和液压油回油环52(见图2)。

见图2，无级变速动力轴承的控制系统包括有TCU控制模块6、液压系统7、以及与TCU控制模块6连接的信号采集单元；

TCU控制模块6包括有中央处理器61，分别与中央处理器61连接的存储器62、信号调理单元63、电源单元64、总线驱动单元65和电机驱动单元66；信号采集单元与信号调理单元63连接；

液压系统7包括有液压缓冲仓71、高压液体泵72、储液箱73、液压调节阀74、以及与电机驱动单元66连接的调节电机75，液压调节阀74安装于液压缓冲仓71上且与调节电机75连接，储液箱73通过高压液体泵72与液压缓冲仓71连接，液压缓冲仓71与液压油输入环51连接，液压油回油环5与储液箱73连接；

信号采集单元包括有安装于轴承主动内圈1上的输入转速采集传感器81、安装于轴承从动外圈2上的输出转速采集传感器82和和安装于液压缓冲仓71上的液体压力传感器83。

其中，见图5，电机驱动单元66包括看门狗电路661、冗余CPU 662、控制信号译码器663、电机驱动模块664和二极管D1、D2、D3和D4；控制信号译码器663通过电机驱动模块664与调节电机75连接；冗余CPU 662、看门狗电路661均与中央处理器61连接，中央处理器61依次通过二极管D1、D2与控制信号译码器663连接，冗余CPU 662依次通过二极管D3、D4与控制信号译码器663连接，看门狗电路661的BOUT端连接于二极管D1、D2之间，看门狗电路661的AOUT端连接于二极管D3、D4之间。

中央处理器61通过电机驱动单元66控制调节电机75正转、反转或停机，来改变液压调节阀74的液体泄漏压力，从而改变液压缓冲仓71内的液体压力值，这个压力值通过液体压力传感器83采集，传输给中央处理器61；液压缓冲仓71内的高压液压油通过液压油输入环51传递到活齿总成3，活齿总成3在液压油的作用下把轴承主动内圈1的能量传递给轴承从动外圈2，根据无级变速器动力轴承的工况不同形成不同的输出和输入之间的速比关系。

高压油在工作中一部分通过活塞的泄露，经过液压油回油环52回到储液箱73，另一部分通过冷却轨道的旁路系统经过液压油回油环52回到储液箱73。

见图3，变速控制运算流程框图，中央处理器61接收到输入转速采集传感器81采集到的轴承主动内圈1的转速S1和输出转速采集传感器82到的轴承从动外圈2的转速S2，计算出动力轴承的实际变换速比ES值,与系统给定的理论速比RP值的误差值ER,再计算出液压缓冲仓71所需的控制输出信号值DO，使液压缓冲仓71输出油压调节到需要的传动速比所需要的压力。

见图4，无级变速动力轴承的活塞对外圈轨道所的功有两部分组成，液体压力作用力产生的功和活塞离心力产生的功。由于活塞在设计时选用铝合金轻质材料，动力轴承工作时活塞总成离心力对轴承外圈所做的功很小，可以忽略不计，而液体压力对活塞作用力所做的功是主动轴向从动轴传递的主要输入功。曲线A为活塞离心力产生的扭矩曲线示意图，曲线B和曲线C为系统工作时两种工况下液体压力传递的扭矩曲线示意图。

所以当需要轴承主动内圈1向轴承从动外圈2传递动力时，TCU控制模块6通过加大液体压力来加大轴承主动内圈1对轴承从动外圈2传递的扭矩力，从而输出动力，TCU控制模块6通过泄放液体压力来减少轴承主动内圈1对轴承从动外圈2传递的扭矩力，从而减少输出动力。当液体缓冲仓71内的液体压力与大气压相等时，轴承主动内圈1对轴承从动外圈2传递的扭矩力几乎为零，起到了轴承主动内圈1和轴承从动外圈2的动力分离作用，所以可以通过改变液体缓冲仓71内的液体压力来连接或分离轴承主动内圈1和轴承从动外圈2的动力，液体压力在传递动力的同时也起到了离合器的作用。

见图5，当中央处理器61正常工作时，中央处理器61不断地用复位脉冲给看门狗电路661复位，正常复位的看门狗电路661在AOUT端产生低电平，封死应急通路，在BOUT端产生高阻信号，开通正常中央处理器61控制通路，中央处理器61的信号通过二极管D1、D2加载到控制信号译码器663端，经过译码器译码663后的控制信号再经过电机驱动模块664功率放大后输出；

当中央处理器61工作异常时，中央处理器61不能定时发出复位脉冲给看门狗电路661使之复位，不能被正常复位的看门狗电路661在BOUT端产生低电平信号，封死中央处理器61控制通路，在AOUT端产生高阻电平，开通应急通路，此时冗余CPU 662的控制输出通过二极管D3、D4连接到信号译码器的加载到控制信号译码器663端，经过译码器译码663后的控制信号再经过电机驱动模块664功率放大后输出。中央处理器61由于故障而冗余CPU 662自动接力，实现了控制系统的高可靠性。

Claims (4)

1.一种无级变速动力轴承的控制系统，所述的无级变速动力轴承包括有轴承主动内圈，轴承从动外圈和活齿总成；所述的轴承主动内圈的外周设置有一圈活齿槽，所述的活齿总成一一嵌入对应的活齿槽内，且活齿槽底部与高压油口连通；所述的轴承从动外圈的内周面为变径面，且变径面被均分成多个等分部，每个等分部的变径大小和方向相等，所述的活齿总成的外端部与变径面贴合；其特征在于：所述的无级变速动力轴承的控制系统包括有TCU控制模块、液压系统、以及与TCU控制模块连接的信号采集单元；所述的高压油口上设置有液压油输入环，所述的液压系统包括有液压缓冲仓、高压液体泵、储液箱、液压调节阀、以及与TCU控制模块连接的调节电机，所述的液压调节阀安装于液压缓冲仓上且与调节电机连接，所述的储液箱通过高压液体泵与液压缓冲仓连接，液压缓冲仓与液压油输入环连接；所述的信号采集单元包括有安装于轴承主动内圈上的输入转速采集传感器、安装于轴承从动外圈上的输出转速采集传感器和安装于液压缓冲仓上的液体压力传感器。

2.根据权利要求1所述的一种无级变速动力轴承的控制系统，其特征在于：所述的TCU控制模块包括有中央处理器，分别与中央处理器连接的存储器、信号调理单元、电源单元、总线驱动单元和电机驱动单元；所述的信号采集单元与信号调理单元连接，所述的调节电机与电机驱动单元连接。

3.根据权利要求1所述的一种无级变速动力轴承的控制系统，其特征在于：所述的高压油口上设置有液压油回油环，液压油回油环与所述的储液箱连接。

4.根据权利要求2所述的一种无级变速动力轴承的控制系统，其特征在于：所述的电机驱动单元包括看门狗电路、冗余CPU、控制信号译码器、电机驱动模块和二极管D1、D2、D3和D4；所述的控制信号译码器通过电机驱动模块与调节电机连接；所述的冗余CPU、看门狗电路均与所述的中央处理器连接，所述的中央处理器依次通过二极管D1、D2与控制信号译码器连接，所述的冗余CPU依次通过二极管D3、D4与控制信号译码器连接，所述的看门狗电路的BOUT端连接于二极管D1、D2之间，看门狗电路的AOUT端连接于二极管D3、D4之间。