DE112007002280B4

DE112007002280B4 - Stufenloses Getriebe

Info

Publication number: DE112007002280B4
Application number: DE112007002280.9T
Authority: DE
Inventors: Christopher John Greenwood
Original assignee: Allison Transmission Inc
Current assignee: Allison Transmission Inc
Priority date: 2006-09-26
Filing date: 2007-09-24
Publication date: 2019-03-21
Anticipated expiration: 2027-09-25
Also published as: KR20140063777A; WO2008038043A2; JP2015007481A; GB0618929D0; CN101535110B; GB0904809D0; GB2455030B; CN101535110A; JP2010505074A; KR20090064590A; JP2017062039A; DE112007002280T5; JP6926379B2; WO2008038043A3; GB2455030A; KR101440848B1; JP2018200115A

Abstract

Variator, mit wenigstens einem Paar teiltoroidalförmig ausgenommener Laufringe, die zusammen eine allgemein torische Variatorkavität festlegen und die zur Drehung auf einer gemeinsamen Variatorachse angebracht sind, und zumindest zwei Rollen, die zwischen den Laufringen angeordnet sind, um auf ihren teiltoroidalförmig vertieften Flächen zu laufen und so Antriebskraft zwischen sich mit einer Variatorübersetzung zu übertragen, wobei die Rollen auf eine Weise angebracht sind, die es ihnen ermöglicht zu kippen, um die Neigung der Rollenachsen zur Variatorachse zu ändern und so stufenlose Änderungen der Variatorübersetzung zu gestatten, wobei der Variator dadurch gekennzeichnet ist, dass einer seiner Laufringe mit einer Verbindungswelle gekoppelt ist durch eine mechanische Traktionslastaufbringungsanordnung, die sowohl dazu dient, Drehmoment zwischen der Verbindungswelle und dem Variatorlaufring zu übertragen als auch eine Traktlonslastkraft auf den Laufring auszuüben, die eine Funktion des übertragenen Drehmoments ist, wobei die Traktionslastaufbringungskraft die Variatorlaufringe in Eingriff mit den Rollen drängt, um die zur Übertragung von Antriebskraft notwendige Traktion bereitzustellen, und dass er mechanische Anschläge aufweist, die eine Rollenneigung begrenzen.

Description

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit stufenlosen Getrieben. Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine Steuerung eines Variators in einem solchen Getriebe.
In jedem stufenlosen Getriebe gibt es eine Einrichtung, die für die stufenlose Änderung des Übersetzungsverhältnisses sorgt. Eine solche Einrichtung wird vorliegend als ein „Variator“ bezeichnet.
Bei einem Fahrzeuggetriebe müssen Vorkehrungen zum „Anfahren“ getroffen werden, d.h. zum Beschleunigen des Fahrzeugs aus einem Stillstand heraus. In diesem Zusammenhang vertrauen einige Getriebe auf die Verwendung einer „Anfahreinrichtung“ wie etwa eine Kupplung. Diese dient dazu, den Motor von den angetriebenen Fahrzeugrädern zu entkoppeln, während das Fahrzeug stillsteht. Um das Fahrzeug dazu zu bringen, aus einem Stillstand heraus wegzufahren, wird das Getriebe in einen niedrigen Gang geschaltet, der Motor wird dazu eingestellt, ein geeignetes Drehmoment zu erzeugen und die Anfahreinrichtung wird zunehmend In Eingriff gebracht, was die Geschwindigkeit der angetriebenen Fahrzeugräder erhöht. Das Management dieses Vorgangs ist jedoch potentiell komplex.
Ein auf dem Gebiet der stufenlosen Getriebe wohlbekanntes, alternatives Vorgehen besteht darin, den Ausgang des Variators an ein epizyklisches Mischgetriebe (Planetengetriebe) anzulegen, was es ermöglicht, einen als „Getriebeleerlauf“ bezeichneten Zustand zu erreichen, in dem das Getriebe gewissermaßen eine unendliche Drehzahlreduktion bereitstellt, ohne den Getriebeausgang physisch vom Getriebeeingang zu entkoppeln. Bei dieser Art von Getriebe wird keine Anfahreinrichtung als solche benötigt. Ein Anfahren wird einfach durch Verschieben des Variatorübersetzung von dem „Getriebeleerlauf“-Wert weg erreicht. Inhärent bedingen solche Getriebe jedoch eine gewisse konstruktive Komplexität hinsichtlich der Getriebeübersetzung und bestimmte Herausforderungen bezüglich der Steuerung.
Es ist nützlich, eine Unterscheidung zwischen Variatoren zu treffen, die „übersetzungsgesteuert“ sind und solchen, die „drehmomentgesteuert“ sind. Übersetzungsgesteuerte Variatoren haben irgendeinen physischen Mechanismus zum Einstellen ihrer eigenen Übersetzung, um einen Sollwert zu erreichen. Beispielsweise verwenden bekannte Variatoren vom „halbtoroidalen“-Rolltraktionstyp typischerweise ein Ventil mit einem Teil (z.B. der Ventilschieber), das betriebsmäßig mit Variatorrollen gekoppelt ist, deren Stellung einer Variatorübersetzung entspricht, und einem anderen Teil (z.B. eine bewegliche, die Ventilwege bildende Hülse), das zum Einstellen der Variatorübersetzung verschoben wird. Der Ventilzustand hängt von den Relativstellungen dieser zwei Teile ab und das Ventil steuert einen an Kolben/Zylinderanordnungen, die auf die Variatorrollen wirken, angelegten Druck. Das Ergebnis ist eine hydromechanische Rückführschleife, in der das Ventil ständig die Variatorübersetzung mit einem gewünschten Wert vergleicht und sie zum Erreichen dieses Wertes einstellt Eine zugehörige Elektronik wählt die gewünschte Variatorübersetzung und schickt ein diese repräsentierendes Signal zum Getriebe.
Bei drehmomentgesteuerten Variatoren gibt es keine solche physische Anordnung zum Einstellen der Variatorübersetzung auf einen gewünschten Wert. Stattdessen erhält der Variator ein Steuersignal, welches ein zu erzeugendes Drehmoment repräsentiert. Im Fall eines bekannten Variators vom volltoroidalen Typ wie dem in der internationalen Patentanmeldung PCT/GB2005/03098 , Veröffentlichungsnummer WO 2006 / 027 540 A1 (Torotrak Development Limited) beschriebenen nimmt dieses Signal die Gestalt eines Hydraulikdrucks an. Als Antwort auf es erzeugt der Variator das geforderte Drehmoment an seinem Eingang/Ausgang. Der tatsächlichen Achsantriebsübersetzung des Variators wird erlaubt, sich automatisch zu ändern, um Drehzahländerungen Rechnung zu tragen, die aus dem Anlegen dieses Drehmoments an die entsprechenden trägen Massen resultieren. Somit summieren sich auf der Motor-/Eingangsseite des Getriebes das vom Variator erzeugte Drehmoment und das Motorausgangsmoment, um ein auf die drehbeweglichen trägen Massen des Motors und zugehöriger Teile wirkendes Nettodrehmoment festzulegen und so die Motorbeschleunigung zu bestimmen. Auf der Rad-/Ausgangsseite des Getriebes summiert sich vom Variator erzeugtes Drehmoment mit aufgrund von Bremsen, Straßenneigung etc. extern angelegten Drehmomenten, um das zum Beschleunigen des Fahrzeugs selbst verfügbare Nettodrehmoment festzulegen. Entsprechende Drehzahländerungen sowohl am Eingang als auch am Ausgang bringen Änderungen der Variatorübersetzung mit sich und der Variator berücksichtigt diese automatisch.
Bei bekannten volltoroidalen Rolltraktionsvariatoren des drehmomentgesteuerten Typs dient der Variator dazu, ein „Reaktionsmoment“ zu erzeugen, das dem Steuersignal entspricht. Das Reaktionsdrehmoment ist die Summe der Drehmomente am Eingang und Ausgang des Variators. Entsprechend kann es als das Drehmoment definiert werden, welches an die Halterungen des Variators zurückfließen muss, um ihn am Drehen zu hindern.
Variatoren verwenden typischerweise einen Kraftschluss zwischen rotierenden Teilen zur Übertragung von Antriebskraft. Im Fall der Toroidallaufring-Rolltraktionsvariatoren beispielsweise treten Rollen in Reibeingriff mit toroidalförmig ausgenommenen Variatorlaufringen und durch diesen Reibeingriff wird Antriebskraft von dem Variatoreingang mit variablem Übersetzungsverhältnis an seinen Ausgang übertragen. Um eine Traktion zwischen den Rollen und den Laufringen herzustellen, müssen sie gegeneinander vorgespannt werden. Die in einem Variator zum Erzeugen von Traktion verwendete Vorspannkraft wird hierin als die „Traktionslast“ bezeichnet Im Prinzip könnte eine feste Traktionslast verwendet werden. Jedoch würde diese auf einen Wert eingestellt werden müssen, der hoch genug ist, um unter allen Bedingungen ein übermäßiges Durchrutschen zwischen den Rollen und den Laufringen zu vermeiden. Der gewählte Traktionslastwert würde folglich für die meisten Bedingungen zu groß sein, was zu einem schlechten Arbeitswirkungsgrad und zu vorzeitigem Verschleiß der rollenden Teile führt. Es ist deshalb üblich, die Traktionslast zusammen mit dem angelegten Drehmoment zu ändern. Genauer wird bei einem drehmomentgesteuerten Variator die Traktionslast typischerweise proportional zum Reaktionsmoment variiert. Dies hat den Vorteil, dass sich ein konstanter Traktionskoeffizient ergibt. Einstellungen der Traktionslast müssen manchmal sehr rasch erfolgen, um beim Auftreten plötzlicher „Übergangs“-Zustände wie etwa einer Notbremsung ein Durchrutschen zu vermeiden. Dies wird bei manchen bestehenden Systemen durch Verwenden einer Hydraulik zum Aufbringen der Traktionslast erreicht Genauer wird ein Hydraulikdruck, der Steuerkolben zugeführt wird, die mit den Variatorrollen gekoppelt sind, auch einem hydraulischen Aktuator zugeleitet, der zum Erzeugen der Traktionslast verwendet wird, so dass die auf die Variatorrollen aufgebrachte Kraft und die Traktionslast zusammen variieren.
Bei Hydrauliksystemen dieser Art ist es üblich, hydraulische „Endanschläge“ zum Begrenzen der Bewegung der Variatorrollen vorzusehen und so zu verhindern, dass sie aus den Laufringen herausgedrückt werden. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass ein Fluidauslass eines Zylinders, der einen der zuvor erwähnten Kolben enthält, von dem Kolben selbst verschlossen wird, wenn er das Ende seines vorgesehenen Hubs erreicht, wobei der sich daraus ergebende Druckanstieg im Zylinder dazu dient, die Bewegung des Kolbens anzuhalten. Der erhöhte Druck wird auch an den Traktionslastaktuator angelegt, was so sein muss, wenn die Änderung des Reaktionsmoments aufgrund der Wirkung der Endanschläge einer korrespondierenden Änderung der Traktionslast entsprechen soll, die notwendig ist, falls kein Durchrutschen erzeugt werden soll, wenn die Endanschläge Wirkung entfalten.
Aus der Druckschrift DE 199 34 755 A1 ist ein stufenloses Fahrzeuggetriebe bekannt, welches über einen drehbaren Eingang, der mit einem Drehantrieb verbindbar ist, und einem drehbaren Ausgang, der mit Fahrzeugrädern verbindbar ist, verfügt. Zwischen dem drehbaren Eingang und dem drehbaren Ausgang ist ein Variator zum Bereitstellen einer stufenlosen Änderung einer Übersetzung geschaltet, wobei eine Anfahreinrichtung vorgesehen ist, die zum wahlweisen Kuppeln/Entkuppeln des drehbaren Eingangs und des drehbaren Ausgangs ausgestaltet ist. Der Variator ist derart ausgestaltet, dass er ein gefordertes Drehmoment ausübt, und die Anfahreinrichtung ist derart ausgestaltet, dass sie eine geforderte Drehmomentaufnahmefähigkeit bereitstellt, wobei eine Steueranordnung ein Steuersignal sowohl an den Variator zum Einstellen des geforderten Drehmoments als auch an die Anfahreinrichtung zum Einstellen der Drehmomentaufnahmefähigkeit anlegt.
Ein ähnliches stufenloses Fahrzeuggetriebe ist auch aus der Druckschrift DE 602 04 898 T2 bekannt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Variator für ein stufenloses Getriebe (CVT) bereit zu stellen, wobei das stufenlose Getriebe hinsichtlich seines Aufbaus und seiner Steuerungsart einfach ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Variator mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Die Kombination einer mechanischen Traktionslasteinrichtung (anstelle einer hydraulischen Einrichtung) und mechanischer Endanschläge (anstelle hydraulischer Endanschläge) ist höchst vorteilhaft. Die mechanisch erzeugte Traktionslast ist dazu in der Lage, sich mit der erforderlichen Drehzahl zu ändern. Weil sie in Abhängigkeit des Drehmoments generiert wird, welches auf den betreffenden Variatorlaufring wirkt, und nicht in Abhängigkeit der Kraft, welche auf die Rollen ausgeübt wird, führen die Änderungen des Variatordrehmoments, die sich aus der Wirkung der Endanschläge ergeben, automatisch zu geeigneten Änderungen der Traktionslast, ohne die Notwendigkeit, dass die Endanschläge selbst betriebsmäßig mit der Traktionslastaufbringungseinrichtung gekoppelt sind.
Eine spezielle Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:

1 eine schematische Darstellung eines gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebauen stufenlosen Getriebes („CVT“) ist,
2a eine genauere Darstellung einer in dem CVT verwendeten Traktionslasteinrichtung ist, gesehen in einer Radialrichtung,
2b eine räumliche Wiedergabe eines Variatorlaufrings ist, die seine Rückseite zeigt,
3 eine schematische Darstellung einer hydraulischen Steueranordnung des CVT ist, und
4 bestimmte Bauteile des in dem CVT verwendeten Variators zeigt, gesehen in einer Axialrichtung.

1 zeigt ein CVT, welches einen Variator 10 vom Rolltraktionstyp mit torischem Laufring verwendet. Genauer ist dies ein volltorischer Variator mit doppelter Kavität. Er weist erste und zweite Eingangslaufringe 12, 14 mit entsprechenden Flächen 16, 18 auf, die halbtorisch vertieft sind. Zwischen den Eingangslaufringen befinden sich erste und zweite Ausgangslaufringe 20, 22, und auch diese haben entsprechende, halbtorisch vertiefte Flächen 24, 26, so dass zwischen den ersten Eingangs- und Ausgangslaufringen 12, 20 eine erste torische Kavität 28 gebildet ist und zwischen den zweiten Eingangs- und Ausgangslaufringen 14, 22 eine zweite torische Kavität 30 gebildet ist. Die Laufringe haben eine gemeinsame Drehachse, um die sie rotieren und die durch eine schematisch bei 32 gezeigte Hauptwelle festgelegt ist.
Jede Kavität 28, 30 enthält einen zugehörigen Satz Rollen 34, 36. Jede Rolle ist zur Drehung um eine Rollenachse wie etwa 38 angebracht und läuft auf den torischen Flächen ihrer zugehörigen Eingangs- und Ausgangslaufringe, um Antriebskraft von einem zum anderen zu übertragen. Die Rollenhalterungen (in 1 nicht zu sehen, werden jedoch in Kürze beschrieben) erlauben ihnen auch, ihre Neigung zu ändern, d.h. den Winkel zwischen der Rollenachse 38 und der Hauptwelle 32 zu ändern, in Übereinstimmung mit Änderungen der Variatorübersetzung. Die Hauptwelle 32 dient als der drehbare Eingang des Variators und ist (entweder unmittelbar oder durch ein Zwischengetriebe, nicht dargestellt) mit einem Drehantrieb wie etwa einem Motor gekoppelt, der in dieser besonderen Ausführungsform die Gestalt eines schematisch bei 40 dargestellten Verbrennungsmotors annimmt. Die Erfindung könnte ebenso gut unter Verwendung einer anderen Art von Drehantrieb wie etwa eines Elektromotors, eines Motors mit äußerer Verbrennung etc. ausgeführt werden. Die Eingangslaufringe 12, 14 des Variators sind an der Hauptwelle 32 befestigt, so dass sie mit ihr rotieren, und werden somit von dem Motor 40 angetrieben. Die Ausgangslaufringe 20, 22 können sich relativ zur Hauptwelle 32 drehen. Bei der dargestellten Ausführungsform wird dies mittels Kugellager 42, 44 erreicht, über die die Ausgangslaufringe jeweils auf der Hauptwelle 32 angebracht sind. Antriebskraft wird von den Eingangslaufringen 12, 14 über die Rollen 34, 36 mit variabler Übersetzung auf die Ausgangslaufringe 20, 22 übertragen (oder umgekehrt, in einem „over-run“-Zustand). Die Ausgangslaufringe 20, 22 können betriebsfähig mit einem zu den Fahrzeugrädern führenden Achsantrieb 46 gekoppelt werden, und dies wird in Kürze beschrieben werden.
Beim dargestellten Variator 10 wird Traktionslast mittels einer mechanischen (nicht hydraulischen) Traktionslastaufbringungseinrichtung 48 bereitgestellt, die dazu dient, die Variatorlaufringe 12, 14, 20, 22 mit einer Kraft (der „Traktionslast“), die proportional zum Ausgangsmoment des Variators ist, in Eingriff mit den Variatorrollen 34, 36 vorzuspannen. Sie tut dies durch Auseinanderdrängen der zwei innersten Laufringe (die in der dargestellten Ausführungsform die Ausgangslaufringe 20, 22 sind). Die Traktionslast wird durch die Rollen 34, 36 auf die äußersten Laufringe übertragen, die in der dargestellten Ausführungsform die Eingangslaufringe 12, 14 sind, und diese wiederum leiten die Kraft zur Hauptwelle 32 weiter, die somit unter Zug gesetzt wird. Durch Weiterleiten der Traktionslast zur Hauptwelle 32 auf diese Art und Weise wird jegliches Erfordernis nach Stützlagern, die der Traktionslast widerstehen, vermieden.
Die Traktionslastaufbringungseinrichtung 48 verwendet eine einfache Rampenanordnung, um das Ausgangsmoment zu übertragen, und diese Rampenanordnung erzeugt eine Traktionslast in der Axialrichtung, die eine Funktion von (und genauer bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel proportional zu) dem übertragenen Drehmoment ist.
Die 2a und 2b verdeutlichen den Aufbau der Traktionslastaufbringungseinrichtung 48. Ein Abtriebszahnrad 50 ist starr an der Rückseite des Ausgangslaufrings 22 befestigt. Auf seiner von dem Ausgangslaufring 22 entfernten Seite weist das Abtriebszahnrad 50 einen Satz rampenförmiger Vertiefungen auf, die in 2a bei 52 gestrichelt zu sehen sind. Auf seiner eigenen Rückseite weist der Ausgangslaufring 20 einen entsprechenden Satz rampenförmiger Vertiefungen 54 auf, die am besten in 2b zu sehen sind. Die Vertiefungen 52, 54 haben, gesehen in einer Umfangsrichtung wie in 1, einen teilkreisförmigen Querschnitt, um Rollen 56 aufzunehmen, die in dieser speziellen Ausführungsform durch sphärische Kugeln gebildet sind. Längs einer Radialrichtung betrachtet haben die Vertiefungen 52, 54 eine flache „V“-Form. Ein Abstand zwischen dem Abtriebszahnrad 50 und dem Ausgangslaufring 20 ist minimiert, wenn sich wie in 2a die tiefsten Bereiche der Vertiefungen 52, 54 gegenüberliegen, so dass die Kugeln 56 sich in diesen Bereichen anordnen. Betrachtet sei jedoch was passiert, wenn der Variatorabtrieb einem Drehmoment widerstehen muss. Es sei bemerkt, dass der Ausgangslaufring 20 aufgrund der Lager 42, 44 sich relativ zum Abtriebszahnrad 50 drehen kann. Sowie das Ausgangsmoment eine Relativdrehung dieser Teile bewirkt, fluchten die tiefsten Bereiche der Vertiefungen 52, 54 nicht mehr und die Kugeln 56 laufen somit die „V“-förmigen Vertiefungen hinauf, wobei sie den Ausgangslaufring 20 vom Abtriebszahnrad 50 wegdrängen und so die erforderliche Traktionslast erzeugen. Diese Relativdrehung hört auf, wenn die sich ergebende Traktionslast mit dem übertragenen Drehmoment im Gleichgewicht steht. Die Traktionslast ist somit eine Funktion des Ausgangsmoments, wie zuvor erwähnt. Die genaue Art dieser Funktion hängt von der Ausbildung der Vertiefungen 52, 54 ab, jedoch sind sie im dargestellten Ausführungsbeispiel proportional zueinander.
Das dargestellte Getriebe ist dazu in der Lage, sowohl Vorwärts- als auch Rückwärtsgänge bereitzustellen, d.h., es kann die Drehrichtung des Achsantriebs 46 umkehren. Dies wird durch Vorsehen von zwei Wegen zum Leistungsabtrieb von den Ausgangslaufringen 20, 22 erreicht. Der erste dieser Wege läuft über einen ersten, auf dem Abtriebszahnrad 50 gebildeten Satz Zähne 58, die ein Ritzel 60 über eine Antriebskette antreiben, die aus Klarheitsgründen in 1 weggelassen ist, die jedoch auf den Zähnen 58 und dem Ritzel 60 läuft. Das Ritzel 60 wiederum ist betriebsfähig mit einer Seite einer Vorwärtskupplung 62 gekoppelt, deren andere Seite betriebsfähig mit dem Achsantrieb 46 gekoppelt ist. Der zweite Weg zum Leistungsabtrieb läuft über einen auf dem Abtriebszahnrad 50 gebildeten zweiten Satz Zähne 64. Diese Zähne 64 kämmen mit einem Zahnrad 66, welches betriebsfähig mit einer Seite einer Rückwärtskupplung 68 gekoppelt ist, deren andere Seite wiederum betriebsfähig mit dem Achsantrieb 46 gekoppelt ist. Es sei bemerkt, dass der erste Weg 58, 60, 62 zum Leistungsabtrieb aufgrund der Verwendung eines Kettenantriebs keine Umkehr der Drehrichtung bietet. Der zweite Weg 64, 66, 68 zum Leistungsabtrieb schafft aufgrund der Verwendung eines Zahnradpaars eine Richtungsumkehr. Ein Eingriff der Vorwärtskupplung 62 erzeugt somit eine Drehung des Achsantriebs in eine Richtung und ein Eingriff der Kupplung 68 erzeugt eine Drehung des Achsantriebs in der entgegengesetzten Richtung. Bemerkt sei, dass bei diesem besonderen Ausführungsbeispiel die Vorwärts- und Rückwärtskupplungen 62, 68 auf eine Weise aufgebaut sind, die einen gleichzeitigen Eingriff beider verhindert.
Der Achsantrieb 46 umfasst eine schlussendlich zu den Fahrzeugrädern, die nicht gezeigt sind, führende Getriebeübersetzung 70.
Wie oben erwähnt, sind die Halterungen für die Rollen 34, 36 in 1 weggelassen. Eine geeignete Form einer Halterung ist in 4 wiedergegeben. In dieser Zeichnung sind einer der Variatorlaufringe 12, 14, 20 oder 22 und auch zwei Rollen 34 oder 36 zu sehen. Ihre Stellung wird durch einen Steuerhebel 72 beeinflusst, der schwenkbar an einem Gelenk 74 angebracht ist, das in einem Schlitz 76 des Steuerhebels aufgenommen ist. Der Steuerhebel hat einen allgemein radial vorstehenden Hebelarm 78, der integral mit einem Querstück 80 ausgebildet ist, um eine umgekehrte „T“-Form zu bilden. Kugelköpfe 82, 84 an entgegengesetzten Enden des Querstücks 80 koppeln es mit entsprechenden Rollenlagern 86, 88, die zugehörige Rollen tragen und drehbar lagern. Bemerkt sei auch (obwohl dies in 4 nicht zu sehen ist), dass die zwei Kugelköpfe 82, 84 nicht in einer gemeinsamen Radialebene liegen. In 1 ist die Radialebene im Mittelpunkt des torischen Hohlraums 30 durch eine gepunktete Linie 90 angegeben. Die zwei Kugelköpfe 86, 88 sind jeder zu dieser Mittelebene 90 versetzt angeordnet und liegen auf entgegengesetzten Seiten derselben, so dass eine Linie vom Mittelpunkt jedes Kugelkopfes zum Mittelpunkt jeder Rolle 34, 36 zu der Radialebene geneigt ist. Diese Neigung wird als der „Nachlaufwinkel“ bezeichnet. Wenn der Steuerhebel 72 bewegt wird, ist es aus der Zeichnung ersichtlich, dass beide Rollen sich entsprechend entweder im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn um die Achse der Hauptwelle 32 bewegen. Wenn sie dies tun, unterliegen sie (auf eine Fachleuten wohlbekannte Weise) einem Lenkeffekt durch die Variatorlaufringe. Beide Rollen kippen deshalb um die vorgenannte Linie/Achse, die durch die Mittelpunkte der Kugelköpfe und der Rollen verläuft. Der auf die Rollen ausgeübte Lenkeffekt trachtet immer danach, sie in einen Kippwinkel zu bringen, in dem die Achsen der Rollen die Achse der Hauptwelle 32 schneiden. Aufgrund des Nachlaufwinkels sind sie immer dazu in der Lage, einen Kippwinkel zu finden, der zu diesem Schneiden führt. Das Ergebnis ist, dass die Neigung der Rollen - und somit die Variatorübersetzung - eine Funktion der Stellung des Steuerhebels 72 ist.
Es ist wichtig, dass die von den einzelnen Rollen getragenen Lasten gleich sind und in der Anordnung der 4 erlaubt eine Bewegung des Steuerhebels 72 entlang der durch den Schlitz 76 festgelegten allgemeinen Radialrichtung eine Angleichung der Rollenlast.
Ein Aktuator 92 wird dazu benutzt, eine steuerbare Vorspannkraft auf den Hebelarm 78 aufzubringen. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Aktuator 92 eine doppelt wirkende hydraulische Einrichtung. Das bedeutet, dass sie zwei entgegengerichtete Hydraulikdrücke empfängt, wobei die Kraft, die sie ausübt, von der Differenz dieser beiden Drücke bestimmt wird, so dass sie in 4 entweder nach links oder nach rechts gerichtet sein kann. Bemerkt sei auch, dass ein einzelner Aktuator bei diesem Ausführungsbeispiel die entsprechenden Hebel 72 beider Variatorkavitäten 28, 30 steuert. Obwohl der zweite Hebel in 4 nicht zu sehen ist, versteht es sich, dass ein Balken 94 von einem Steuerhebel 72 zum anderen führt und dass der Kolben 96 des Aktuators 92 schwenkbar mit der Mitte dieses Balkens gekoppelt ist. Somit entspricht die Stellung des Kolbens 96 der Stellung der Mitte des Balkens, jedoch können sich die Relativstellungen der zwei Steuerhebel leicht verändern, wie es zum Angleichen einer Rollenbelastung zwischen den zwei Kavitäten notwendig sein mag.
Die zum Steuern des CVT verwendete Hydraulik wird nun unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. In dieser Zeichnung stellt ein Kasten 98 schematisch eine Anordnung zum Liefern von Hydraulikfluid mit einstellbarem Druck dar. Geeignete Mittel hierfür sind Fachleuten auf dem Gebiet bekannt. Dieser Druck wird einem Variatorumschaltventil 100 zugeführt, durch das er an beide Seiten des Kolbens 96 angelegt werden kann, um die Steuerhebel 72 in eine Richtung oder die andere zu drängen. In 3 ist ein Auslass der Niederdruckseite des Kolbens als zu einem Sumpf 102 führend gezeigt, obwohl er in der Praxis stattdessen einer Niederdruckquelle zugeführt werden kann, um zu vermeiden, dass die entsprechende Kammer vollständig entleert wird. Der Aktuator 92 bringt eine Kraft auf beide Steuerhebel 72 auf, deren Größe von der Druckzufuhr 98 bestimmt ist und deren Richtung vom Variatorumschaltventil 100 gesteuert ist. Durch Einstellung dieser Kraft wird eine Steuerung über ein Variatorreaktionsmoment ausgeübt.
Der Druck aus der Quelle 98 wird auch einem Kupplungsauswahlventil 104 zugeführt. Dieses Ventil dient dazu, den vorgenannten Hydraulikdruck wahlweise entweder an die Vorwärtskupplung 62 oder die Rückwärtskupplung 68 anzulegen. Die inaktive Kupplung wird durch dasselbe Ventil in den Sumpf 102 entleert. Das Kupplungsauswahlventil 104 bestimmt somit, ob das Getriebe in Vorwärtsrichtung oder Rückwärtsrichtung arbeitet, und die Druckzufuhr 98 bestimmt die Kraft, mit der die aktive Kupplung in Eingriff kommt, und somit ihre Drehmomentaufnahmefähigkeit. Ein Absperrventil 105 zwischen der Druckzufuhr 98 und dem Kupplungsauswahlventil 104 dient dazu, diese Teile wahlweise voneinander zu trennen, wenn das Fahrzeug sich im Leerlauf befindet.
Wie zuvor erwähnt, sind normalerweise gewisse Mittel vorgesehen, um die minimale und maximale Variatorübersetzung zu begrenzen. Ohne solche Mittel bestünde die Gefahr, dass die Rollen 34, 36 so weit kippen, dass sie die Variatorlaufringe 12, 14, 20, 22 mit potentiell katastrophalen Folgen verlassen. Wie vorstehend bemerkt sind solche „Endanschläge“ beim Stand der Technik typischerweise hydraulisch ausgeführt. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hingegen werden der Bewegung der Rollen einfache mechanische Anschläge entgegengesetzt. Genauer begrenzen diese Anschläge eine Bewegung des einzelnen Aktuators 92, 96, der zum Steuern aller Rollen eingesetzt wird. Sie können im Prinzip jegliche Anzahl unterschiedlicher Formen annehmen, sind jedoch in 3 als Anschlagpuffer 106, 108 innerhalb des Aktuators 92 gezeigt, die einfach mit dem Kolben 96 in Berührung kommen, wenn er das Ende seines Hubs erreicht.
Die Fläche des Kolbens 96 und die Flächen der Kolben in der Vorwärts- und der Rückwärtskupplung 62, 68 (wobei die letzteren Kolben in den Zeichnungen nicht zu sehen sind, obwohl der Aufbau geeigneter Kupplungen Fachleuten auf dem Gebiet wohlbekannt ist) sind dazu gewählt sicherzustellen, dass die Drehmomentaufnahmefähigkeit der aktiven Kupplung 62, 68 das Ausgangsdrehmoment des Variators übersteigt, wobei beide natürlich denselben Hydraulikdruck aus der Quelle 98 erhalten. Es sei deshalb betrachtet, was bei einem Fahrzeuganfahrvorgang passiert. Vor dem Anfahren ist der Druck zum Kupplungsauswahlventil 104 durch das Absperrventil 105 entlastet. Keine Kupplung ist eingerückt und die Fahrzeugräder sind somit vom Variator entkoppelt. Um ein Anfahren auszulösen, wird das Kupplungsauswahlventil 104 dazu eingestellt, entweder für Vorwärtsfahrt oder Rückwärtsfahrt zu sorgen, die Druckzufuhr 98 wird auf einen geeignet niedrigen Wert gestellt und der Zustand des Absperrventils 105 wird dann geändert, um diesen Druck an die entsprechende Kupplung anzulegen. Weil die Drehmomentaufnahmefähigkeit der Kupplung das Ausgangsdrehmoment des Variators immer übersteigt, wird der Variator anfänglich dazu gezwungen, seine Minimalübersetzung einzunehmen, wie sie durch den Endanschlagspuffer 106 bestimmt ist. Dies wird unabhängig vom Zustand des Variatorumschaltventils 100 passieren, jedoch wird tatsächlich, um jeglichen „dumpfen Schlag“ hervorgerufen durch das den Variator an das Ende seines Übersetzungsbereiches treibende Kupplungsmoment zu vermeiden, das Umschaltventil 100 anfangs ebenso zum Drängen des Variators in seine Minimalübersetzung eingestellt.
Ein Einrücken der aktiven Kupplung bringt Drehmoment auf die angetriebenen Räder auf und das Fahrzeug beginnt somit zu beschleunigen. An einem Punkt während des Anfahrens wird der Zustand des Variatorumschaltventils 100 verändert, so dass der angelegte Hydraulikdruck danach trachtet, den Kolben 96 von seinem Puffer 106 wegzudrängen, um die Variatorübersetzung zu erhöhen. Der Zeitpunkt dieser Änderung ist unkritisch, solange sie stattfindet, während die aktive Kupplung schleift, da während dieser Zeit der Variator in jedem Fall durch das von der aktiven Kupplung 62 oder 68 ausgeübte Drehmoment auf seiner Minimalübersetzung gehalten wird. Der Druck aus der Quelle 98 wird beim Beschleunigen des Fahrzeugs zunehmend erhöht und zu einem Zeitpunkt hört das Schleifen der aktiven Kupplung auf. Danach kann ein weiterer Anstieg des Hydraulikdrucks den Kolben 96 von seinem Endpuffer 106 wegbewegen, so dass die Variatorübersetzung sich beim Beschleunigen des Fahrzeugs erhöhen kann.
Bei nachfolgenden Beschleunigungs- und Bremsvorgängen ist ein Schleifen der aktiven Kupplung nicht zu erwarten, da die vom Variator auf sie aufgebrachte Last kleiner als ihre Drehmomentaufnahmefähigkeit ist.
Im Ergebnis wird ein Getriebe bereitgestellt, bei dem das Anfahrmanagement auf eine besonders unkomplizierte Weise gesteuert werden kann und das hinsichtlich seiner Hydraulik eine beträchtliche Vereinfachung gegenüber bekannten CVTs darstellt.
Moderne Motorfahrzeuge verwenden typischerweise Elektronik, um eine koordinierte Strategie zur Steuerung des Getriebes und des Motors auszuführen. Das hier betrachtete CVT würde auf diese Weise gesteuert werden. Die zu steuernden zwei Haupteinflussgrößen sind im vorliegenden Beispiel das Variatorreaktionsmoment (eingestellt mittels der Druckzufuhr 98) und das Motorausgangsdrehmoment, eingestellt mittels einer einem Motorsteuergerät zugeführten Drehmomentanforderung.
Die vorstehenden Ausführungsformen sind ausschließlich beispielhaft wiedergegeben und es wird für den erfahrenen Leser ersichtlich sein, dass die Erfindung in der Praxis auf viele verschiedene Arten ausgeführt werden könnte. Beispielsweise verwenden die dargestellten Ausführungsformen mechanische Anschläge zum Begrenzen des Wegs der Rollen und damit des Übersetzungsverhältnisses des Variators. Es ist jedoch im Stand der Technik bekannt, stattdessen eine hydraulische Anordnung zu verwenden, bei der Auslassöffnungen vom Aktuator 92 in den Seiten seiner Zylinder ausgebildet sind, so dass ein übermäßiger Arbeitshub des Kolbens in beiden Richtungen die Auslassöffnungen verschließt und so eine Endanschlagsfunktion bereitstellt. Dieselbe Art von Anordnung könnte beim Ausführen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden. Auch könnte, obwohl die dargestellte Ausführungsform eine mechanische Kugelrampenanordnung zum Bereitstellen von Traktionslast verwendet, diese Funktion in anderen Ausführungsformen ebenfalls durch eine Hydraulik ausgeführt werden. Es ist beispielsweise wohlbekannt, den gleichen Druck sowohl den Aktuatoren 92 als auch einer hydraulischen Kolbenzylinderanordnung zuzuführen, die auf einen der Variatorlaufringe wirkt, um die Endlast bereitzustellen, und dasselbe könnte in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung getan werden.

Claims

Variator, mit wenigstens einem Paar teiltoroidalförmig ausgenommener Laufringe, die zusammen eine allgemein torische Variatorkavität festlegen und die zur Drehung auf einer gemeinsamen Variatorachse angebracht sind, und zumindest zwei Rollen, die zwischen den Laufringen angeordnet sind, um auf ihren teiltoroidalförmig vertieften Flächen zu laufen und so Antriebskraft zwischen sich mit einer Variatorübersetzung zu übertragen, wobei die Rollen auf eine Weise angebracht sind, die es ihnen ermöglicht zu kippen, um die Neigung der Rollenachsen zur Variatorachse zu ändern und so stufenlose Änderungen der Variatorübersetzung zu gestatten, wobei der Variator dadurch gekennzeichnet ist, dass einer seiner Laufringe mit einer Verbindungswelle gekoppelt ist durch eine mechanische Traktionslastaufbringungsanordnung, die sowohl dazu dient, Drehmoment zwischen der Verbindungswelle und dem Variatorlaufring zu übertragen als auch eine Traktlonslastkraft auf den Laufring auszuüben, die eine Funktion des übertragenen Drehmoments ist, wobei die Traktionslastaufbringungskraft die Variatorlaufringe in Eingriff mit den Rollen drängt, um die zur Übertragung von Antriebskraft notwendige Traktion bereitzustellen, und dass er mechanische Anschläge aufweist, die eine Rollenneigung begrenzen.
Variator nach Anspruch 1 bei dem die Traktionslastaufbringungseinrichtung erste und zweite Teile umfasst, aie zur Drehung um eine gemeinsame Achse angebracht und so geformt sind, dass eine Drehung des einen relativ zum anderen eine Axialverschiebung des einen bezüglich des anderen bewirkt.
Variator nach Anspruch 2 bei dem der erste Teil der Traktionslastaufbringungseinrichtung wenigstens eine Nockenfläche, die in Umfangsrichtung verläuft und zur Radialebene geneigt ist, und zumindest einen Nockenfolger aufweist, der auf der Nockenfläche läuft und am zweiten Teil anliegt.
Variator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Rollen betriebsfähig mit einer hydraulischen Kolbenzylinderanoranung gekoppelt sind und die mechanischen Anschläge zum Berühren des Kolbens dazu positioniert sind, seinen Weg zu begrenzen und damit eine Rollenneigung zu beschränken.
Stufenloses Fahrzeuggetriebe, mit einem drehbaren Eingang, der mit einem Drehantrieb verbindbar ist, einem drehbaren Ausgang, der mit Fahrzeugrädern verbindbar ist, einem zwischen den drehbaren Eingang und den drehbaren Ausgang geschalteten Variator nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zum Bereitstellen einer stufenlosen Änderung einer Übersetzung, und einer Anfahreinrichtung, die zum wahlweisen Kuppeln/Entkuppeln des drehbaren Eingangs und des drehbaren Ausgangs angeordnet ist.