TWI674371B - 控制無段變速器的裝置 - Google Patents

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Abstract

本揭示之各種實施例提出一種用以控制一CVT(無段變速器；continuously variable transmission)之裝置。該裝置包含一致動器112、一記憶元件120以及一控制單元118。致動器112可操作地耦接至該CVT之一輔助滑輪之一可移動槽輪110。記憶元件120被調構成用以儲存對應至至少一運作狀況之BSFC(制動燃油消耗率；Brake Specific Fuel Consumption)的預期引擎速度以及對應的皮帶106效率。控制單元118控制致動器112以調整可移動槽輪110之位置。控制單元118從至少一引擎速度感測器量測一實際引擎速度，從記憶元件120擷取一預期引擎速度，並且決定該二者間之一差異。控制單元118接著根據所決定的差異和皮帶效率計算皮帶之一所需夾持力並控制致動器112。

Description

控制無段變速器的裝置
本揭示係有關於一種控制一無段變速器(continuously variable transmission；CVT)之裝置。
一可變直徑滑輪(Variable Diameter Pulley；VDP)式CVT包含一主要滑輪、一輔助滑輪以及一V形皮帶(V-belt)。該主要滑輪包含一固定及一可移動槽輪(sheave)，耦接至引擎曲軸(engine crankshaft)及一變速器(variator)(其係帶有輥軸(roller)的圓盤，具有特定重量，並配置成環繞該曲軸的中心)。該等輥軸在該變速器之中以遞增的引擎速度向外移動，此將該可移動槽輪以離心的形式朝該固定滑輪槽輪移動。該輔助滑輪包含一固定及一可移動槽輪，耦接至通往車輪的驅動側軸，而通常稱為對銷彈簧(contra spring)的壓縮彈簧(具有特定剛性)支持該可移動槽輪使其免於從該輔助滑輪固定槽輪移開，且其存在一離心式離合器(centrifugal clutch)，亦開啟並於一特定速度處將驅動器連接至該等車輪。一V形皮帶或一楔形皮帶環繞主要滑輪之間的二槽輪，並連接一輔助滑輪之二槽輪。該V形皮帶係傳動的主要根源。
用於CVT的機械式可變直徑滑輪(VDP)係設計以在所有可 能的有效CVT速比(CVT ratio)下藉由驅動被驅動元件而將引擎速度維持固定於最佳區域。但是，由於機械式CVT對於運作狀況並不具有任何反饋，故VDP-CVT中的引擎速度從該最佳區域滑落。CVT構件之設計以及其機械能力(例如，輥軸重量、彈簧剛性)被調整成最適用於平坦道路狀況，並且在像是較高車速行駛和突然遭遇上坡的其他運作狀況時變得效率不佳，在此期間，車輪的負載並未被正確地感測，而由於未轉換到較低檔位，故引擎速度滑落。其他效率不佳的運作狀況包含，但不限於，煞制至較低車速以及油門的突然開啟，由於CVT速比仍然處於較高齒輪比(gear ratio)且扭矩(torque)不足，故產生不良的加速。
依據本揭示之一實施例，其提出一種控制一無段變速器 (CVT)之裝置。該裝置包含一致動器，可操作地耦接至該CVT之一輔助滑輪之一可移動槽輪。一記憶元件被調構成用以儲存對應至至少一運作狀況之制動燃油消耗率(Brake Specific Fuel Consumption；BSFC)的預期引擎速度。該記憶元件進一步被調構成用以儲存對應至至少一運作狀況之皮帶效率(belt efficiency)。該裝置另包含一控制單元，被調構成用以控制該致動器以調整該CVT之該可移動槽輪之位置。該控制單元被調構成用以從至少一引擎速度感測器量測一實際引擎速度並且從該記憶元件擷取一預期引擎速度。該控制單元接著決定該預期引擎速度與該實際引擎速度間之一差異。該控制單元進一步被調構成用以根據該預期與實際引擎速度之差異以及該皮帶效率計算皮帶之一所需夾持力，並且根據該所需夾持力控制該輔助滑輪之該可移動槽輪。
依據本揭示之另一實施例，其提出一種控制一無段變速器 (CVT)之方法。該方法之步驟包含從至少一引擎速度感測器量測一引擎之一實際速度。在下一步驟之中，該方法包含根據至少一運作狀況之BSFC從一記憶元件擷取該引擎之一預期速度。該方法亦包含決定該預期引擎速度與該實際引擎速度之一差異。該方法另包含從該記憶元件擷取該運作狀況之皮帶效率。此外，該方法包含從該預期與實際引擎速度之差異以及該皮帶效率計算該皮帶之一所需夾持力。該方法又另包含根據該皮帶之該所需夾持力控制一致動器以達成一所需齒輪比。
102‧‧‧主要滑輪之固定槽輪
104‧‧‧主要滑輪之可移動槽輪
106‧‧‧皮帶
108‧‧‧輔助滑輪之固定槽輪
110‧‧‧輔助滑輪之可移動槽輪
112‧‧‧致動器
114‧‧‧彈簧
116‧‧‧離合器
118‧‧‧控制單元
120‧‧‧記憶元件
202‧‧‧方法之第一步驟
204‧‧‧方法之第二步驟
206‧‧‧方法之第三步驟
208‧‧‧方法之第四步驟
210‧‧‧方法之第五步驟
212‧‧‧方法之第六步驟
本揭示的實施例描述係參照以下附圖進行：圖1例示依據本揭示一實施例的一種用以控制一CVT之裝置之一概略圖，而圖2例示依據本揭示一實施例的一種用以控制CVT之方法之一流程圖。
圖1例示依據本揭示一實施例的一種用以控制一CVT之裝置之一概略圖。該裝置包含一致動器112，可操作地耦接至該CVT之一輔助滑輪之一可移動槽輪110。該輔助滑輪之一固定槽輪108被裝載於一車輛之一適當固定部位。致動器112係一機電式電磁致動器，諸如但不限於一電磁式離合器。該裝置關聯一記憶元件120，該記憶元件120被調構成用以儲存對應至至少一運作狀況之制動燃油消耗率(BSFC)的預期引擎速度。記憶元件120進一步被調構成用以儲存對應至該至少一運作狀況之皮帶效 率。記憶元件120係一內部(內建)或外部元件。該裝置另包含一控制單元118，被調構成用以控制致動器112以調整該CVT之可移動槽輪110之位置。 控制致動器112之前，控制單元118被調構成用以從至少一引擎速度感測器(圖1中未顯示)量測一實際引擎速度，並且進一步被調構成從記憶元件120擷取一預期引擎速度以及決定該預期引擎速度與實際引擎速度間之一差異。此外，控制單元118被調構成根據該預期與實際引擎速度間之差異和該皮帶效率計算皮帶106之一所需夾持力。計算出的所需夾持力由控制單元118加以調構以控制輔助滑輪中的可移動槽輪110之移動。該所需夾持力被調構以決定一致動力以控制致動器112。其顯示諸如但不限於一離心式離合器之一離合器116以將扭矩施加於車輛之車輪。
依據本揭示之一實施例，致動器112可操作地耦接至一主要 滑輪之一可移動槽輪104，並且控制可移動槽輪104以根據至少一運作狀況之BSFC維持最佳引擎速度。該主要滑輪之一固定槽輪102被裝載於車輛之一固定部位。
依據本揭示之一實施例，主要滑輪與輔助滑輪之間的皮帶106係一金屬皮帶，或者是諸如橡膠之一非金屬皮帶106。
依據本揭示之一實施例，該至少一運作狀況係選擇自一個包含但不限於速度比例(speed ratio)、皮帶張力、轉速、外部負載、滑輪的直徑、油門位置、表面梯度(surface gradient)及類似項目之群組。
依據本揭示之一實施例，該至少一引擎速度感測器係選擇自一個包含但不限於飛輪齒感測器(flywheel tooth sensor)、交流發電機式感測器(alternator based sensor)、電感式感測器(inductance based sensor)及類似項目之 群組。
依據本揭示之一實施例，致動器112被調構成用以拉動及/ 或推動輔助滑輪中之可移動槽輪110以達成一最佳齒輪比。連接主要滑輪與輔助滑輪之皮帶106在藉由控制輔助滑輪中的可移動槽輪110而使主要滑輪上的力達到平衡時並不滑動。並未個別控制主要及輔助滑輪，而是由控制單元118提供一個適當的額外修正力以將輔助滑輪維持於有效率的齒輪比。機電致動器112加諸於輔助滑輪上的夾持力被修正。
依據本揭示之一實施例，致動器112於輔助滑輪處提供一助 力。藉由連接致動器112於輔助滑輪，在局部負載狀況下提供較小的助力以將齒輪比改變成超速傳動(overdrive)，意即，針對皮帶效率提供增益。並且，其增進了局部負載狀況下的加速率(rate of acceleration)，因為該助力係直接施加於輔助側之上。
依據本揭示之一實施例，該裝置被改裝至現有機械式 VDP-CVT的輔助側。電磁致動器112僅在滑輪位置需要修正時動作。因此，滑輪上的皮帶106位置被修正，從而促成維持引擎速度的最佳CVT速比。 該裝置係藏納於諸如對銷彈簧之一彈簧114內部，且根據所需要的夾持力控制致動器112。或者，該裝置被藏納於彈簧114之外部。
依據本揭示之一實施例，所揭示之裝置能夠藉由控制皮帶滑 動而在局部負載狀況下提取CVT的完整效能。局部負載狀況係指低扭矩狀況。裝置保持較低之引擎速度以達成諸如油門位置之一對應至少一運作狀況之最佳BSFC點。該裝置確保局部油門動力轉移之最佳或者必需之皮帶106張力。該裝置藉由控制引擎速度以及CVT齒輪比與齒輪比之變化率而 改善了燃油消耗率。因此，其最佳化地控制了在局部負載狀況下非常沒有效率之一皮帶106，諸如但不限於一橡膠皮帶。
依據本揭示之一實施例，所揭示之裝置能夠控制處於全負載 狀況下之車輛的駕駛性能(drivability)並增進其燃油效率。此外，該裝置藉由輸送高值引擎扭矩而提供改善之搭載/加速特性以及對於車輪的充足牽引力。該裝置亦將速度維持在一最佳區域之中，此處引擎動力平衡了駕駛面上的踏板動作之阻力。
圖2例示依據本揭示一實施例的一種用以控制CVT之方法 之一流程圖。該方法之步驟包含從至少一引擎速度感測器量測引擎之一實際速度。其使用現有之引擎速度感測器或者一外部引擎速度感測器(202)。 該方法另包含根據至少一運作狀況之BSFC從一記憶元件擷取該引擎之一預期速度(204)。一控制單元被調構成用以決定該預期引擎速度與該實際引擎速度之一差異(206)。此外，從該記憶元件擷取至少一運作狀況之皮帶效率(208)。該控制單元同樣地被調構成用以從所決定的該預期與實際引擎速度間之差異以及該皮帶效率計算該皮帶之一所需夾持力(210)。計算該所需夾持力之後，同樣的控制單元被調構成用以控制連接至該CVT之可移動槽輪之一致動器以達成該至少一運作狀況之所需最佳齒輪比(212)。
依據本揭示之一實施例，該所需夾持力被調構以決定一致動 力以控制該致動器。該致動力係藉由控制通往電磁離合器致動器之電流而獲得。
依據本揭示之一實施例，該所需夾持力被施加至該致動器以 維持該至少一運作狀況之一最佳引擎速度。
依據本揭示之一實施例，該裝置能夠將引擎維持於一特定引 擎速度區域，以在CVT的不同傳動比(transmission ratio)之間得到較佳的效能和燃油消耗率。該裝置藉由僅修正齒輪比以改善皮帶效率而克服局部負載狀況下的效率滑落。該控制單元控制CVT以達成該最佳齒輪比，其中皮帶效率在至少一運作狀況下最高，且在駕駛性能上並無任何犧牲。其以一種提供以合理速度與準確度挪移輔助滑輪中的槽輪所需要的力的方式控制該機電式線性致動器。並且，至少一限制開關被提供給該致動器，以避免過度驅動該等槽輪。所用的控制機制係挪移輔助滑輪中的槽輪所需之力相對於預定實施的工作週期百分比，以預期引擎速度做為輸入而完成向上挪移和向下挪移。
應能理解，上述說明之中所描述的實施例僅係例示性質，並未限制本發明之範疇。其可以設想出許多此等實施例以及說明之中所描述的實施例的其他修改及變化。本發明之範疇僅受限於申請專利範圍所界定之範疇。

Claims (9)

  1. 一種用以控制無段變速器(CVT)的裝置，該裝置包含：一致動器，可操作地耦接至該CVT之一輔助滑輪之一可移動槽輪；一記憶元件，被調構成用以儲存對應至至少一運作狀況之制動燃油消耗率(BSFC)的預期引擎速度，該記憶元件另被調構成儲存對應至該至少一運作狀況之皮帶效率；以及一控制單元，被調構成用以控制該致動器以調整該CVT中之該可移動槽輪之位置，該控制單元被調構成從至少一引擎速度感測器量測一實際引擎速度，該控制單元被調構成從該記憶元件擷取一預期引擎速度並且決定該預期引擎速度與該實際引擎速度間之一差異，該控制單元另被調構以根據該預期引擎速度與該實際引擎速度間之差異與該皮帶效率計算該皮帶之一所需夾持力，並根據該所需夾持力控制該輔助滑輪之該可移動槽輪。
  2. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該致動器係一機電式致動器。
  3. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該致動器被調構成用以拉動及/或推動該輔助滑輪中之該可移動槽輪以達成一最佳齒輪比。
  4. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該至少一運作狀況係選擇自包含速度比例、皮帶張力、轉速、外部負載、滑輪之直徑、油門位置及表面梯度之群組。
  5. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該至少一引擎速度感測器係選擇自包含飛輪齒感測器、交流發電機式感測器及電感式感測器之群組。
  6. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該所需夾持力被調構以決定一致動力以控制該致動器。
  7. 一種控制無段變速器(CVT)的方法，該方法包含：從至少一引擎速度感測器量測一引擎之一實際速度；根據至少一運作狀況之BSFC從一記憶元件擷取該引擎之一預期速度；決定該預期引擎速度與該實際引擎速度之一差異；從該記憶元件擷取該運作狀況之一皮帶效率；從該預期引擎速度與該實際引擎速度之差異以及該皮帶效率計算該皮帶之一所需夾持力；以及根據該皮帶之該所需夾持力控制一致動器以達成一所需齒輪比。
  8. 如申請專利範圍第7項之方法，其中該所需夾持力被調構以決定一致動力以控制該致動器。
  9. 如申請專利範圍第7項之方法，其中該所需夾持力被施加至該致動器以維持該至少一運作狀況之一最佳引擎速度。
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