NL1021578C2

NL1021578C2 - Regelmethode voor een oneindig variabele transmissie.

Info

Publication number: NL1021578C2
Application number: NL1021578A
Authority: NL
Inventors: Pieter Abraham Veenhuizen
Original assignee: Doornes Transmissie Bv
Priority date: 2002-10-03
Filing date: 2002-10-03
Publication date: 2004-04-06
Also published as: WO2004031621A1

Description

REGELMETHODE VOOR EEN ONEINDIG VARIABELE TRANSMISSIE

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een regelmethode voor een oneindig variabele transmissie, zoals die bijvoorbeeld in motorvoertuigen voor 5 personenvervoer kan worden toegepast voor het overbrengen van motorvermogen tussen motor en aangedreven wielen met een variabele overbrengingsverhouding tussen de rotatiesnelheid van een aan de motor gekoppelde ingaande-as van de transmissie en een aan de wielen gekoppelde uitgaande-as van de transmissie.

Een dergeiijke transmissie is bijvoorbeeld bekend uit het Europese octrooi EP-A-10 0.232.979 en de latere Duitse octrooiaanvraag DE-A-19.631.216 en omvat een continu variabele overbrenging van het bekende drijfriem-en-poelie-type (de zogenaamde drijfriem-CVT) en een vaste overbrenging met een vaste overbrengingsverhouding die onderling in mechanische zin parallel kunnen worden geschakeld voor het doorleiden van vermogen tussen de ingaande-as en de uitgaande-as van de 15 transmissie, waarbij de drijfriem-CVT, de vaste overbrenging en één van de genoemde assen van de transmissie ieder afzonderlijk met een as van een drie-assige epicyclische tandwielset zijn gekoppeld.

Deze transmissie heeft als bijzondere en voordelige eigenschap dat de rotatiesnelheid én de rotatierichting van de uitgaande-as bij een roterende ingaande-20 as binnen een bepaald bereik kunnen worden geregeld door de overbrengingsverhouding van de drijfriem-CVT te variëren. Bij een bepaalde overbrengingsverhouding van de drijfriem-CVT, de zogenaamde geared-neutral-verhouding, is dat de rotatiesnelheid van de uitgaande-as zelfs gelijk aan nul. Hiermee kan ondermeer de toepassing van een wegrijdkoppeling voor het laten stilstaan of vanuit stilstand 25 accelereren van de wielen bij een draaiende motor worden vermeden.

In een bekende regelmethode voor de oneindig variabele transmissie wordt de overbrengingsverhouding van de drijfriem-CVT geregeld in afhankelijkheid van het verschil tussen een gewenste rotatie, d.w.z. een gewenste rotatiesnelheid en bijbehorende rotatierichting, en een werkelijke rotatie van de uitgaande-as van de 30 transmissie door dit verschil naar nul te regelen. Hoewel deze regelmethode in theorie naar behoren functioneert, heeft deze als belangrijk inherent nadeel, dat bij een gewenste rotatie van de uitgaande-as gelijk aan nul de werkelijke rotatie daarvan altijd enigszins rond de nul zal variëren. Het zal duidelijk zijn dat zeker indien de transmissie in een motorvoertuig voor personenvervoer wordt toegepast dit constante voor- en i Λ ' : ' 7 7 2 achteruit roteren van de uitgaande-as en dus ook de aangedreven wielen hoogst ongewenst is.

In een bekende verbetering van de regelmethode voor de oneindig variabele transmissie, waarin dergelijke rotatie schommelingen niet of tenminste in belangrijk 5 mindere mate optreden, wordt de overbrengingsverhouding van de drijfriem-CVT geregeld in afhankelijkheid van het verschil tussen een gewenst koppel op de uitgaande-as van de transmissie, d.w.z. een gewenst absoluut niveau en een gewenste draairichting daarvoor, en een werkelijke koppel door dit verschil naar nul te regelen. Deze verbeterde regelmethode heeft echter als nadeel, dat er geen sensoren 10 beschikbaar zijn die het werkelijke koppel op de genoemde as met voldoende nauwkeurigheid en robuustheid kunnen detecteren, althans niet dan tegen relatief hoge kosten.

De onderhavige uitvinding beoogt een alternatieve regelmethode voor de oneindig variabele transmissie te verschaffen, waarmee de genoemde tekortkomingen 15 van de bekende regelmethoden kunnen worden vermeden. Volgens de uitvinding kan dit doel worden bereikt met de regelmethode volgens de conclusie 1.

In de regelmethode volgens de uitvinding wordt het koppel op de uitgaande-as van de transmissie geregeld door de slip over een wrijvingselement in de transmissie, zoals een koppeling of een drijfriem-CVT, met een ingangscomponent en een 20 uitgangscomponent, waarbij de slip is gedefinieerd ais het verschil in ingangssnelheid van het wrijvingselement en een uitgangssnelheid van het wrijvingselement van het wrijvingselement, op een wenswaarde af te regelen en door de normaalkracht in het wrijvingscontact te regelen. Hierbij maakt de uitvinding gebruik van het inzicht dat er een bekend verband bestaand tussen de genoemde slip, een normaalkracht, die 25 tussen de uitgangscomponent en de ingangscomponent in een wrijvingscontact is aangebracht, en een koppel op de uitgangscomponent, dat op zijn beurt weer in verband staat met het koppel op de uitgaande-as van de transmissie.

Ter verduidelijking van de uitvinding zal de regelmethode nader uiteen worden gezet aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld en onder verwijzing naar de figuren, 30 waarin:

Figuur 1 een schematische weergave van de bekende oneindig variabele transmissie voorstelt;

Figuur 2 een vereenvoudigde weergave is van een typische tractiecurve van een drijfriem-CVT met een drijfriem volgens VDT ontwerp; 3

Figuur 3 een blokschema voorstelt van de regelmethode volgens de uitvinding; Figuur 4 een vereenvoudigde weergave is van een typische tractiecurve van een standaard natte plaatkoppeling.

De in de figuur 1 weergegeven oneindig variabele transmissie 10, omvat een 5 aan een motor 1 gekoppelde ingaande-as 2 en een aan aangedreven wielen 4 gekoppelde uitgaande-as 3, waartussen een drijfriem-CVT 11 met een variabele overbrengingsverhouding welke is voorzien van een ingangspoelie 111 en een I uitgangscomponent 112, i.c. een uitgangspoelie 112 met daaromheen aangebracht I een ingangscomponent 113, i.c. een drijfriem 113, en een vaste overbrenging 12 met I 10 een vaste overbrengingsverhouding zijn opgenomen, welke is voorzien van een I ingangstandwiel 121 en een uitgangstandwiel 122 met daaromheen aangebracht een I ketting 123, waarbij de overbrengingen 11 en 12 onderling in mechanische zin parallel I zijn geschakeld en waarbij de drijfriem-CVT 11, de vaste overbrenging 12 en één van I de genoemde assen 3 van de transmissie 10 ieder afzonderlijk met een as 131, 132, I 15 133 van een drie-assige epicyclische tandwielset 13 zijn gekoppeld. Een dergelijke I tandwielset 13 is algemeen bekend en omvat bijvoorbeeld een aan een eerste as 131 I gekoppeld centraal gelegen zonwiel 134 en een aan een tweede as gekoppeld 132 hol ringwiel 135 met daartussen een aantal vrij om hun eigen as kunnen roteerbare I planeetwielen 137 die zijn bevestigd planetendrager 136 die aan een derde as 133 is

I 20 gekoppeld. In dit uitvoeringsvoorbeeld is een uitgangspoelie 112 van de drijfriem CVT

I 11 aan de eerste as 131 van de tandwielset 13 gekoppeld, het uitgangstandwiel 132 I van de vaste overbrenging 12 aan de derde as 133 van de tandwielset 13 en de I uitgaande as 3 van de transmissie 10 met de tweede as 132 van de tandwielset 13 I verbonden.

I 25 De transmissie 10 omvat verder twee koppelingen 14 en 15, waarvan ten minste I in een oneindig variabele transmissie modus de eerste koppeling 14 tenminste een I deel van het motorvermogen doorleidt en waarvan de tweede koppeling 15 is geopend. Bovendien toont de figuur 1 dat tussen de uitgaande as 3 van de transmissie 10 en de aangedreven wielen 4 een eindreductie-tandwielset 5 is I 30 opgenomen.

I De drijfriem-CVT 11 is van een op zichzelf algemeen bekend type. Bij dit soort I overbrengingen, die op wrijving zijn gebaseerd, is voor iedere poelie 111, 112 een I klemkracht nodig waarmee deze de drijfriem 113 inklemmen ten einde een rotatie I tussen de poelies 111, 112 te doen overbrengen. Deze klemkracht wordt per poelie I 35 111,112 bepaald in afhankelijkheid van tussen de poelie 111,112, en de drijfriem 113 4 benodigde wrijvingskracht en een gewenste overbrengingsverhouding icvr tussen de rotatiesnelheid van de ingangspoeiie ωιΝ en die van de uitgangspoelie cücvt-out te realiseren. Overigens worden de klemkrachten vaak met behulp van een hydraulische druk opgewekt.

5 Zoals vermeld, is in een bepaalde overbrengingsverhouding van de drijfriem- CVT, de zogenaamde geared-neutral-verhouding icvt-gn. de rotatiesnelheid van de uitgaande as ωουτ gelijk aan nul onafhankelijk van de rotatiesnelheid van de ingaande as (0|N. Een zeer nauwkeurige en stabiele regeling van drijfriem-CVT 11 ten minste in de geared-neutral-verhouding icvt-gn is hoogst gewenst, maar is tevens moeilijk te 10 realiseren met behulp van de bekende regelmethodes. Volgens de uitvinding is het echter mogelijk het koppel Tom op de uitgaande-as 3 van de transmissie 10 indirect te regelen door het werkelijk door de drijfriem-CVT 11 aan de epicydische tandwielset 13 afgegeven uitgangskoppel Tcvt-out naar een wenswaarde Tcvt-dv daarvoor te regelen. Hierbij is het verband tussen het genoemde uitgangskoppel Tcvt-out en het koppel 15 Tom op de uitgaande-as 3 van de transmissie 10 zelfs in hoofdzaak voordelig lineair en kan het uitgangskoppel Tcvt-out van de drijfriem-CVT 11 in principe worden berekend door het koppel Tout op de uitgaande-as 3 van de transmissie 10 te delen door de verhouding van de geometrische straal van het holle ringwiel 135 en die van hetzonwiel 134.

20 In de regelmethode volgens de uitvinding, wordt een eerste klemkracht Fc1 in afhankelijkheid van de wenswaarde voor het uitgangskoppel Tcvr-ov van de drijfriem-CVT 11, d.w.z. zodanig dat de wrijving tussen poelie 111, 112 en drijfriem voldoende is om de wenswaarde voor het uitgangskoppel Tcvt-ov over te dragen. Hiertoe kan bijvoorbeeld gebruik worden gemaakt van de vergelijking: 25

Fc = {Tcvt-ov*cos(X)} / {2»Rout*p(s)} (1)

Hierin is λ een hoek tussen het contactvlakken van de drijfriem 113 en een poelie 111, 112, Rout is een straal waarmee de drijfriem 113 over de uitgangspoelie 112 loopt en 30 is p(ds) een wrijvingscoëfficiënt tussen de drijfriem 113 en de uitgangspoelie 112, die is gedefinieerd in afhankelijkheid van het verschil in snelheid daartussen, drijfriemslip genoemd. De genoemde wrijvingscoëfficiënt μ^ε) kan voor een vaste waarde van de klemkracht Fc en de loopstraal Rout in een zogenaamde tractiecurve worden vastgelegd waarin het uitgangskoppel Tcvt-dv is uitgezet tegen drijfriemslip ds, welke 35 laatste als volgt kan worden gedefinieerd: 5 ds = {(icvr/icvT-oM} (2)

Hierin is 'iCvt de werkelijke momentane overbrengingsverhouding van de drijfriem-CVT 5 11 en iCvr-o de overbrengingsverhouding van de drijfriem-CVT 11 indien het uitgangskoppel Tcvt-dv van de drijfriem-CVT 11 gelijk zou zijn aan nul.

In de figuur 2 is een tractiecurve schematisch gereproduceerd voor een metalen drijfriem 113 volgens Van Doome’s Transmissie (VDT) ontwerp in een met olie gesmeerd contact met metalen poelies 111, 112. Een drijfriem van VDT ontwerp is 10 beschreven in EP-A-0.014.013 en omvat ten minste een lintvormige in zichzelf gesloten drager waarover een groot aantal plaatvormige zogenaamde dwarselemen-ten vrij kan bewegen, waarbij de drager is opgenomen in een uitsparing in de dwars-elementen. Gebleken is dat tenminste dit type drijfriem 113 langdurig aan een zekere mate van drijfriemslip ds kan worden onderworpen, zonder daarbij fatale schade op te 15 lopen, dat wil zeggen zonder het functioneren van de transmissie 10 nadelig te beïnvloeden. In de figuur 2 geeft de lijn MA de grens weer waaronder de drijfriemslip ds volgens dit criterium nog toelaatbaar is. De lijn Ml geeft de grens weer waaronder de drijfriemslip ds van grote invloed is op het overgedragen uitgangskoppel Tcvt-dv·

Door de drijfriem 113 gecontroleerd te laten slippen op een bepaald niveau van 20 de drijfriemslip ds tussen de twee lijnen Ml en MA in de tractiecurve uit figuur 2, kan dus relatief nauwkeurig, onafhankelijk van kleine variaties in de drijfriemslip Ads, het uitgangskoppel TCvt-dv van de drijfriem-CVT 11 worden geregeld. In de regelmethode volgens de uitvinding, wordt hiervan gebruik gemaakt door een tweede klemkracht Fc2 te bepalen in afhankelijkheid van het verschil tussen een wenswaarde voor de 25 drijfriemslip dsDv en de werkelijke waarde van de drijfriemslip dsRVl zodanig dat deze tweede klemkracht Fc2 evenredig is aan het laatstgenoemde verschil.

Overigens is het meten van de werkelijke waarde van de drijfriemslip dsRV niet zondermeer mogelijk. Hiertoe dient de transmissie 10 te worden voorzien van additionele meetmiddelen, bijvoorbeeld middelen die de longitudinale snelheid van de 30 drijfriem 113 meten en deze vergelijken met de rotatiesnelheid coin, cocvt-out van een poelie 111,112 of die de werkelijke loopstraal van de drijfriem 113 op een poelie 111, 112 meten en deze vergelijken met een uit de poelie-rotatiesnelheden cdin, cocvt-out berekende waarde daarvoor.

In de regelmethode volgens de uitvinding oefent vervolgens een poelie 111,112 35 de eerste klemkracht Fc1 op de drijfriem 113 uit en een andere poelie 111,112 oefent de som van beide genoemde klemkrachten Fc1 en Fc2 daarop uit. Als gevolg van de 6 gekozen regelmethode wordt de drijfriemslip ds dus in feite geregeld door via de tweede klemkracht Fc2 de overbrengingsverhouding van de drijfriem-CVT icvr aan te passen, terwijl de eerste klemkracht Fc1 zorgt voor voldoende hoge wrijvingskracht tussen de poelies 111, 112 en de drijfriem 113 om een gewenst koppel door de 5 transmissie te leiden. Afhankelijk van het teken van het genoemde verschil tussen de wenswaarde voor de drijfriemslip dsDV en de werkelijke waarde dsRV daarvan, dient de overbrengingsverhouding van de drijfriem-CVT icvr te worden vergroot of juist verkleind. Dat wil zeggen dat de som van de genoemde klemkrachten Fd en Fc2 betrekking heeft op de ingangspoelie 111 indien de overbrengingsverhouding icvr. 10 welke hier is gedefinieerd als <ocvt-out/(0|N, groter dient te worden en op de uitgangspoelie 112 in het omgekeerde geval, terwijl de eerste klemkracht Fc1 telkens betrekking heeft op de respectievelijke andere poelie 111,112.

De regelmethode volgens de uitvinding is nog eens samengevat in het blokschema uit de figuur 3. In blok I wordt uit het voor de uitgaande-as 2 gewenste 15 koppel Tour het uitgangskoppel Tcvr-ov voor de drijfriem CVT berekend. In blok II wordt vervolgens de daartoe benodigde eerste klemkracht Fc1 berekend, bijvoorbeeld conform de vergelijking 1. In blok III wordt het teken van de gewenste drijfriem slip dsDv bepaald in afhankelijkheid van het teken van het gewenste uitgangskoppel Tcvr-ov en vervolgens wordt in blok IV het verschil Ads bepaald tussen de gewenste waarde 20 en teken dsDv voor de drijfriemslip dsRv en de gemeten waarde daarvoor. In blok V wordt de benodigde tweede klemkracht Fc2 berekend op basis van de absolute waarde van laatstgenoemd verschil |Ads|, bijvoorbeeld met een proportioneel versterker P. In blok VI worden de genoemde klemkrachten Fc1 en Fc2 gesommeerd. Tenslotte wordt in blok VII het teken van laatstgenoemd verschil Ads bepaald op basis 25 waarvan in blok VIII wordt bepaald voor welke van de twee poelies 111,112 de eerste klemkracht Fc1 van toepassing is en voor welke van de twee poelies 111, 112 de gesommeerde klemkrachten Fc1 en Fc2.

Overigens kan de wenswaarde voor het koppel Tom bijvoorbeeld worden vastgesteld in afhankelijkheid van de mate waarin een gaspedaal wordt ingedrukt. 30 Alternatief is het mogelijk dat de genoemde mate waarin een gaspedaal wordt ingedrukt representatief is voor een snelheid of een versnelling van het voertuig, waaruit vervolgens weer de wenswaarde voor het koppel Tom kan worden bepaald.

Opgemerkt wordt, dat het in de praktijk moeilijk of zelfs onmogelijk kan zijn de gewenste een drijfriemslip dsov bij een lage wens waarde voor het koppel T0m (bijv.

'·' ~ r, 7 een koppelniveau gelijk aan nul) af te regelen lastig kan zijn. In een dergelijk geval kan bijvoorbeeld een minimaal haalbare ondergrens daarvoor worden vastgesteld T0ut-min, waarbij bijvoorbeeld de remmen van het voertuig worden bekrachtigd om het dan geleverde vermogen te dissiperen, dat wil zeggen om een stilstaan van de wielen 5 mogelijk te maken ondanks de aanwezigheid van het genoemde koppel Tout-μιν op de uitgaande as 3 van de transmissie 10.

Opgemerkt wordt verder, dat er in de geared-neutral-verhouding ïcvt-gn van de transmissie 10 geen vermogen aan de uitgaande-as 3 wordt afgegeven, zodat de motor 1 uitsluitend wordt belast door vermogensverliezen in de aandrijflijn 1, 11, 12, 10 13, 14, 15 naar de uitgaande-as 3, zoals wrijvingsverliezen in de drijfriem-CVT 11.

Indien nu het motorvermogen wordt opgevoerd, bijvoorbeeld door daaraan meer brandstof toe te voeren door het gaspedaal in te trappen, kan het koppel gemakkelijk een kritische waarde overschrijden. Volgens de uitvinding kan het daarom van belang zijn om een onafhankelijke regeling van het motortoerental, c.q. de rotatiesnelheid ωιΝ 15 van de ingaande-as 2 van de transmissie 10 te voorzien in de regelmethode volgens de uitvinding.

De beide koppelingen 14 en 15 uit de figuur 1 zijn overigens niet noodzakelijk voor het functioneren van de oneindig variabele transmissie 10, maar deze maken het wel mogelijk dat de transmissie 10 ook als een conventionele drijfriem-CVT 11 met 20 een continu variabele overbrengingsverhouding en een bijbehorende algemeen bekende regelmethode kan worden ingezet. Het is overigens mogelijk om ook in dit geval waarin de transmissie 10 als een conventionele drijfriem-CVT 11 wordt toegepast deze conform de regelmethode volgens de uitvinding te regelen.

Het openen van de eerste koppeling 14 heeft tot gevolg dat de vaste 25 overbrenging 12 geen mechanisch vermogen meer doorleidt, terwijl er door het sluiten van de tweede koppeling 15 een directe één-op-één verbinding tot stand wordt gebracht tussen de drijfriem-CVT 11 en de uitgaande-as 3. Een en ander heeft als voordeel dat een deel van het bereik van overbrengingsverhoudingen van de drijfriem-CVT 11 na het openen van de eerste koppeling 14, c.q. het sluiten van de tweede 30 koppeling 15, opnieuw kan worden doorlopen, doordat de overbrengingsverhouding van de drijfriem-CVT 11 tijdens het sluiten van de tweede koppeling 15 dient te worden gereduceerd teneinde de rotatiesnelheid ©cvt-out van de uitgangspoelie 112 te synchroniseren met de rotatiesnelheid ω0υτ van de uitgaande-as 3.

De toepassing van de eerste koppeling 14 maakt daarbij een alternatieve 35 regelmethode voor de oneindig variabele transmissie mogelijk. Volgens de uitvinding 8 bestaat er behalve tussen het koppel Tour op de uitgaande-as 3 en het door de drijfriem-CVT aan de epicydische tandwielset afgegeven koppel Tcvr-our namelijk ook een vast en in hoofdzaak voordelig lineair verband tussen het door de eerste koppeling 14 aan de vaste overbrenging afgegeven koppel Ta.. Het laatst genoemde 5 koppel Ta. wordt daarbij tot het gewenste niveau gestuurd door de koppeling 14 overeenkomstig te bekrachtigen, bijvoorbeeld door in geval van een standaard natte plaatkoppeling de wrijvingsplaten, die daarbij de uitgangs- en ingangscomponent volgens de uitvinding vormen, met behulp van een hydraulische aangelegde druk Pcl tegen elkaar aan te drukken, waarbij: 10 TCL = Hdyn*C*Pa. (3)

Hierin is C een constante waarin de koppelingsgeometrie is verrekend en is pdyn de wrijvingscoëfficiënt in een dynamisch contact tussen de wrijvingsplaten.

15 Tegelijkertijd, wordt een koppelingslip Scl-rv over de eerste koppeling 14, d.w.z.

een verschil tussen de rotatiesnelheid a>tN van de ingangspoelie 111 van de transmissie 10 en de rotatiesnelheid <dvo-in van het ingangstandwiel 121 de vaste . overbrenging 12, op een bepaalde wenswaarde daarvoor Sa-ον geregeld door de overbrengingsverhouding van de drijfriem-CVT 11 te regelen in afhankelijkheid van het 20 verschil tussen die wenswaarde SCl-dv en de werkelijke waarde van de koppelingslip Scl-rv over de eerste koppeling 14. Daarbij is uiteraard de eerder genoemde drijfriemslip ds niet noodzakelijk. Zoals geïllustreerd in de figuur 4 die een typische tractiecurve van een standaard natte plaatkoppeling voorstelt, dient de genoemde wenswaarde voor de koppelingslip SCl-ov over de eerste koppeling 14 niet te klein 25 worden gekozen teneinde de mogelijke fout Terror in het aan de vaste overbrenging 12 afgegeven koppel Ta. als gevolg van variaties in de koppelingsslip ASa. te beperken. Die wenswaarde Scl-dv dient echter ook niet te groot worden gekozen, zodat het door de koppeling 14 gedissipeerde vermogen beneden een maximaal aanvaardbare grens blijft.

30 De uitvinding heeft behalve op het in het voorgaande beschrevene eveneens betrekking op alle details in de figuren en op al hetgeen is beschreven in de navolgende conclusies.

Claims

Regelmethode voor een oneindig variabele transmissie (10) met een ingaande-as <2) en een uitgaande-as (3) welke tenminste is voorzien van een drijfriem-CVT (11) met 5 een continu variabele overbrengingsverhouding en een wrijvingselement (11, 14), zoals een koppeling (14) of de drijfriem-CVT (11), met een ingangscomponent (113) en een uitgangscomponent (112) die onderling in wrijvingscontact staan en waartussen een normaalkracht kan worden aangebracht, waarin een koppel (T0ut) op de uitgaande-as (3) van de transmissie (10) naar een wenswaarde daarvoor wordt 10 gestuurd door de genoemde normaalkracht te regelen, met het kenmerk dat een verschil tussen een werkelijke ingangssnelheid (ü>in) van het wrijvingselement (11,14) en een werkelijke uitgangssnelheid (cocvt-out, covcwn) van het wrijvingselement (11,14) naar een wenswaarde (dsDv. SCl-dv) daarvoor wordt gestuurd door de overbrengingsverhouding van de drijfriem-CVT (11) te regelen.