TWI337235B - Control system for a gearshift - Google Patents

Description

1337235 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種用於變速器之控制系統。 尤其，本發明係關於一種爲連續或階段變化之變速器的 控制系統。 本發明之變速器，爲使用之傳動皮帶的可擴張錐狀皮帶 輪之變速器型式，例如像速克達（scooter)之兩輪車輛。 【先前技術】 變速器之作用原理係根據，由於作用於車輛的負荷（駕 駛人，燃料，行李）、路面坡度、空氣動力之阻力等的變化， 而必須隨時修正車輛之驅動。 故，以一般之術語，變速器作用以將驅動軸之轉速調整 成驅動輪之轉速，並且因而擔任一轉矩加乘器之功能，或者 更恰當地說，係在引擎之動力不足以使車輛前進時，必須提 供更大的「驅動力」之裝置。因而，此裝置之存在可關連到 引擎轉矩曲線之級數，即關連到在引擎本身之不同轉速下所 供應的轉矩之絕對値 在此，名詞「轉矩」意即，驅動軸對於藉由空氣與汽油 混合物之爆炸而衝擊到活塞上之每一個推力所可傳遞的轉 動力矩。此可傳遞一個力量到驅動軸，將此力乘以「曲軸臂」 之長度時，可產生一個轉矩或力矩。 從每個引擎之轉矩及動力曲線之分析，可了解如何在已 知一個對轉數變化很敏感的不規則但是可變的級數下當引 擎在稍高速度下轉動時，摩托車引擎僅能供應一大體的轉 1337235 矩。 機械變速器，可使有關的阻力與欲獲得的行進速度之間 達成最佳平衡。 拜變速器之賜，引擎所輸出之動力首先從主變速箱傳送 到驅動輪，然後藉由最後變速箱而到達摩托車之後輪。 多年來，製造商採用不同的技術選擇用以製造變速器， 並且在這些變速箱之中，尤其是直接驅動或串級變速箱，已 良好地建立聲譽。 不用對變速箱說明，吾人僅舉出事實，其目的在依照需 要而修正推進系統與輪子之間的傳動比，使引擎之每個轉數 可對應於輪子的不同轉數。 在兩輪車輛之情形中，當特別需要時，例如在啓動或上 坡而必須將高驅動轉矩送到後輪之時，係使用多比率之變速 器。 依此方式，藉由啣接低速擋時，在變速器之輸入軸與輸 出軸之間的轉數會大量減低，然而，轉矩成正比例地增加， 另一方面，若與較高速的擋位啣接時，後輪則快速移動，但 是傳遞很低的轉矩。因而，在行進中，可使引擎的轉速維持 對應於車輛之每個移動速度之適當的動力輸出。 故，選擇傳動比，以使驅動系統在靠近最大轉矩之値與 靠近最大動力之値之間的轉數範圍內轉動時，·可使車輛之加 速度及車輛的反應獲得最佳結果。 最近’連續速度變換器已被開發，其係離心變換器之形 式，簡稱爲變換器，其在低及中汽缸容量動力車輛之中已成 -6- 1337235 爲最完善建立的傳動系統之一，其由於在加速度及燃料效率 方面提供有優點。 此等裝置實質上爲漸進式變速器，其可在設計階段所建 立的最小與最大傳動比之間，發展出連續且無限之傳動比範 圍。 故，傳動比之變化實際上並非獨立不相關，即，依照必 須克服車輛所遭遇的外在阻力（斜坡，重量變化，崎嶇不平 的路面等）所需要的傳動比，而被做成精確選擇的傳動比， 其對應於明確定義但是連續的傳動比。 通常，一個變換器包含有兩個皮帶輪及一梯形皮帶，每 個皮帶輪包含有兩個具有平頂圓錐狀（frusto-conical)之 板，彼此互相面對，以構成一個供傳動皮帶即纏繞在其上之 狹的通路。 在兩個板之中的一個被固定，而另一個係自由必軸向移 動。依此方式，移動板從最大接近點（較大直徑）移到最大距 離點（較小直徑）之每次移動時，皮帶輪之直徑會變化。 一些離心質量可被用來造成在驅動皮帶輪中之移動，其 可由於離心力而在與移動板一體形成的適當導件內側滑 動。移動板在靠近或遠離驅動皮帶輪上的固定板之移動，通 過梯形皮帶，會造成在驅動皮帶輪上之移動板的相反移動， 由彈簧所施加的力，移動板被抵壓於固定板上。梯形皮帶在 皮帶輪上之纏繞半徑之最終變化，會產生傳動比之對應變 化。 故可了解，當作用於驅動皮帶輪之板上的離心質量，及 1337235 將驅動皮帶輪之兩個板保持在一起的彈簧改變之時，此型之 傳動可產生加速度變化的有利簡單性。 連續可變傳動（CVT)係依照多種方式而被製成，其等均 可適於用來改善車輛之性能，由於燃燒效率之提高及排放之 減少’並由於將引擎總是保持在最佳熱產出値之可能性，因 此此方式得以達成。 此CVT自動變速器，相對於傳統變速箱，亦可允許達 成污染的排出物減少。 然而，申請人已注意到，必須應用一定的速度比變化定 律，其係考慮許多參數，如由皮帶與皮帶輪之間的相互作用 所造成者，以評估裝置所受到的力量以及從而傳動之動態習 性，因而可施加正確的軸向推力到可擴張的皮帶輪。 在先前技術具有比率自動變化的變速器中，驅動皮帶輪 之移動部的移動，係由具有可變數量的球或滾筒形式之小質 量的離心調節器系統，藉由慣性而進行，因此限制其功能而 不容許驅動器或適當裝置的介入。 申請人已製成車輛中之變速器之控制系統，其中速度比 之變化係由變速器控制單元而做電子方式控制，其可選擇連 續或階段式之變速器的操作。 【發明說明】 爲了達成本發明之目的，「連續操作模式」在此意即， 變速器可在預定最小與最大比率之間發展出連續、從而無限 範圍的傳動比率。 爲了達成本發明之目的，「階段操作模式」在此意即， 1337235 變速器可發展出預定範圍的傳動比率，例如像傳統階段式變 速器。 再者，本發明之控制系統，在連續操作模式中，可容許 從複數個預先記憶的設定中選擇至少一個預定操作設定。 本發明之一個觀點，係關於一種控制系統，其係欲於一 內燃引擎之具有可擴張錐形皮帶輪型式的連續可變變速 器，該變速器包括有一對皮帶輪，分別爲一驅動皮帶輪及一 被驅動皮帶輪，一傳動皮帶在該驅動皮帶輪及驅動皮帶輪之 間運行：及一電動馬達（61)，其適於控制皮帶輪上之皮帶的 纏繞半徑的變化，而產生該變速器之傳動比的對應變化，其 特徵爲：包括有一驅動皮帶輪之位置感測器及被驅動皮帶輪 之轉數感測器、一變速器之電子控制單元，其可與引擎之控 制單元相通且可從該等感測器取得資料、一變速器之指令單 元、及一顯示器，該變速器之控制單元可經由顯示器而選擇 複數個操作模式中之一個。 【實施方式】 參照附圖，局部地顯示二或四衝程內燃引擎10,引擎在 一適當地形成的殻體11中容納有一具有可擴張錐形皮帶輪 型式的連續可變變速器20。 本發明之變速器20包括有兩對錐形皮帶輪，其中僅顯 示驅動皮帶輪32，其被裝設於變速器之輸入軸51上。 圖示的驅動皮帶輪接著包括有一軸向移動元件32’及一 固定元件32”，二者皆爲平頂圓錐狀之圓盤且彼此面對，以 構成使一條皮帶31、較佳爲梯形皮帶在其中滑動之狹窄通 1337235 路。 在驅動皮帶輪32中，移動元件32’係軸向地移動，以 改變在驅動及被驅動皮帶輪上之梯形皮帶31的纏繞半徑， 從而改變傳動比。 驅動皮帶輪32之移動元件32’的移動，係對應於被驅動 皮帶輪之移動零件的反向位移，其係由一彈簧與一轉矩互鎖 系統之抵消產生的移動，二者適當地設定大小而產生足夠的 壓力以避免皮帶在皮帶輪上打滑。 特別參照第5圖，一適當的電動馬達6 1，經由適當的傳 動，在非獨有的實施例中爲由一對錐形輪59,60所製成，其 使一小軸56移動，該小軸56被兩個滾動軸承57及58所支 持，並且固定有一蝸形螺桿49。 蝸形螺桿49接著使一螺旋形輪50轉動，螺旋形輪50 與一圓柱形之外套筒47成一體或爲一單件。 亦參照第3圖及第4圖，此一外套筒47在一端被滾動 軸承45所支持，並且在一圓柱形之同軸內套筒38上轉動。 滾動軸承45被安裝於附設有軸承之套筒44上，且經由 環狀螺帽46而被鎖住。 附設有軸承之套筒44係由螺栓52而牢固地連接到變速 器之輸入軸51。軸承48係構成變速器之整個指令系統的另 一個支撐件。 外套筒47具有殼體，其容納二或多個圓柱銷37。圓柱 銷37啣接在形成於圓柱形內套筒38中的螺旋狹槽40中； 圓柱形內套筒38經由一牢牢固定於其上之凸緣36而被鎖住 -10- 1337235 不旋轉，凸緣36附設有一套筒54，其中一固定到殼體Π 的銷53，經由適當地從抗摩擦材料製成之環件55之嵌入， 而在變速器之殼體部分中滑動。 驅動皮帶輪32之移動元件32’係經由軸承35之嵌入而 牢固地沿軸向連接到內套筒3 8。 此移動元件32’軸向地在與變速器20之輸入軸51爲同 軸之隔件4 1上滑動。 抗摩擦套筒33被定位於隔件41與驅動皮帶輪32的移 動元件3 2 ’之間。 移動元件32’經由一牽引接頭而牢固地連接到變速器之 輸入軸51，牽引接頭包括有一牽引環42，及徑向地固定到 變速器之輸入軸51的滑塊43,並且滑塊43最好爲塑膠材料 製成，且該滑塊被配置成與形成於驅動皮帶輪32之移動元 件32’中的軸向凹部39啣接。 牽引接頭42,43由適當的黃油而潤滑，以改善抗摩擦套 筒33在隔件41上之滑動，並且黃油可由裝設在驅動皮帶輪 32之移動元件32’之孔的一端部上的一油封34,及滾動軸承 4 5之篩網而容納。 本發明之較佳實施例的變速器2 0，具有下列之操作。 由一電子控制單元下指令的電動馬達6 1 ’使附設有蝸形 螺桿4 9的小軸5 6轉動。 接著，蝸形螺桿49使螺旋形輪50與外套筒47 —體地 轉動’外套筒47在滾動軸承45上及在內套筒38上轉動。 與形成於內套筒38中的螺旋狹槽40啣接，且容納圓柱銷37 -11- 1337235 之二或多個孔，被形成於外套筒47上。 藉由圓柱銷37與螺旋狹槽40之間的聯接，由電動馬達 6 1輸出的轉矩，經由蝸形螺桿49與螺旋形輪5 0之間的聯結 而倍增，被分解成一朝向皮帶輪32之轉動軸心的軸向力， 及一切線分力，這些作用均產生於內套筒38上》 此內套筒38無法在其本身之軸心上轉動，因爲端部被 套筒54固定且內側爲固定到殼體1 1的壁之銷53在其上滑 動的凸緣36，被堅固地固定到內套筒38上，依此方式，內 套筒38與圓柱銷37之間的切線力被抵消。因而，圓柱銷37 與內套筒38之螺旋狹槽40之間的力之軸向分力，造成內套 筒本身之移動。此軸向移動可產生在兩個方向，即外套筒47 之轉動方向，另一個在下指令到變速器的電動馬達61之轉 動方向。 內套筒38之軸向移動，經由滾動軸承35而被轉移到驅 動皮帶輪32之移動元件32’。 移動元件32’之軸向移動，造成梯形皮帶31之纏繞半徑 的改變，且從而造成驅動皮帶輪32與被驅動皮帶輪之間之 傳動比改變。 驅動皮帶輪32之移動元件32’在電動馬達61之作用下 移動之時，梯形皮帶31與皮帶輪本身之接觸，可由存在於 被驅動群中之抵消彈簧施加在其上的負荷而確保。 驅動轉矩從變速器之輸入軸51，經由牽引器42及滑塊 而被轉移到驅動皮帶輪32之移動元件32’。 依此方式，可確保變速器之輸入軸51與驅動皮帶輪32 -12- 1337235 之移動元件3 2 ’之間的滑動稜柱狀聯結。 如第6圖之例子所顯示本發明之控制系統，包括有前煞 車用之第1壓力感測器7 1，後煞車用之第2壓力感測器72， 驅動皮帶輪之位置感測器73及被驅動皮帶輪之轉數感測器 ΊΑ。 該等感測器之信號被變速器之控制單元7 5所取得，其 藉由例如一個CAN L線而與引擎76之控制單元相通。依此 方式，變速器之控制系統可相對於引擎控制單元而獨立地處 理，但是其可經由同一引擎控制單元而之CAN線而取得訊 息。事實上，引擎控制單元從驅動軸78之轉數感測器及從 —個與車輛速度有關之輪轂79上的轉數之感測器，而與蝴 蝶閥77之一個位置感測器相通。本發明之控制系統亦包括 有一個使用者控制指令單元80及一個顯示器8 1，例如經由 上述CAN線而與變速器之該控制單元相通之一個數位控制 盤。 變速器之控制單元可選擇連續可變操作或其它變速器 之級數（階段）操作。 再者，在連續可變操作的構造中，可選擇複數個差異化 的設定。例如，可選擇「旅行」設定，「運動」設定，「防 打滑」設定等。這些設定構成不同的變速器之速度。 在藉由以氣體關閉蝴蝶閥而煞車時，由於引擎被保持於 高轉速，變速器之控制系統依照煞車動力而將比率縮短數個 百分比’以確保「引擎煞車」效應，及快速再啓動。 再者，階段操作之比率被預定，並且若引擎之轉速比預 -13- 1337235 定値更大時，不可能插入較低之比率。依相同的方式，若引 擎轉速比預定界限更低之時，不可能插入較高之比率。 從階段操作過渡到連續可變操作中，系統仍保持在模式 變化之時的比率。 在階段操作模式中，比使用中之比率更低之預定比率自 動地在一速度下被插入，在該速度下保持相同比率，引擎傾 向於關閉。 並且，連續可變操作中，若使用者作動比率選擇指令往 上爬升之情況時，階段操作模式自動地被選擇。 可移動驅動半皮帶輪之位置感測器及被驅動皮帶輪之 轉速感測器之存在，可容許控制系統在變速器之使用中的比 率上有雙重控制。 並且，可藉由在啓動時測定的傳動比與預定理論値之比 較，而檢查皮帶之磨損狀態，因而容許磨損之可能補償，並 且若超過預定値時警告駕駛人。 控制系統可選擇一緊急操作模式，其中若失效不容許系 統正確地操作可使車輛安全移動之比率之時，該緊急操作模 式可被選定。 並且，變速器之控制系統可監視被電動馬達6 1所吸收 之電流，以強調變速器之可能故障。 本發明之變速器20’可使上述的離心式速度變換器被一 裝置取代，該裝置係可使變速器之操作模式從外側控制。 此一控制提供變速器之不同的指令策略，其可由車輛駕 駛人自由地選擇，並且可經由一電子控制單元而作動及控 -14- 1337235 制。 【圖式簡單說明】 本發明控制系統的特徵及優點，可由下列參照其附圖且 僅做爲例子而非限制用途的說明，而變成更明顯’其中： 第1圖係裝設有本發明變速器的引擎部分之側視圖。 第2圖係從第1圖之引擎部分的下方看去之視圖。 第3圖係顯示本發明變速器，沿著第1圖之線ΙΙΙ-ΙΠ 截取的剖面圖。 第4圖係顯示本發明變速器，沿著第1圖之線IV-IV截 取的剖面圖。 第5圖係顯示本發明變速器，沿著第2圖之線V-V截取 的剖面圖。 第6圖係本發明控制系統的方塊圖。 【元件符號說明】 10 內燃引擎 11 殻體 20 變速器 3 1 皮帶 32 驅動皮帶輪 325 軸向移動元件 3 2，’ 固定元件 33 抗摩擦套筒 34 油封 35 軸承 -15- 1337235 36 凸 緣 3 7 圓 柱 銷 3 8 內 套 筒 39 軸 向 凹 部 40 螺 旋 狹 槽 4 1 隔 件 42 牽 引 環 43 滑 塊 44 套 筒 45 滾 動 軸 承 46 環 狀 螺 帽 47 外 套 筒 48 軸 承 49 蝸 形 螺 桿 50 螺 旋 形 輪 5 1 輸 入 軸 52 螺 栓 5 3 銷 54 套 筒 5 5 環 件 56 小 軸 5 7,58 滾 動 軸 承 59,60 錐 形 輪 6 1 電 動 馬 達 -16 1337235 7 1 第 1 壓 力 感 測 器 72 第 2 壓 力 感 測 器 73 位 置 感 測 器 74 轉 數 感 測 器 75 控 制 單 元 76 引 擎 77 蝴 蝶 閥 78 驅 動 軸 79 輪 轂 80 使 用 者 控 制 指 令單元 8 1 顯 示 器

Claims (1)

1337235 第94 105532號「用於變速器之控制系統」專利案 (20 1 0年8月1 1日修正） 十、申請專利範圍： 1. 一種控制系統，其係用於一內燃引擎之具有可擴張錐形皮 帶輪型式的連續可變變速器’該變速器包括有：一對皮帶 輪，分別爲一個驅動皮帶輪及一個被驅動皮帶輪’ 一傳動 皮帶（3 1)滑動於該驅動皮帶輪及被驅動皮帶輪之間；及一 電動馬達（61)，其適於控制該等皮帶輪上之皮帶的纏繞半 徑的變化，而產生該變速器之傳動比的對應變化，該控制 系統包括有： 驅動皮帶輪之位置感測器（73)及被驅動皮帶輪之轉數感 測器（7 4)、一變速器之電子控制單元，其可與引擎之控制 單元（76)連通且可從該等感測器取得資料，其特徵在於該 控制系統更包含： 變速器之指令單元（8 0)及一顯示器（81)，該變速器之該 控制單元可經由該顯示器而選擇複數個操作模式中之一 個；前煞車用之第1壓力感測器（7 1 );後煞車用之第2壓 力感測器（72)， 該變速器之電子控制單元係設有在由用氣體關閉蝴蝶 閥煞車期間，根據煞車動力將該傳動比減少數個百分比之 手段，以便因引擎保持在高轉速而確保引擎煞車效應及快 速再啓動。 2 ·如申請專利範圍第1項之控制系統，其中該變速器之該控 制單元（7 5)經由該引擎控制單元而取得有關於蝴蝶閥位 1337235 匱、有關於驅動軸轉數及有關於輪轂之轉數的資料。 3 _如申請專利範圍第1項之控制系統，其中該複數個操作模 式包括有：一連續操作模式及一具有複數個預定比率之階 段式操作模式。 4.如申^專利範圍第1項之控制系統，其中該變速器之該控 制單元（75)係經由一 CAN線而與該引擎控制單元（76)相 通。 5 ·如申請專利範圍第1項之控制系統，其中該感測器、該指 令單元（80)及該顯示器（81)係經由一 CAN線而與該變速器 之該控制單元相通。 6. 如申請專利範圍第3項之控制系統，其中該連續操作模式 包括有複數個形成不同的變速速度之差異化設定。 7. 如申請專利範圍第3項之控制系統，其中在連續操作模式 中，當使用者作動該指令單元用以選擇一比率往上爬升之 情況時，自動地選擇階段操作模式。 8. 申請專利範圍第1項之控制系統，其中該複數個操作模式 包括有一緊急操作模式，其中係選擇一比率，而使車輛安 全地行進。