CN112943877A - 一种脉冲变扭器 - Google Patents

Abstract

本发明专利所提供的一种脉冲变扭器，包括：变矩力液缸、传动结构、双向活塞、步进电机、变矩力隔离阀以及变矩力导流管，相对于现有技术而言，由于采用了恒压脉冲变扭的设计，真正地实现了精准无级自动变速，为无人自动驾驶提供了一种可能，同时达到降低能耗的目的；由于采用脉冲编码器作为档位信号的载体有效避免了档位信号的丢失；由于调压阀不参与变矩，避免了因调压阀堵塞、损毁金属带失去张力的可能；由于金属带不在极限张力下工作，这同时降低了带轮的温度、延长了寿命降低了成本；有效提升了CVT的容错度为进一步降低成本，能够进入中低端市场提供了可能。

Description

一种脉冲变扭器

说明：本申请是恒压脉冲变矩器的分案申请，进入国家阶段日：2020.11.12；申请号：2020800013062（PCT/CN2020/103009）；发明创造名称：恒压脉冲变矩器；优先权日：2019.8.13；优先权申请号2019107417047。

技术领域

本发明专利属于变速器领域，特别涉及一种汽车无级自动变速器及应用。

背景技术

随着5G、北斗及人工智能技术的发展，以及高速公路的完善，有（无）人自动驾驶多功能汽车被提上日程，现行的MT、AT以及DCT变速箱的构造不能满足变矩精度的需求，CVT无级变速特性成为了首选；然而现行电液式金属带CVT发展仅有20多年，在使用过程中仍存在诸多不稳定因素，特别是作用在锥轮上的夹紧力系统非常脆弱，其始终在动态的高压下工作，只要电液控制系统中任一执行器发生故障都会导致变矩系统无法变矩；例如传感器、线束的传导出现故障，甚至只是插头的偶发接触不良，就会导致档位信号丢失引起变矩器无所侍从，如果档位偏高发动机就会因转速不足而卡顿损毁，如果档位偏低发动机就会因转速偏高导致金属带打滑，而金属带打滑甚至只要发生一次就可以让变速器报废；再例如当调压阀发生堵塞损毁就会导致钢带张力不足，极易打滑断裂，导致变速箱提前报废；现行动压CVT通过设置自保程序来对动力失控进行抑制，但是自保程序被激发后车辆会突然减速或动力中断，极易引发重大交通事故；而让所有批次车辆的电液系统元件长期不发生故障是不可能的。 技术上CVT汽车必须要有一个备份的应急变距系统，来接管因“数据中断”、“液压异常”等异常工况下的变矩工作；现行办法是通过设置液力变矩器以及应急传动回路来解决异常工况发生后该怎么办的问题；其故障率限制了容错度，同时也限制了进一步的降低成本的可能，使其无法进入中低端市场；如果能够找到一种即使发生上述异常工况也不会影响变速箱运行的方法，那将一劳永逸。

技术解决方案

一种脉冲变扭器，其特征在于，包括：变矩力液缸、传动结构、双向活塞、步进电机、变矩力隔离阀以及变矩力导流管；其中变矩力导流管两端与变矩力液缸的两端连通，变矩力导流管上设置有变矩力隔离阀；双向活塞设置在变矩力液缸内，步进电机通过传动结构与双向活塞相连。

上述的脉冲变扭器，其特征还在于，其中的传动机构由中轴、齿轮组、双齿轨以及固定滑槽组成，固定滑槽设置在变矩力液缸内，双向活塞上设置有双齿轨，步进电机通过中轴与齿轮组相连。

上述的脉冲变扭器，其特征还在于，其中的传动机构还包含有手动排档齿轮。

上述的脉冲变扭器，其特征还在于，其中还包括一种脉冲编码器，采用的是绝对式多圈编码器，负责对档位信号的记忆。

上述的脉冲变扭器，其特征还在于，其中脉冲变扭器具有锁档功能，当关闭变矩力截止阀打开变矩力隔离阀时脉冲变扭器两端的油液连通，由于主、从动轮液缸的油压相同，变矩功能消失为锁档状态；当变矩力隔离阀闭合，变矩力截止阀打开，脉冲变扭器两端液压隔离，变矩功能恢复为解锁状态。

有益效果

本发明专利所提供的一种脉冲变扭器，包括：变矩力液缸、传动结构、双向活塞、步进电机、变矩力隔离阀以及变矩力导流管；相对于现有技术而言，由于采用了恒压脉冲变扭的设计，真正地实现了精准无级自动变速，为无人自动驾驶提供了一种可能，同时达到降低能耗的目的；当自动档出现故障时依然能够使用手动变档，这更增加了车辆稳定性；由于采用脉冲编码器作为档位信号的载体有效避免了档位信号的丢失；由于调压阀不参与变矩，避免了因调压阀堵塞、损毁金属带失去张力的可能，可以实现终身不换变速箱油，降低了维护成本；由于整个变矩过程带轮的夹紧力与金属带的张力总体保持不变，这使变矩更加轻松灵活，减少了冲击性；由于金属带不在极限张力下工作，这同时降低了带轮的温度、延长了寿命；这种脉冲变扭器彻底根除了动压CVT因偶发信号中断及调压阀损毁引发的产品缺陷，有效提升了CVT的容错度为进一步降低成本进入中低端市场提供可能。

附图说明

图1为本发明专利脉冲变扭器的结构正剖面示意图；

图2为本发明专利脉冲变扭器P1-P2结构的横切面示意图；

图3为本发明专利脉冲变扭器P3-P4结构放大的竖截面示意图；

图4为本发明专利之恒压脉冲变矩器的控制系统的原理图；

图5为本发明专利之恒压脉冲变矩器的结构示意图；

其中：101.金属带，102.主动锥轮，103.主动锥轮液缸，104.主冷却器，105.主导流器，106.液缸隔离阀，107.从动锥轮，108.从动锥轮液缸，109.从冷却器，110.从导流器，111.液缸连通管；201. 脉冲变扭器，202.变矩力隔离阀，203.双向活塞，204.步进电机，205.变矩力液缸，206.中轴，207.齿轮组，208.双齿轨，209.固定滑槽，210.变矩力截止阀，211.变矩力导流管，212.手动档齿轮；301.油缸，302.油缸冷却器，303.一级蓄压缸，304.二级蓄压缸，305.油泵，306.主平衡阀，307.从平衡阀，308.从舱截止阀，309.二级缸隔离阀，310.主舱截止阀，311.从回截止阀，312.主回管，313.从回管，314.溢流阀；

1000.AI模块，1100.数据模块，1200.目标输入转速，1300.目标速比，1400.目标速比脉冲值，1500.目标脉冲变量；2000.TCU，2100.动态油门转速， 2300.油门脉冲变量，2400.步进电机脉冲值，2500.实时速比脉冲值，2600.动态速比总变量； 3100.步进电机目标脉冲变量，3200.步进电机实际脉冲变量，3300.双向活塞目标移动值，3400. 双向活塞实际移动值，3500.动轮目标移动值，3600. 锥轮实际移动值，3700.脉冲编码器，3800.实时输出转速；4000. 实时速比脉冲值与目标速比脉冲值差值，4100.目标输入转速与动态油门转速的差值，4200. 步进电机目标脉冲变量与步进电机实际脉冲变量的差值，4300. 双向活塞目标移动值与双向活塞实际移动值的差值，4400. 锥轮目标移动值与动轮实际移动值的差值。

本发明的最佳实施方式

为了克服现有CVT轿车液压系统的局限性，满足人们行车的基本安全需求，实现更优的效能，本发明的目的在于提供一种节能、安全、智能的脉冲变扭器及总成。

如图1-5所示，本发明专利脉冲变扭器当用于恒压脉冲变矩器时，其恒压脉冲变矩器的总成包括：夹紧力系统、脉冲变扭器201、二级蓄压系统、降温系统以及控制系统；其中夹紧力系统与脉冲变扭器相连，负责执行变矩任务；二级蓄压系统与夹紧力系统相连，负责提供锥轮的夹紧力，降温系统与夹紧力系统相连，负责对锥轮贴近降温；控制系统负责对整个变矩系统的智能控制。其中夹紧力系统由金属带101、主动锥轮102、主动锥轮液缸103、从动锥轮107、从动锥轮液缸108、液缸连通管111以及导管构成；所述的脉冲变矩器201由变矩力液缸205、传动结构、脉冲编码器3700、步进电机204、双向活塞203、变矩力隔离阀202以及变矩器导流管211组成，其中传动机构由中轴206、齿轮组207、双齿轨208、固定滑槽209以及手动排档齿轮212组成，固定滑槽209设置在变矩力液缸205内，双向活塞203上设置有双齿轨208，步进电机204通过中轴206与齿轮组207相连，当双向活塞203在变矩力液缸205内移动，变矩力液缸205的两端同步产生此消彼长的容积变化，双向活塞203向主动锥轮102移动，主动锥轮102半径增大，受到金属带101约束力的限制，从动锥轮107同时后移动，从动轮107半径同步减小，此时呈现为加速状态，反之当双向活塞203向从动锥轮107移动，呈现为减速状态，整个变矩过程锥轮的夹紧力与金属带101的张力总体保持不变，手动排档齿轮212与中轴206相连；所述的蓄压系统由二级蓄压缸304、二级缸隔离阀309、主平衡阀306、从平衡阀307、主舱截止阀310、从舱截止阀308、从回截止阀311以及从回管313组成，负责提供给动轮平稳的夹紧力，并具有清污排气功能；所述的降温系统由主冷却器104、主导流器105、从冷却器109、从导流器110以及连接导管组成，负责主动锥轮液缸103、从动锥轮液缸108的油温处于合理状态；所述的控制系统由变矩控制系统、AI系统、故障检测系统、应急处理系统组成，负责变速箱在理想的状态下运行。为提高变矩精度主动轮液缸的横截面为变矩力液缸的横截面积整数倍。

上述其中，脉冲变扭器201的变矩力隔离阀202有锁档、解锁功能，当闭合变矩力截止阀210打开变矩器隔离阀202时脉冲变矩器201两端的油液连通，由于主动轮液缸103、从动轮液缸108的油压相同，变矩的功能消失为锁档状态；当变矩器隔离阀202闭合，变矩力截止阀210打开，脉冲变扭器201两端油液隔离，变矩功能恢复为解锁状态。

上述其中，脉冲变扭器201的脉冲编码器3700为绝对式多圈编码器，其机械式的位置保证了档位信号的唯一，无需记忆只需直接读取，避免了控制系统受信号中断的影响。

上述其中，控制系统的AI系统包含：AI模块1000、数据模块1100以及触摸屏模块；其中AI模块1000具有对历史数据的学习、分析、记忆存储、匹配以及应用功能，包含在特种工况下的安全限档功能；其中数据模块1100是以发动机工况目标输入转速为基准的数据库，方法为：以车速、负载、路况、天气、驾驶技术及驾驶模式为维度，对车辆在各种工况下所产生的平稳性、安全性、舒适性以及功耗的表现效果进行综合计算，生成最优的工况目标输入转速值；其中AI模块1000具有语音伺服功能，在方向盘上安装有语音识别按钮，当按住语音识别按钮就可以发出语音指令实施指定档位的功能；触摸屏模块具有蓝牙功能，通过触摸对应的档位键就能够完成在上限档位内自动升降档。

上述其中，控制系统还包含一种变矩控制系统，是采用以输出转速为基准的计算方法，当车辆启动后，首先根据工况环境由AI模块1000从数据库中选择匹配发动机目标输入转速1200给TCU 2000，再根据实时输出转速3800生成目标速比1300，并进一步生成目标速比脉冲值1400；然后从脉冲编码器3700中读取步进电机脉冲值2400，进一步生成实时速比脉冲值2500，再将目标速比脉冲值1400与实时速比脉冲数值2500相减生成目标脉冲变量1500；将动态油门转速与目标输入转速1200相减生成油门转速差值，并计算出油门目标脉冲变量2300，再将油门目标脉冲变量2300与目标脉冲变量1500相加生成动态脉冲总变量2600；进一步生成步进电机目标脉冲变量3100，由步进电机204完成脉冲变量，获得理想的实时输出转速。

上述其中，控制系统还包含一种故障检测系统，在同一目标工况下，通过确定实时速比脉冲值2500与目标速比脉冲值1400的差值是否在预设范围内，来判断整个脉冲变矩器201是否存在故障，通过确定步进电机目标脉冲变量3100与步进电机脉冲实际变量3200的差值是否在预设范围内，来判断步进电机204段是否存在故障，通过确定双向活塞目标移动值3300与双向活塞实际移动值3400的差值是否在预设范围内，来判断传动装置段是否存在故障，通过确定锥轮目标移动值3500与锥轮实际移动值3600的差值是否在预设范围内，来判断夹紧力系统段是否存在故障。

上述其中，其中控制系统还包含一种故障应急系统，在变速箱与发动机之间设置有液力变矩器，车辆在正常行驶时，液力变矩器充当液力耦合器不参与变矩；在车辆起步、停车以及紧急工况发动机转速低于设定值时自动开启参与变矩工作，在等红绿灯临时停车时，在液力变矩器的作用下，无需保持制动即可驻车，使起步与驻车更平顺；当出现极限工况下的偶发“信号异常”时，脉冲变矩器进入锁档状态，液力变矩器自动启动接管临时变矩任务，当行进一段时间极限工况解除后，首先系统重新读取档位信号，接着液力变矩器进入液力耦合器状态，然后脉冲变矩器解锁继续工作；当脉冲变矩器出现故障不能进行自动变矩时，动压CVT自动启动，车辆进行中低速限档行驶，当动压CVT也发生故障，液力变矩器自动启动，并提示驾驶者进行无害制动停车。

本发明的实施方式

如图1-5所示，启动车辆后，车辆启动进入预热阶段，首先从平衡阀307、二级缸隔离阀309闭合，液缸隔离阀106开启，油泵305从油缸301内抽出油液进入一级蓄压缸303，一部分油液通过主平衡阀306进入二级蓄压缸304，接着油液依次经过主动锥轮液缸103，主冷却器104，主导流器105，回到主动锥轮液缸103，再通过液缸导流管111依次进入从动锥轮液缸108，从冷却器109，从导流器 110然后回到从动锥轮液缸108，接着依次经过从动锥轮截止阀308，二级蓄压缸304、从回管313最后回到油缸301对CVT主体进行预热和清污排气；随后变矩力隔离阀202、变矩力截止阀210开启，油液流经变矩力导流管211、变矩力液缸205，对恒压变矩器201进行预热和清污排气。

当预热后，金属带101获取额定起始张力并蓄能于其中，变矩器隔离阀202、主舱截止阀310与从舱截止阀308闭合，离合器闭合车辆开始启动，根据实时工况，首先由AI模块1000从数据库中匹配最优的目标输入转速12000给TCU 2000，再根据实时输出转速3800生成目标速比1300，并进一步生成目标速比脉冲值1400；然后从脉冲编码器3700中读取步进电机脉冲值2400，进一步生成实时速比脉冲值2500，再将目标速比脉冲数值1400与实时速比脉冲数值2500相减获得目标脉冲变量1500；将动态油门转速2100与目标输入转速1200相减生成油门转速差值，并计算出油门脉冲变量2300，再将油门脉冲变量2300与目标脉冲变量1500相加生成动态脉冲总变量2600；进一步生成步进电机目标脉冲变量3100，由步进电机204完成脉冲变量，获得理想的实时输出转速。当油缸301内的油液温度升高到60摄氏度以上时，油缸冷却器302执行降温。

当车辆探测到急转弯、爬坡、雨雪天气等特殊工况时，AI系统自动从数据库中匹配最优工况目标输入转速方案执行安全限档行驶，可以在安全限档范围内进行升降档，当紧急情况需要取消时只需按住方向盘上的控制按钮即可终止，松开按钮立即恢复执行。当车辆探测到小短坡等需要夹紧力增压的工况时，TCU会自动发出对锥轮夹紧力增压的指令，首先对从平衡阀307发出调压指令，使二级蓄压缸304的压力增加到预定值；接着让变距力隔离阀202连通，变距力截止阀210同时闭合，此时步进电机204与双向活塞20处于停止状态； 最后TCU发出打开主舱截止阀310与从舱截止阀308的指令，旋即完成增压任务；特殊工况解除后关闭从平衡阀307，反向复原压力构成；当探测到大长坡或陡坡时，TCU会对恒压变矩器201发出降档指令，这种设计在安全的前提下减少了非主观意愿频繁升降档的困扰。

当恒压变矩系统出现故障不能进行正确变矩时，TCU会自动启用备份动压CVT变矩系统，首先变矩力隔离阀202连通，变距力截止阀210闭合，脉冲变扭器201停止工作；接着二级缸隔离阀309闭合，一级蓄压缸303通过主平衡阀306提供给主动锥轮102夹紧力，一级蓄压缸303通过从平衡阀307提供给从动锥轮107夹紧力；TCU根据工况匹配最佳速比，分别向主平衡阀306与从平衡阀307发出调压指令，主动锥轮102与从动锥轮107受压变矩，TCU进行实时反馈，通过调节主、从动锥轮油缸内的压力来实现实际速比对目标速比的跟踪，进一步匹配优化的动态速比，使变速箱沿着目标工作线工作，此时变速箱执行动态液压系统的变矩功能，使车辆可以在中、低档位下安全行驶；若备份的动压变矩系统也发生故障，液力变矩器自动启动并提示驾驶者进行无害制动停车。

工业实用性;

本发明专利所定义的脉冲变扭器可以用于生产车载无级自动变速箱。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明，本文中所定义的脉冲变扭器，在其它类型的CVT机动车实施例中也可以实现，因此，本发明专利将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理相一致的最宽范围。

Claims (5)

1.一种脉冲变扭器，其特征在于，包括：变矩力液缸、传动结构、双向活塞、步进电机、变矩力隔离阀以及变矩力导流管；其中变矩力导流管两端与变矩力液缸的两端连通，变矩力导流管上设置有变矩力隔离阀；双向活塞设置在变矩力液缸内，步进电机通过传动结构与双向活塞相连。

2.根据权利要求1所述的脉冲变扭器，其特征还在于，其中的传动机构由中轴、齿轮组、双齿轨以及固定滑槽组成，固定滑槽设置在变矩力液缸内，双向活塞上设置有双齿轨，步进电机通过中轴与齿轮组相连。

3.根据权利要求2所述的脉冲变扭器，其特征还在于，其中的传动机构还包含有手动排档齿轮，与手动排档机构相连。

4.根据权利要求1所述的脉冲变扭器，其特征还在于，其中还包括一种脉冲编码器，采用的是绝对式多圈编码器，负责对档位信号的记忆。

5.根据权利要求1所述的脉冲变扭器，其特征还在于，其中脉冲变扭器具有锁档功能，当关闭变矩力截止阀打开变矩力隔离阀时脉冲变矩器两端的油液连通，由于主、从动轮液缸的油压相同，变矩功能消失为锁档状态；当变矩力隔离阀闭合，变矩力截止阀打开，脉冲变矩器两端液压隔离，变矩功能恢复为解锁状态。

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