换挡机构的控制系统的制作方法

专利名称：换挡机构的控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及换档机构(gearshift)的控制系统。
具体地讲，本发明涉及具有连续或步进变化的换档机构控制系统。
背景技术：
本发明的换档机构是具有可膨胀的锥轮类型的换档机构，它使用传动带，例如，用于诸如小型摩托车的两轮车辆。
所述换档机构工作的原理是，在作用在它上面的负荷(驾驶员，燃料，行李)，道路的坡度，以及空气动力学阻力等发生改变时，改变所述车辆的驱动力矩。
因此，一般来说，换档机构起着调节驱动轮的驱动轴的旋转速度的作用，并因此呈现扭力倍增器的功能，或更像是在内燃机的动力不足以使车辆前进时提供更大的“驱动力”的装置。因此，这种装置的存在，与内燃机扭力曲线的发展相关，即与在内燃机本身的各种旋转速度下提供的扭力的绝对值相关。我们所说的术语扭力，表示由于空气和石油混合物的爆炸，每一次推进可以传递的作用在活塞上的驱动轴的转矩。由此将扭力传递给所述驱动轴，通过曲柄臂的倍增作用，产生扭力或力矩。
通过分析每一台内燃机的扭力和功率曲线，可以了解如何提供对转数的改变敏感的不规则但可变的发展，当内燃机在较高的速度下旋转时，摩托车内燃机只能够提供相当大的扭力。机械换档机构允许在涉及到的阻力和要追求的运行速度之间获得最佳的折衷。
由于所述换档机构的存在，由内燃机输出的动力首先通过初级传动装置传送给驱动轮，然后通过最终的传动装置到达摩托车的后轮。
在过去几年中，生产商已采用了不同的技术选择，以便完善所述换档机构，在这些变速箱中，特别是直接驱动或级联变速箱被很好地使用。
在不对变速箱进行说明的情况下，我们只是引用有关事实，其目的在于根据要求改变推进系统和车轮之间的传动比，以便内燃机的每一种数量的转速，对应于车轮的不同数量的转速。
对于两轮车辆来说，为了给后轮提供大的驱动扭力，在这样做特别必要时，例如在启动时或在上坡时，要使用多传动比的换档机构。
这样，通过啮合低速齿轮，可以获得换档机构输入轴和输出轴之间的显著降低了的旋转速度，不过，扭力会相应地成比例的增加，另一方面，在采用高速齿轮时，后轮快速运动，但是传递的扭力相当低。因此，在行走期间，可以保持内燃机的旋转速度与车辆的每一种运行速度的合适的功率输送对应。
车辆的加速和响应方面的最佳结果，是通过选择传动比获得的，它允许推进系统在接近最大扭力和接近最大功率之间的转速范围内旋转。
最近，业已开发出了连续速度变速器，它是离心式换档机构形式的，被简称为“变速器”，它业已成为低和中等汽缸容量机动车辆的最完善的传动系统之一，这是由于它提供了加速和燃料效率方面的优点。
这种装置基本上是一种渐进的换档机构，它能够在设计阶段确定的最低和最大比例范围之间形成连续的，因此是无极的变速。
因此，传动比的改变实际上不是不连续的，即，使得精确选择的传动比对应于明确的、而且连续的传动比，它是根据克服车辆所遇到的外部阻力(斜坡，重量改变，路面不平等)所需要的扭力传动比选择的。
一般，变速器由两个皮带轮和梯形皮带组成，每一个皮带轮具有两个截头锥形形状的平板，它们是彼此相向的，以便构成传动带可以卷绕在它上面的喉部。
在上述两块平板中，有一块是固定的，而另一个是能够自由地轴向运动的。这样，对于活动平板的每一次运动来说，都会出现从最大接近点(最大直径)到最大距离点(最小直径)的皮带轮直径的改变。
某些离心质量会负责导致在皮带轮上产生这种运动。它在离心力的作用下，在与所述活动平板整体形成的合适导向装置内滑动。
皮带轮上的活动平板的接近或远离固定平板的运动，通过所述梯形皮带导致了活动平板在驱动皮带轮上的相反的运动。在由弹簧施加的力的作用下，将所述活动平板保持按压在所述固定平板上。由此导致的皮带轮上的梯形皮带卷绕半径的变化，产生了传动比的相应的变化。
因此，当作用在皮带轮的平板上的离心质量和保持从动轮的平板靠紧在一起的弹簧的刚性改变时，就能够理解，产生这种类型的传动装置的加速度改变的有利的简单性。
连续可变的传动装置(CVT)是按照各种类型产生的，所有这些类型都适合改善车辆的性能，这是由于提高了燃料效率，并且减少了排放，上述效果是由于能够一直将内燃机保持在最佳热屈服值上而获得的。
与常规变速箱相比，这种CVT自动换档机构还能够实现污染排放的降低。
不过，本申请人业已发现，必须采用特定速度比的变化定律，它考虑到了多种参数，例如，由皮带和皮带轮之间的相互作用所导致的那些参数，以便评估所述力，并因此评估该装置将要经历的传动动态表现，以便能够对所述可膨胀的皮带轮施加正确的轴向推力。
在现有技术的具有自动传动比改变的换档机构上，驱动轮的活动部分的运动，是通过具有可变数量的小质量的离心调控系统的惯性实现的，所述质量是球或滚轮形式的，因此限制了它的功能，不允许驾驶员或合适装置的介入。本申请人业已生产出了用在车辆换档机构上的控制系统，其中，速度比的改变是由换档机构控制装置以电子化方式操纵的，它能够连续地和以步进的方式选择换档机构的操作。

发明内容
对于本发明来说，我们所说的“连续操作模式”，表示换档机构能够在预定的最小值和最大值之间产生连续的、因此是无级的比例范围。
对于本发明来说，“我们所说的步进操作模式”表示换档机构能够产生预定范围的比例，例如，像常规顺序换档机构那样。另外，本发明的控制系统可以在连续操作模式内选择至少一种预定的操作设置，所述操作设置可以从多种预先存储的设置中选择。
本发明的一方面涉及用于内燃机的具有可膨胀的锥轮类型的连续可变换档机构的控制系统，所述换档机构包括一对皮带轮，分别为驱动皮带轮和从动皮带轮，在它们之间运行一传动带，以及适合控制所述皮带在所述皮带轮上的卷绕半径变化的电动机，以便产生所述换档机构的传动比的相应的改变，其特征在于，它包括驱动皮带轮的位置传感器，以及从动皮带轮转速的传感器，所述换档机构的电子控制装置，它能够与内燃机的控制装置联系，并且获取来自所述传感器的数据，换档机构的指令装置，以及显示器，所述换档机构的控制装置能够通过显示器选择多种操作模式中的一种。


通过以下说明可以更清楚地了解本发明控制系统的特征和优点，以下说明是结合示意图以举例形式、而不是限定形式提供的，其中图1是具有本发明换档机构的内燃机部分的示意性侧视图；图2是图1所示部分的仰视图；图3是沿图1中线III-III的剖视图，显示本发明的换档机构；图4是沿图1中线IV-IV的剖视图，显示本发明的换档机构；图5是沿图2中线V-V的剖视图，显示本发明的换档机构；图6是本发明控制系统的方框图。
具体实施例方式
参见附图，部分示出了二冲程或四冲程内燃机10，该内燃机在合适形状的外壳11中安装了具有可膨胀的锥轮类型的连续可变的换档机构，总体上用20表示。
本发明的换档机构20包括两对锥轮，其中仅示出了安装在换档机构的输入轴51上的驱动皮带轮32。
所示出的驱动皮带轮又包括可轴向运动的部件32′和固定部件32”，它们都是截头锥形圆盘形式的，并且彼此相对，以便构成一个喉形部，皮带31，优选梯形皮带可以在喉形部里面滑动。
在所述驱动皮带轮32中，活动部件32′是轴向运动的，以便改变锥形皮带31在驱动皮带轮和在从动皮带轮上的卷绕半径，并因此改变传动比。
驱动皮带轮32的活动部件32′的运动对应于从动皮带轮的活动部分的相反位移，这种运动被一弹簧和一扭力锁定系统反作用，所述扭力锁定系统具有适当的大小，以便产生足够的压力，避免所述皮带在皮带轮上滑动。
具体参见图5，作为一种非排他性的实施例，合适的电动机61通过由一对锥轮59，60组成的合适的传动装置使小轴56运动，所述小轴是由两个滚动轴承57和58支撑的，并且携带蜗杆49。
蜗杆49又使得螺旋齿轮50旋转，该螺旋齿轮是与柱状外套管47形成一整体或者与其形成一整体件。
还可参见图3和4，这样的外部套管47是由位于一端的滚动轴承45支撑的，并且在柱状同轴的内部衬套38上转动。滚动轴承45安装在用于携带轴承的套管44上，并且通过环形螺母46锁定。所述用于携带轴承的套管44通过螺钉52与换档机构51的输入轴牢固地连接。轴承48构成了对换档机构的整个指令系统的额外支撑。
外部套管47携带有容纳两个或两个以上柱状销37的外壳。柱状销37接合在设置在柱状内部衬套38上的螺旋槽40中；衬套38通过刚性固定在它上面的凸缘36锁定防止旋转，凸缘36携带有套管54，通过插入由合适的抗摩擦材料制成的合适的环55，使固定在换档机构外壳部分内的壳体11上的销53在套管54里面滑动。
通过插入轴承35，将驱动皮带轮32的活动部件32′牢固地轴向连接在内部衬套38上。
这样的活动部件32′在垫片41上轴向滑动，该垫片与换档机构20的输入轴51同轴。
抗摩擦套管33放置在垫片41和驱动皮带轮32的活动部件32′之间。
通过拉力结合装置，将活动部件32′牢固地连接在换档机构51的输入轴上，所述拉力结合装置包括拉力环42和径向固定在换档机构的输入轴51上的塑料滑块43，所述滑块43优选用径向固定在换档机构的输入轴51上的塑料材料制成，所述滑块被安装成与在驱动皮带轮32的活动部件32′上形成的轴向凹槽39接合。
通过合适的油脂对拉力结合装置42，43进行润滑，所述油脂导致了抗摩擦套管33在垫片41上的滑动的改善，并且，该油脂由安装在驱动皮带轮32的活动部件32′的孔的一端上的油密封34适当地容纳，并且通过滚动轴承45的屏障容纳。
根据本发明优选实施方案的换档机构20具有以下操作。
通过电子控制装置对电动马达61发出指令，使携带有蜗杆49的小轴56旋转。接着，蜗杆49又使螺旋齿轮50与外部套管47一起转动，外部套管47在轴承45和内部衬套38上旋转。在外部套管47上形成数量为两个或两个以上的孔容纳柱状销37，这些销与内部衬套38上的螺旋槽40接合。
通过柱状销37和螺线槽40之间的偶合，由电动马达61输送的扭力，通过蜗杆49和斜齿轮50之间的偶合倍增，该扭力被分解成轴向力，即沿皮带轮32的旋转轴线方向的力，并且分解成切线分量，这些作用被施加在内部衬套38上。所述内部衬套38不能在它自己的轴线上旋转，因为凸缘36是与它刚性地固定在一起的，使得内部衬套38和柱状销37之间的切向力被抵消，套管54固定在所述凸缘36的末端，并且固定在壳体11的壁上的销53在套管54里面滑动。因此，柱状销37和内部衬套38的螺旋槽40之间的力的轴向分量导致了内部衬套本身的平移。根据外部套管47的旋转方向，或者根据对换档机构发出指令的电动马达61的旋转方向这种轴向运动可以沿两个方向发生。
通过滚动轴承35将内部衬套38的轴向运动传递到驱动皮带轮32的活动部件32′上。
活动部件32′的这种轴向运动导致梯形皮带31的卷绕半径改变，并因此导致驱动皮带轮32和从动皮带轮之间的传动比的改变。
在驱动皮带轮32的活动部件32′在电动马达61的作用下发生位移期间，由存在于从动组件中的反作用弹簧施加在其上的负荷确保梯形皮带31和皮带轮之间的接触。
通过拉力环42和滑块43，将驱动扭力从换档机构51的输入轴传递到驱动皮带轮32的活动部件32′。这样，通过这种方式确保换档机构的输入轴51和驱动皮带轮32的活动部件32′之间的滑动柱状结合。
作为一种例子在图6中示出本发明的控制系统，包括用于前制动器的第一压力传感器71，用于后制动器的第二个压力传感器72，驱动皮带轮的位置传感器73和从动皮带轮的转速传感器74。
所述这些传感器的信号是由换档机构的控制装置75获得，举例来说，该控制装置通过CAN L线路与内燃机76的控制装置联系。这样，换档机构的控制系统与所述内燃机控制装置相应自主地执行处理，不过，它能够通过所述的内燃机控制装置的所述CAN线获取信息。实际上，所述内燃机控制装置与蝶阀77的位置传感器通信，与驱动轴78的转速传感器和与车辆速度相关的轮毂79上的转速传感器通信。本发明的控制系统还包括用户操纵的指令装置80和显示器81，例如，与换档机构的所述控制装置通信的数字控制面板，例如，通过上述CAN线通信。所述换档机构的控制装置能够选择换档机构的连续可变的或顺序(步进式)操作。
另外，在所述连续可变操作的结构中，可以选择多种不同的设置。例如，可以选择“旅行”设置，“运动”设置，“防滑”设置等。所述设置确定了不同的换档速度。
在由用气体封闭的蝶阀实施制动期间，换档机构的控制系统根据制动力，将传动比降低一个百分率，以便确保“内燃机制动”效果和快速重新启动，因为所述内燃机可以保持在高转速下。
另外，所述步进操作的比例是预定的，并且如果内燃机的旋转速度大于预定值的话，不能插入较低的传动比。以相同的方式，如果内燃机的旋转速度低于预定的极限的话，不能插入较高的传动比。
在从步进操作过渡到连续可变操作时，该系统保持在改变模式时所占据的传动比。
在步进操作模式下，低于所使用的传动比的预定传动比在一定速度下被自动地插入，在该速度下，保留相同的传动比，内燃机会倾向于停机。
另外，在连续操作模式下，当用户启动爬坡的传动比选择指令时，就自动选择了步进操作模式。
所述活动的一半驱动皮带轮的位置传感器和从动皮带轮的转速传感器的存在，使得所述控制系统能够对换档机构所使用的传动比实施双重控制。
另外，通过比较启动时的传动比和预定理论值的传动比，可以检查所述皮带的磨损状态，能够对所述磨损进行可行的补偿，并且警告驾驶员是否超过了预定值。
所述控制系统能够选择应急操作模式，在该种模式下，如果一种失败不容许该系统正确地操作的话，就选择一个允许有关车辆安全行驶的传动比。
另外，所述换档机构的控制系统能够监测由电动马达61吸收的电流，以便提醒换档机构可能的异常。
本发明的换档机构20使得上文提到过的离心式变速器能够被下述装置取代，即该装置可以从外部控制换档机构的操作模式。这样的控制提供了换档机构的不同的指令策略，能够由车辆的驾驶员自由地选择，并且能够由电子控制装置启动和控制。
权利要求
1.一种控制系统，用于内燃机的具有可膨胀的锥轮类型的连续可变换档机构，所述换档机构包括一对皮带轮，一个驱动皮带轮和一个从动皮带轮，在它们之间滑动的传动带(31)，以及适合控制所述皮带在所述两皮带轮上的卷绕半径变化的电动机(61)，以便产生所述换档机构的传动比的相应变化，其特征在于，包括驱动皮带轮的位置传感器(73)，以及从动皮带轮转速传感器(74)，一个换档机构的电子控制装置(75)，该电子控制装置(75)能够与一个内燃机的控制装置(76)连通，并且获取来自所述这些传感器的数据，还包括换档机构的控制装置(80)，以及显示器(81)，所述换档机构的控制装置能够通过显示器(81)选择多种操作模式中的一种。
2.如权利要求1的控制系统，其中，所述换档机构的控制装置通过所述内燃机控制装置获取与蝶阀的位置、驱动轴的转速以及轮毂的转速相关的数据。
3.如权利要求1的控制系统，其中，所述多种操作模式包括连续的操作模式和具有多种预定传动比的步进式操作模式。
4.如权利要求1的控制系统，其中，所述换档机构的控制装置通过CAN线与所述内燃机控制装置连通。
5.如权利要求1的控制系统，其中，所述传感器，所述指令装置和所述显示器通过CAN线与所述换档机构的控制装置连通。
6.如权利要求3的控制系统，其中，所述连续操作模式包括多种不同的设定，这些设定限定了不同的换档速度。
7.如权利要求1的控制系统，其中，在通过用气体封闭的蝶阀进行制动时，根据制动力将选定的比例降低了一个百分率。
8.如权利要求3的控制系统，其中，在连续操作模式下，当用户作用所述指令装置以便选择爬坡的传动比时，就自动选择了所述步进操作模式。
9.如权利要求1的控制系统，其中，所述多种操作模式包括应急操作模式，其中，选择了允许车辆安全运行的传动比。
全文摘要
用于可连续变化的换档机构的控制系统，该换档机构是用于内燃机的具有可膨胀的锥轮的类型的，所述换档机构包括一对皮带轮，分别为一个驱动皮带轮和一个从动皮带轮，在它们之间滑动的传动带(31)，适合控制传动带在所述皮带轮上的卷绕半径变化的电动机(61)，产生与所述换档机构传动比的相应的变化。
文档编号F16H61/662GK1661266SQ20051005241
公开日2005年8月31日 申请日期2005年2月25日 优先权日2004年2月27日
发明者M·马尔卡奇 申请人:皮亚乔公司