单行星排汇流液压机械无级变速箱的离合器液压控制系统的制作方法
【专利摘要】一种单行星排汇流液压机械无级变速箱的离合器液压控制系统，包括换挡机构离合器控制系统、行星排离合器控制系统、润滑冷却系统和供油系统；所述换挡机构离合器控制系统、行星排离合器控制系统和润滑冷却系统三个系统所需的控制压力依次递减。有益效果：1.?离合器蓄能器的使用保证吧压力控制精确，更保证了压力变化平缓和弥补少量油液泄漏；2.行星排后同步离合器采用电磁换向阀控制，保持换挡基本平稳的基础上，降低了液压控制成本；3.温度传感器的使用提高了本发明的智能化程度，节省了能源消耗；4.供油泵采用小排量高压齿轮泵，适应离合器控制油路压力大，需油量少；冷却使用大排量低压齿轮泵，适应冷却润滑油路压力小，需油量大。
【专利说明】单行星排汇流液压机械无级变速箱的离合器液压控制系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种以流体压力控制离合器的控制系统，特别涉及一种无级变速箱液 压控制系统中的离合器控制系统。
【背景技术】
[0002] 车辆在行驶过程中，其负荷是随路面状况和行驶状态而变化的，特别是对于大马 力农用车辆、工程车辆等非道路车辆，它们传递功率大，作业环境恶劣，外界负荷波动频繁， 这就要求变速器适时地变化转速和转矩以适应实际负荷的不断变化，保证车辆的动力性和 燃油经济性。传统的有级变速箱虽能够通过换挡达到一定的要求，但只能按固定传动比传 递功率，无法实现连续变速，若增加挡位，则会加大变速器机械结构的复杂程度，且成本增 加，操作困难，严重制约了其性能的提高。
[0003] 无级变速是车辆理想的传动形式，它可以根据路面状况和发动机工作状态使车辆 处于最佳的行驶状态。在车辆行驶过程中，负荷随路面状况和行驶状态不断变化，车辆无级 变速可以随外界载荷和道路情况连续改变传动比，使车辆动力系的动力通过无级变速器后 与车辆所需的动力达到最佳匹配；同时可以实现车速的连续变化，无换挡阶跃现象，减少了 车辆换挡过程的冲击，提高了车辆的舒适性；另外，无级变速可以使发动机在最佳动力性曲 线或最佳经济性曲线附近工作，改善了车辆的传动性能，降低了噪声。这在能源短缺、环境 污染日益加剧的当时代具有重要意义。
[0004] 液压机构无级变速动力传动系统包括发动机、多段液压机械无级变速器（HMCVT)、 变速器控制系统、中央传动及最终传动机构、行走机构和牵引负载。HMCVT采用液压无级变 速功率流和机械有级变速功率流复合传动。为了扩大传动比范围和提高传动效率，HMCVT通 常采用多个离合器和行星机构组成多段连续无级变速机构，这使得其控制系统既要调节变 量泵一马达系统的排量比，实现段内无级变速，又要控制离合器的接合与分离，实现工作段 的切换，控制复杂困难。
[0005] 多段HMCVT的湿式摩擦离合器可以代替主离合器的作用，在液压机械无级变速动 力传动系统中，取消了主离合器，变速器则为多段HMCVT。牵引负载是变速器控制系统工作 的主要影响因素。变速器控制系统的控制主要是通过对变速箱离合器的控制实现。
[0006] 传统的变速箱离合器液压控制系统主要是针对换挡机构离合器或者双离合器。单 行排汇流液压机械无级变速箱要求将变速箱换挡机构离合器、行星排同步离合器接合的液 压系统控制问题进行综合分析，使离合器接合平稳，稳定性好，并在此基础上解决好润滑冷 却问题，减少能量损失。
【发明内容】
[0007] 发明目的：本发明的目的是为了解决无级变速箱换挡机构离合器、行星排同步离 合器接合的液压系统控制问题，同时解决液压系统冷却润滑问题，使得离合器液压控制系 统结构简单、制造难度小、成本低，油压控制稳定，冷却润滑系统可靠、能耗小。本发明提供 了一种单行星排汇流液压机械无级变速箱的离合器液压控制系统。
[0008] 技术方案：一种单行星排汇流液压机械无级变速箱的离合器液压控制系统，包括 换挡机构离合器控制系统、行星排离合器控制系统、润滑冷却系统和供油系统；所述换挡机 构离合器控制系统、行星排离合器控制系统和润滑冷却系统三个系统所需的控制压力依次 递减。
[0009] 所述换挡机构离合器控制系统和行星排离合器控制系统中的各离合器通过弹簧 复位油缸接入各控制油路，通过弹簧复位油缸弹簧作用使得各离合器快速分离。
[0010] 所述换挡机构离合器控制系统包括单行星排汇流液压机械无级变速箱的纯液压 传动离合器、液压机械传动低挡位离合器、液压机械传动中挡位离合器、液压机械传动高挡 位离合器、三位四通电磁阀和单向可调节流阀，所述纯液压传动离合器和液压机械传动低 挡位离合器分别通过单向可调节流阀与三位四通电磁阀连通后接入控制油路，所述液压机 械传动中挡位离合器和液压机械传动高挡位离合器分别通过单向可调节流阀与另一个三 位四通电磁阀连通后接入控制油路，所述三位四通电磁阀通电，主油路油液经单向可调节 流阀流入相应的弹簧复位油缸，推动相应的离合器接合，此时其他弹簧复位油缸通过中位 回油，所述单向可调节流阀可调节离合器的接合速度，减小换段冲击，节流量大小可手动调 节后不再变化，为避免离合器切换过程中发生干涉现象，回油路不进行节流调节，使分离速 度快于接合速度，油液经出油油路回到油箱中。
[0011] 所述行星排离合器控制系统包括行星排前接行星架离合器、行星排前接齿圈离合 器、行星排后接齿圈离合器、行星排后接行星架离合器、换向电磁阀、电磁比例减压阀和二 位三通电磁阀，所述行星排前接行星架离合器和行星排前接齿圈离合器分别依次通过电磁 比例减压阀和换向电磁阀连通控制油路，所述行星排后接齿圈离合器和行星排后接行星架 离合器分别通过二位三通电磁阀连通控制油路。由于不设主离合器，行星排前接行星架离 合器和行星排前接齿圈离合器分别根据接合规律对发动机进行扭矩控制，故采用压力控 制，使离合器接合平稳，起到主离合器的作用；行星排后接齿圈离合器、行星排后接行星架 离合器采用二位三通电磁阀控制，在保证换段基本平稳的基础上，降低液压控制系统成本。 行星排前接行星架离合器和行星排前接齿圈离合器的工作压力由电磁比例减压阀调节，将 油液经换向电磁阀输入弹簧复位油缸。为保证压力控制精度，实现闭环控制，并在电磁比例 减压阀出口安装了压力传感器，作为反馈。所述行星排离合器控制系统中行星排前接行星 架离合器和行星排前接齿圈离合器的弹簧复位油缸的进油口处分别设有离合器蓄能器。离 合器蓄能器用于保持弹簧复位油缸内压力和弥补少量的油液泄漏。所述行星排离合器控制 系统中行星排前接行星架离合器和行星排前接齿圈离合器的弹簧复位油缸的进油口处分 别设有高速开关电磁阀与油箱连接。离合器分离调节过程，要求精度低于接合精度，可以通 过高速开关电磁阀的脉宽调制进行控制。
[0012] 所述润滑冷却系统包括液压电机、大排量低压齿轮泵和冷却润滑油路；润滑冷却 系统通过液压电机带动大排量低压齿轮泵工作，提供循环油液进行冷却润滑。由于同步离 合器接合频繁，产生温度较换挡机构离合器高，大排量低压齿轮泵应靠近行星排同步离合 器部分，尤其是行星排前同步离合器部分。选用大排量低压齿轮泵的目的是润滑冷却系统 压力大，需油量少。如此设计可降低变速箱能耗，提高效率和油路系统的可靠性。综合考虑 车辆运行工况，同步离合器和换挡机构耗油量少，蓄能器充油时间短，不会影响到离合器的 冷却结果，可共用一油箱。润滑冷却系统的油路中设有温度传感器，所述温度传感器的信号 反馈给液压电机。在行星排前同步离合器中安装温度传感器，将油温反馈到液压电机，当油 温超过设置时，启动液压电机进行冷却润滑。
[0013] 所述供油系统包括油箱、小排量高压齿轮泵、溢流阀、压力继电器和压力传感器。 所述供油系统的主油路中设有主油路蓄能器，通过主油路蓄能器使主油路中的油液压力保 护稳定，为了离合器的控制精度提供保证。所述供油系统分别给换挡机构离合器控制系统 和行星排离合器控制系统提供小流量的高压控制油，所述换挡机构离合器控制系统的工作 压力由溢流阀设定，所述压力传感器安装在电磁比例减压阀进油口，所述压力传感器的压 力信号传递给压力继电器，所述行星排离合器控制系统的工作压力由压力继电器设定。
[0014] 为确保发动机启动及停车等工况时离合器的分离，避免发动机熄火，所述小排量 高压齿轮泵的出油口与油箱之间设有电磁开关阀。发动机启动及停车等工况时电磁开关阀 不得电，小排量高压齿轮泵泵出的油液通过电磁开关阀直接回油箱，当车辆正常运行时，电 磁开关阀得电，该油路断开，供电系统的油液进入控制油路。
[0015] 有益效果：1.离合器接合频繁的行星排前同步离合器供油系统采用压力控制，并 安装压力传感器，实现闭环控制，保证压力控制精确，离合器蓄能器的使用，更保证了压力 变化平缓和弥补少量油液泄漏；2.行星排后同步离合器采用电磁换向阀控制，保持换挡基 本平稳的基础上，降低了液压控制成本；3.使用温度传感器测试行星排前同步离合器处油 温，当超过设定上限，启动液压电机，使大排量低压齿轮泵向润滑冷却系统供油；当油温下 降到设定下限，电机停止运行，节省了能源消耗；4.供油泵采用小排量高压齿轮泵，适应离 合器控制油路压力大，需油量少；冷却使用大排量低压齿轮泵，适应冷却润滑油路压力小， 需油量大。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 图1为本发明的单行星排汇流液压机械无级变速箱的结构原理图； 图2为本发明变速箱离合器的液压控制原理图。
【具体实施方式】
[0017] 下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0018] 如图所示，一种单行星排汇流液压机械无级变速箱的离合器液压控制系统，包括 换挡机构离合器控制系统1、行星排离合器控制系统2、润滑冷却系统3和供油系统4 ;所述 换挡机构离合器控制系统1、行星排离合器控制系统2和润滑冷却系统3三个系统所需的控 制压力依次递减。
[0019] 所述换挡机构离合器控制系统1和行星排离合器控制系统2中的各离合器通过弹 簧复位油缸5接入各控制油路，通过弹簧复位油缸5弹簧作用使得各离合器快速分离。
[0020] 所述换挡机构离合器控制系统1包括单行星排汇流液压机械无级变速箱的纯液 压传动离合器11、液压机械传动低挡位离合器12、液压机械传动中挡位离合器13、液压机 械传动高挡位离合器14、三位四通电磁阀15和单向可调节流阀16,所述纯液压传动离合器 11和液压机械传动低挡位离合器12分别通过单向可调节流阀16与三位四通电磁阀15连 通后接入控制油路，所述液压机械传动中挡位离合器13和液压机械传动高挡位离合器14 分别通过单向可调节流阀16与另一个三位四通电磁阀15连通后接入控制油路，所述三位 四通电磁阀15通电，主油路油液经单向可调节流阀16流入相应的弹簧复位油缸5,推动相 应的离合器接合，此时其他弹簧复位油缸5通过中位回油，所述单向可调节流阀16可调节 离合器的接合速度，减小换段冲击，节流量大小可手动调节后不再变化，为避免离合器切换 过程中发生干涉现象，回油路不进行节流调节，使分离速度快于接合速度，油液经出油油路 回到油箱41中。
[0021] 所述行星排离合器控制系统2包括行星排前接行星架离合器21、行星排前接齿圈 离合器22、行星排后接齿圈离合器23、行星排后接行星架离合器24、换向电磁阀25、电磁比 例减压阀26和二位三通电磁阀27,所述行星排前接行星架离合器21和行星排前接齿圈离 合器22分别依次通过电磁比例减压阀26和换向电磁阀25连通控制油路，所述行星排后 接齿圈离合器23和行星排后接行星架离合器24分别通过二位三通电磁阀27连通控制油 路；由于不设主离合器，行星排前接行星架离合器21和行星排前接齿圈离合器22分别根据 接合规律对发动机进行扭矩控制，故采用压力控制，使离合器接合平稳，起到主离合器的作 用；行星排后接齿圈离合器23和行星排后接行星架离合器24采用二位三通电磁阀27控 制，在保证换段基本平稳的基础上，降低液压控制系统成本。行星排前接行星架离合器21 和行星排前接齿圈离合器22的工作压力由电磁比例减压阀26调节，将油液经换向电磁阀 25输入弹簧复位油缸8。为保证压力控制精度，实现闭环控制，并在电磁比例减压阀26出 口安装了压力传感器45,作为反馈。
[0022] 所述行星排离合器控制系统2中行星排前接行星架离合器21和行星排前接齿圈 离合器22的弹簧复位油缸5的进油口处分别设有离合器蓄能器28。离合器蓄能器28用于 保持弹簧复位油缸5内压力和弥补少量的油液泄漏。
[0023] 所述行星排离合器控制系统2中行星排前接行星架离合器21和行星排前接齿圈 离合器22的弹簧复位油缸5的进油口处分别设有高速开关电磁阀29与油箱41连接。离 合器分离调节过程，要求精度低于接合精度，可以通过高速开关电磁阀29的脉宽调制进行 控制。
[0024] 所述润滑冷却系统3包括液压电机31、大排量低压齿轮泵32和冷却润滑油路33 ; 润滑冷却系统3通过液压电机31带动大排量低压齿轮泵32工作，提供循环油液进行冷却 润滑。由于同步离合器接合频繁，产生温度较换挡机构离合器高，大排量低压齿轮泵32应 靠近行星排同步离合器部分，尤其是行星排前同步离合器部分。选用大排量低压齿轮泵32 的目的是润滑冷却系统压力大，需油量少。如此设计可降低变速箱能耗，提高效率和油路系 统的可靠性。综合考虑车辆运行工况，同步离合器和换挡机构耗油量少，蓄能器充油时间 短，不会影响到离合器的冷却结果，可共用一油箱。润滑冷却系统3的油路中设有温度传感 器34,所述温度传感器34的信号反馈给液压电机31。在行星排前同步离合器中安装温度 传感器34,将油温反馈到液压电机31，当油温超过设置时，启动液压电机31进行冷却润滑。
[0025] 所述供油系统4包括油箱41、小排量高压齿轮泵42、溢流阀43、压力继电器44和 压力传感器45 ;所述供油系统4的主油路中设有主油路蓄能器46,通过主油路蓄能器46使 主油路中的油液压力保护稳定，为了离合器的控制精度提供保证。所述供油系统4分别给 换挡机构离合器控制系统1和行星排离合器控制系统2提供小流量的高压控制油，所述换 挡机构离合器控制系统1的工作压力由溢流阀43设定，所述压力传感器45安装在电磁比 例减压阀26进油口，所述压力传感器45的压力信号传递给压力继电器44,所述行星排离合 器控制系统2的工作压力由压力继电器44设定。
[0026] 为确保发动机启动及停车等工况时离合器的分离，避免发动机熄火，所述小排量 高压齿轮泵42的出油口与油箱41之间设有电磁开关阀6。发动机启动及停车等工况时电 磁开关阀6不得电，小排量高压齿轮泵42泵出的油液通过电磁开关阀6直接回油箱，当车 辆正常运行时，电磁开关阀6得电，该油路断开，供电系统的油液进入控制油路。
【权利要求】
1. 一种单行星排汇流液压机械无级变速箱的离合器液压控制系统，其特征在于：包括 换挡机构离合器控制系统（1)、行星排离合器控制系统（2)、润滑冷却系统（3)和供油系统 (4);所述换挡机构离合器控制系统（1)和行星排离合器控制系统（2)中的各离合器通过弹 簧复位油缸（5)接入各控制油路；所述换挡机构离合器控制系统（1)包括单行星排汇流液 压机械无级变速箱的纯液压传动离合器（11 )、液压机械传动低挡位离合器（12 )、液压机械 传动中挡位离合器（13)、液压机械传动高挡位离合器（14)、三位四通电磁阀（15)和单向可 调节流阀（16)，所述纯液压传动离合器（11)和液压机械传动低挡位离合器（12)分别通过 单向可调节流阀（16)与三位四通电磁阀（15)连通后接入控制油路，所述液压机械传动中 挡位离合器（13)和液压机械传动高挡位离合器（14)分别通过单向可调节流阀（16)与另 一个三位四通电磁阀（15)连通后接入控制油路；所述行星排离合器控制系统（2)包括行 星排前接行星架离合器（21)、行星排前接齿圈离合器（22)、行星排后接齿圈离合器（23)、 行星排后接行星架离合器（24)、换向电磁阀（25)、电磁比例减压阀（26)和二位三通电磁阀 (27)，所述行星排前接行星架离合器（21)和行星排前接齿圈离合器（22)分别依次通过电 磁比例减压阀（26)和换向电磁阀（25)连通控制油路，所述行星排后接齿圈离合器（23)和 行星排后接行星架离合器（24)分别通过二位三通电磁阀（27)连通控制油路；所述润滑冷 却系统（3)包括液压电机（31)、大排量低压齿轮泵（32)和冷却润滑油路（33);所述供油系 统（4)包括油箱（41)、小排量高压齿轮泵（42)、溢流阀（43)、压力继电器（44)和压力传感器 (45);所述供油系统（4)分别给换挡机构离合器控制系统（1)和行星排离合器控制系统（2) 提供小流量的高压控制油，所述换挡机构离合器控制系统（1)的工作压力由溢流阀（43)设 定，所述压力传感器（45)安装在电磁比例减压阀（26)进油口，所述压力传感器（45)的压 力信号传递给压力继电器（44)，所述行星排离合器控制系统（2)的工作压力由压力继电器 (44)设定。
2. 根据权利要求1所述的单行星排汇流液压机械无级变速箱的离合器液压控制系统， 其特征在于：所述供油系统（4)的主油路中设有主油路蓄能器（46)。
3. 根据权利要求1所述的单行星排汇流液压机械无级变速箱的离合器液压控制系统， 其特征在于：所述行星排离合器控制系统（2)中行星排前接行星架离合器（21)和行星排前 接齿圈离合器（22)的弹簧复位油缸（5)的进油口处分别设有离合器蓄能器（28)。
4. 根据权利要求1所述的单行星排汇流液压机械无级变速箱的离合器液压控制系统， 其特征在于：所述行星排离合器控制系统（2)中行星排前接行星架离合器（21)和行星排前 接齿圈离合器（22)的弹簧复位油缸（5)的进油口处分别设有高速开关电磁阀（29)与油箱 (41)连接。
5. 根据权利要求1所述的单行星排汇流液压机械无级变速箱的离合器液压控制系统， 其特征在于：润滑冷却系统（3)的油路中设有温度传感器（34)，所述温度传感器（34)的信 号反馈给液压电机（31)。
6. 根据权利要求1所述的单行星排汇流液压机械无级变速箱的离合器液压控制系统， 其特征在于：所述小排量高压齿轮泵（42)的出油口与油箱（41)之间设有电磁开关阀（6)。
【文档编号】F16H57/04GK104088926SQ201410298022
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年6月27日 优先权日:2014年6月27日
【发明者】朱镇, 高翔, 夏长高, 商高高, 朱彧, 潘道远, 韩梅梅, 王志晨 申请人:江苏大学