连续可变变速器及其控制方法与流程

本发明涉及连续可变变速器(cvt)及其控制方法。

背景技术：

cvt(continuouslyvariabletransmission)是一种用于提供在校准范围内的无级可变的速比的动力传动装置。即，虽然常规齿轮传动的传动装置通常使用行星齿轮组和多个转动和/或制动离合器建立期望的速比，但cvt替代性地使用具有一对可变直径带轮的变速器组件，以在经校准的速比范围内传动。

技术实现要素：

本发明描述了包括驱动带轮、从动带轮和联接在驱动带轮和从动带轮之间的环形可转动装置(例如链条)的cvt。驱动带轮和从动带轮每个均包括带轮齿，并且环形可转动装置包括被构造成与带轮齿配合的装置齿。本公开的cvt可以在摩擦驱动模式和固定档位/有效啮合模式下运行。在摩擦驱动模式下，cvt依赖于环形可转动装置和驱动带轮与从动带轮之间的摩擦传递扭矩。在固定档位/有效啮合模式中，至少一些带轮齿与装置齿配合以传递扭矩。

当在固定档位/有效啮合模式下运行时，cvt可以在扭矩方向反转期间经历由于两个传动部件之间的间隙而产生的冲击(即，间隙引起的冲击)。在本公开中，术语“间隙”是指两个部件(例如，齿轮齿)之间的自由运动的量。本公开描述了用于在扭矩方向反转期间使cvt中的间隙引起的冲击最小化的方法。

在一个实施例中，cvt可以依据适合于在扭矩方向反转期间最小化间隙引起的冲击的方法来运行。在一个实施例中，该方法包括以下步骤：(a)在cvt的驱动带轮在输入扭矩方向上传递扭矩、并且装置齿与带轮齿配合时，经由控制器接收扭矩请求，其中，扭矩请求包括扭矩请求大小和扭矩请求方向；(b)经由控制器确定扭矩请求方向是否与输入扭矩方向相反；(c)当扭矩请求方向与输入扭矩方向相反时，经由控制器确定由致动器施加到驱动带轮的当前夹紧力是否足以将由驱动带轮传递的扭矩的方向从输入扭矩方向改变到扭矩请求方向；和(d)在当前夹紧力不足以将由驱动带轮传递的扭矩的方向从输入扭矩方向改变到扭矩请求方向时，经由控制器命令致动器增加施加到驱动带轮的夹紧力。本公开还描述了能够根据如上描述的方法操作的cvt组件和包括cvt的车辆。

根据以下具体实施方式，在结合附图时，本公开的上述特征和优点以及其它特征和优点将是显而易见的。

附图说明

图1是具有内燃机和如本文所述被控制的固定档位/有效啮合的连续可变变速器(cvt)的示例车辆的示意图；

图2可用作图1所示的车辆的一部分、且经由图5的方法可控的示例性固定档位/有效啮合cvt的示意图；

图3是图2所示的cvt的示意性前视图；

图4是图2所示的cvt的示意性侧视图；且

图5是描述用于控制图2所示的cvt的方法的流程图。

具体实施方式

参考附图，其中在若干幅图中相同的附图标记对应相似或相同的部件，在图1中示例性示出示例车辆10。车辆10包括动力源12，虽然其被示出为示例性内燃机(e)，但可以替代性地实现为电机或其他合适的扭矩发生装置。为了说明的一致性，在本公开中将动力源12描述为发动机12，但不限于这种设计。

参考图1和图2，图1的车辆10包括固定档位/有效啮合连续可变变速器(cvt)14和相关联的控制器(c)50。如下面参照图2和图5更详细地阐述的，控制器50被配置成(即，具体地经由实现方法100的计算机可读且可实施的指令在软件中编程、并且具体地在硬件中配备)控制cvt14在两种可能的扭矩传递模式(即摩擦驱动模式和固定档位/有效啮合驱动模式)之间的模式转换。

在cvt14中，摩擦驱动模式提供了在最低可能速比和最高可能速比之间的速比无级可变性(infinitevariability)。这种无级可变性持续进行，直到达到有效啮合(positiveengagement)，固定齿比保持，直到控制条件需要变回摩擦驱动模式。由于降低了对维持摩擦驱动模式通常所需的对液压和/或机电夹紧力的依赖，因此，具有有效啮合功能的cvt14的改进可以增大变速器效率。

发动机12包括被构造成以发动机转速(ne)转动的曲轴13。取决于设计，曲轴13直接或(例如，经由变矩器或输入/断开离合器)间接地连接到cvt14的输入构件130(例如，输入轴)。cvt14还包括输出构件15(例如，输出轴)。输出构件15最终经由例如最终驱动器或差速器17将传动输出扭矩(to)传递给车辆10的一组驱动轮16。

cvt14包括具有驱动/主带轮18和从动/次带轮20的变速器组件14v。主带轮18连接到cvt14的输入构件130并由该输入构件130驱动。次带轮20连接到cvt14的输出构件15并驱动该输出构件15。cvt14还包括环形可转动装置22，例如皮带或链条。如本文所使用的，术语“环形可转动装置”通常指任何闭合的/环形的可转动驱动构件、或适合于将扭矩从变速器组件14v内的主带轮18传递到次带轮20的橡胶和/或金属材料的闭合环，包括链条或常规的橡胶和金属驱动皮带。换言之，术语“环形可转动装置”包括可用于在cvt(诸如图1的cvt14)中的带轮之间传递扭矩的所有类型的环形可转动驱动构件。

参考图3和图4，环形可转动装置22包括用于实现cvt14的固定档位模式中的有效啮合的多个间隔的装置齿22t(参见图2)。除了装置齿22t之外，环形可转动装置22可以包括布置成行的多个链接件36，例如链节。多个销38将链接件36互连。至少一些销38还将装置齿22t联接到链接件36。当cvt14以摩擦驱动模式运行时，销38与主带轮18和次带轮20直接接触。

再次参考图1至图4，相应的主带轮18和次带轮20中每个分别具有一对带轮滑轮19和21，每个带轮滑轮19和21具有相应的圆锥形滑轮面23或25，用于限定可变宽度间隙26。cvt14的环形可转动装置22定位在间隙26内、并接触滑轮面23和25。在所示出的实施例中，环形可转动装置22的销38(图4)至少在cvt14在摩擦驱动模式下运行时直接接触滑轮面23和25。在所示出的实施例中，发动机转速(ne)作为主带轮18的输入转速(ωp)。在其他实施例中，除发动机转速(ne)之外的另一个值可以用作输入转速(ωp)(例如，在发动机12下游使用变矩器时的涡轮转速、转子转速等)。次带轮20总是以次转速(ωs)转动。

间隙26的宽度可以通过移动每个主带轮18和次带轮20的相应的滑轮19和/或21中的可移动的一个滑轮而被改变，从而改变cvt14的速比。为此，车辆10包括第一带轮致动器28和第二带轮致动器30，其响应于相应的主力命令和次力命令(分别为fp、fs)压缩相应的主带轮18和次带轮20，即，取决于变速器组件14v的驱动侧或从动侧上的间隙26的宽度是否将被改变而使带轮滑轮19朝向彼此移动和/或使带轮滑轮21朝向彼此移动。尽管第一致动器28和第二致动器30的示例性实施例包括液压活塞/气缸系统，但是在本发明的预期范围内，在替代方案中，可以使用机电、气动或其它线性致动器。

带轮滑轮19和21中的每个包括侧向周向壁42和在每个侧向周向壁42和相应的带轮滑轮面23、25之间的周向边缘44。每个带轮滑轮19、21限定滑轮角α，其是在相应的滑轮面23、25和相应的周向边缘44之间限定的倾斜角度。驱动带轮18具有半径rp，并且从动带轮20具有半径rs。驱动带轮18的半径rp是从转动轴线11p到驱动带轮18的周向边缘44的距离。从动带轮20的半径rs是从转动轴线11s到从动带轮18的周向边缘44的距离。

对于每个带轮滑轮19和21，一个带轮滑轮可动滑轮，在该实例中，可动滑轮是带轮滑轮191和121。夹紧力(fc)(即，取决于带轮滑轮121和191的哪一个正在移动是箭头fp和/或fs)可以经由流体泵32将如示出的馈送主力和次力(fp和fs)提供至cvt14，其中流体泵32从贮槽34中抽出合适的流体33(诸如油)，并将该流体经由软管、配件和其他合适的流体导管循环到cvt14。

图1的每个带轮滑轮19和21的特征在于基本上为截头圆锥形的形状，即具有末端或变窄端部被去除的锥体。每个带轮滑轮19和21在其滑轮面23、25上还包括相应的多个带轮齿19t和21t，如在图2较佳示出的且如下更详细所述的。在本实施例中，装置齿22t在与带轮齿19t和/或21t完全配合时，确保主带轮18或20的相应转动使环形可转动装置发生转动，且反之亦然。

在cvt14的运行期间，发动机12将输入扭矩传递给主带轮18。这使得主带轮18转动。当主带轮18转动时，滑轮面23接触环形可转动装置22。例如，环形可转动装置22的销38接触滑轮面23。在滑轮面23和环形可转动装置22之间的界面处的摩擦使得环形可转动装置22转动。因为环形可转动装置22可转动地联接到次带轮20，所以可转动装置22的转动继而使次带轮20转动。当环形可转动装置22转动时，致动器28和/或30可以分别对第一带轮18和第二带轮19的带轮滑轮191和/或121施加力，以便改变cvt14的速比。这样的控制决定可以由控制器50作出。

用于控制cvt14运行的控制器50可以被配置为具有存储器(m)的一个或多个计算机装置。控制器50与多个传感器29通信，并且可以通过将有效啮合控制信号(pa)传递到cvt14(即，致动器28和/或30或取决于这种设计的另一致动器)来命令在cvt14的摩擦驱动模式和固定档位/有效啮合驱动模式之间的切换或转换。

控制器50可以包括硬件元件，诸如处理器(p)、电路(包括但不限于定时器、振荡器、模数(a/d)电路、数模(d/a)电路)、数字信号处理器和任何必需的输入/输出(i/o)装置、和其他信号调节和/或缓冲电路。存储器(m)可以包括有形非暂时的存储器，诸如只读存储器(rom)(例如磁性固态闪存和/或光学存储器)和足量的随机存取存储器(ram)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)等。方法100可以记录在存储器(m)中，并且在车辆10的整体控制中由处理器(p)执行。

控制器50与第一致动器28和第二致动器30通信，并接收来自多个传感器29的一组控制输入cci，此作为方法100的一部分。传感器29可集体运行以连续或周期性地测量cvt14的输入转速(ωp)、cvt14的输出转速(ωs)、驱动带轮18和从动带轮18中每个的轴向线性位移(dp，ds)以及cvt14的输入扭矩ti。因此，传感器29可以包括第一转速传感器和第二速度传感器sp和ss、第一和第二位移传感器sdp和sds以及扭矩传感器st。第一或主转速传感器sp可以连接到驱动带轮18的带轮轴60(图2)。第二或次转速传感器ss可以连接到从动带轮20的带轮轴62(图2)。在本实施例中，转速传感器sp和ss直接分别测量输入转速(ωp)和输出转速(ωs)。扭矩传感器st可以联接到cvt14的输入构件130或cvt14的驱动带轮18。输入转速(ωp)和到cvt14的输入扭矩ti可以由转速传感器sp测量，或者可以报告或计算为例如来自发动机控制单元的发动机转速(ne)的函数。次带轮20的转动输出转速(ωs)可以同样地由转速传感器ss测量。位移传感器sdp和sds分别测量可动带轮滑轮191和121中的相应一个的轴向线性位移(dp，ds)。驱动带轮18的输入扭矩ti可由扭矩传感器st测量或至少部分地基于cvt14的输入转速(ωp)由控制器50确定(例如，计算)。cvt14的输入扭矩ti包括输入扭矩大小tim和扭矩请求方向trd。控制器50可以基于来自扭矩传感器st的输入确定输入扭矩大小tim和扭矩请求方向trd。替代地，控制器50可以至少部分地基于来自转速传感器sp的输入和/或经由例如操作者致动器35(例如，加速器踏板)进行的车辆操作者的动作来确定输入扭矩大小tim和扭矩请求方向trd。

然后，控制器50可以使用cvt14的已知几何结构设计信息(例如其半角和初始状态条件)分别计算带轮18和20上皮带位置的主半径和次半径rp和rs。也就是说，控制器50始终知道主半径和次半径rp和rs，其可以被存储在其存储器m中，并且在执行方法100时根据需要使用。

作为其整体换档控制功能的一部分，控制器50还可以接收或确定输出扭矩请求(treq)。输出扭矩请求(treq)主要由车辆10的操作者(例如，驾驶员)的动作决定，例如经由油门请求、制动水平、当前档位状态等。为此，车辆10包括诸如加速器踏板的操作者致动器35，其被构造成接收来自驾驶员的输入。在所示出的实施例中，操作者致动器35可以表示加速器踏板、制动踏板、其组合、或能够将输出扭矩请求treq通信至控制器50的任何其他合适的致动器。因此，控制器50与操作者致动器35通信(例如，电通信)，并且可以响应于集体控制输入(cci)确定cvt14的速比变化需要，并经由传递致动器控制信号(箭头fcc)来命令所需的夹紧力(箭头fc)以达到在校准速率下的期望的比率变化。

作为该策略的一部分，控制器50最终调整到致动器28和30的主力和/或次力(fp和fs)，以控制摩擦驱动和有效啮合驱动之间的转换，如下面参考图5所解释的。在一些实施例中，致动器控制信号(fcc)可以包括单独的有效啮合控制信号(pa)，例如，在环形可转动装置22或cvt14的另一部分配备有可移动或可展开的齿、或被命令以有效啮合cvt14并因此进入固定档位模式的其他机构的情况下。

包括图1的cvt14和控制器50的cvt组件40更详细地在图2中示出。在该具体的非限制性示例性实施例中，cvt14经由其装置齿22t与相应带轮滑轮19和21的带轮齿19t和21t的直接啮合来提供固定档位/有效啮合功能。装置齿22t在滑轮191和121的运动极限处或附近选择性地啮合(例如配合)带轮滑轮19t和/或21t，从而实现固定档位比率。

带轮齿19t和21t环形地布置在相应的滑轮面23和25上，例如围绕主带轮18和次带轮20的相应的带轮轴60和62的转动轴线11p、11s。当转动的环形可转动装置22在可移动的带轮滑轮191和/或121的移动期间与带轮齿19t或21t接近，以使得装置齿22t最终与带轮齿19t和/或21t接触并且与带轮齿19t和/或21t啮合时，带轮齿19t或21t与装置齿22t之间发生有效啮合。这种有效啮合建立固定档位模式。

环形可转动装置22具有如图所示的纵向中心轴线31。装置齿22t可以相对于环形可转动装置22的纵向中心轴线31正交布置，以从环形可转动装置22的横向边缘朝向带轮齿19t、21t径向延伸。为了说明清楚，尽管在图2中已经省略，但是相似的齿可以设置在带轮轴60和62上，并且/或者一些齿可响应于图1的有效啮合控制信号(pa)而选择性地移动。关于控制方法100，cvt14的具体设计不是限制性的，只要cvt14可运行以便建立摩擦驱动和有效啮合模式两者即可。

相对于图1和图2示出的示例cvt14，在一些速比期间，带轮齿19t和21t不与装置齿22t啮合。当不有效啮合时，速比是无级可变的，其中，扭矩仅通过环形可转动装置22和主带轮18以及次带轮20之间的摩擦传递。当装置齿22t与带轮齿19t或21t直接接触时，控制器50可以至少部分地基于来自传感器29(图1)的多种信号控制由致动器29和/或30施加在驱动带轮18或从动带轮20上的夹紧力fc。

相对于图3和图4，当cvt14以摩擦驱动模式运行时，装置齿22t中的至少一些与带轮齿19t和/或22t直接接触。在运行期间，驱动带轮18和从动带轮20围绕它们对应的转动轴线11p、11s在第一扭矩方向r1上转动。响应于扭矩请求treq，控制器50可以命令cvt14将驱动带轮18和从动带轮20的扭矩方向从第一扭矩方向r1改变为第二扭矩方向r2(与第一扭矩方向r1相反)。换句话说，扭矩请求treq可能涉及扭矩方向反转请求。例如，当车辆操作者执行减油门操作时，控制器50可以命令cvt14改变其输入扭矩的方向。在本公开中，术语“减油门操作”指车辆操作者释放加速器踏板的操作。在扭矩方向反转期间，且当cvt14以固定档位/有效啮合模式运行时，由于带轮齿19t以及21t和装置齿22t之间的间隙(lash)l，环形可转动装置22可能需要行进预定距离，以允许装置齿22t与带轮齿19t和21t啮合(例如，配合)。在本公开中，术语“间隙”意思是两个部件(例如，齿轮齿)之间自由运动的量。“间隙”可以根据两个部件之间的距离来测量。在所示的实施例中，间隙l被示出为装置齿22t中的一个齿与带轮齿21t中的一个齿之间的距离。由于装置齿22t和带轮齿19t以及21t之间的间隙l，cvt14在扭矩方向反转期间会经历间隙引起的冲击。

本方法100和控制器50一起运行以使得在cvt14的扭矩方向反转时(即，在扭矩方向反转期间)的由间隙引起的冲击最小化。控制器50具体地被编程为使当扭矩方向反转时(即，在扭矩反转期间)cvt14的间隙引起的冲击最小化。

图5是用于控制cvt14的方法100的流程图。方法100的一般步骤还可以由具有相似功能的替代设计来执行，因此方法100不限于如上所述的具体cvt14。通过控制器50自动执行车辆10上的方法100的有益效果包括实现在传动扭矩反转期间更平滑的转换、改善驾驶性能、降低噪音、振动和平顺性以及延长部件寿命。

方法100在步骤102处(即开始块s)开始。然后，方法100继续到步骤104，在步骤104中控制器50接收或确定输出扭矩请求treq。输出扭矩请求treq至少部分地基于车辆10的驾驶员的动作，例如油门请求、制动水平、当前档位状态等。在步骤104中，控制器50可以从诸如发动机控制单元或动力系控制单元的控制单元接收输出扭矩请求treq。替代地，控制器50可以至少部分地基于驾驶员致动器(例如，加速器踏板或制动器踏板)的情况来确定输出扭矩请求treq本身。为了实现输出扭矩请求treq，cvt14的输入构件130必须传送一定的输入扭矩。因此，输出扭矩请求treq必须包括扭矩请求大小trm和扭矩请求方向trd。在本公开中，术语“扭矩请求大小”意思是实现输出扭矩请求treq必需的cvt14的输入扭矩的大小。术语“扭矩请求方向”意思是实现输出扭矩请求treq必需的cvt14的输入扭矩的方向。因此，在步骤104中，控制器50至少部分地基于来自操作者致动器35的输入信号接收或确定扭矩请求大小trm和扭矩请求方向trd。在接收(或确定)输出扭矩请求treq之后，方法100进行到步骤106。

在步骤106中，控制器50确定扭矩请求方向trd是否与当前输入扭矩方向tid相反。具体地，控制器50将扭矩请求方向trd与cvt14的当前输入扭矩方向tid进行比较。在本公开中，术语“当前输入扭矩方向”意思是在控制器50接收或确定输出扭矩请求treq期间和/或之前，驱动带轮18的输入扭矩的方向。如上所讨论的，控制器50可以基于来自扭矩传感器st的输入确定当前扭矩方向tid。替代地，控制器50可以至少部分地基于来自转速传感器sp的输入来确定输入扭矩大小tim和当前输入扭矩方向tid。还可以设想，控制器50可以基于来自诸如发动机控制单元或动力系控制单元等的其它控制器的输入来确定当前输入扭矩方向tid。无论如何确定输入扭矩方向tid，控制器50比较当前输入扭矩方向tid和扭矩请求方向trd，以确定当前输入扭矩方向tid是否与扭矩请求方向trd相反。换句话说，控制器50确定输出扭矩请求treq是否需要反转cvt14中的扭矩方向。如果不需要反转扭矩方向，方法100进行到步骤112(即，结束块e)。在步骤112中，方法100结束。

如果当前输入扭矩方向tid与扭矩请求方向trd相反，则方法100进行到步骤108。换句话说，如果输出扭矩请求treq需要反转cvt14中的扭矩方向，则该方法100继续到步骤108。

在步骤108中，控制器50确定在扭矩请求方向trd与当前输入扭矩方向tid相反时，由致动器28和/或30施加到驱动带轮18的夹紧力fc是否足以将驱动带轮18传递的扭矩方向从输入扭矩方向tid改变成扭矩请求方向trd。换句话说，控制器50确定在以摩擦驱动模式或固定档位/有效啮合模式操作时，cvt14是否可以反转驱动带轮18的扭矩方向。在步骤108中，控制器50比较施加到驱动带轮18的当前夹紧力fc与预定夹紧力fr。预定夹紧力fr可以是在存储在存储器(m)上的校准查找表中的预定的校准夹紧力。用于确定预定夹紧力fr的校准查找表根据cvt14是在摩擦驱动模式还是在固定档位/有效啮合模式下操作而改变。因此，在确定预定夹紧力fr之前，控制器50确定cvt14是在摩擦驱动模式还是在固定档位/有效啮合模式下操作。控制器50可以访问存储器(m)以获取预定夹紧力fr。如果当前夹紧力fc等于或大于预定的校准夹紧力fr，则控制器50确定施加到驱动带轮18的夹紧力fc足以将驱动带轮18的扭矩方向从输入扭矩方向tid改变为扭矩请求方向trd。替代地，如果cvt14在摩擦驱动模式下操作，则控制器50可以计算预定夹紧力fr，并且然后可以将施加到驱动带轮18的当前夹紧力fc与预定的所计算的夹紧力fr比较。控制器50可以使用例如以下数学等式来计算预定夹紧力fr。

其中：

fr是预定的所计算的夹紧力；

trm是扭矩请求大小；

α是滑轮角度，其是在滑轮面23和周向边缘44之间限定的倾斜角(见图4)；

μ是滑轮面23与环形可转动装置22之间的摩擦系数；

rp是驱动带轮18的半径；以及

s.f.是等于或大于一(l)的安全系数。

因此，预定夹紧力fr至少部分地基于扭矩请求大小trm、滑轮面23与环形可转动装置22之间的摩擦系数μ、驱动带轮18的半径rp或其组合。如果cvt14以固定档位/有效啮合模式操作，则控制器50可以使用另一等式计算预定夹紧力fr。

替代地，在步骤108中，在自控制器50接收到扭矩请求treq起已经过去预定量的时间后，控制器50可以确定cvt14的当前输入扭矩方向tid是否已经从原始输入扭矩方向改变为扭矩请求方向trd。为此，控制器50可以至少部分地基于诸如扭矩传感器st和/或转速传感器sp和ss的传感器29的输入来确定当前输入扭矩方向。

如果当前夹紧力fc等于或大于预定的所计算的夹紧力fr，则控制器50确定当前施加到驱动带轮18的夹紧力fc足以将驱动带轮18的扭矩方向从输入扭矩方向tid改变为扭矩请求方向trd。

如果施加到驱动带轮18的夹紧力fc足以将驱动带轮18的扭矩方向从输入扭矩方向改变为扭矩请求方向trd，则方法100进行到步骤112(即，结束块e)。如上所讨论的，方法100在步骤112中结束。

如果施加到驱动带轮18的当前夹紧力fc不足以将驱动带轮118的扭矩方向从输入扭矩方向tid改变为扭矩请求方向trd，则方法100继续到步骤110。

在步骤110中，控制器50命令致动器28和/或30将施加到驱动带轮18的当前夹紧力fc增加预定量a。该预定量a可以存储在存储器(m)上的校准查找表中。替代地，控制器50可以计算预定量a。预定量a可以至少部分地基于预定夹紧力fr。例如，控制器50可以从预定夹紧力fr中减去当前夹紧力fc以确定当前夹紧力fc与预定夹紧力fr之间的差值。因此，预定量a可以等于当前夹紧力fc和预定夹紧力fr之间的差。响应于来自控制器50的命令，致动器28和/或30将施加到驱动带轮18的夹紧力fc增加预定量a。接下来，方法100返回到步骤108。如上所讨论的，在步骤108处，控制器50确定由致动器28和/或30施加到驱动带轮18上的当前夹紧力fc是否足以将驱动带轮18的扭矩方向从输入扭矩方向tid改变为扭矩请求方向trd。

虽然已经详细描述了用于实施本公开的最佳模式，但是本公开所涉及的领域的技术人员将认识到在所附权利要求的范围内的各种替代设计和实施例。虽然方法100的步骤以具体的时间顺序描述，但是可以设想方法100的步骤可以以另一个时间顺序执行。