TWI653411B - Stepless gear sensing device - Google Patents

Abstract

一種無段式檔位感測裝置，包含固定輪、活動輪、容置單元、H形活塞、非接觸式檔位感測單元、處理單元及傳動軸，非接觸式檔位感測單元具有磁性體及磁性感測元件，磁性體設於H形活塞，磁性感測元件設於容置單元以感測磁性體的磁通量，處理單元電連接非接觸式檔位感測單元，H形活塞軸向平移於容置單元內以軸向連動活動輪平移，且活動輪相對於H形活塞轉動，活動輪相對於傳動軸軸向平移，且活動輪與傳動軸同步轉動。藉此，本發明可利用非接觸式檔位感測單元感測檔位，以簡化感測檔位之流程、降低安裝成本及提升感測檔位之可靠度。

Description

無段式檔位感測裝置

本發明係關於一種無段式檔位感測裝置，尤其指一種利用非接觸式檔位感測單元感測檔位之無段式檔位感測裝置。

無段變速器(continuously variable transmission,CVT)為廣泛應用在汽車的變速箱機構，其工作原理係依靠鋼帶等傳動元件執行動力輸入錐輪與輸出錐輪之間的傳動，輸入錐輪與輸出錐輪可被控制平移以擠壓鋼帶，藉此導引鋼帶在輸入錐輪或輸出錐輪上徑向移動，從而改變傳動半徑，實現放大扭力或放大速度的變速機能。

由於無段變速器之檔位數可以視為無限多個，因此對於檔位之感測或控制便無法如同傳統手動變速器般直觀，需利用額外的元件以供變速器電腦判斷目前檔位。舉例而言，習用的一種判斷方式是在變速箱內連動一組減速齒輪，傳動軸轉動時帶動減速齒輪，由減速比以及減速齒輪的當下轉速來即時推算檔位之位置。但是，這種設置使變速箱的結構更趨複雜，不僅浪費動力、降低控制變速的準確度，其反應時間延遲也為人所詬病，使變速箱控制效率不佳。

另一種較新的感測方式為直接量測輸入錐輪或輸出錐輪的平移距離，輸入錐輪或輸出錐輪移動時牽引感測器一併移動，故感測器可直觀測得目前平移距離，變速器電腦即可依此迅速對應出目前檔位。然而，此方式雖解決了 上述問題，但仍需加裝齒輪與齒條等機構以進行牽引，且不免占用額外的安裝空間；此外，錐輪在傳動過程中不免承受巨大扭力，令此類接觸式的外接結構存在一定程度的失效風險。

因此，如何發明出一種無段式檔位感測裝置，以使其可利用非接觸式檔位感測單元感測檔位，以簡化感測檔位之流程、降低安裝成本及提升感測檔位之可靠度，將是本發明所欲積極揭露之處。

有鑑於上述習知技術之缺憾，發明人有感其未臻於完善，遂竭其心智悉心研究克服，進而研發出一種無段式檔位感測裝置，以期本發明可利用非接觸式檔位感測單元感測檔位，以簡化感測檔位之流程、降低安裝成本及提升感測檔位之可靠度的目的。

為達上述目的及其他目的，本發明係提供一種無段式檔位感測裝置，其包含：一固定輪；一活動輪，其與該固定輪之間形成一V形傳動區，該V形傳動區具有一傳動半徑，該活動輪相對該固定輪軸向平移以改變該傳動半徑；一容置單元，該活動輪設置於該固定輪與該容置單元之間；一H形活塞，其軸向平移於該容置單元內，該H形活塞的二環狀凸緣活動接觸該容置單元的內壁面，該H形活塞軸向連動該活動輪，且該活動輪相對於該H形活塞轉動；一非接觸式檔位感測單元，其具有一磁性體及一磁性感測元件，該磁性體設置於該H形活塞，該磁性感測元件設置於該容置單元以感測該磁性體的磁通量；一處理單元，其電連接該非接觸式檔位感測單元；以及一傳動軸，其貫穿該容置單元、該H形活塞 及該活動輪以固定於該固定輪，該活動輪及該H形活塞相對於該傳動軸軸向平移，且該活動輪與該傳動軸同步轉動。

在磁性體之磁性條件不變的情況下，磁性感測元件所測得的磁通量密度和兩者距離有關，因此每當活動輪帶動磁性體移動時，磁通量密度則因磁性體與磁性感測元件之相對距離改變而變化，處理單元即可據以得知磁性體的目前位置，並依磁性體的位置求出對應的傳動半徑。

藉此，本實施方式不需使用複雜的減速機構，且以測量磁通量密度的非接觸方式進行檔位感測，除了大幅減少設置空間、簡化元件以外，其可靠性也較接觸式有所提升。此外，由於磁通量密度、磁性體位置以及傳動半徑三者的關係可以事先經由實驗測得，並將上述對應關係儲存於處理單元中，因此不需經過複雜的測量與計算過程即可求得目前檔位，有利於提升無段變速器的反應速度。

上述的無段式檔位感測裝置中，更包含一壓力調控單元，該壓力調控單元具有一環狀肋部及一壓力幫浦，該環狀肋部朝該容置單元內凸設，且該環狀肋部的二側分別設有一流路孔以連通該壓力幫浦，該環狀肋部設置於該等環狀凸緣之間以活動接觸該H形活塞的一內環面，該等流路孔分別連通該等環狀凸緣與該環狀肋部之間的二流體容置區，該壓力幫浦電連接該處理單元。

上述的無段式檔位感測裝置中，該容置單元具有相互連接的二半殼體。

上述的無段式檔位感測裝置中，該壓力調控單元具有一流體儲存單元，該流體儲存單元連通該壓力幫浦。

上述的無段式檔位感測裝置中，該等環狀凸緣分別具有一環狀凹槽以面對該環狀肋部，該等環狀凹槽分別連通該等流路孔。

上述的無段式檔位感測裝置中，該等流體容置區填充有一流體。

上述的無段式檔位感測裝置中，該流體為空氣或油。

上述的無段式檔位感測裝置中，該H形活塞與該活動輪之間設置有一軸承，該軸承之一外環體固定於該H形活塞，該軸承之一內環體固定於該活動輪，以使該H形活塞軸向連動該活動輪，且使該活動輪相對於該H形活塞轉動。

上述的無段式檔位感測裝置中，該軸承為一滾珠軸承或一滾柱軸承。

上述的無段式檔位感測裝置中，該活動輪具有至少一狹長形貫孔，該傳動軸具有至少一傳動凸體，該傳動凸體活動設置於該狹長形貫孔內，以使該活動輪相對於該傳動軸軸向平移且使該活動輪與該傳動軸同步轉動。

上述的無段式檔位感測裝置中，該活動輪具有一密封環體，該密封環體密封該狹長形貫孔。

上述的無段式檔位感測裝置中，該磁性感測元件為霍爾傳感元件。

藉此，本發明之無段式檔位感測裝置可利用非接觸式檔位感測單元感測檔位，以簡化感測檔位之流程、降低安裝成本及提升感測檔位之可靠度。

100‧‧‧無段式檔位感測裝置

200‧‧‧活動輪

210‧‧‧狹長形貫孔

220‧‧‧密封環體

230‧‧‧延伸軸

300‧‧‧容置單元

310‧‧‧半殼體

311‧‧‧狹長形貫孔

320‧‧‧內壁面

330‧‧‧流體容置區

340‧‧‧彈性密封環

350‧‧‧彈性密封環

400‧‧‧壓力調控單元

410‧‧‧環狀肋部

411‧‧‧流路孔

420‧‧‧壓力幫浦

430‧‧‧流體儲存單元

440‧‧‧彈性密封環

450‧‧‧貫孔

460‧‧‧狹長形貫孔

500‧‧‧H形活塞

510‧‧‧環狀凸緣

511‧‧‧環狀凹槽

520‧‧‧內環面

530‧‧‧彈性密封環

600‧‧‧軸承

610‧‧‧外環體

620‧‧‧內環體

700‧‧‧傳動軸

710‧‧‧傳動凸體

800‧‧‧非接觸式檔位感測單元

810‧‧‧磁性體

820‧‧‧磁性感測元件

900‧‧‧處理單元

F‧‧‧固定輪

R‧‧‧傳動半徑

T‧‧‧V形傳動區

圖1為本發明較佳具體實施例無段式檔位感測裝置的分解示意圖。

圖2為圖1之剖面示意圖。

圖3為圖1之組合示意圖。

圖4為圖3之剖面示意圖。

圖5為圖4之正面示意圖。

圖6為本發明較佳具體實施例壓力調控單元一側之流路孔之示意圖。

圖7為本發明較佳具體實施例壓力調控單元另一側之流路孔之示意圖。

圖8為本發明較佳具體實施例流體儲存單元之示意圖。

為充分瞭解本發明之目的、特徵及功效，茲藉由下述具體之實施例，並配合所附之圖式，對本發明做一詳細說明，說明如後：請參照圖1至圖8，如圖所示，本發明之無段式檔位感測裝置100包含一固定輪F、一活動輪200、一容置單元300、一H形活塞500、一非接觸式檔位感測單元800、一處理單元900及一傳動軸700。如圖所示，H形活塞500係軸向連動活動輪200，容置單元300為二半殼體310相互連接所組成，H形活塞500則可軸向平移於容置單元300內，活動輪200設置於固定輪F與容置單元300之間。傳動軸700則依序穿設容置單元300、H形活塞500、活動輪200以固定於固定輪F，並且帶動活動輪200與固定輪F一起轉動，另外，H形活塞500與活動輪200可相對於 傳動軸700軸向平移，再者，傳動軸700可藉由一彈性密封環340穿設容置單元300的左側。

請參照圖5，在本實施方式中，活動輪200與固定輪F彼此對應，而固定輪F與活動輪200之間形成一V形傳動區T，此V形傳動區T具有一傳動半徑R，而V形傳動區T可供皮帶、鋼帶等傳動元件於其上傳動。由於活動輪200可相對固定輪F軸向平移，故上述傳動元件會受到活動輪200及固定輪F相互靠近或遠離而調整徑向位置，從而使傳動半徑R改變，此為無段自動變速器的背景原理，故此處不再進一步詳述其細節。

請參照圖1至圖7，在本實施方式中更可包含一壓力調控單元400，壓力調控單元400具有一環狀肋部410及一壓力幫浦420，又環狀肋部410的外緣被鎖設於容置單元300的中間部分，且環狀肋部410中間的孔徑較容置單元300小，因此形成環狀肋部410朝容置單元300內凸設的形狀。另外，環狀肋部410的二側分別設有一流路孔411以連通壓力幫浦420。

請參照圖1至圖7，在本實施方式中，H形活塞500軸向平移於容置單元300內，環狀肋部410設置於H形活塞500的二環狀凸緣510之間以使環狀肋部410的內緣藉由一彈性密封環440活動接觸H形活塞500的一內環面520，該等環狀凸緣510的外緣分別藉由二彈性密封環530活動接觸容置單元300的內壁面320，該等流路孔411分別連通該等環狀凸緣510與環狀肋部410之間的二流體容置區330，圖5係顯示環狀肋部410與右側的環狀凸緣510之間的流體容置區330，當H形活塞軸500與活動輪200向左移動時，環狀肋部410與左側的環狀凸緣510之間 即可形成另一流體容置區，另外，H形活塞500可軸向連動活動輪200，且活動輪200可相對於H形活塞500轉動。

請參照圖1及圖5，在本實施方式中，非接觸式檔位感測單元800具有一磁性體810及一磁性感測元件820，磁性體810可為一桿體，磁性體810設置於H形活塞500的該等環狀凸緣510之間，且磁性體810活動穿設於環狀肋部410的貫孔450，磁性感測元件820可為一霍爾傳感元件，磁性感測元件820設置於容置單元300的狹長形貫孔311及環狀肋部410的狹長形貫孔460以感測磁性體810的磁通量，處理單元900電連接非接觸式檔位感測單元800的磁性體810及磁性感測元件820，及壓力幫浦420。

請參照圖1至圖7，以下說明本發明之無段式檔位感測裝置100的作動原理，H形活塞500係跨設於環狀肋部410的二側且受環狀肋部410限位，環狀肋部410貼合H形活塞500的內環面520，且H形活塞500貼合容置單元300的內壁面320以封閉該等流體容置區330。當磁性體810隨著活動輪200與H形活塞500移動時，磁性體810與磁性感測元件820的相對距離改變，使磁性感測元件820所測得的磁性體810的磁通量密度發生變化，藉此即可求得活動輪200與H形活塞500的移動距離、傳動半徑R、檔位與磁性體810的磁通量密度之間的關係，而處理單元900可預先將此資訊儲存。當本發明之無段式檔位感測裝置100實際使用時，處理單元900即可依據磁性體810的磁通量密度迅速對應出目前的檔位，而處理單元900可以這些資訊做為後續變速調控之參考。進一步來說，活動輪200與H形活塞500的移動是由磁性感測元件820感測磁性體810的磁通量、處理單元900依據磁通量而對應得出目前檔位、之後再以處理單元900控制壓力調控單元400 的壓力幫浦420控制活動輪200與H形活塞500移動的一連串過程之結果，而在活動輪200與H形活塞500移動至新的位置後，磁通量密度的感測值再度發生變化，以供無段式檔位感測裝置100繼續變速箱之調控工作。

請參照圖5，H形活塞500與活動輪200之間的連接乃透過一軸承600來實現，詳細來說，由於H形活塞500相對於容置單元300是類似活塞結構，因此僅能在軸向上推移，無法徑向轉動，因此藉由軸承600做為H形活塞500與活動輪200之間的媒介，即可達成上述要求。在本實施方式中，軸承600可為滾珠軸承或是滾柱軸承，軸承600之外環體610固定於H形活塞500的內緣，軸承600之內環體620固定於活動輪200的延伸軸230的外緣，以使H形活塞500可軸向連動活動輪200，且使活動輪200可藉由軸承600的滾珠或滾柱相對於H形活塞500轉動，其中，活動輪200的延伸軸230係可藉由一彈性密封環350穿設容置單元300的右側。

另外，請參照圖5，活動輪200的延伸軸230可具有至少一狹長形貫孔210，而傳動軸700則在對應位置具有數量與狹長形貫孔210相等的傳動凸體710，傳動凸體710活動設置於狹長形貫孔210內，因此當活動輪200軸向平移時，活動輪200可與傳動軸700同步轉動。再者，請參照圖5，活動輪200的延伸軸230的外緣可包覆一密封環體220以密封狹長形貫孔210及傳動凸體710。

需特別說明的是，上述之軸承600僅為說明本實施方式的一種可行實施例，並非H形活塞500用以連接活動輪200的唯一選擇，本領域內的通常知識者自可依實際情況改用其他連動方式。

請參照圖5至圖8，如圖所示，以下說明H形活塞500之控制方式。其中，壓力調控單元400還可具有一流體儲存單元430連通壓力幫浦420，以避免 壓力調控單元400內的流體短少。環狀肋部410的二側對應二流體容置區330分別設有流路孔411，且環狀肋部410內部設有連通管路(未繪出)連通兩個流路孔411及壓力幫浦420；換言之，該等流體容置區330實質上係藉由該等流路孔411及連通管路與壓力幫浦420相互連通，壓力幫浦420則藉由該等流路孔411及連通管路來抽取或打入流體(例如空氣或油)於該等流體容置區330，該等流體容置區330內的流體係以互補的原理來推動H形活塞500往復移動。另外，當本發明之無段式檔位感測裝置100不進行變速時，壓力調控單元400可藉由設置於流道的鎖定閥體(圖未示)或藉由壓力幫浦420的鎖定功能以禁止流體流動，進而使本發明之無段式檔位感測裝置100的變速檔位可固定，而不會任意變速。

另外，請參照圖4至圖7，為了讓流體能夠均勻地對H形活塞500施加推力，該等環狀凸緣510分別具有一環狀凹槽511以面對環狀肋部410，該等環狀凹槽511分別連通該等流路孔411。如圖5及圖7所示，當H形活塞500欲帶動活動輪200向左移動時，壓力幫浦420自環狀肋部410左側的流路孔411打入的流體首先將充滿H形活塞500左側的環狀凹槽511，使左側的環狀凸緣510的整個受力面的壓力平均，之後壓力幫浦420再繼續抽取環狀肋部410右側的流體容置區330的流體以打入環狀肋部410左側的流體容置區，進而使H形活塞500與活動輪200向左移動，而H形活塞500帶動活動輪200向右移動的原理亦如同上述。藉此，本發明可避免H形活塞500因為單點受力而造成推進方向偏移，從而導致推移發生受阻的情況。

如上所述，本發明之無段式檔位感測裝置100利用磁性感測元件搭配磁性體實現非接觸式的檔位感測，改進習用檔位感測裝置結構複雜、感測流 程複雜、安裝成本高、準確度低之問題。此外，由於非接觸式感測不需要與錐輪等高速動件接觸，其運作相當穩定，使可靠度大幅上升，且磁通量密度之感測相當快速且靈敏，實際測量上也不需經過繁複計算即可快速求解檔位，改善現有檔位感測裝置效率不佳的問題。

本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以申請專利範圍所界定者為準。

Claims (9)

1. 一種無段式檔位感測裝置，其包含：一固定輪；一活動輪，其與該固定輪之間形成一V形傳動區，該V形傳動區具有一傳動半徑，該活動輪相對該固定輪軸向平移以改變該傳動半徑；一容置單元，該活動輪設置於該固定輪與該容置單元之間；一H形活塞，其軸向平移於該容置單元內，該H形活塞的二環狀凸緣活動接觸該容置單元的內壁面，該H形活塞軸向連動該活動輪，且該活動輪相對於該H形活塞轉動；一非接觸式檔位感測單元，其具有一磁性體及一磁性感測元件，該磁性體設置於該H形活塞，該磁性感測元件設置於該容置單元以感測該磁性體的磁通量；一處理單元，其電連接該非接觸式檔位感測單元；以及一傳動軸，其貫穿該容置單元、該H形活塞及該活動輪以固定於該固定輪，該活動輪及該H形活塞相對於該傳動軸軸向平移，且該活動輪與該傳動軸同步轉動。
2. 如請求項1所述之無段式檔位感測裝置，其中更包含一壓力調控單元，該壓力調控單元具有一環狀肋部及一壓力幫浦，該環狀肋部朝該容置單元內凸設，且該環狀肋部的二側分別設有一流路孔以連通該壓力幫浦，該環狀肋部設置於該等環狀凸緣之間以活動接觸該H形活塞的一內環面，該等流路孔分別連通該等環狀凸緣與該環 狀肋部之間的二流體容置區，該壓力幫浦電連接該處理單元，該等流體容置區填充有一流體。
3. 如請求項1所述之無段式檔位感測裝置，其中該容置單元具有相互連接的二半殼體。
4. 如請求項2所述之無段式檔位感測裝置，其中該壓力調控單元具有一流體儲存單元，該流體儲存單元連通該壓力幫浦。
5. 如請求項2所述之無段式檔位感測裝置，其中該等環狀凸緣分別具有一環狀凹槽以面對該環狀肋部，該等環狀凹槽分別連通該等流路孔。
6. 如請求項1所述之無段式檔位感測裝置，其中該H形活塞與該活動輪之間設置有一軸承，該軸承之一外環體固定於該H形活塞，該軸承之一內環體固定於該活動輪，以使該H形活塞軸向連動該活動輪，且使該活動輪相對於該H形活塞轉動。
7. 如請求項1所述之無段式檔位感測裝置，其中該活動輪具有至少一狹長形貫孔，該傳動軸具有至少一傳動凸體，該傳動凸體活動設置於該狹長形貫孔內，以使該活動輪相對於該傳動軸軸向平移且使該活動輪與該傳動軸同步轉動。
8. 如請求項7所述之無段式檔位感測裝置，其中該活動輪具有一密封環體，該密封環體密封該狹長形貫孔。
9. 如請求項1所述之無段式檔位感測裝置，其中該磁性感測元件為霍爾傳感元件。