在具有无级变速器的机器中的扭矩和速度控制装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明通常涉及一种配备有无级变速器(CVT)的机器，尤其涉及控制CVT的动力输出。
【背景技术】
[0002]许多机器使用变速器将原动机或动力源(例如内燃发动机)的输出连接到从动元件或装置(例如轮子或作业工具)。传统变速器通常包括一个或多个固定的、可选择性接合的齿轮比，所述齿轮比可以增加或降低原动机的速度并通常以反比关系增加或降低输出给从动元件的扭矩。为了有助于受控的传递原动机的旋转动力输出，并且在一些情况下，方便对齿轮比进行选择性接合或分离，变速器可以与离合器相连接。一般来说，离合器将传动构件(例如驱动轴)与从动构件(例如天轴)互连，这两者可以接合与分离以连接动力源和变速器或与其断开。当传动构件与从动构件接合时，一些离合器也能打滑，但仍然以不同的相对速度旋转。打滑的程度可以可调节地控制，从而可以选择性地改变离合器上传输的速度和/或扭矩。离合器因此可以作为一种速度控制装置，在不变换档位的情况下，降低临时速度和/或扭矩。
[0003]最近，一些制造商已经给机器配备了多个无级变速器(CVTs)，代替常规的基于齿轮的变速器。相对于原动机的任何给定输入而言，CVT提供一种无限范围或连续范围的扭矩-速度输出比。也就是说，CVT的输出可在连续范围内以几乎无限小的增量增加或降低。在一些实施例中，为了提高操作者的认知和熟悉程度，根据模拟多个虚拟齿轮比的虚拟齿轮方法可以调节CVT，所述多个虚拟齿轮比与常规变速器中的实际齿轮比类似。另外，通过选择性地改变输入输出比，CVT可以提供一些离合器的功能。
[0004]在一些实例中，CVT和离合器可以一起使用以结合它们的功能。比如，美国专利N0.7，972，240 ( “’240专利”)描述了一种装置，该装置包括可操作地与离合器连接的CVT。该装置的一个特征是可以以相互关联的方式对CVT与离合器进行调节，以限制传递给从动元件的扭矩和/或速度输出。该’ 240专利进一步描述了以相互关联的方式对上述两个装置进行调节可以避免可能在只有CVT的装置中出现的传递动力输出的动力损失或效率低下问题。本发明涉及离合器与CVT功能的类似方面。
【发明内容】
[0005]在一方面，本发明描述了一种对具有可操作地连接到动力源的无级变速器(CVT)的机器的速度进行控制的方法。该方法根据扭矩-速度曲线对CVT的输出进行调，所述扭矩-速度曲线可以大体上成反比方式使CVT输出扭矩与CVT输出速度相关。扭矩-速度曲线可以用于限制CVT输出扭矩。指示机器操作的期望改变的操作者输入信号被接收并被转换成第一比例因子。由此，扭矩-速度曲线被移位以进一步降低可用的CVT输出扭矩。
[0006]在另一方面，本发明描述了一种具有可操作地连接到动力源的无级变速器(CVT)的机器。该CVT能够产生CVT输出扭矩和CVT输出速度。该机器包括第一操作者输入装置，用于产生操作者输入信号，从而改变机器的操作。该机器还包括与第一操作者输入装置通信的控制器。该控制器根据控制图谱对CVT的输出进行进一步控制。该控制图谱具有使CVT输出扭矩和CVT输出速度相关的扭矩-速度曲线以及与目标速度相对应的欠载运行曲线。该控制器在接收到操作者输入信号后，可以同时调节扭矩-速度曲线和欠载运行曲线。
[0007]在又一方面，本发明描述了一种对无级变速器(CVT)的输出进行调节的方法，其中CVT的输出包括CVT输出扭矩和CVT输出速度。接收指示目标速度的第一操作者输入信号。如果CVT输出速度是小于目标速度的预定量，那么该方法根据扭矩-速度曲线对CVT输出扭矩进行确定。如果CVT输出速度在目标速度的预定量内，该方法根据欠载运行曲线对CVT输出扭矩进行确定。可以接收第二操作者输入信号以调节CVT的运行。在接收到第二操作者输入信号之后，该方法对扭矩-速度曲线和欠载运行曲线进行调整，以降低可用的CVT输出扭矩和目标速度。
【附图说明】
[0008]图1为具有通过中间CVT连接到从动元件的原动机动力源的移动机器的概略侧视图；
[0009]图2为从机器的操作站中的操作者座椅获取的机器的局部透视图，所述机器包括用于操作机器的各种可用的操作者致动的控制装置以及输入装置；
[0010]图3为机器的传动系的示意图，所述机器包括CVT以及适合于使用多个虚拟齿轮比操作CVT的控制器的一个实施例；
[0011]图4为使机器速度与可能与CVT相关联的多个虚拟齿轮比相关的控制图谱或图表的图示；
[0012]图5为表示CVT的输出的扭矩-速度曲线的图形图示，其中扭矩值沿Y轴绘制，且速度值沿X轴绘制；
[0013]图6为如所修改的降低CVT的扭矩输出和速度输出的图4的扭矩-速度曲线的图形图示；
[0014]图7为用于在从操作者致动的输入装置接收到操作者输入信号之后对扭矩-速度曲线进行修改的控制策略的示意性表示；
[0015]图8为用于在从操作者致动的输入装置接收到预定操作者输入信号之后对CVT进行可控分离的控制策略的另一个示意性表示；
[0016]图9为图示对机器的运行进行调节的可能程序的流程图，所述机器包括以模拟离合器方式限制扭矩和/或速度的CVT。
【具体实施方式】
[0017]本发明涉及一种配备有无级变速器(CVT)的机器，所述无级变速器可操作地连接到从动元件并将来自原动机动力源的机械动力传递给从动元件。CVTs有时可被称作无限变速式无级变速器(IVTs)，然而，本发明涉及上述两种变速器以及任何类似类型的变速器，而与命名无关。现在参考图1，其中相同的参考编号表示相同的元件，其示出了机器100，尤其是根据本发明而设计的自动平地机的一个实施例。然而，除了自动平地机以外，本发明还适用于其他类型的机器和应用。如本文所用的，术语“机器”可以指执行与行业(诸如采矿、建筑、农业、运输，或本领域已知的任何其他行业)相关联的一些操作的任何类型的机器。例如，该种机器可以是运土机，诸如轮式装载机、挖掘机、自动倾卸卡车、反铲挖土机、挖掘机、材料输送机等，或者该种机器可以是另一种类型的作业机器，诸如压实机、铺路机等。而且，工具可以连接到机器。此类工具可以用于各种工作任务(包括例如装载、压实、提升、涂刷)，并包括例如铲斗、压实工具、叉式提升装置、刷子、抓斗、刀具、剪刀、铲板、破碎器/锤子、螺丝钻等。另外，该种机器可以用于运输领域，诸如公路用卡车、货车等。
[0018]所示机器100能够在高速、长途行进以及重负载操作之间交替。例如，机器100可包括地面接合工具(如铲板102)，该地面接合工具可以被动力式调整，用于铲平工作表面或使其平滑。机器100悬置在地面接合推进装置(例如可以朝向机器的前方或后方设置的轮子)上。在其他机器实施例中，替代推进装置104可以包括连续履带、传送带、推进器等。为了相对于地面推进并引导机器，可动力式驱动至少一组推进装置以旋转，和/或另外一组可由操作者在其上、远程地转向，或由另一个控制方案进行转向。
[0019]用于驱动推进装置和/或所附接的工具的动力可由动力源106提供，该动力源有时被称作原动机，其设置在机器上。动力源106的合适示例是内燃发动机(如压缩点火式柴油发动机)，其燃烧烃基燃料或另外一种易燃燃料源，以将其中的潜在能量或化学能转换成可用于其他作业的机械动力。其他合适类型的动力源106包括火花点火式汽油发动机、涡轮机、混合发动机、太阳能动力发动机等。为了将动力源106产生的机械动力传递到推进装置104中，该机器100可以包括可操作地连接动力源和推进装置的传动系108。为了对动力源的速度和/或扭矩输出进行调节，可以将CVT 110设置在传动系108中间。传动系108还可包括各种轴、离合器、差速器，及用于传送动力并协助机器操作的其他装置。另外，一个或多个动力输出装置(PTOs)可以与传动系108直接或间接地接合，以将一部分动力重新引导或重新传递给辅助装置(例如动力致动的铲板102)。
[0020]为了引导机器100的操作，配置成容纳操作者的操作站112可以设置在机器上或远程地设置在允许可视命令越过操作环境的位置中。参照图2，操作者可以利用其进行相互作用以操纵和操作机器100的各种控制装置或输入装置114可以接入操作站112内。图2所示的控制装置和/或输入装置仅通过示例给出，并且可包括不同实施例中的不同装置。例如，为了操纵或控制机器的方向，可以将第一控制杆或操纵杆120以及第二操纵杆122设置到操作站112的任一侧。操作者可以抓紧并操控操纵杆120，122，以对机器及其工具的运行进行调节。例如，第一操纵杆120可以控制转向，而第二操纵杆122可以控制工具。在其他实施例中，可以包括方向盘或其他适当类型的控制装置。
[0021 ] 在所示的实施例中，控制装置可包括一个或多个铰接踏板，所述铰接踏板朝向地板设置，操作者可以用脚部踩下或松开踏板进行调节。操作者可以通过一定范围的位移来踩下或松开踏板，从而让机器发出期望的反应。例如，为了控制或调节机器的速度或推进力，踏板可以包括第一踏板130，所述第一踏板朝向操作站112的右侧定位，可以作为油门踏板。通过调节第一踏板130，操作者可以指示期望使机器加速或减速，从而提高或降低机器速度或速率。操作者还可以通过以固定调节保持踏板相对于地面指示期望保持机器恒定速度或动力输出。第二踏板132的功能是接合和/或模拟离合器。如下所述，操作者可以调节第二踏板132，以实现CVT与传动系的其他部分的直接接合或分离。另外，操作者可以通过将第二踏板调节到完全踩下和完全松开之间的中间程度引导并调节影响动力传递速率的“打滑”，从而通过动力系传递总转动动力的仅一部分。中间定位的第三踏板134可以致动制动器，以降低机器的速度或停止机器。在其他实施例中，除了踏板以外，还可以使用操纵杆等控制装置或输入装置来调节机器的速度，这些装置可看作是速度控制油门。
[0022]操作站还可包括输入装置、控制装置以及关于CVT的运行的指示器，所述CVT可以设置在传动系中以将动力传输到动力源和推进装置之间。例如，为了改变机器的方向，在适当的可用位置(比如在第一操纵杆120上)设置触发器或开关形式的前进档-空档-倒档(F-N-R)选择器163。触发F-N-R选择器136可以改变CVT的接合或运行，使得旋转输出向前或向后推进机器，或可以使其与CVT分离，使得机器处于空档状态。如果CVT被配置成用于模拟多个虚拟齿轮的虚拟齿轮方法，该操作站112可包括滚轮开关或滑动开关形式的虚拟齿轮移位器138。触发或移位虚拟齿轮移位器138，可引起或模拟邻近虚拟齿轮比之间的切换。可以包括各种其他类型的开关、旋转按钮、拨盘、操纵杆等。其他控制功能可以包括例如油门锁死、点火、作业工具控制等。在其他实施例中，控制装置以及操作