CN85107332A - 液力机械系变速器 - Google Patents

Abstract

本发明是将液力传动机构和差动齿轮机构结合起来、使发动机等的回转输出变速并传递给车轮的汽车用液力机械式变速器。

这种机械在由低速状态向高速状态转换时，由于液力传动机构中流体泄漏和弹性的影响，使传动转换时的转速不相等从而产生冲击。为了防止这一现象产生，检测出转换传动端各自的转速和扭矩，用以修正液力传动机构的变速比，以使两传动端的速度和扭矩分别相等，并在相等之后再进行转换。

Description

本发明是关作为高效率之无级变速器可用于各种产业领域的液力机械式变速器。

采用液压泵/马达作为无级变速器的所谓液力传动装置（HST）已屡人们所知。然而，这种装置的无级变速性能虽好，但效率低且变速范围不能满足要未变。为此研制並公布了通过将这种HST与差动齿轮机构组合並用，使HST与差动齿轮机构分担动力的传递，从而使上述HST的良好的无级变速特性和齿轮传动的高效率同时得以发挥的液力机构式变速器（HMT）（参考文献：油压工学（石原智男编朝

书房）、ピ ストンポンブモ一タの理論と実際（石原贞男著コロナ社））即，这种装置是由下列几部分构成的;差动机构，具有第一，第二和第三输入输出端、且形成通过该第一输入输出端和第二输入输出端之间的低速侧机械式传动系，以及通过第一输入输出端和第三输入输出端之间的高速侧机械式传动系;使一组液压泵/马达的输入输入轴与上述差动机构的第二输入输出连接，另一组液压泵/马达的输入输出轴与上述差动机构的第三输入输出端连接，由这两个泵/马达构成的可变速液力传动系的液力传动机构;使上述低速侧的机械式传动系的传动端与设在输入侧或输出侧的共用回转元件离合的低速用离合器，使上述高速侧的机械式传动系的传动端与上述共用回转元件离合的高速用离合器，通过对上述两离合器互逆的切换，可任选低速状态或高速状态。

然而，在这种构成方式的装置中，存在着状态转换时易产生冲击的问题。也就是，在这种装置中，一部分输入动力通过由齿轮等构成的机构式传动系直接传递到输出侧;同时，其余的动力则由上述液压泵/马达组成的液力传动系传递至输出侧，並与上述机械式传动系的动力汇合。在这种情况下，当上述液力传动系带有负荷时，由于上述液压泵/马达内部孤工作液体的泄漏和液压回路的弹性的影响等原因，其回转输出有比机械式传动系滞后的倾向。

如以下介绍的那样，在状态转换阶段，由于一对液压泵/马达作为泵和作为马达的作用是相互转变的，因此由上述滞后产生的影响将起反作用。这样，例如，在从低速状态转换转换到高速状态的过程中，只是在高速侧的机械式传动系传动端的转速与低速侧的机械式传动系传动端的转速相等的瞬间或之后，经过一定的时间阶段，才在上述低速用离合器松开的同时使高速用离合器结合，因此从低速侧的机构式传动系向共用回转元件传递扭矩的状态便突然中断，在将整个系统反向冲击的不定空转区域瞬时吸收之后，才转入从高速侧的机械式传动系向共用回转元件传递扭矩的状态。因此在这一转换时，常常在瞬间会产生大的机械冲击。

本发明的目的在于，用比较简单的结构确实解决状态转换时产生的冲击问题。

本发明的特征在于，为了达到上述目的，在采用了上述那种状态转换方式的液力机械式变速器中，具备检测上述两机械式传动系传动端转速的速度检测装置，检测上述两传动端扭矩传递状态的扭矩检测装置，以及控制装置，该控制装置在由上述速度检测装置所检测的上述各传动端的转速相等时，将上述两离合器结合，同时，在由上述扭矩检测装置检测的扭矩传递状态互相转换之前，一直对上述液力传动机构的变速比进行修正控制;在修完了时刻使不传递扭矩侧的离开器松开。

在低速状态时，通过低速用离合器使经过差动机构的第一输入输出端和第二输入输出端之间的低速侧之机械式传动系的传动端与设在输出侧或输入侧的共用回转元件连接，使一部分输入动力通过此机构式传动系直接输出。而其余部分的动力则通过由液力传动机构组成的液力传动系传递至输出侧;在这种情况下，一组液压泵/马达作为马达在工作，同时，另一组液压泵/马达具备泵的功能。

此外，在高速状态时，通过差动机构的第一输入输出端和第三输入输出端之间的高速侧机械式传动系的传动端与设在输出侧或输入侧的共用回转元件连接，使一部分输入动力通过该机械式传动系直接输出。其余部分的动力则通过由流体传动机构构成的液力传动系传递至输出侧，在这种情况下，上述各液压泵/马达起泵或马达作用的情况与刚才相反。

这样，在从低速状态向高速状态转换时，起下述作用。即，首先，在只有低速离合器处于结合状态的情况下，当高速侧的机械传动系传动端的转速与低速侧机械传动系传动端的转速相等时，不仅低速离合器而且高速离合器都处于结合状态。然后，低速用机械式传动系与上述共用回转元件实时是行扭矩传递之前，对液力传动系之变速比进行修正，接着使低速离合器脱开。从高速状态向低速状态转换时，其作用情况相反。

图1为本发明一实施例的系统图。图2为实施例的作用说明图。

以下，参照图1和图2介绍本发明的一项实施例。本发明为液力机构式变速器，如图1所示的简况那样，该变速器的构成如下：具有第一、第二和第三输入输出端1、2、3並由通过该第一输入输出端1和第二输入输出端2之间的低速侧机械式传动系a，以及通过该第一输入输出端1和第三输入输出端3之间的高速侧机械式传动系b组成的差动机构4;由两组泵/马达5，7组成的可变速液力传动系A、B构成液力传动机构8，其中，定量液压泵/马达5的输入输出轴5a与该差动机构4的第二输入输出端2连接，变压液压泵/马达7的输入输出轴7a与上述第三输入输出端3连接;可在通过上述低速侧机械式传动系a将输入侧与输出侧直接连接的低速状态和通过上述高速侧机械式传动系b将输入侧与输出侧直接连接的高速状态中任选一种的转换机构9。

差动机构4为在园周方向上等分地配置多个行星轮4a，其内侧与太阳轮4b啮合，同时其外侧与齿圈4c啮合的行星齿轮机构。並且，将支承在各行星轮4a轴处的齿轮保持架4d的中心部作为上述第一输入输出轴端1，在该输入出端1处设有输入轴13。将上述太阳轮4b的支承轴4e作为上述第二输入输出端2，在该输入输出端2处固装着齿轮14。将上述齿圈4c的轮壳部4f作为上述第三输入输出端3，在该输入输出端3处设有齿轮15。

在上述液力传动机构8中，与通常的HST（液力传动装置）一样是按直列方式通过液压回路16将上述定量液压泵/马达5与变量液压泵/马达7直接连接;将上述定量液压泵/马达5的输入输出轴5A直接连接在上述太阳轮4b的支承轴4e上;同时，通过齿轮17将上述液压泵/马达7的输入输出轴7a与上述齿圈4c连接。

此外，在上述状态转换机构9中，在与上述第二输入输出端2的齿轮14啮合且作为上述低速侧机械传动系a传动端的低速齿轮18，和作为共用回转元件的输出轴19之间，设有高速用离合器。

在这种变速器中，还设有检测作为上述两机械式传动系a、b传动端的低速齿轮18和高速齿轮22转速的速度检测装置24、检测上述两齿轮18、22中扭矩传递状态的扭矩检测装置25，以及控制装置26，后在由上述速度检测装置24检测出的上述各齿轮18、22的转速相等时，使上述两离合器21、23结合;同时在由上述扭矩检测装置25检测的扭矩传递状态相互变换之前，一直对上述液力传动机构8的变速比进行修正控制，在该修正完了时，要将不传递扭矩侧的离合器21和23脱开。

详细介绍于下。速度检测装置24具有成对的速度传感器24a、24b，  一个速度传感器24a和另一个速度传感器24b分别检测低速齿轮18的转速和高速齿轮22的转速並将其变换为电信号。

此外，扭矩检测装置25具有成对的压力传感器25a、26b。一个压力传感器25a用来将上述液力传动机构8的液压回路16中的高压回路部分16a（即，选择低速状态时成为高压侧回路部分）的压力检测出来並转换成电信号。另一个压力传感器25b将上述液力传动机构8的液压回路16b中高速时的高压回路部分16b（即，选择高速状态时成为高压侧回路部分）的压力检测出来並变换成电信号。

控制装置26具有可使上述变量液压泵/马达7的容量变化的执行器27，以及控制该执行器27和上述各离合器21、23的计算机28。执行器27是由电液伺服机构等构成的，当上述液压泵/马达为余板式或斜轴式时，它可使该斜板或斜轴的角度变化;当液压泵/马达7为径向柱塞式或特开昭58-77179号公报所登载的静压平衡式时，它将使立轴的偏心位置变化。上述计算机28是由中央处理装置（CPU）29、各种存储器30和接口31组成的普通微型计算机系统构成的;来自上述各回转传感器24a、24b和上述压力传感器25a、25b的信号输入到接口31中;同时，由该接口31将指令信号输出並提供给上述执行器27和离合器21、23。並且，将以后要执行的程序存入该计算机28的存储器30的一部分之中。也就是，首先从只有低速用离合器21结合时的低速状态开始，此时高速齿轮22的转速逐渐接近低速齿轮18的转速，在最终与该转速一致时並得到确认的时刻便向高速离合器23发出指令信号，使两离合器都处于结合状态。接着，将上述两压力传感器25a、25b在该时间点的检测值P、Q暂存在上述存储器30中。然后，向执行器27发出修正动作指令信号，使执行器动作。並且，使该动作持续到上述两压力传感器25a25b检测出的並予先存入存储器30中的检测值发生逆转时为止。接着，在该检测值发生逆转的时刻，使上述执行器27停止，同时松开低速离合器21，转入高速状态。同样，从高速状态转入低速状态时，也是按照以上叙述的顺序实现离合器21、23转换和执行器27的动作的。

而且，在本实施例中，来自发动机等的回转动力从设在上述差动机构4和第一输入输出端1的输入轴输入;同时，通过上述状态转换机构9，从上述差动机构4的第二或第三输入输出端2、3连接的输出轴19，将回转动力输出並传递给车辆的驱动轮等。

下面介绍本实施例的动作。

在低速离合器21结合而高速离合23脱开的低速状态下，经通过上述差动机构4的第一输入输出端1和第二输入输出端2之间的低速侧机械式传动系a、使输入侧与输出侧直接连接;输入的部分动力通过该机械式传动系a直接传递给输出轴19。此时，如图2所示，上述变量液压泵/马达7构成泵的功能，而上述定量液压泵/马达5则构成马达的作用。也就是，上述差动机构4的第三输入输出端3的回转动力，通过在上述变量液压泵/马达7和上述定量液压泵/马达之间形成的液力传动A，传递给上述输出轴19。而且，在该低速状态下，通过增加上述变量液压泵/马达7的容量，使与上述输入轴13的转速相对应的上述输出轴19的转速增大，换句话说，在上述变量液压泵/马达7的容量为零的情况下，由于差动机构4的第三输入输出端3处于近似空转状态，与该差动机构4的第二输入输出端2连接的输出轴19则处于近似停转状态。而且随着上述液压泵/马达7的容量增大，上述第三输入输出端3的转速相对减少，而第二输入输出端2的转速相对增大。

在上述第二输入输出端2与上述第三输入输出端3的转速相等时，进行下並转入高速状态。

在该高速状态下，便形成了通过上述差动机构系的第一输入输出端1和第三输入输出端3之间的机械传动系b，输入的部分动力通过该机械传动系b直接传递给输出轴19。此时，如图2所示，上述变量液压泵/马达7构成马达的功能，而上述定量液压泵/马达5则成为泵工作。也就是，上述差动机构4的第二输入输出端2的回转动力，经在上述定量泵/马达5和上述变量泵/马达7之间形成的液力传动系b，传递给上述输出轴19。而且，在高速状态下，通过减少上述变量泵/马达7的容量，可使与上述输入轴13的转速相对应的上述输出轴19的转速增大。换句话说，通过减少成为马达而工作的上述液压泵/马达7的容量，可使第三输入输出端3的转速相对增大，使第二输入输出端2的转速相对减少。

在此，对从低速状态转换至高速状态时的工作情况进行讲解。在高速齿轮22的转速逐渐接近低速齿轮18的转速並最终与后者转速一致时，控制装置26就向高速用离合器23发出结合指令，于是两离合器21、23便处于结合。而且，此时的上述两压力传感器25a、25b的检测值P、Q被暂存入存储器30中。然后，在该阶段，扭矩就从低速侧机械传动系a的低速齿轮18被传递给作为共用回转元件的输出轴19，而扭矩将不再从高速侧的机械传动系b的高速齿轮22向输出轴19传递。然后，由上述计算机28向上述执行器27发出修正动作指令信号，使上述两执行器27向使泵/马达容量减少的方向动作。而且，该动作要一直持续到上述两压力逆转时为止。也就是，从压力传感25a的检测值为P（高压）、压力传感器25b的检测值为Q（低压）的状态转变到压力传感器25a的检测值为Q、压力传感器25b的检测值为P时，都要对液压泵/马达7的容量进行修正。而且，在此过程中，上述液压泵/马达5、7作为泵和马达时起的作用则完全对换了;由低速齿轮18付给输出轴19的扭矩消失了，从而处于由高速齿轮22向上述输出油19传递扭矩的状态。此时，上述器27的修正动作停止，低速离合器21脱开，转入高速状态。同样，从高速状态转换到低速状态时，也是按以上介绍的顺序实现离合器21、23的转换和执行器的动作。

从而，如果达到这种情况，则在状态转换点处，转速和扭矩是连续变化的，能实现无冲击的平滑的状态转换。而且，由于对离合器21、23的切换是实时控制的，同时只有对液力传动机构8进行若干修正控制，因此结构比较简单，实施也容易。

此外，差动机构不局限于行星齿轮式的;而且，即便采用行星齿轮式的，要做到机构紧凑也很容易。

而且，液力传动机构也不局限于前述者，例如，可将成对的液压泵/马达都选用变量式的等，只要不偏离本发明的基本精神，可以采用各种变形。

还有，扭矩检测装置的构成也不局限于上述那几种方式，例如，采用扭矩传感器直接检测作用在作为机械传动系传动端的低速齿轮和高速齿轮上的扭矩也行;如果采用上述那种压力检测方式，可以简单而准确地将扭矩传动状态的转换情况检测出来。

控制装置也不一定非采用电子计算机不可，采用具有符合液压理论的回路的流体控制装置也行。此外，在上述实施例中，仅就将差动机构配置在输入侧的输入分配方式装置做了讲解;然而，本发明並不一定必须限于这种方式，例如，采用输出分配方式的也同样能适用。

本发明由于是按上述情况构成的，故能够提供采用比较简单的机构使在状态转换时确实不会发生冲击的性能优良的液力机构式变速器。

Claims (1)

1. 液力机械式变速器，由以下部分构成：差动机构，该机构具有第一、

   第二和第三输入输出端，並形成通过第一输入输出端和第二输入输出端之间的低速侧机械式传动系，和通过第一输入输出端和第三输入输出端之间的高速侧机械式传动系；液力传动机构，该机构为由两组泵/马达组成的可变速的液力传动系，其中一组泵/马达的输入输出轴与该差动机构的第二输入输出端连接，同时，另一组泵/马达的输入输出轴与上述第三输入输出端连接；使上述低速侧机械式传动系的传动端与设在输入侧或输出侧的共同回转元件离合的低速用离合器，以及使上述高速侧机械式传动系的传动端与上述共用回转元件离合的高速用离合器，通过上述两离合器正反切换，可在高速状态或低速状态中任选；其特征在于，具备检测上述两机械式传动系的传动端转速的速度检测装置，检测上述两传动端上扭矩传递状态的扭矩检测装置，以及控制装置；该控制装置在由上述速度检测装置检测的上述各传动端的转速相等时，使上述两离合器结合，同时，在由上述扭矩检测装置检测的扭矩传递状态互相转换之前，对上述液力传动机构的变速比进行修正控制，在该修正完了时使不传递扭矩一侧的离合器松开。

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