專利名稱：類球面無級變速系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種類球面無級變速系統(tǒng)，屬汽車變速器技術領域。
背景技術：
汽車的誕生和發(fā)展伴隨著變速箱的誕生和發(fā)展。汽車變速箱有好幾種在中國最多的是機械式變速箱(MT);它的優(yōu)點是高效率，維護少，價格低，缺點是人工換檔，駕駛員工作量大，駕駛技術不易掌握，甚至造成危險，而且常常由于掛在不合適的檔位上而造成效率低，油耗高，排放高。液壓式自動變速箱(AT)是自動換檔，但效率低，復雜因此較貴。無級變速箱(CVT)自動無級變換傳動比，因此可使發(fā)動機產(chǎn)生高效率，但傳遞功率仍較小，而且壽命有待延長。電控機械式自動變速箱(AMT )像AT —樣由電子控制自動換檔變換傳動比，操縱 簡單，又像MT —樣高效，缺點是有動力中斷，換擋時沒有AT那么平順。雙離合器(DCT)沒有動力中斷，但較復雜和貴。自動變速器問題已經(jīng)嚴重困擾所有國內汽車生產(chǎn)廠家，AT、CVT、AMT、DCT這些基于國外專利技術的方案，在國產(chǎn)汽車上的應用處于焦慮不安的艱難選擇之中，由于越來越強調節(jié)能減排，DCT方案已經(jīng)成為目前國內各大汽車廠家的主選方向，但據(jù)有關資料查詢，目前國內研發(fā)的DCT(—汽、青山變速器公司等)傳動效率可以達到89%左右，但這還是很不理想，因此一種新型的高效的、簡單的自動變速箱就成為人們追求的目標。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是針對上述專利技術的不足，本發(fā)明公開一種新型類球面無級變速系統(tǒng)，并給出了具體的控制策略。本發(fā)明的技術方案是，本發(fā)明類球面無級變速系統(tǒng)由電子控制器和類球面無級變速執(zhí)行機構所組成；電子控制器通過控制伺服電機來調整類球面無級變速執(zhí)行機構過渡輪支架轉動的角度，進而控制過渡輪與主動輪盤和從動輪盤的接觸位置，從而實現(xiàn)連續(xù)無級變速。類球面無級變速執(zhí)行機構由主軸、主動輪盤、過渡輪、加力鋼球、波形密封彈簧、蝸輪、被動輪盤、輸出軸、伺服電機和外殼組成。主動輪盤和被動輪盤是帶有圓弧的廻轉曲面，主動輪盤固定在主軸一端，主動輪盤可以隨主軸旋轉；被動輪盤通過軸承安裝在主軸另一端，被動輪盤可以圍繞主軸作旋轉運動；被動輪盤通過連接件與輸出軸連接，將輸出力矩傳遞到輸出軸。主軸中部穿過中空形狀的過渡輪，過渡輪被制作成左右兩半，可以分別與主動輪盤和被動輪盤點處接觸。過渡輪組件的回轉中心與主動輪盤和被動輪盤的截面圓弧的圓心相重合。當過渡輪組件在紙面平面內順時針或反時針轉動的時候，過渡輪與主動輪盤接觸點A和過渡輪與被動輪盤接觸點B的位置將隨之變動，使主動輪盤與被動輪盤的實際工作半徑成反向變化，一個增大的同時另一個則減小，從而實現(xiàn)連續(xù)無級的變速。變速控制是通過安裝在類球面無級變速執(zhí)行機構上與主軸垂直的伺服電機驅動蝸輪，帶動過渡輪軸承支架轉動來實現(xiàn)的。而對過渡輪支架轉動的角度的調整是通過系統(tǒng)的電子控制器對伺服電機的控制來完成。電子控制器包括信號處理、故障診斷、故障處理、最優(yōu)變比決策和驅動器控制等主要部分。電子控制器根據(jù)輸入的駕駛員指令和系統(tǒng)本身的狀態(tài)來確定最佳傳動比。一旦最佳傳動·比得到確定，控制器即指使執(zhí)行器實現(xiàn)該傳動比。在動力傳動過程中，主動輪盤帶動過渡輪，過渡輪又帶動被動輪盤。過渡輪被夾在輸入輪盤和輸出輪盤之間承受傳遞力矩的角色，因此負載的擾動會給速度變化過程的穩(wěn)定性提出了更高的要求，因此對于他的精確控制帶來了一定的困難。為了驅動器控制準確和穩(wěn)定，本發(fā)明采用前饋加模糊增益控制的PID，另加滑模控制而得到了很好的效果。為減低伺服電機工作強度和提高穩(wěn)定性，伺服電機可采用自鎖式機械驅動機構。最優(yōu)變比的決策是根據(jù)車輛有關傳感器的輸入信號、本系統(tǒng)與其它系統(tǒng)進行通訊而發(fā)出和獲得的信號來確定。車輛有關傳感器的輸入信號包括油門踏板信號、剎車信號、方向盤轉角信號等。本系統(tǒng)與其它系統(tǒng)進行通訊而發(fā)出和獲得的信號輸入包括輸入軸轉速、輸出軸轉速、過度輪盤位置、如果采用電機作為動力源驅動，電動機的轉速及電流等信號也被用來作為輸入來優(yōu)化傳動比的選擇以使整個系統(tǒng)處于最佳狀態(tài)。如采用氣動或液壓，氣壓和油壓以及位移等信號也被用來作為輸入來優(yōu)化傳動比的選擇以使整個系統(tǒng)處于最佳狀態(tài)。本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明采用類球面無級變速系統(tǒng)，利用電子控制器自動控制類球面無級變速執(zhí)行機構，達到無級變速的目的。本發(fā)明具有變速范圍大、機構簡單、控制簡單、制造成本低、扭矩傳遞效率高等優(yōu)點。本發(fā)明適用于自動變速箱無級變速。


圖I為類球面無級變速器原理 圖2為變速執(zhí)行機構；
圖3為主動輪盤3和被動輪盤10的截面形狀；
圖4為加力鋼球和“V”型槽；
圖5為過渡輪組件結構示意 圖6為類球面無級變速系統(tǒng)框 圖中圖號1是主軸；2是軸承；3是主動輪盤；4是過渡輪；5是過渡輪軸承；6是加力鋼球；7是波形密封彈簧；8是過渡輪軸承支架；9是蝸輪；10是被動輪盤；11是伺服電機；12是軸承；13是軸承；14是軸承；15是止推軸承；16是圓螺母；17是輸出軸；A是過渡輪與主動輪盤接觸點是過渡輪與被動輪盤接觸點；P是推力；610是電源供給；620是電子控制器；630是和變速箱連接的AMT動力執(zhí)行裝置；640是類球面無級變速裝置；650是動力執(zhí)行裝置的驅動器；660是車輛有關傳感器的輸入信號；670是本系統(tǒng)與其它系統(tǒng)進行通訊而發(fā)出和獲得的信號。
具體實施例方式 本發(fā)明的具體實施方式
如圖I所示。類球面無級變速器原理如圖I所示。主動輪盤3和被動輪盤10的工作表面看似一個內球面，實際上不是球面，而是帶有圓弧的廻轉曲面，其截面形狀如圖3所示。圓弧R的圓心偏離輪盤回轉軸一個距離h。
本發(fā)明實施例類球面無級變速器的過渡輪4做成中空的形狀，主軸I可以從中穿過，這樣布局可以大大改善輪盤3和10的支撐軸承的受力情況，減少軸承的摩擦功率損耗，延長軸承的工作壽命。過渡輪4被制作成左右兩半，與主動輪盤3和被動輪盤10在(圖I) A點和B點處接觸。過渡輪組件的回轉中心與主動輪盤3和被動輪盤10的截面圓弧的圓心相重合。當過渡輪組件在紙面平面內順時針或反時針轉動的時候，接觸點A和B的位置將隨之變動，使主動輪盤3與被動輪盤10的實際工作半徑成反向變化，一個增大的同時另一個則減小，從而實現(xiàn)連續(xù)無級的變速。變速控制是通過伺服電機11驅動蝸輪9，帶動過渡輪軸承支架8轉動來實現(xiàn)的。電機驅動的優(yōu)點是系統(tǒng)簡單，其實也可采用氣動泵或液壓裝置來驅動。左右過渡輪4之間用波形彈簧7將其向兩邊推開，使得左右兩個過渡輪4始終與輪盤3和10的工作表面緊密貼合并具有一個初始的接觸壓力。另外還有沿圓周分布的加力鋼球6，在左右過渡輪4的后端面上開有“V”型槽(見圖4)，加力鋼球被放置在相對布置的 “V”型槽中，當左右過渡輪4之間發(fā)生扭矩傳遞的時候，加力鋼球6在“V”型槽的作用下產(chǎn)生將左右過渡輪4向兩邊推開的推力，使過渡輪4與主動輪盤3和被動輪盤10壓得更緊。這就是機構自動產(chǎn)生壓緊力與所傳遞的扭矩成正比，適當選取“V”型槽的“V”型角度，使自動產(chǎn)生的壓緊力能夠滿足摩擦傳動所需要壓力，就能保證傳動安全的運行。過渡輪組件結構如圖5所示。主動輪盤3和被動輪盤10的轉動方向相同，因此軸承12、14、15所承受的工作轉速等于主動輪盤3和被動輪盤10的轉速之差。當傳動比等于I的時候，這個工作轉速等于零。由加力鋼球6自動產(chǎn)生的擠壓力，將會作用到主動輪盤3和被動輪盤10上，再傳遞到軸承2和軸承13上，使這兩個軸承在承受徑向負載的同時承受軸向負載。過渡輪組件所處角度不同的時候，施加到主動輪盤3和被動輪盤10上的軸向和徑向負載是變化的。由于有貫穿式的主軸I和推力軸承15的存在，使軸承2和軸承13上軸向負載相等部分被軸承15所承受,因此軸承2和軸承13上只承受軸向負載的差額部分,從而減輕了軸承2和軸承13的軸向負載,而推力軸承15所承受的軸向力在主動輪盤3和被動輪盤10的轉速之差條件下產(chǎn)生功率損耗，這就使總的軸承摩擦功率損耗減小。加力鋼球6所產(chǎn)生的擠壓力，推動主動輪盤3和被動輪盤10，使軸承2和軸承13承受很大的彎矩，由于貫穿式主軸的存在將彎矩分散到距離較大的軸承2和軸承13之間，從而大大減輕了軸承的彎矩負載。過渡輪4角度的精密控制至關重要，它決定了變速箱的實時速比。過渡輪4角度的控制是通過控制系統(tǒng)里的電子控制器620驅動一個變速執(zhí)行機構的伺服電機11來完成。電子控制器620包括信號處理、故障診斷、故障處理、最優(yōu)變比決策和驅動器控制等主要部分。電子控制器根據(jù)輸入的駕駛員指令和系統(tǒng)本身的狀態(tài)來確定最佳傳動比。一旦最佳傳動比得到確定，控制器即指使執(zhí)行器實現(xiàn)該傳動比。在動力傳動過程中，主動輪盤帶動過渡輪4，過渡輪4又帶動被動輪盤。過渡輪4被夾在輸入輪盤和輸出輪盤之間承受傳遞力矩的角色因此負載的擾動會給速度變化過程的穩(wěn)定性提出了更高的要求，因此對于他的精確控制帶來了一定的困難。為了驅動器控制準確和穩(wěn)定，本發(fā)明采用前饋加模糊增益控制的PID，另加滑模控制而得到了很好的效果。為減低伺服電機工作強度和提高穩(wěn)定性，伺服電機可采用自鎖式機械驅動機構。最優(yōu)變比的決策是根據(jù)車輛有關傳感器的輸入信號660、本系統(tǒng)與其它系統(tǒng)進行通訊而發(fā)出和獲得的信號670來確定。車輛有關傳感器的輸入信號(660)包括油門踏板信號、剎車信號、方向盤轉角信號等；本系統(tǒng)與其它系統(tǒng)進行通訊而發(fā)出和獲得的信號670包括輸入軸轉速、輸出軸轉速、過度輪盤位置等。如果采用電機作為動力源驅動，電動機的轉速及電流等信號也被用來作為輸入來優(yōu)化傳動比的選擇以使整個系統(tǒng)處于最佳狀態(tài)。如采用氣動或液壓，氣壓和油壓以及位移等信號也被用來作為輸入來優(yōu)化傳動比的選擇以使整 個系統(tǒng)處于最佳狀態(tài)。
權利要求
1.一種類球面無級變速系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)由控制器和類球面無級變速執(zhí)行機構所組成；電子控制器通過控制伺服電機來調整類球面無級變速執(zhí)行機構過渡輪支架轉動的角度，進而控制過渡輪與主動輪盤和從動輪盤的接觸位置，從而實現(xiàn)連續(xù)無級變速。
2.根據(jù)權利要求I所述的一種類球面無級變速系統(tǒng)，其特征在于，所述類球面無級變速執(zhí)行機構由主軸、主動輪盤、過渡輪、加力鋼球、波形密封彈簧、蝸輪、被動輪盤、輸出軸、伺服電機和外殼組成；所述主動輪盤和所述被動輪盤是帶有圓弧的廻轉曲面，所述主動輪盤固定在主軸一端，主動輪盤可以隨主軸旋轉；所述被動輪盤通過軸承安裝在主軸另一端，被動輪盤可以圍繞主軸作旋轉運動；被動輪盤通過連接件與輸出軸連接，將輸出力矩傳遞到輸出軸；主軸中部穿過中空形狀的過渡輪，所述過渡輪被制作成左右兩半，可以分別與主動輪盤和被動輪盤點處接觸；過渡輪組件的回轉中心與主動輪盤和被動輪盤的截面圓弧的圓心相重合。
3.根據(jù)權利要求I所述的一種類球面無級變速系統(tǒng)，其特征在于，所述電子控制器包括信號處理、故障診斷、故障處理、最優(yōu)變比決策和驅動器控制；電子控制器根據(jù)輸入的駕駛員指令和系統(tǒng)本身的狀態(tài)來確定最佳傳動比；一旦最佳傳動比得到確定，控制器即指使執(zhí)行器實現(xiàn)該傳動比。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種類球面無級變速系統(tǒng)，其特征在于，所述最優(yōu)變比的決策是根據(jù)車輛有關傳感器的輸入信號、本系統(tǒng)與其它系統(tǒng)進行通訊而發(fā)出和獲得的信號來確定；車輛有關傳感器的輸入信號包括油門踏板信號、剎車信號、方向盤轉角信號；本系統(tǒng)與其它系統(tǒng)進行通訊而發(fā)出和獲得的信號包括輸入軸轉速、輸出軸轉速、過度輪盤位置；如果采用電機作為動力源驅動，電動機的轉速及電流等信號也被用來作為輸入來優(yōu)化傳動比的選擇以使整個系統(tǒng)處于最佳狀態(tài)。
全文摘要
一種類球面無級變速系統(tǒng)，該系統(tǒng)由控制器和類球面無級變速執(zhí)行機構所組成。電子控制器通過控制伺服電機來調整類球面無級變速執(zhí)行機構過渡輪支架轉動的角度，進而控制過渡輪與主動輪盤和從動輪盤的接觸位置，從而實現(xiàn)連續(xù)無級變速。所述類球面無級變速執(zhí)行機構由主軸(1)、主動輪盤(3)、過渡輪(4)、加力鋼球(6)、波形密封彈簧(7)、蝸輪(9)、被動輪盤(10)、輸出軸(17)、伺服電機(11)和外殼組成；本發(fā)明采用類球面無級變速系統(tǒng)，利用電子控制器自動控制類球面無級變速執(zhí)行機構，達到無級變速的目的。本發(fā)明具有變速范圍大、結構簡單、成本低、扭矩傳遞效率高等優(yōu)點。本發(fā)明適用于自動變速箱無級變速。
文檔編號F16H15/04GK102927226SQ20121043730
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月6日 優(yōu)先權日2012年11月6日
發(fā)明者江從壽, 陳漢雄, 劉貽樟 申請人:廣東戈蘭瑪汽車系統(tǒng)有限公司