变换器辅助的变速器和用于该变速器的起动控制方法与流程

本发明涉及无级变速器(CVT)领域，且更具体地涉及将对变速器的输入拆分在加法变速器(summing transmission)和变换器(variator)之间的CVT。具体地，本发明提供一种变换器辅助CVT以及控制这样的变速器的起动阶段的方法。

发明背景

变换器辅助CVT是已知的且已经被主要设计成以便在需要宽的齿轮传动比的应用中代替常规CVT。使用常规CVT实现宽的齿轮传动比意味着提供大且重的CVT，这在交通工具中是不期望的。变换器辅助CVT通过从发动机获取在变速器输入轴处接收的扭矩并将该扭矩分成两个路径来工作：一个仅通过加法变速器被引导到变速器输出部，另一个通过变换器和加法变速器被引导。

一些变换器辅助变速器(VAT)构造的一个限制是在不滑转或脱开离合器的情况下使用变换器实现零地面速度(即，此时交通工具不移动)是不可能的。因此，如果变速器的离合器被接合，则使用这样的变速器的交通工具将总是“蠕动”。使到变速器的输入发动机速度降低减少了蠕动的量，但是不能在不关闭发动机的情况下消除它。

克服该限制的一种方式是通过变换器离合器将变换器输出侧直接连接到输出轴。在这样的结构中，变换器将在正常情况下连接到加法变速器的输入侧，但是当加法变速器输出和输出轴之间的离合器分离时，变换器可以选择性地直接连接到输出轴。这样VAT不仅可以在离合器接合的情况下实现零速度，而且可以为爬行/微动模式提供非常低的输出速度，并且通过改变变换器的输出将交通工具从零输出速度起动到标准传动模式。该解决方案的一个缺点是以这种方式连接变换器所需的另外的零件增加了变速器的总成本和复杂性。

存在能够从零速度起动的VAT构造，但每个都有其自身的缺点。一种方法是操纵VAT的传动比，但这降低了前进模式和倒挡模式下的最大行驶速度。一种替代方案是利用具有更高速度容量的变换器，但是这种变换器将更昂贵。

本发明的目的是以消除或减轻这些缺点中的一个或多个。

发明概述

根据本发明的第一方面，提供了一种用于无级变速器的起动控制方法，其中变速器包括液压机械变换器、连接到变换器的输出侧的加法变速器，以及用于将加法变速器选择性地连接到输出构件的离合器。该起动控制方法包括以下步骤：

确定是否已经请求起动；

将变换器的可变排量泵调节到预定的固定排量；

开始离合器的接合；

确定在离合器的输入元件和输出元件之间是否存在预定的滑转程度；

当预定的滑转程度已经建立时，将离合器保持在其当前接合状态；

将变换器置于扭矩控制模式；

确定在离合器的输入元件和输出元件之间何时存在零滑转；

指令离合器完全接合；以及

将变换器的泵保持在其当前排量直到已经经过预定时间段。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于变换器辅助的变速器的起动控制方法，其中变速器包括液压机械变换器、连接到变换器的输出侧的加法变速器，以及用于将加法变速器选择性地连接到输出构件的低速离合器和高速离合器。该起动控制方法包括以下步骤：

确定是否已经请求起动；

将变换器的可变排量泵调节到预定的固定排量；

开始低速离合器和高速离合器的接合；

确定在低速离合器的输入元件和输出元件之间是否存在预定的滑转程度；

当预定的滑转程度已经建立时，将两个离合器保持在它们当前接合状态；

将变换器置于扭矩控制模式；

确定在低速离合器或高速离合器的输入元件和输出元件之间何时存在零滑转；

指令离合器中的已经确定为具有零滑转的那一个离合器完全接合；以及

将变换器的泵保持在其当前排量直到经过预定时间段。

根据本发明第三方面，提供了一种无级变速器，包括：

输入轴，其可连接至发动机；

输出轴，其可连接至负载；

液压机械变换器，其具有将输入轴连接到可变排量泵的输入侧，以及输出侧；

加法变速器，其连接至输入轴和变换器的输出侧；

第一离合器，其将加法变速器的第一输出元件选择性地连接至输出轴；

多个传感器，其监控第一输出元件和输出轴的旋转速度；以及

控制器，其响应于接收自多个传感器的数据控制变换器泵的排量和离合器的接合程度。

附图简述

本发明的优选的实施方案将仅以示例的方式、参考下面的附图进行描述，在附图中：

图1是变换器辅助的变速器的示意图；

图2是示出变换器输出速度与变换器辅助的变速器的各种模式下的变速器输出速度的关系的曲线图；

图3是示出用于具有单个离合器的变换器辅助的变速器的第一起动控制过程的流程图；以及

图4是示出用于具有一对离合器的变换器辅助的变速器的第二起动控制过程的流程图；

附图详述

图1示意性示出变换器辅助的变速器(VAT)。该变速器包括在操作中将连接至交通工具(未示出)的发动机的变速器输入轴2和将连接至例如交通工具的轮的载荷(未示出)的变速器输出轴4。输入轴2承载输入齿轮6，输入齿轮6啮合第一卫星齿轮8，第一卫星齿轮8承载在变换器输入轴10上，变换器输入轴10与输入轴2平行。输入轴10驱动总体上由12表示的液压机械变换器。变换器12包括由输入轴10驱动的可变容积泵14。泵14具有已知类型的控制元件或斜盘(swash plate)16，且在该优选的实施方案中通过一对液压管路20、22流体地连接至液压马达18。马达18连接到变换器输出轴24，变换器输出轴24承载变换器输出齿轮26。副轴28平行于变换器轴10、24，并具有与输出齿轮26啮合的第一副轴齿轮30和与加法变速器34的第一太阳轮36啮合的第二副轴齿轮32。

加法或差速变速器34包括第一和第二行星齿轮38、48，它们可旋转地支撑在第一和第二行星架39、49上。第一行星齿轮38与第一太阳轮36和第一齿圈40啮合。第二行星齿轮48与第二太阳轮46和第二齿圈50啮合。第一齿圈40和第二行星架49连接至输入轴2，使得输入轴2的旋转同时使这两个元件旋转。第一行星架39和第二齿圈50连接至第一低速离合器52的输入侧。第二太阳轮46非可旋转地连接到第一中间轴54，第一中间轴54与输入轴和输出轴2、4同轴(co-axial)。第一中间轴54连接至第一高速离合器56的输入侧。

第一低速离合器和第一高速离合器52、56将加法变速器34与输出变速器或有级式变速器(range transmission)60选择性地连接在一起，使得变速器34、60彼此同轴。两个离合器52、56位于界定在加法变速器34和输出变速器60之间的连接空间中。如上所述，低速离合器和高速离合器52、56中的每一个的输入侧连接到加法变速器34的至少一个元件。第一低速离合器和第一高速离合器52、56中的每一个的输出侧连接到第二中间轴58，第二中间轴58与变速器输入轴和输出轴2、4和第一中间轴54同轴。输出变速器60包括均连接至第二中间轴58的第三和第四太阳轮62、72。第三太阳轮62与第三行星齿轮64啮合，第三行星齿轮64可旋转地支撑在第三行星架65上，且第三行星齿轮64啮合第三齿圈66。第四太阳轮72与第四行星齿轮74啮合，第四行星齿轮74可旋转地支撑在第四行星架75上，且第四行星齿轮74啮合第四齿圈76。第三行星架65连接到倒挡构件80，为了在输出轴4处提供反向旋转，倒挡构件80可以通过滑动轴环82选择性地保持不旋转。

除了选择性地连接到第二中间轴58，第一低速离合器和第一高速离合器52、56也选择性地连接到第二高速离合器84的输入侧。第二高速离合器84位于具有第一低速离合器和第一高速离合器52、56的连接空间中，并且具有连接到第三行星架65的输出侧。因此，当第二高速离合器84被接合时，第三太阳轮和第三行星齿轮62、64被锁定在一起并将作为一体旋转。

第三齿圈和第四齿圈66、67连接至彼此并且连接至第二低速离合器或制动元件90。当第二低速离合器90被接合时，第三齿圈和第四齿圈66、76被阻止旋转。第四行星架75被连接至输出轴4。

尽管是优选的，但应当理解，该有级式变速器是本发明的可选的元件而不是必需的元件。在不存在该有级式变速器的情况下，该变速器替代地可以简单地具有将第一低速离合器和第一高速离合器直接连接到输出轴4的第二中间轴。

示出的实施方案中的离合器是液压致动的，且该VAT还包括至少一个液压流体歧管100，液压流体歧管100包括至少一个控制阀(未示出)。歧管100控制从液压流体源(未示出)到第一低速离合器和第一高速离合器52、56的液压流体的流动，且当存在时，控制到第二低速离合器和第二高速离合器90、84的液压流体的流动。VAT还包括多个传感器102，其监控在第一低速离合器和第一高速离合器52、56的输入侧上的加法变速器34的输出元件(即，第二齿圈50和第一中间轴54)和第一离合器的输出侧上的输出轴4或第二中间轴58的旋转速度。

控制器110从传感器102接收数据，并且如果在第一离合器52、56存在滑转，从该数据可以建立离合器滑转的程度。控制器110还实现歧管100和其中的阀的控制，以便选择性地接合和脱开离合器52、56、90、84，并改变施加在离合器板(未示出)处的压力。

工业适用性

图2示出变速器马达18的速度和输出轴4的旋转速度在各种前进和倒挡传动模式下如何变化。图1中所示的VAT具有两个倒挡传动模式1R、2R，和四个前进传动模式1F-4F，然而在没有输出变速器60的情况下它可以仅具有两个前进模式1F、2F。

参考图1和图2，当第一前进传动模式1F被接合时，变换器泵14的斜盘16被调节到其最大正排量，使得变换器马达18产生其最大正速度。第一低速离合器和第二低速离合器52、90均被接合。因此，动力经由加法变速器34的第一齿圈40、第一行星架39和第二齿圈50以及第一低速离合器52从输入轴2被提供至输出变速器60。通过第一低速离合器52，动力经由第二中间轴58、输出变速器60的第四太阳轮72以及第四行星架75被提供至输出轴4。

在发动机输入速度大体上恒定的情况下，通过变速器12的控制实现交通工具的通过第一传动模式1F的加速。从图2中可以看出，由于变换器的正排量和相关联的速度朝向零并且超过负排量和相关联的速度减小，变速器输出速度增加。该速度变化基于由变换器12决定的第一太阳轮36的旋转方向和速度。

为了进一步增加交通工具速度，变速器必须从第一前进模式1F转换到第二前进模式2F。这涉及脱开第一低速离合器52和接合第一高速离合器56，同时第二低速离合器90保持接合并且制动输出变速器60中的齿圈66、76。在实现这些变化的情况下，动力从输入轴2经由第二行星架49、第二太阳轮46以及第一中间轴54被提供至第一高速离合器56。通过第一高速离合器56，动力经由第二中间轴58、第四太阳轮72以及第四行星架75被提供至输出轴4。

再次，交通工具在第二前进模式2F中的加速通过控制变换器12实现。再次参考图2，随着变换器的负排量和相关联的速度增加回到零并且超过正排量和相关联的速度，变速器输出速度还由于第一太阳轮36与第二太阳轮46相比的旋转速度和方向的变化而增加。

通过可选的输出变速器60及其相关的第三和第四前进模式3F和4F可进一步增加交通工具速度。为了从第二模式2F进入第三模式3F，第一高速离合器56和第二低速离合器90脱开，并且第一低速离合器52和第二高速离合器84接合。因此，动力从输入轴2经由第一齿圈40、第一行星架39和第二齿圈50被提供至第一低速离合器52。在图1-4和图7所示的实施方案中随着第二高速离合器84接合第二中间轴58，第二中间轴58相关联的太阳轮62、72与第三行星架65作为一体旋转。这导致与第二模式2F相比在第三模式3F中第二中间轴58的旋转速度的阶跃变化地减小。随着第二低速离合器90现在脱开，第三齿圈和第四齿圈66、76可以相对于输出变速器60的其余部件旋转，结果是动力经由第四行星架75提供至输出轴4。

再次，如图2中所见，由于变换器的排量再次从其最大正排量和旋转速度经过零速度减小直到第一太阳轮再次以其最大负速度旋转，因此变速器输出速度在第三前进模式3F中增加。

通过脱开第一低速离合器52并接合第一高速离合器56，同时第二高速离合器84保持接合，从第三模式3F进入第四前进模式4F。因此，动力从输入轴2经由第二行星架49、第二太阳轮46以及第一中间轴54被提供至第一高速离合器56。当第二高速离合器84被接合时，动力以与上面描述的关于第三模式3F相同的方式被提供至输出轴4。

再次，交通工具通过第四前进模式4F的加速通过控制变换器12实现。再次参考图2，由于变换器的负排量和相关联的速度从先前的模式3F朝向零并且超过正排量和相关联的速度增加，变速器输出速度还由于第一太阳轮36与第二太阳轮46相比的旋转速度和方向的变化而增加。

还如在图2中可见的，VAT还具有两个倒挡传动模式1R和2R。为了接合初始倒挡传动模式1R，除了第一低速离合器52之外，变速器内的所有离合器都被脱开。同时，滑动轴环82与倒挡构件80接触，结果是倒挡构件和第三行星架65通过轴环82保持不旋转。因此，动力从输入轴2经由第一齿圈40、第一行星架39和第二齿圈50被提供至第一低速离合器52。

由于第一低速离合器52的接合，第二中间轴58及其相关联的太阳轮62、72在第一方向上旋转。由于第三行星架65被保持不旋转，第三齿圈和第四齿圈66、76在与太阳轮62、72的方向相反的方向上旋转。这意味着第四行星架75和输出轴4也在相反的方向上旋转，使得交通工具在倒退方向上移动。

如果倒退时需要更大的地面速度，则变速器可以从第一倒挡模式1R移动到第二倒挡模式2R。为此，第一低速离合器52脱开，并且第一高速离合器56接合，同时滑动轴环82继续接合并保持倒挡构件80和第三行星架65不旋转。在这种模式中，动力经由第二行星架49、第二太阳轮46以及第一中间轴54被再次提供至第一高速离合器56。动力以与关于第一倒挡模式1R描述的相同的方式经由输出变速器被提供至输出轴4。

在任一倒挡模式1R、2R中，通过以与关于四种前进模式1F-4F描述的并如图2所示的相同的方式通过经由变换器12调节第一太阳轮36的旋转速度和方向，可以再次调节交通工具的地面速度。

前面的描述描述了变速器如何从非零输出速度进入初始前进模式1F或倒挡模式1R。然而，图2还示出了总体上标记为200的曲线图的一部分，其中变速器处于空挡、预起动模式N。可以看出，空挡模式N位于第一前进模式1F或第一倒挡模式1R的起始处，并且表示其中变速器输出速度为零并且交通工具将在前进或倒挡方向上起动的状态。图3和图4示出了在该起动阶段中变速器可以使用的两个过程。

图3示出了用于当在起动期间在加法变速器和输出轴之间仅使用单个离合器时，变速器从零输出速度的起动控制过程。该过程将参考图1和图3描述。在确定步骤300中，控制器110确定交通工具操作者是否已经发起起动请求。这可以是例如由操作者选择变速器的第一前进模式1F或第一倒挡模式1R。在接收到请求时，在处理步骤302中，控制器110指令变换器泵14的斜盘16进行调节，使得泵现在具有预定的固定排量，并且指令歧管100以预定速率增加离合器52处的液压压力。在下一个确定步骤304中，控制器分析从传感器102接收的数据以便确定是否已经在离合器52的输入侧和输出侧之间实现了期望程度的离合器滑转。如果没有，则该过程返回至处理步骤302。

当确定步骤304确定已经实现了期望的离合器滑转程度时，处理步骤306使控制器110指令歧管100保持离合器52处的液压恒定。同时，控制器110将变换器泵14切换至扭矩控制模式或优化模式。在该模式中，控制器110将选择性地调节泵14的排量，并因此调节变换器马达18的输出，以便保证产生用于变换器的当前操作条件的变速器最佳的扭矩水平。

在下一个确定步骤308中，控制器分析传感器数据以便确定在离合器52的输入侧和输出侧之间现在是否存在零离合器滑转。如果没有，则该过程返回至处理步骤306。然而，如果步骤308确定现在存在零离合器滑转，则在步骤310中，控制器110将指令歧管100立即将离合器压力增加到最大。同时，控制器110中止扭矩控制模式并指令变换器泵14保持其当前排量持续预定的时间段。随后的确定步骤312确定何时已经经过了预定时间段，如果是，则该过程移动到最终处理步骤314，其中控制器切换到标准变速器控制模式。

在一些实例中，具有多于一个前进或倒挡模式(例如图1中所示的)的变速器可以从起动状态快速地加速交通工具，使得可以在初始模式(1F或1R)已经完全接合之前满足用于进入第二模式(例如，2F或2R)的条件。图4示出了用于解决了该问题的变速器的起动控制过程，其中具有存在于变速器中的两个离合器。例如，变速器可以包括两个加法输出元件以及图1中所示的第一低速离合器和第一高速离合器52、56。再次，该过程参考图1以及图4来描述。

在确定步骤400中，控制器110确定交通工具操作者是否已经发起起动请求。这可以是例如由操作者选择变速器的第一前进模式1F或倒挡模式1R。在接收到请求时，在处理步骤402中，控制器110指令变换器泵14的斜盘16进行调节，使得泵现在具有预定的固定排量，并且指令歧管100以预定速率增加在两个离合器52、56处的液压压力。在下一个确定步骤404中，控制器分析从传感器102接收的数据以确定是否已经在低速离合器52的输入侧和输出侧之间实现了期望程度的离合器滑转。如果没有，则该过程返回至处理步骤402。

当确定步骤404确定已经在低速离合器52处实现了期望的离合器滑转程度时，处理步骤406使控制器110指令歧管100保持离合器52、56处的液压恒定。同时，控制器110将变换器泵14切换至上面关于图3的过程描述的扭矩控制模式或优化模式。

在下一个确定步骤408中，控制器分析传感器数据以便确定在离合器52、56的任一个的输入侧和输出侧之间现在是否存在零离合器滑转。如果没有，则该过程返回至处理步骤406。然而，如果步骤408确定在离合器52、56之一处现在存在零离合器滑转，则在步骤410中，控制器将确定具有零滑转的是否是低速离合器52。如果具有零滑转的是低速离合器52，则在处理步骤412中，控制器110将指令歧管100使低速离合器压力立即增加至最大，并将高速离合器压力下降至零，从而完全脱开高速离合器。在下一个处理步骤414中，控制器110中止扭矩控制模式并指令变换器泵14保持其当前排量持续预定的时间段。随后的确定步骤416确定何时已经经过了该预定时间段。如果是，则该过程移动到最终处理步骤418，在该最终处理步骤418，控制器110根据操作者选择的模式切换到第一前进或倒挡传动模式1F、1R，以及用于在选择的任何方向上在速度模式之间移动的标准变速器控制过程。

在确定步骤410确定具有零滑转的不是低速离合器52的情况下，在确定步骤420中将确认它是高速离合器56。在该确定之后，处理步骤422包含控制器110指令歧管100将高速离合器56处的压力增加到最大，并且还以预定速率增加低速离合器52处的压力。在随后的确定步骤424中，控制器将确定变速器是否已经经由高速离合器56的完全接合成功地进入期望的更高的传动模式2F或2R。如果没有，则该过程将返回至处理步骤422。本过程的该步骤确保了当低速离合器被释放时变速器处于传动模式1F和2F或者1R和2R之间的同步换挡点，并且从而限制了发生换挡摆动事件(shift hunting event)的可能性。

当控制器110已经在处理步骤426中确定已经进入期望的传动模式2F或2R时，其将指令歧管100将低速离合器52的压力减小到零，从而完全脱开低速离合器52。然后，该过程移动到最终处理步骤428，在最终处理步骤428，控制器110切换到第二前进或倒挡传动模式2F、2R，以及用于在所选择的任何方向上在速度模式之间移动的标准变速器控制过程。

本发明提供一种VAT和起动控制过程，其可以使用比具有零速度能力的已知VAT更便宜和更不复杂的部件的布置从零输出速度起动交通工具。

尽管VAT的优选的实施方案使用液压致动离合器，但是可以使用其它类型的离合器。例如，每个离合器可以可选地是机电离合器，其中控制器通过电致动器而不是本文所述的液压流体和歧管布置来控制离合器。

如上所描述，VAT可以包括具有单个前进和/或倒挡模式的变速器和将变速器输出连接到输出轴的单个离合器。可选地，变速器可以具有两个前进和/或倒挡模式以及将两个变速器输出连接到输出轴或者实际上连接到图1中的实施方案中所示的中间输出变速器的一对离合器。

可以并入这些和其它修改和改进，而不背离本发明的范围。