专利名称：包括一脉冲宽度调制传动比控制器的连续变速静液传动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及液压机械，尤其涉及以连续(无级)变速传动比能将动力自原动机传输给负载的静液传动装置。
背景技术：
在所引用的共同未决的专利申请中，公开了连续变速静液传动装置，它包括一液压泵组件和一液压马达组件，后者跟一中间楔形旋转斜盘成对置、轴向对中关系安装。所泵组件连于由原动机驱动的输入轴，而马达组件固定在静止的机壳上。一输出轴与输入轴同轴线且驱动联结一负载，连于该旋转斜盘上。当泵组件由原动机驱动时，液压流体经旋转斜盘中的孔口在泵和马达组件之间被来回泵送。结果，全沿相同方向作用的三个扭矩分量施加于旋转斜盘上，在输出轴上产生用以驱动负载的输出扭矩。这些扭矩分量中的两个为一个是通过旋转泵组件施加于旋转斜盘的机械分量，而另一个是通过马达组件施加于旋转斜盘上的液压机械分量。第三个分量为纯粹的液压静力分量，它是由作用于旋转斜盘孔口的周向相反的端面上的流体压力产生的不均匀力形成的；该周向相反端面由于斜盘的楔形而具有不同的表面积。
为改变传动比，旋转斜盘相对于输出轴轴线的角度方位借助于一传动比控制器来改。由于传动比，即输入速度/输出速度之比，在1∶0和1∶1之间是连续可变的，因此原动机能以基本上设定在其最高效率的运转点的恒速下运转。传动比为1∶0(空档)的设定，无须离合器。如在所引用的序号为No.08/342,472的专利申请中所公开的，该斜盘的角度方位能被定位到超过1∶0传动比设定，从而提供有限的反向无级变速驱动，并能被定位到超过1∶1的传动比设定，从而提供有限的无级变速超速传动范围。有重大意义的是可获得反向驱动而无须反向齿轮机构。
跟常规的连续可变静液传动装置不同，其中液压流的流量率随传动比增加而成比例地增加，这样，最大流量率出现在最高传动比设定时；而在所引用的申请中所公开的传动装置中的流量率在传动比范围的中间点达到最大，而后在1∶1传动比设定时逐渐降下到大致为零。这样，由液压流体流动引起的损失减少了，并且消除了常规静液传动装置在高传动比时产生的烦人的啸声。由于多扭矩分量作用于旋转斜盘上，在输出速度范围上半区内的液压流体流量减少以及调节处在或接近其最佳性能点运转的原动机输入减弱，因此，所引用的美国专利申请的液压机械作为高效率、安静、连续变速静液传动装置在车辆驱动系中获得特别有利的应用。
发明概述本发明的一个目的是为控制静液传动装置提供一种改进的传动比控制器，以获得连续可变的输入与输出速度之比。
本发明的另一目的是为按速度指令信号有效地控制连续变速静液传动装置的传动比变化率提供改进的传动比控制器。
本发明的再一个目的是为在所引用的美国专利申请中公开的这种连续变速静液传动装置中改变旋转斜盘角度提供改进的传动比控制器。
为实现这些目的，本发明的传动比控制器，在其连续变速静液传动装置申请中，包括一根用于自原动机接收输入扭矩的输入轴，一根传递驱动扭矩到负载的输出轴，一液压泵组件，一个液压马达组件和一个按操作关系配置于泵组件和马达组件之间的旋转斜盘，综合包括一个具有一缸筒和一配置于该缸筒内以限定第一和第二腔的活塞的致动器，该致动器和斜盘保持操作联结；一个第一流体阀，它有一个连接第一腔和液压流体压力源的静止位置和一个使第一腔连通大气的操作位置；一个第二流体阀，它具有连接第二腔和流体压力源的静止位置和使第二腔连通大气的操作位置；一个控制元件，它按速度指令有选择地致动第一和第二电磁阀以便在第一和第二腔建立流体压力差、从而使缸筒和活塞产生受控的相对运动；以及将缸筒和活塞的相对运动转换成改变传动比的斜盘运动的装置。
按照这些目的，本发明还提供一种用于控制具有按操作关系配置于液压泵和马达组件之间的斜盘的连续变速静液传动装置的输入和输出速比的方法，该方法包括连接致动器和斜盘的步骤，该致动器包括一个安置于缸筒内以限定第一和第二腔的活塞；提供加压液压流体源；提供具有连接第一腔和加压液压流体源的静止位置和使第一腔连通大气的操作位置的第一流体阀；提供具有连接第二腔和加压液压流体源的静止位置和使第二腔连通大气的操作位置的第二流体阀；保持第一和第二流体阀在其静止位置使第一和第二腔内的流体压力相等来设定传动比；移动第一和第二阀之一到其操作位置，从而在第一和第二腔内建立流体压力差，以使活塞和缸筒产生相对运动来改变传动比；以及将活塞和缸筒的相对运动转换成改变传动比的斜盘运动。
本发明的其它特点、优点和目的将在随后的说明中提出，其中的一部分由于说明而会变得明显，或可通过本发明的实践来认识。本发明的目的和优点将通过在下面的书面叙述和所附的权利要求书以及附图
中具体指出的装置和方法来实现和达到。
应当理解，无论是上述的一般叙述还是下面的详细说明都是示例性和解释性的，意在对所要求保护的本发明提供进一步的说明。
该附图是用来提供对本发明进一步的理解的，它们插在说明书内，并构成说明书的一部分，表示本发明的优选实施例，并和说明书一起，用于解释本发明的原理。
附图简介该单幅附图是本发明在其连续变速静液传动装置申请中的一个实施例的传动比控制器简图。
优选实施例详述按照本发明的优先实施例，在附图中总的以10表示的传动比控制器被图示在其总的以12表示的连续变速静液传动装置的申请中，它是属于在所引用的美国专利申请中公开的这类型式。因此，如附图中简略所示，传动装置12包括一壳体14，一输入轴16和一输出轴18通常以端对端的共轴线关系以轴颈支承于该壳体内。输入轴16将来自原动机(未示)的输入扭矩施加于总的以20表示的液压泵组件上，而总的以22表示的液压马达组件被固定于壳体14上，如以24所示。一楔形旋转斜盘按操作关系配置于泵组件20和马达组件22之间，斜盘按扭矩偶合关系枢接于输出轴上，如以28所示。按所引用的美国专利申请中所述，斜盘26设有一些孔口，液压流体经过这些孔口在液压泵和马达组件之间被来回泵送，将扭矩分量作用于该斜盘上，这些扭矩分量施加于输出轴，作为施加于车辆驱动轮(未示)的输出扭矩。所引用的美国专利申请中还叙述，传动比，即输入轴16上的输入速度相对输出轴18上的输出速度之比，是由斜盘角度，即斜盘26相对于输出轴轴线19的角度方位，所决定的。因此，要改变传动比，就使斜盘26绕其枢销连接28相对于输出轴18旋转，如箭头27所示，以减少传动比(顺时针)或增加传动比(逆时针)。
传动比控制器10包括一个配置于壳体14内的致动器30，一对总的以32和34表示的用以将该致动器两腔或连接于液压流体压力总源或连通于大气的电磁阀，和一调制单元36，按照速度指令讯号，它被连通，以便有选择地使电磁阀通电。
致动器30被图示为包括一缸筒40，一活塞42可滑动地安装于其内，以限定一对对置的腔44和46。活塞42被安装成藉助于一对穿通缸筒端壁上密封的开口的对置活塞杆48在缸筒40上往复运动。一活塞杆48的外端被连接成将活塞42的往复移动转换成斜盘26绕其跟输出轴18的枢销连接的双向角位移，如以50简略表示。
应当理解，所图示的致动器结构仅仅是示例性的。它可以采取各种形式，诸如在所引用的美国专利申请中图示的各种形式。例如，如在所引用的序号为No.08/333,668的申请中图示的，活塞42可被固定定位，而缸筒40进行往复运动，因而和斜盘26连接。所引用的序号为No.08/342,472的申请表明，活塞42可有一对球形支座，它们分别安装泵组件和马达组件缸体。球形支座的协同轴向移动经缸体对斜盘施加旋转力。连杆50可取大直径圆柱致动件的形式，它延伸到泵或马达组件周围，以便对斜盘施加旋转力，如所引用的序号为No.08/093,192的申请中所示。或者，连杆50可包括一个紧围输出轴18的圆柱形致动件，如所引用的序号为No.08/333,688的申请中所示。所引用的序号为No.(35-OR-962)的申请表明连杆50可有一安装于输出轴内的液压致动活塞。
回到这里所示的结构形式的致动器30的讨论上，腔44经流体管路54连于电磁阀32的阀室52，而腔46经流体管路58连于电磁阀34的阀室56。阀室52和56经流体管路60和62共同连接于液压流体压力源，最好补充或控制油池泵64输出端现有的压力。阀室52经流体管路也连通诸如存在于传动装置油池68内的大气压力。阀室56经流体管路70也连通油池68。
电磁阀32还包括一个滑动安置于阀室52内的阀件72。阀杆74自阀件72延伸到阀室52的外面，并终止于电磁可动铁芯76。绕于可动铁心76上的电磁线圈78以其一端接地，而另一端经导线80连接到控制单元36。阀件72由弹簧82偏置于所示的静止位置，这样，致动器腔44经流体管路54，60和62经常和泵64或流体连通。
电磁阀34的构造方式和电磁阀32的相同，因此它包括一个滑动安置于阀室56内的阀件84。一阀杆86自阀件84延伸至作为端部的电磁可动铁芯88，电磁线圈90绕于可动铁芯88的周围。线圈90的非接地端经导线92连于控制单元。一弹簧94使阀件82偏置于其图示的静止位置，从而，经流体管路58、60和62将致动器腔46与油池泵输出端连接成流体连通。
根据对传动比控制器10的上面所述，可以看到，尽管电磁阀32和34处于它们的静止位置，然而，致动器腔44和46以相等于油池泵输出压力的流体压力均充以液压流体。因此，致动器活塞42被固定在适当的位置以设定特定的斜盘角度。当一输入到控制单元36的速度指令要求传动比增加时，电磁阀32的电磁线圈被通电，以向前推动阀件72到以虚线所示的接通大气的位置，从而使致动器腔44经流体管路54和66和油池68连接。由电磁阀34仍然连接于油池泵64的致动腔46内的流体压力，现在超过了致动腔44内的流体压力。因此，活塞42被向左驱动，使斜盘沿传动比增加的逆时针方向旋转，当斜盘已旋转到被指令的高传动比时，控制单元36停止对电磁线圈78供电，从而电磁阀32被弹簧82拉回到其静止位置，重新将致动器腔44连接到油池泵64。致动器两腔的流体压力相等，将致动器活塞位置固定，从而将斜盘位置调整到新的高传动比设置。
当速度输入指令要求减小传动比时，控制单元36使电磁线圈90通电，以向前驱动阀件84到其虚线位置，从而使致动器腔46接通油池68。现在腔44内的流体压力超过致动器腔46内的流体压力，结果随着腔44的容积膨胀，致动器活塞42被向右驱动，而腔46的容积缩小。斜盘26沿顺时针方向旋转，使传动比减小。当传动比达到满足降低速度指令的设置时，对电磁阀34停止供电，弹簧94将阀件84拉回到其实线位置，重新使致动器腔46和油池泵输出端连接。此时，致动器腔46被加压到相同于致动器腔44的流体压力，从而保持致动器活塞42新的位置，将斜盘角度调整到所指令的低传动比。
如图所示，孔口节流装置96可安装于流体管路60、66和70内，以便通过减小液压流体流动速率来调节流体回路的工作参数，因而避免致动器腔内急剧的流体压力变化。该节流装置也减轻因工作参数改变而引起的流体速度变化偏差。
按照本发明的特点，控制单元取脉冲宽度调制器形式，它在恒定脉冲速率或频率(如16赫)下产生一股脉冲电流，其中脉冲宽度(频宽比)根据输入速度指令改变。通过改变脉冲频宽比(脉冲宽度和脉冲周期之比)，电磁阀72或84之一处于将腔44或46相应接通大气的虚线位置的持续时间，以及为改变斜盘角度致动器活塞42移动的速率相应地改变。这就是说，在高脉冲频宽比时，斜盘角度变化速率相应要高，反之亦然。一旦满足速度指令，输出脉冲流中断，从而在所指令的速比(传动比)下设定斜盘角度。利用电磁阀32和34的脉冲宽度调制通电，在传动装置12内精确控制传动比变化的速率对于机动车应用场合具有特殊的好处。也就是说传动比控制器10能方便地动作，不仅使发动机功率和车辆负载连续地匹配，而且当突然停车(速比迅速变化)和处于繁忙交通状况(速比慢变化)下对这种动态情况作出迅速反应。
虽然电磁阀脉冲宽度调制通电是优先的，然后应当理解，也可采用均一宽度脉冲流的频率调制。
在本技术领域内熟练的人会明白，在不背离本发明的精神前提下，可以对本发明的装置作出种种修改和变更。因此只要处在所附权利要求书及其等同物的精神和范围内，就要认为本发明覆盖其种种修改和变化。
权利要求
1.一种连续变速静液传动装置的传动比控制器，包括一个液压泵组件，一个液压马达组件，和一个配置于液压泵和液压马达组件之间的调节液压泵和液压马达组件之间液压流体流量的旋转斜盘，该传动比控制器综合包括一个包括一缸筒和一配置于该缸筒内以限定第一和第二腔的活塞的致动器；一个具有连接第一腔和液压流体压力源的静止位置及使第一腔连通大气的操作位置的第一流体阀；一个具有连接第二腔和液压流体压力源的静止位置及使第二腔连通大气的操作位置的第二流体阀；一个按照指令信号将第一和第二流体阀所选之一可控地推动到其相应的操作位置，从而在第一和第二腔内建立流体压力差，以使致动器活塞和缸筒产生相对运动的控制单元；用以将致动器活塞和缸筒的相对运动转换成改变传动比的斜盘运动的装置。
2.按权利要求1所述的传动比控制器，其特征在于该控制单元利用脉冲流操作所选流体阀，在各脉冲持续期间将所选阀移至其操作位置，在脉冲之间的各间歇持续期间该所选流体阀移向到其静止位置。
3.按权利要求2所述的传动比控制器，其特征在于该控制单元调制脉冲流的频率和宽度之一以控制改变传动比的斜盘运动的速率。
4.按权利要求3所述的传动比控制器，其特征在于第一和第二流体阀是电磁阀，而脉冲流是脉冲电流。
5.按权利要求4所述的传动比控制器，其特征在于该控制单元以脉冲宽度调制脉冲流。
6.按权利要求1所述的传动比控制器，其特征在于还包括流体节流装置，节流装置包含在将第一和第二腔连接于液压流体源的流体管路内，及包含在使第一和第二腔连通大气的流体管路内。
7.一种控制包括按操作关系配置于液压泵和液压马达组件之间的旋转斜盘的连接变速静液传动装置的传动比的方法，该方法包括如下步骤连结致动器和斜盘，该致动器包括一个配置于缸筒内以限定第一和第二腔的活塞；提供液压流体压力源；提供一个第一流体阀，它具有使第一腔接通大气的操作位置和将第一腔和液压流体压力源连接的静止位置；提供一个第二流体阀，它具有使第二腔接通大气的操作位置和将第二腔和液压流体压力源连接的静止位置；保持第一和第二阀在其静止位置，使第一和第二腔内的流体压力相等来设定传动比，并保持斜盘的传动比设定位置；移动第一和第二阀之一到其相应的操作位置，同时保持第一和第二阀之另一个在其相应的静止位置，从而在第一和第二腔内建立流体压力差，以致动器活塞和致动器缸筒产生相对运动来改变传动比；将致动器活塞和致动器缸筒的相对运动转换成改变传动比的斜盘运动。
8.按权利要求7所述的方法，其特征在于第一和第二阀为电磁阀，在不接通电流的情况下，通常偏置在其静止位置，其中改变传动比的步骤包括对所选的第一和第二电磁阀之一通以脉冲电流，相应于各脉冲的持续期移动所选的一个电磁阀，在脉冲之间的各间歇期间，所选的一个电磁阀返回到其静止位置。
9.按权利要求8所述的方式，其特征在于通电的步骤包括调制脉冲流的脉冲宽度以改变变化传动比的斜盘运动的速率。
10.按权利要求9所述的方法，其特征在于还包括当斜盘达到所指令的传动比设定位置时，中止脉冲电流的步骤。
11.一种连续变速静液传动装置，包括一个壳体；一个以轴颈支承于壳体用以接收来自原动机的输入扭矩；一个以轴颈支承于壳体用以将输出扭矩传递到负载的输出轴；一个受输入轴驱动的液压泵组件；一个固定于壳体的液压马达组件；一个按扭矩偶合关系枢接于输出轴的楔形斜盘，该斜盘按操作关系配置于液压泵和液压马达组件之间；并具有调节液压泵和液压马达组件之间的液压流体输送的孔口；斜盘相对于输出轴轴线的角度位置决定了传动比；一个控制器，包括一个包括配置于一缸筒以限定第一和第二腔的活塞，一个具有使第一腔跟一液压流体压力源连接的静止位置和使第一腔连通大气的操作位置的第一流体阀；一个具有使第二腔跟一液压流体压力源连接的静止位置和使第二腔连通大气的操作位置的第二流体阀；一个按照指令信号用以可控制推动所选的第一和第二流体阀之一到其相应的操作位置，因而在第一和第二腔内建立流体压力差，使致动器活塞和缸筒产生相对运动的控制单元；将致动器活塞和缸筒的相对运动转换成改变传动比的斜盘角度位移的装置。
12.按权利要求11所述的传动比控制器，其特征在于电气控制单元以脉冲流推动所选的流体阀，以相应于各脉冲持续时间移动所选阀到其操作位置，相对于脉冲之间各间歇持续时间，所选流体阀移回其相应的静止位置。
13.按权利要求12所述的传动比控制器，其特征在于控制单元调节脉冲电流的频率和宽度之一，以控制改变传动比的斜盘运动速率。
14.按权利要求13所述的传动比控制器，其特征在于第一和第二流体阀为电磁阀，所述脉冲流为脉冲电流。
15.按权利要求14所述的传动比控制器，其特征在于控制单元以脉冲宽度调制脉冲流。
16.按权利要求15所述的传动比控制器，其特征在于还包括流体流量节流装置，节流装置包含在连接第一和第二腔跟液压流体压力源的流体管路内，以及连通第一和第二腔至大气的流体管路内。
全文摘要
一种用于改变连接变速静液传动装置的由斜盘角度方位决定的传动比的控制器，包括一个致动器，致动器具有一个滑动安置一活塞以限定一对腔的缸筒。一对电磁阀，它们各自成型为有选择地将一个相应腔跟油池泵压力或大气压力连通，被脉冲电流供电，以便在这些腔中建立流体压力差，从而使活塞产生移动；该活塞移动被连到斜盘，以产生斜盘角度方位的相应调整。斜盘角度方位的改变速率由调制脉冲流的脉冲宽度来控制。
文档编号F15B11/08GK1145110SQ95192379
公开日1997年3月12日 申请日期1995年10月31日 优先权日1995年1月30日
发明者R·F·拉克金, W·R·卡尔 申请人:洛克希德马丁公司