CN112789432B - 用于无级变速器的液压控制电路、无级变速器以及用于控制无级变速器的夹紧力的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于控制CVT(20)的液压控制电路(1)，该CVT(20)包括通过环形柔性元件(25)机械地耦合的主皮带轮和副皮带轮(21、23)。液压控制电路包括用于以第一流体压力值(Pi)供应液压流体的供给泵(10；10’)、经由第一和第二液压支路(13、14)耦合到相应皮带轮致动器的双向增压泵(12)。双向增压泵是可控制的，以在第一和第二液压支路之间的任一方向上使液压流体移位。选择阀(15)将供给泵可控地耦合到第一或第二液压支路。液压控制电路控制选择阀选择被指示为在CVT的当前操作状态下具有最小运转半径的那个皮带轮的皮带轮的致动器的液压支路。

Description

用于无级变速器的液压控制电路、无级变速器以及用于控制 无级变速器的夹紧力的方法
技术领域
本发明涉及一种用于无级变速器(也称为CVT)的液压控制电路、一种无级变速器以及一种用于控制无级变速器的传动比和所述无级变速器的传动元件的夹紧水平的方法。
背景技术
在NL1009954中描述了一种可供用于在输入轴和输出轴之间提供无级传动比的无级变速器。无级变速器设置有具有输入轴的第一皮带轮和具有输出轴的第二皮带轮、将这些皮带轮机械地耦合的柔性元件以及用于对皮带轮进行液压控制的液压控制电路。由电动机驱动的第一和第二泵对液压流体加压，液压控制电路利用液压流体来操作第一和第二皮带轮，以便实现在输入轴和输出轴之间以所需传动比进行无打滑传动。第一泵用作供给泵，而第二泵用作增压泵。提供选择阀，该选择阀响应于存在于至皮带轮的致动器的液压支路中的压力来达成供给泵以第一流体压力供应液压液流，该第一流体压力足以能够用确保CVT的无打滑操作的最低所需压力来操作皮带轮。增压泵以第一压力从供给泵接收液压流体，并以第二压力供应所接收的液压流体，以使得能够控制另一个皮带轮。
柔性元件的打滑导致效率的损失，并且可进一步导致柔性元件的磨损和破裂。为了防止柔性元件打滑，使用超过最低所需流体压力且具有安全裕度的流体压力来控制皮带轮。因此，夹紧力被设置为高于无打滑操作理论上所需的夹紧力的值，以便将物理参数不确定性和变速器系统上的外部干扰纳入考虑。这是已知的传动装置的缺点，即选择阀的设置在传动装置的传动比处于中央范围内时是不可靠的。因此，为了避免变速器打滑操作的风险，安全裕度在中央范围内需要相对较高以考虑到这种不确定性。然而，这也降低了传动效率。
发明内容
本发明的目的是提供增大传动效率而不增加柔性元件打滑风险的措施。
为此，提供了一种液压控制电路，包括带有输入轴(22)的主皮带轮(21)和带有输出轴(24)的副皮带轮(23)、以及机械地耦合所述皮带轮的环形柔性传动元件(25)，其中所述皮带轮利用相应液压致动器(26、27)而能轴向地控制以设置所述输入轴与所述输出轴之间的传动比和所述传动元件的夹紧水平，所述液压控制电路被适配成通过以处于相应致动压力值的液压流体驱动相应致动器来控制所述皮带轮中的每一者的运转半径，所述液压控制电路至少包括带有输出(11、11’)的供给泵(10；10’)以用于以第一流体压力值(P1)供应液压流体、经由第一液压支路(13)耦合到所述液压致动器中的第一液压致动器并且经由第二液压支路(14)耦合到所述液压致动器中的第二液压致动器的双向增压泵(12)，所述双向增压泵是可控制的以在所述第一液压支路与所述第二液压支路之间的任一方向上使液压流体移位，所述液压控制电路进一步包括选择阀(15)以用于将所述供给泵的输出可控地耦合到所述第一液压支路和所述第二液压支路之一，其特征在于，在操作状态下，所述选择阀被控制以选择耦合到被指示为在该操作状态下具有最小运转半径的那个皮带轮的皮带轮的致动器的液压支路，并且在从所述皮带轮具有相等运转半径的状态开始控制传动比的改变之际，所述液压控制电路被布置成将具有第一压力的液压流体供应给被预计为在所述改变之后具有所述最小运转半径的所述皮带轮的致动器。在根据上述方案的液压控制电路中，藉其控制皮带轮致动器的液压压力取决于哪个皮带轮被确定为具有最小运转半径。
该措施基于以下观察：对于皮带轮中运转半径最小的那个皮带轮，打滑的风险是最高的。相应地，需要最准确地控制该皮带轮的夹紧水平。通过以取决于哪个皮带轮被确定为具有最小运转半径的方式来控制藉其控制皮带轮致动器的液压压力，液压控制电路将按照定义来向最易受打滑影响的皮带轮的致动器供应供给泵的流体压力，即使使用了不同活塞表面积来致动第一和第二皮带轮。由第二皮带轮的致动器施加的夹紧力取决于夹紧力比率，其需要被估算并且由此引入附加的不确定性。由于这种不确定性与具有较大运转半径的皮带轮有关(其不那么关键)，因此这不是严重的问题。然而，如果无法通过流体压力来直接控制半径最小的皮带轮，则有必要增加安全裕度，作为其结果，平均而言将需要较高的致动压力。通过移除这种不确定性，夹紧力的安全裕度可被设置为较低值。相应地，由于通常较低的液压压力足以确保变速器的无打滑操作，因此达成了更好的传动效率。
在一实施例中，液压控制电路被进一步配置成在选择供以第一压力供应液压流体的目的地时将预期状态改变纳入考虑。例如，在从各皮带轮具有相等运转半径的状态开始控制传动比的改变之际，液压控制电路被布置成将具有第一压力的液压流体供应给被预计为在所述改变之后具有最小运转半径的皮带轮的致动器。
附图说明
参照附图来更详细地描述这些和其他方面。其中：
图1示意性地示出了动力总成；
图2示出了液压控制电路的第一实施例；
图3示出了液压控制电路的第二实施例；
图4示出了液压控制电路的第三实施例；
图5A、5B示出了供在液压控制电路中使用的示例性元件。
具体实施方式
作为示例，图1示意性地示出了车辆中的用于将动力从动力源MOT(诸如内燃机或电动机)传递至车辆的车轮WH的动力总成2。动力总成包括无级变速器20。在所示的实施例中，动力总成2包括另外的传动元件，在这里是变矩器/锁止离合器(TC/LUC)TC、前进档-空挡-倒档离合器致动的行星齿轮组DNR、固定齿轮FD、和差速器DF。变矩器/锁止离合器TC以与其相关的可控制的滑移率和扭矩比(即在其输出处传递的扭矩与在其输入处从动力源MOT接收到的扭矩之间的比率)来将动力源MOT的输出轴耦合到前进档-空挡-倒档行星齿轮组DNR。DNR行星齿轮组被提供以将变矩器/锁止离合器TC耦合到CVT 20。DNR离合器是可控制的，以采取与在前进方向上驱动车辆相对应的驱动模式D、其中车辆被向后驱动的倒挡模式R、以及其中其保持CVT 20从TC/LUC TC解耦合的空档模式中的一种。CVT 20以可从连续范围中选择的齿轮率来将通过TC/LUC和DNR离合器从动力源MOT递送的动力经由固定齿轮FD和差速器DF传递至车轮WH。在动力总成的其他实施例中，传动元件可按不同顺序呈现。在更进一步的实施例中，可以不存在一个或多个另外的传动元件，和/或可以包括其他另外的传动元件。尽管在此示例中CVT被示为动力总成，但其使用并不限于此应用。可以想到其中在输入轴与输出轴之间存在无级变速器是有利的其他应用，例如作为风车的涡轮机与发电机之间的传动元件。
液压控制电路1被提供以液压地控制CVT 20和可任选的另外的传动元件的设置。液压控制电路1依次由来自电子变速箱控制器单元TCU 3(例如，通用处理器)的控制信号、专用硬件、或可编程信号处理器来控制。进一步提供用于控制动力源的引擎控制单元ECU，其经由总线(例如，CAN总线)耦合到控制器TCU。类似于TCU，该控制器也可以是例如通用处理器、专用硬件、或可编程信号处理器。在另一实施例中，可提供用作ECU和TCU的单个控制单元。
图2示出了用于控制无级变速器20的液压控制电路1的第一实施例。为了清楚起见，图1仅示出了CVT 20。通常，CVT 20是动力总成2的一部分，动力总成2还可以包括其他传动元件，例如，如参考图1所描述的。
如图2所示，CVT 20包括具有由动力源驱动的输入轴22的主皮带轮21。动力源例如是发动机，例如，MOT(图1)或风车涡轮机。CVT 20具有带有用于驱动目标(例如，车辆的车轮WH(见图1)或发电机)的输出轴24的副皮带轮23。CVT 20进一步包括缠绕在皮带轮21、23周围的环状柔性传动元件25，其机械地耦合皮带轮21、23。皮带轮21、23各自包括轴向固定的相应锥形碟21a和23a以及轴向可移动锥形碟21b和23b，锥形碟21b和23b利用相应液压致动器26、27而轴向地可控制，以设置输入轴22与输出轴24之间的传动比。通常，致动器26、27被定位在如图2、3和5所示的交叉位置。液压控制电路1被适配成通过利用相应致动压力值P26、P27处的液压流体驱动相应致动器来控制每个皮带轮的运转半径R21、R23。由此可以将传动比“i”设置为期望值R23/R21。
液压控制电路包括具有输出11的供给泵10，用于以第一流体压力值P1供应液压流体。液压控制电路还包括双向增压泵12，其经由液压支路13耦合到第一液压致动器26，并且经由液压支路14耦合到第二液压致动器27。双向增压泵12利用来自控制单元3的控制信号S12而可控制，以在液压支路13与液压支路14之间的任一方向上使液压流体移位。液压控制电路1进一步包括选择阀15，其响应于来自控制单元3的控制信号S15来将供给泵10的输出11耦合到液压支路13或液压支路14。在操作状态下，控制单元3控制选择阀15以选择耦合到皮带轮的致动器的液压支路，该皮带轮被指示为在该操作状态下具有最小运转半径的那个皮带轮。
在所示的实施例中，皮带轮21、23的运转半径R21、R23由输入信号S21、S23指示。这些输入信号可以由设置有皮带轮的传感器提供，例如，S21、S23表示来自测量轴向可移动锥形碟21b、23b的轴向位置的传感器51、53(参见图5A)的输入信号。运转半径R21、R23在几何上线性地耦合到这些轴向位置。当皮带轮21、23通过传动元件25耦合时，可移动锥形碟21b、23b的位置也几何地互连。因此，单单测量锥形碟21b或23b的轴向位置之一便足以确定传动比是高于还是低于传动比i＝1，并由此足以确定哪个皮带轮具有最小运转半径。例如，如图5A所示，逻辑元件55从第一传感器51接收指示轴向可移动锥形碟21b的轴向位置的输入信号S21，并使用该信息来计算指示Imin，其指示皮带轮21、23中的哪个皮带轮具有最小运转半径。第二传感器53及其输出信号用虚线指示，以澄清输入信号S21足以确定指示Imin。同样，指示Imin可以仅根据传感器53的信号来计算。然而，可以设想例如使用两个传感器信号S21、S23作为检测故障或标识转变区域的方式，其中个体传感器信号S21、S23将导致对Imin的相互不同指示。
作为另一示例，图5B中所示的S21、S23表示来自转速传感器61、63的输出信号。具有最高转速的皮带轮由逻辑单元65以信号Imin标识为具有最小运转半径的皮带轮。皮带轮21、23的相等转速将确定速度比i＝1，并且将指示具有最小运转半径的皮带轮的改变。
替换地，可提供直接测量运转半径的传感器。更进一步，该指示可以基于所估算的运转半径，这取决于藉其驱动致动器的液压压力。指示运转半径的各种输入信号也可以被组合以获得对具有最小运转半径的皮带轮的所得指示。例如，柔性元件速度传感器可与任何皮带轮速度传感器结合使用以确定运转半径。
在所示的实施例中，指示了主皮带轮21具有最小运转半径，并且选择阀15被相应地控制以将供给泵10的输出11耦合到液压支路13。由此，主皮带轮21的致动器26利用如由供给泵10供应的等于P1的液压压力P26来驱动。通过控制增压泵12以使液压流体在从液压支路13到液压支路14的方向或相反方向上移位，致动器27利用压力P27来驱动。
在所示的实施例中，由液压流体施加到致动器26、27的压力P26、P27由泵10和12来确定。控制器3通过利用驱动信号S10、S12适当地使电动机10m、12m通电、驱动泵10、12来控制这些压力。为此，电子控制器3可具有用于压力监视的装置，例如发出指示支路19中所监视的压力P1的传感器信号S16的压力传感器16。提供压力控制设备，电子控制器3能够利用控制信号S10来控制供给泵10的操作状态以按期望值设置压力P1。
图3示出其中指示了副皮带轮23具有最小运转半径并且选择阀15被相应地控制以将供给泵10的输出11耦合到液压支路14的操作状态。由此，副皮带轮23的致动器27利用如由供给泵10供应的等于P1的液压压力P27来驱动。通过控制增压泵12以使液压流体在从液压支路14到液压支路13的方向或相反方向上移位，致动器26利用压力P26来驱动。
通过以取决于哪个皮带轮被确定为具有最小运转半径的方式来控制供致动皮带轮的液压压力，液压供给泵10将致动压力直接递送到皮带轮中最易受柔性元件打滑的影响的那个皮带轮。由此减轻了打滑的可能性，从而允许降低安全系数或减小供给泵所控制的夹紧压力上的夹紧裕度。由此，柔性元件的打滑和磨损的风险显著降低，并且CVT的总动力传动效率增大。
图4示出了替代布置。其中与图2和3中的那些部分相对应的部分具有相同的附图标记。与图2、3所示的实施例相反，供给泵10’的转速不是独立地可控制的。供给泵10’可以例如由动力源MOT驱动，该动力源MOT无法由控制器3控制(例如，驱动车辆的引擎MOT)并且是由专用引擎控制单元ECU控制的。在所示的实施例中，供给泵10’的输出11’供给支路19，支路19供应选择阀15的输入。如在图2、3的实施例中，电子控制器3控制支路19中的压力P1。然而，与该先前实施例相反，电子控制器3利用驱动信号S17来保持支路19中的液压压力，该驱动信号S17驱动电子地可控制的压力控制阀17，也被称为泄压阀。在该实施例中，压力控制阀17用作压力控制设备。另外，可提供自主操作的安全阀18，该安全阀18在液压压力超过安全阈值时在任何情况下使液压流体的流动分流。
供给泵10’或液压电路的其他元件可具有到其他支路的输出，这些其他支路用作用于致动离合器、以及润滑和冷却或其他液压消耗器的油供应。本领域技术人员将领会到，附图中所呈现的元件仅仅作为示例性实现来提供，该示例性实现是各种合适的实现中的一种实现。例如，可控阀15可替换地被提供为在三个或更多个离散级中可控制的阀或者比例地可控制的阀。还可以设想用一对独立地可控制的阀来代替阀15，一个阀从泵10的输出11到液压支路13，并且一个阀从泵10的输出11到液压支路14。同样，这些阀可以是简单的“开/关”阀、在三个或更多个离散级中可控制的阀或比例地可控制的阀。
在本文中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个组件或其他单元可实现权利要求中所记载的若干项目的功能。在互不相同的权利要求中记载某些措施的纯粹事实并不表示不能利用这些措施的组合来获得好处。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。

Claims (12)

1.一种用于控制无级变速器(20)的液压控制电路(1)，包括带有输入轴(22)的主皮带轮(21)和带有输出轴(24)的副皮带轮(23)、以及机械地耦合所述皮带轮的环形柔性传动元件(25)，其中所述皮带轮利用相应液压致动器(26、27)而能轴向地控制以设置所述输入轴与所述输出轴之间的传动比和所述传动元件的夹紧水平，所述液压控制电路被适配成通过以处于相应致动压力值的液压流体驱动相应致动器来控制所述皮带轮中的每一者的运转半径，所述液压控制电路至少包括带有输出(11、11’)的供给泵(10；10’)以用于以第一流体压力值(P1)供应液压流体、经由第一液压支路(13)耦合到所述液压致动器中的第一液压致动器并且经由第二液压支路(14)耦合到所述液压致动器中的第二液压致动器的双向增压泵(12)，所述双向增压泵是可控制的以在所述第一液压支路与所述第二液压支路之间的任一方向上使液压流体移位，所述液压控制电路进一步包括选择阀(15)以用于将所述供给泵的输出可控地耦合到所述第一液压支路和所述第二液压支路之一，其特征在于，在操作状态下，所述选择阀被控制以选择耦合到被指示为在该操作状态下具有最小运转半径的那个皮带轮的皮带轮的致动器的液压支路，并且在从所述皮带轮具有相等运转半径的状态开始控制传动比的改变之际，所述液压控制电路被布置成将具有第一压力的液压流体供应给被预计为在所述改变之后具有所述最小运转半径的所述皮带轮的致动器。
2.根据权利要求1所述的液压控制电路，其特征在于，所述液压控制电路包括逻辑元件(55)，所述逻辑元件(55)使用用于形成皮带轮的一部分的锥形碟(21b)的轴向位置的指示符(S21)以标识所述主皮带轮(21)和所述副皮带轮(23)中具有所述最小运转半径的那个皮带轮。
3.根据权利要求1或2所述的液压控制电路，其特征在于，所述液压控制电路包括逻辑单元(65)，所述逻辑单元(65)将所述主皮带轮和所述副皮带轮中具有最高转速的那个皮带轮标识为具有所述最小运转半径的皮带轮。
4.根据权利要求1或2所述的液压控制电路，其特征在于，传感器被提供用于测量提供给具有所述最小运转半径的所述皮带轮的致动器的流体压力。
5.根据权利要求1或2所述的液压控制电路，其特征在于，压力控制设备被提供，所述压力控制设备被适配成基于以下一者或多者来控制用于所述第一流体压力的设置：由压力传感器指示的压力值、所述皮带轮的所需夹紧力、所述环形柔性传动元件的打滑、所述环形柔性传动元件的速度、扭矩、车速、传动比以及所述选择阀的状态。
6.根据权利要求1或2所述的液压控制电路，其特征在于，所述增压泵被布置成使液压流体在所选择的液压支路与其他液压支路之间移位。
7.根据权利要求1或2所述的液压控制电路，其特征在于，所述增压泵被布置成基于所测得的当前传动比和所需传动比来调节压力和体积流。
8.根据权利要求1或2所述的液压控制电路，其特征在于，所述供给泵由电动机来驱动。
9.根据权利要求1或2所述的液压控制电路，其特征在于，所述供给泵由内燃机来驱动。
10.根据权利要求1或2所述的液压控制电路，其特征在于，所述增压泵由电动机来驱动。
11.一种无级变速器，包括具有输入轴的主皮带轮(21)和具有输出轴的副皮带轮(23)、以及机械地耦合所述皮带轮的环形柔性传动元件(25)，其特征在于，所述主皮带轮和所述副皮带轮由相应致动器轴向地控制，所述相应致动器由根据权利要求1或2所述的液压控制电路来驱动。
12.一种用于控制无级变速器的传动比的方法，所述无级变速器包括具有输入轴的主皮带轮和具有输出轴的副皮带轮、以及机械地耦合所述皮带轮的环形柔性传动元件，所述方法包括：轴向地设置所述皮带轮以实现所述输入轴与所述输出轴之间的传动比和用于所述柔性传动元件的夹紧水平；通过利用分别处于第一和第二致动压力值的液压流体进行致动来驱动所述皮带轮；以基本流体液压值供应液压流体，泵送液压流体以增加对所述皮带轮中可控地所选的那个皮带轮的致动，同时减小对所述皮带轮中可控地非所选的那个皮带轮的致动；还包括在操作状态下选择性地控制以所述基本流体液压值供应液压流体以致动所述皮带轮中被指示为在该操作状态下具有最小运转半径的那个皮带轮的所述皮带轮，并且在从所述皮带轮具有相等运转半径的状态开始控制传动比的改变之际，液压控制电路被布置成将具有第一压力的液压流体供应给被预计为在所述改变之后具有所述最小运转半径的所述皮带轮的致动器。
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