СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ БЕССТУПЕНЧАТОЙ КОРОБКОЙ ПЕРЕДАЧ Российский патент 2013 года по МПК F16H61/664 F16H15/38 F16H37/08 

Настоящее изобретение относится к управлению многорежимной бесступенчатой коробкой передач ("CVT").

Бесступенчатая коробка передач обычно включает в себя вариатор. Слово "вариатор" будет использовано в данном документе для ссылки на устройство, которое имеет вращающийся вход и вращающийся выход и которое передает движение от одного элемента к другому с передаточным числом (отношением скорости на выходе к скорости на входе), которое может бесступенчато регулироваться. Многие, если не все, вариаторы имеют некую подвижную деталь передачи момента, которая участвует в передаче движения и позиция которой соответствует передаточному числу вариатора. В случае вариатора хорошо известного типа с тороидальными дорожками качения и роликовым сцеплением ролики служат в качестве подвижных деталей передачи момента. Ролики передают движение от одной дорожки качения с тороидальным углублением к другой, и их движение вызывает изменение наклона ролика, которое связано с изменением передаточного числа вариатора. К подвижной детали передачи момента прикладывается сила для воздействия на его положение и, таким образом, для воздействия на передаточное число вариатора. Таким образом осуществляется управление вариатором.

Бесступенчатые коробки передач часто включают в себя некое устройство в виде муфт (которое в некоторых примерах может быть просто выполнено в виде тормозов) для выбора между двумя или более режимами, расширяя доступный диапазон передаточных чисел.

Управление бесступенчатыми коробками передач обычно выполняется посредством сложного электронного контроллера.

Задачей настоящего изобретения является разработка простой системы для обеспечения координированного управления режимами и передаточным числом вариатора в бесступенчатой коробке передач.

Согласно первому объекту изобретения создана система управления бесступенчатой коробкой передач, содержащая вариатор, сцепление понижающего режима для выборочного включения понижающего режима коробки передач и сцепление повышающего режима для выборочного включения повышающего режима коробки передач, причем система содержит управляющую деталь, перемещаемую пользователем вдоль управляющего пути от конца низкого передаточного числа к концу высокого передаточного числа, положение которой определяет передаточное число вариатора и передаточное число коробки передач, устройство управления сцеплением понижающего режима, которое включает понижающее сцепление, когда управляющая деталь находится между концом низкого передаточного числа его пути и точкой перехода понижающего сцепления, и которое отключает понижающее сцепление, когда управляющая деталь находится между точкой перехода понижающего сцепления и концом высокого передаточного числа ее пути, и устройство управления сцеплением повышающего режима, которое отключает повышающее сцепление, когда управляющая деталь находится между концом низкого передаточного числа ее пути и точкой перехода повышающего сцепления, и которое включает повышающее сцепление, когда управляющая деталь находится между точкой перехода повышающего сцепления и концом высокого передаточного числа его пути.

Предпочтительно как точка перехода понижающего сцепления, так и точка перехода повышающего сцепления находятся в точках управляющего пути, соответствующих синхронному передаточному числу вариатора.

Предпочтительно точка перехода повышающего сцепления находится ближе к концу низкого передаточного числа управляющего пути, чем точка перехода понижающего сцепления, так что когда управляющая деталь расположена между точками перехода, оба сцепления включены.

Предпочтительно точка перехода понижающего сцепления и точка перехода повышающего сцепления одинаковы.

Предпочтительно система содержит конверсор, который преобразует положение управляющей детали в механический сигнал, представляющий требуемое передаточное число вариатора.

Предпочтительно конверсор содержит кулачковую поверхность и следящий элемент, положение которого образует механический сигнал.

Предпочтительно профиль кулачковой поверхности выполнен так, что когда управляющая деталь перемещается от конца низкого передаточного числа к концу высокого передаточного числа ее управляющего пути, следящий элемент смещается кулачковой поверхностью сначала в одном направлении, а потом в противоположном направлении.

Предпочтительно изменение направления движения следящего элемента происходит тогда, когда следящий элемент находится в положении, соответствующем передаточному числу нейтральной передачи вариатора.

Предпочтительно механический сигнал, представляющий требуемое передаточное число вариатора, присоединен к компаратору, который также получает механический сигнал, представляющий действительное передаточное число вариатора, и который обеспечивает механический сигнал, представляющий ошибку передаточного числа вариатора.

Предпочтительно компаратор содержит штангу, присоединенную в первой точке к следящему элементу и во второй точке к соединению с роликами вариатора, причем механический сигнал передается через соединение к штанге между первой и второй точками.

Предпочтительно компаратор управляет клапаном регулирования передаточного числа, выполненным с возможностью приложения гидравлического управляющего давления к вариатору.

Предпочтительно управляющая деталь подвижна в первом направлении для изменения передаточного числа вариатора и во втором направлении для изменения состояний сцеплений повышающего и понижающего режима.

Предпочтительно, управляющий путь имеет:

(a) первую часть, проходящую из конца низкого передаточного числа хода управляющей детали и вдоль первого направления,

(b) вторую часть, проходящую вдоль второго направления, и

(c) третью часть, проходящую вдоль первого направления,

так что перемещение управляющей детали от конца низкого передаточного числа пути к концу высокого передаточного числа вызывает перемещение его вдоль второй части для изменения состояния клапанов и выполнения, таким образом, изменения режима.

Предпочтительно система содержит, по меньшей мере, один клапан, имеющий такое управляемое соединение с управляющей деталью, что его состояние изменяется посредством перемещения управляющей детали вдоль второго направления, причем клапан управляет гидравлическим давлением, подаваемым к, по меньшей мере, одному из сцеплений.

Согласно второму объекту изобретения создана бесступенчатая коробка передач, содержащая управляющую деталь, которая перемещается оператором для установления требуемого передаточного числа, конверсор, содержащий кулачковую поверхность и следящий элемент, подвижный относительно кулачковой поверхности посредством управляющей детали, вариатор, содержащий, по меньшей мере, один ролик, расположенный между парой полутороидально углубленных дорожек качения для передачи движения от одной дорожки качения к другой, причем ролик выполнен подвижным с возможностью регулирования отношения скорости одной дорожки качения к другой, гидравлический привод, имеющий управляющее соединение с роликом для управления его положением, механический компаратор, имеющий (а) первую входную деталь, имеющую управляемое соединение с роликом для перемещения в соответствии с ним, (b) вторую входную деталь, имеющую управляемое соединение со следящим элементом для перемещения в соответствии с ним, и (с) выходную деталь, имеющую управляющее соединение с клапаном управления передаточным числом, причем положение выходной детали определяется относительными положениями двух входных деталей, при этом клапан управления передаточным числом выполнен с возможностью управления приложением гидравлического давления к гидравлическому приводу, посредством чего разница между положением ролика и требуемым передаточным числом коробки передач вызывает приложение гидравлического давления к ролику для его перемещения для обеспечения требуемого передаточного числа вариатора, отличающаяся тем, что управляющая деталь подвижна в первом направлении для изменения передаточного числа вариатора и во втором направлении для изменения состояний сцеплений повышающего и понижающего режима, при этом управляющий путь имеет:

(a) первую часть, проходящую из конца низкого передаточного числа хода управляющей детали и вдоль первого направления,

(b) вторую часть, проходящую вдоль второго направления, и

(c) третью часть, проходящую вдоль первого направления,

так что перемещение управляющей детали от конца низкого передаточного числа пути к концу высокого передаточного числа вызывает перемещение его вдоль второй части для изменения состояния клапанов и выполнения, таким образом, изменения режима.

Конкретные варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны далее только в качестве примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг.1а и 1b - упрощенные иллюстрации вариатора, подходящего для использования при осуществлении настоящего изобретения, причем на фиг.1a опущены некоторые компоненты для упрощения и показан вид вдоль радиального направления, а на фиг.1b показан

вид в перспективе;

Фиг.2а и 2b - упрощенные иллюстрации бесступенчатой коробки передач, подходящей для использования при осуществлении настоящего изобретения;

Фиг.3а - схематичная иллюстрация системы управления вариатором согласно настоящему изобретению;

Фиг.3b и 3с - клапаны управления режимом системы в двух разных состояниях;

Фиг.3d и 3е - клапан нейтрального отключения системы в разных состояниях; и

Фиг.4 - более подробная иллюстрация клапана управления передаточным числом и связанные с ним компоненты системы.

На фиг.1а и 1b показан вариатор 10 хорошо известного типа с тороидальными дорожками качения и роликовым сцеплением. Настоящее изобретение было разработано в связи с бесступенчатой коробкой передач, использующей этот тип вариатора, который особенно хорошо подходит для такой цели, хотя, в принципе, могут использоваться вариаторы других типов.

Вариатор 10 содержит соосно установленные входные и выходные дорожки 12, 14, 12', 14' качения, смежные поверхности 6, 8 которых полутороидально углублены и образуют в целом тороидальные углубления 16, 16', содержащие подвижные детали передачи момента в форме роликов 18, 18'. Вариатор обычно имеет два или три таких ролика, расположенных вокруг каждого углубления 16, 16' через круговые интервалы. Каждый ролик бежит по поверхностям 6, 8 соответствующих дорожек 12, 14 качения и, таким образом, служит для передачи движения от одной дорожки к другой. Ролик 18 может двигаться вперед и назад вдоль кругового направления вокруг общей оси 20 дорожек 12, 14 качения. Он также может совершать прецессионное движение. То есть ось ролика может поворачиваться, изменяя наклон оси ролика к оси диска. В изображенном примере эти движения обеспечены посредством установки с возможностью вращения ролика 18 в держателе 22, присоединенном посредством штока 24 к поршню 26 привода 28. Линия 19 от центра поршня 26 к центру ролика 18 образует ось прецессии, вокруг которой может поворачиваться весь узел. Результатом прецессионного движения ролика является изменение радиуса траектории, проходимой роликом вокруг дорожек 12, 14 качения и, следовательно, изменение передаточного числа вариатора.

Следует отметить, что в этом примере ось 19 прецессии не расположена точно в плоскости, перпендикулярной общей оси 20, а вместо этого наклонена к этой плоскости. Угол наклона на чертеже обозначен "СА" и известен как "продольный угол наклона оси поворота". По мере того как ролик двигается вперед и назад, он следует по круговой траектории с центром на общей оси 20. К тому же, действие дорожек 12, 14 качения на ролик создает крутящий момент, который стремится к удерживанию его на таком наклоне, при котором ось ролика пересекает общую ось 20. Это пересечение осей может быть удержано несмотря на движение ролика вперед и назад вдоль его круговой траектории посредством действующего фактора продольного угла наклона оси поворота. По мере того как ролик двигается вдоль своей траектории, он также поворачивается под действием дорожек качения, что заставляет его совершать прецессионное движение так, чтобы удерживать пересечение осей. В результате этого положение ролика вдоль его траектории соответствует определенному наклону ролика и, следовательно, определенному передаточному числу вариатора.

Привод 28 получает противодействующие давления гидравлической жидкости через подающие магистрали S1, S2. Сила, созданная, таким образом, приводом 28, поджимает ролик вдоль его круговой траектории вокруг общей оси 20 и в состоянии равновесия сбалансирована силами, приложенными к ролику дорожками 12, 14 качения. Сила, приложенная дорожками качения, пропорциональна сумме крутящих моментов, прилагаемых извне к дорожкам качения вариатора. Эта сумма - входной крутящий момент вариатора плюс выходной крутящий момент вариатора - является эффективным крутящим моментом, которому должны противодействовать крепления вариатора, и обозначается как реактивный момент.

На фиг.2а и 2b проиллюстрирован в очень упрощенной форме один пример двухрежимной коробки передач, подходящей для осуществления настоящего изобретения. Многочисленные различные типы многорежимных бесступенчатых коробок передач известны в данной области техники, и многие из них могут быть использованы при осуществлении настоящего изобретения. Следовательно, несмотря на то что будут описаны конструктивные подробности коробки передач, не следует воспринимать их как ограничивающие объем изобретения.

На чертежах источник вращающей энергии, образованный в этом примере в виде двигателя внутреннего сгорания, обозначен как ENG и приводит в движение дорожки 12, 12' качения вариатора 10. Коробка передач имеет "шунт" - планетарную передачу Е, имеющую водило PC, присоединенное к двигателю через зубчатую передачу G, и солнечную шестерню S, присоединенную к выходным дорожкам 14, 14' качения вариатора. В изображенном варианте осуществления это соединение осуществляется через цепь СНА, хотя в других коробках передач часто используется соосный отбор мощности от выхода вариатора. Планетарные шестерни Р, установленные на водило PC, приводят в движение выходную шестерню А и находятся в зацеплении с солнечной шестерней S. Приводные колеса транспортного средства обозначены W.

Показанная коробка передач может работать в повышающем и понижающем режимах, включаемых посредством сцеплений С_H и С_L повышающего и понижающего режима. Когда включено сцепление С_L понижающего режима, выходная шестерня А шунта Е присоединяется к колесам транспортного средства. Следует отметить, что скорость выходной шестерни А определяется скоростями как водила PC (скорость которого кратна скорости двигателя), так и солнечной шестерни S (скорость которой меняется в зависимости от передаточного числа вариатора). При определенном передаточном числе вариатора ("передаточное число нейтральной передачи") эти скорости сводят на нет друг друга и выходная шестерня А, следовательно, неподвижна. В этом состоянии коробка передач эффективно обеспечивает бесступенчатое снижение скорости, ее выход неподвижен, несмотря на то что она механически присоединена к двигающемуся двигателю. Это состояние обозначается как "нейтральная передача". Только посредством регулирования передаточного числа вариатора, пока коробка передач находится в понижающем режиме, может быть получен диапазон передаточных чисел коробки передач на каждой стороне нейтральной передачи, обеспечивая как передний, так и задний ход транспортного средства.

Отключение сцепления С_L понижающего режима и включение сцепления С_H повышающего режима переводит коробку передач в повышающий режим, делая доступным увеличенный диапазон передаточного числа переднего хода. В этом состоянии только компоненты, показанные на фиг.2b, находятся на пути силового потока между двигателем и колесами. Выход вариатора присоединен к колесам W через отбор мощности СНА и сцепление С_H повышающего режима. Нейтральная передача недоступна в повышающем режиме.

Отношение между передаточным числом вариатора и передаточным числом коробки передач (отношение скорости на выходе коробки передач к скорости на входе коробки передач) различно в двух режимах. В повышающем режиме увеличение передаточного числа вариатора приводит к увеличению общего передаточного числа коробки передач. В понижающем режиме увеличение передаточного числа вариатора приводит к уменьшению общего передаточного числа коробки передач. Это следует учитывать при управлении вариатором.

Передаточные числа зубчатых передач в коробке передач выбираются таким образом, что при некотором передаточном числе вариатора ("синхронное передаточное число"), которое является одним из пределов диапазона передаточного числа вариатора, результатом как повышающего, так и понижающего режима является одинаковое передаточное число коробки передач. Изменения режимов могут плавно выполняться при синхронном передаточном числе, так как переключение не производит изменения передаточного числа, обеспечиваемого коробкой передач в целом.

Система управления, воплощающая настоящее изобретение, будет теперь описана со ссылкой на фиг.3. Система управления служит для выполнения координированного управления (а) гидравлическими управляющими давлениями, прилагаемыми к вариатору и, следовательно, передаточным числом вариатора и (b) гидравлическими управляющими давлениями, прилагаемыми к сцеплениям С_H и С_L повышающего и понижающего режима.

Главный элемент управления водителя образован управляемой пользователем деталью 50, которая в настоящем варианте осуществления образована в виде рукоятки и так будет обозначаться далее, хотя она может иметь другие формы. Рукоятка 50 подвижна продольно вокруг первой оси 52, перпендикулярной плоскости бумаги на фиг.3, и поперечно вокруг второй оси 54, лежащей в плоскости бумаги. Термины "продольно" "поперечно" будут использоваться со ссылкой на перемещение рукоятки только для удобства, и они не обязательно отражают направления перемещения рукоятки относительно транспортного средства. Перемещение рукоятки 50 ограничено сцеплением с профилированным пазом 56 в направляющей пластине 58. Паз имеет первую проходящую продольно часть, которая будет обозначена как зона 60 понижающего режима, и вторую проходящую продольно часть, которая будет обозначена как зона 62 повышающего режима, и зону, проходящую продольно из зоны понижающего режима к зоне повышающего режима, которая будет обозначена как кулиса 64. Также посередине зоны понижающего режима находится поперечное ответвление, обозначенное как нейтральная зона 66.

Перемещая рукоятку 50, водитель выполняет управление как вариатором 10, так и сцеплениями С_H и С_L. В настоящем варианте осуществления водитель может получить любое передаточное число из диапазона коробки передач, включая нейтральную передачу, просто перемещая рукоятку 50.

Тем не менее, система также имеет управляемый пользователем элемент управления отключением момента, образованный в настоящем изобретении в виде педали 68 отключения момента. Опять-таки, этот элемент управления может иметь другие формы, например рычаг, управляемый рукой. Функция педали 68 отключения момента аналогична функции педали сцепления в автомобиле. Управляя ею, пользователь эффективно разъединяет выход коробки передач и двигатель, позволяя ему свободно вращаться. Способ, которым это достигается, будет описан далее.

Передаточное число вариатора и передаточное число, обеспечиваемое коробкой передач в целом, регулируется посредством перемещения рукоятки 50 в продольном направлении. Перемещение рукоятки 50 в ее крайнюю заднюю позицию 70 заставляет вариатор перейти на его наибольшее доступное передаточное число и благодаря действию шунтирующей зубчатой передачи, описанной выше, и с включенным сцеплением С_L понижающего режима заставляет коробку передач в целом перейти на ее максимальную доступную передачу заднего хода. Следовательно, транспортное средство вынуждено двигаться задним ходом. Если рукоятка 50 перемещается вперед, она уменьшает передаточное число вариатора и, таким образом, понижает передаточное число заднего хода всей коробки передач. Когда рукоятка 50 достигает нейтральной зоны 66 (позиции, в которой она показана на фиг.3), коробка передач переходит в нейтральную передачу, то есть ее выход неподвижен так же, как и транспортное средство. Перемещение вперед рукоятки 50 далее вдоль зоны 60 понижающего режима заставляет передаточное число вариатора продолжать понижаться и коробку передач обеспечивать передаточное число прямого хода, которое увеличивается до тех пор, пока рукоятка 50 не достигнет кулисы 64, где передаточное число вариатора является минимальным (что является его синхронным передаточным числом, как объяснено выше), и передаточное число прямого хода коробки передач является максимально доступным в понижающем режиме.

Для дальнейшего перемещения вперед рукоятки 50 она должна быть передвинута через кулису 64. Это заставляет коробку передач претерпевать изменение режима с понижающего на повышающий, как будет объяснено далее.

По мере того как рукоятка далее перемещается вперед вдоль зоны 62 повышающего режима, она заставляет передаточное число вариатора увеличиваться и теперь при включенном сцеплении С_H повышающего режима и выключенном сцеплении С_L понижающего режима заставляет передаточное число всей коробки передач также увеличиваться до тех пор, пока не будет достигнута максимальная передача прямого хода при рукоятке 50 в переднем конце 72 ее хода.

Механизм, посредством которого рукоятка 50 управляет вариатором 10, является гидромеханическим и содержит (а) конверсор, который преобразует положение рукоятки 50 в позиционный сигнал, представляющий требуемое передаточное число вариатора, (b) компаратор, который служит для сравнения действительного передаточного числа вариатора с желаемым передаточным числом вариатора и для создания соответствующего корректирующего сигнала, и (с) регулятор передаточного числа, который получает корректирующий сигнал и в ответ прилагает корректирующую силу к вариатору, чтобы заставить его перейти на желаемое передаточное число. Компаратор и регулятор передаточного числа вместе обеспечивают управление с обратной связью вариатором, чтобы заставить его перейти на значение, предписываемое конверсором. Физическая конструкция этих трех функциональных элементов будет, в свою очередь, описана далее.

Конверсор содержит кулачок 78 и следящий ролик 80. Кулачок 78 поворачивается вокруг первой оси 52, когда рукоятка 50 перемещается в продольном направлении, и следящий ролик, таким образом, смещается. Положение следящего ролика 80 образует механический сигнал, представляющий желаемое передаточное число вариатора.

Использование конверсора необходимо, поскольку взаимоотношение между положением рукоятки и желаемым передаточным числом вариатора является разным в двух режимах, как объяснено выше. В понижающем режиме перемещение вперед рукоятки 50 понижает передаточное число вариатора. В повышающем режиме перемещение вперед рукоятки 50 повышает передаточное число вариатора. На фиг.3 рукоятка 50 показана пунктирными линиями в четырех положениях A-D. Положения А и D рукоятки соответственно представляют максимальное передаточное число заднего хода коробки передач (в понижающем режиме) и максимальное передаточное число переднего хода коробки передач (в повышающем режиме). Оба требуют, чтобы вариатор имел его максимальное передаточное число, и, следовательно, соответствующие радиусы кулачка a и d одинаковы. В показанном варианте осуществления имеется минимальный радиус кулачка. Положение С рукоятки соответствует нейтральной передаче, и радиус кулачка с выбран для обеспечения передаточного числа вариатора при нейтральной передаче. Положение В рукоятки достигается тогда, когда рукоятка 50 находится в кулисе и вариатор имеет его синхронное передаточное число, то есть его минимально доступное значение. Радиус Ь кулачка выбран для обеспечения этого и является максимальным радиусом кулачка в этом примере.

Компаратор в этом варианте осуществления представляет собой простое механическое устройство, и, опять-таки, профессионал сможет разработать другие многочисленные устройства, подходящие для этой цели. Можно использовать штангу 82 компаратора, первый конец которой присоединен к следящему ролику 80 и второй конец которой присоединен к роликам (показанным схематично и обозначенным ссылочной позицией 84 на фиг.3) вариатора 10. В показанном примере присоединение следящего ролика 80 к штанге компаратора осуществляется посредством коленчатого рычага 86, имеющего центр вращения, обозначенный позицией 88. Один конец этого рычага несет следящий ролик 80. Другой его конец соединен со штангой 82 компаратора проволочным соединением 90. Пружина 92 удерживает проволочное соединение 90 в натянутом состоянии и также служит для поджатия следящего ролика 80 к кулачку 78. Средняя точка 94 штанги компаратора присоединена к регулятору передаточного числа, который в этом варианте осуществления выполнен в виде клапана 96 регулирования передаточного числа.

На фиг.4 показан клапан 96 регулирования передаточного числа, золотник которого соединен через тягу 98 со средней точкой 94 штанги компаратора. Впускной канал 100 клапана 96 регулирования передаточного числа соединен с насосом 102 и обеспечивается жидкостью под давлением. Выпускной канал 104 ведет в картер 106 коробки передач. Подающие каналы 108 и 110 ведут к соответствующим магистралям S1 и S2 и, таким образом, к противоположным сторонам поршней 26, управляющих роликами вариатора (в этом отношении смотри снова фиг.1). Клапан имеет среднее положение, в котором он закрывает все каналы, положение подачи S1, в котором магистраль S1 соединена с насосом 102 и магистраль S2 выпущена в картер 106, и положение подачи S2, в котором подающая магистраль S2 находится под давлением от насоса 102, пока магистраль S1 выпущена в картер 106. Срабатывание клапана является пропорциональным. То есть степень открытия его каналов изменяется непрерывно с положением его золотника.

Представим, что произойдет, если возникнет несоответствие между (а) передаточным числом, предписываемым пользователем посредством рукоятки 50 и конверсора, и (b) действительным передаточным числом вариатора. Предположим, например, что несоответствие возникает из-за того, что рукоятка 50 перемещается (оно может также возникнуть, потому что передаточное число слегка отклоняется от требуемого значения) таким образом, что заставляет первый конец штанги 82 компаратора перемещаться вправо, как показано. Если мы предположим, что второй конец штанги 82 компаратора неподвижен, тогда средняя точка штанги также должна перемещаться вправо, вызывая регулирование клапана 96 регулирования передаточного числа. Таким образом, давления в S1 и S2 регулируются, стремясь привести передаточное число вариатора к желаемому значению, результатом чего является перемещение влево второго конца штанги компаратора до тех пор, пока не будет достигнуто желаемое передаточное число и золотник клапана 96 регулировки передаточного числа не восстановит свое среднее положение. Результатом является обеспечение управления с обратной связью передаточным числом вариатора.

Система управления вариатором должна управлять срабатыванием сцеплений С_H и С_L коробки передач. А именно:

i. в то время как рукоятка 50 находится в зоне 60 понижающего режима и пользователь не отключил коробку передач, сцепление С_L понижающего режима должно быть включено, а сцепление С_H повышающего режима должно быть выключено;

ii. в то время как рукоятка 50 находится в зоне 62 повышающего режима и пользователь не отключил коробку передач, сцепление С_H повышающего режима должно быть включено, а сцепление C_L понижающего режима должно быть выключено;

iii. по мере того как коробка передач проходит через синхронное передаточное число, должен управляться переход от включения сцепления понижающего режима к включению сцепления повышающего режима, или наоборот.

В варианте осуществления, показанном на фиг.3, существует точка в перемещении рукоятки 50, обозначенная как точка перехода понижающего сцепления (LCTP), перемещение через которую заставляет состояние понижающего сцепления изменяться из включенного на выключенное, когда рукоятка перемещается вперед, и из выключенного на включенное, когда рукоятка перемещается назад. Также рукоятка имеет точку перехода повышающего сцепления (НСТР), перемещение через которую заставляет состояние повышающего сцепления изменяться из выключенного на включенное, когда рукоятка перемещается вперед, и из включенного на выключенное, когда рукоятка перемещается назад. Как LCTP, так и НСТР находятся у положений рукоятки, соответствующих нейтральной передаче. Они, в принципе, могли бы совпадать таким образом, чтобы два сцепления изменяли состояние одновременно, хотя в настоящем варианте осуществления LCTP находится в более переднем положении рукоятки, чем НСТР. Следовательно, предстоящее сцепление включается перед тем, как предыдущее сцепление выключается. Это возможно, потому что изменение режима происходит при синхронном передаточном числе.

В показанном варианте осуществления изменение режима происходит, когда рукоятка 50 перемещается через кулису 64. В результате этого водитель предупреждается о том, что происходит изменение режима, что может быть желательным. Поперечное положение рукоятки 50 управляет сцеплениями посредством клапанов 112, 114 повышающего и понижающего сцепления, золотники которых присоединены к рукоятке 50 и перемещаются посредством ее поперечного перемещения.

Каждый из клапанов 112, 114 повышающего и понижающего сцепления имеет подающий канал 116_Н, 116_L сцепления, ведущий к соответствующему сцеплению С_H и C_L, выпускной канал 118_H, 118_L сцепления, ведущий к картеру 106, и впускной канал 120_H, 120_L, соединенный с насосом (которым может быть тот же насос 102, что используется для подачи управляющего давления вариатора) для подачи гидравлической жидкости под давлением.

Когда коробка передач находится в повышающем режиме, рукоятка 50 находится в зоне 62 повышающего режима и, следовательно, в поперечном положении, видимом на фиг.3b. Сцепление С_L понижающего режима выпускается через клапан 114 понижающего сцепления, в сцепление С_H повышающего режима подается давление через клапан 112 повышающего сцепления, и, таким образом, включено только сцепление С_H повышающего режима. Когда коробка передач находится в понижающем режиме, рукоятка 50 находится в зоне 60 понижающего режима и, следовательно, в поперечном положении, видимом на фиг.3с. Сцепление повышающего режима выпущено. Сцепление понижающего режима находится под давлением и, таким образом, включено. Поперечное перемещение рукоятки 50, требуемое для перехода из одного состояния в другое, может быть осуществлено только тогда, когда рукоятка находится в кулисе 64 и коробка передач, таким образом, имеет синхронное передаточное число.

В обычном автомобиле с ручной коробкой передач для водителя предусмотрена педаль сцепления, гидравлически присоединенная к сцеплению, соединяющему двигатель и коробку передач таким образом, что нажатие на педаль сцепления отсоединяет двигатель и позволяет транспортному средству свободно катиться. Педаль 68 отключения момента выполняет отчасти такую же функцию, хотя работает иным образом.

В типе коробки передач, показанном на фиг.2, существует, в принципе, два способа оперативного отсоединения колеса транспортного средства от двигателя. Первый заключается в отключении обоих сцеплений С_H, С_L. Второй заключается в выпуске давлений в подающих магистралях S1 и S2. Когда эти давления выпущены, поршень 26 не может приложить никакой силы к роликам 18 вариатора (в этом отношении см. фиг.1). Следовательно, вариатор 10 тогда не может поддерживать реактивный момент. В этом состоянии вариатор автоматически переходит на передаточное число, определенное относительными скоростями двигателя и колес транспортного средства. Колеса физически не отсоединены от двигателя, но могут свободно вращаться, потому что вариатор не может прикладывать к ним момент. Этот способ работы будет обозначен как "отключение реактивного момента".

На фиг.3 показан клапан 124 отключения реактивного момента, представляющий собой пропорциональный клапан, управляемый пользователем посредством механического присоединения к элементу 68 управления отключения момента. Клапан 124 отключения реактивного момента работает в связи с блокировочным клапаном 126, золотник которого подвергается воздействию управляющего давления, заимствованного из сцепления C_L понижающего режима, как показано стрелкой 128.

Когда коробка передач находится в понижающем режиме, блокировочный клапан 126, таким образом, поддерживается в состоянии, в котором он соединяет каналы а и b клапана 124 отключения реактивного момента. Каналы с и d клапана 124 отключения реактивного момента соответственно соединены с подающими магистралями S1 и S2. Пока коробка передач находится в понижающем режиме, приведение в действие водителем педали 68 отключения момента открывает клапан 124 отключения реактивного момента и обеспечивает проход между подающими давление магистралями S1 и S2. Когда этот клапан полностью открыт, давления в S1 и S2, по меньшей мере, по существу выравниваются, что обеспечивает функцию отключения реактивного момента. Может поддерживаться некая разница давлений, обеспечивающая некоторую степень "момента медленного движения". Также клапан 124 отключения реактивного момента является пропорциональным клапаном, так что водитель может частично нажимать на педаль 68 отключения момента для установления промежуточного уровня крутящего момента колес так же, как с обычным управлением сцеплением.

Водитель, знакомый с ручной коробкой передач, возможно, заставит транспортное средство остановиться посредством нажатия на педаль 68 отключения момента и приведя в действие тормоза. Это не создает трудностей при условии, что коробка передач находится в понижающем режиме. Когда транспортное средство останавливается, коробка передач переводится в состояние нейтральной передачи. Тем не менее, если транспортное средство находится в повышающем режиме, отключение реактивного момента вариатора не позволит водителю остановить транспортное средство, так как повышающий режим не предусматривает состояние нейтральной передачи. Иначе говоря, вариатор достигнет конца его диапазона передаточного числа перед тем, как транспортное средство остановится.

В повышающем режиме блокировочный клапан 126 рассоединяет каналы а и b клапана 124 отключения реактивного момента, делая этот клапан недействующим. Таким образом, отключение реактивного момента невозможно в повышающем режиме. Вместо этого, отключение момента обеспечивается управлением сцепления С_H повышающего режима. В этом отношении следует отметить, что выход давления из клапана 112 повышающего сцепления не соединен напрямую со сцеплением повышающего режима, а вместо этого ведет к модуляционному клапану 130 повышающего сцепления, который, в свою очередь, управляется посредством механического присоединения к педали 68 отключения момента, нажатие на которую приводит к выпуску сцепления повышающего режима в картер. Следовательно, посредством нажатия педали 68 пользователь отключает сцепление С_H повышающего режима и, таким образом, отсоединяет двигатель от колес.

Пользователю не обязательно использовать педаль отключения момента для того, чтобы остановить транспортное средство. Он может, в качестве альтернативы, использовать рукоятку 50, чтобы перевести коробку передач на нейтральную передачу, что в настоящем варианте осуществления может быть выполнено легко и просто посредством перемещения рукоятки поперечно в нейтральную зону 66. Тем не менее, если положение рукоятки, предписываемое нейтральной зоной 66, слегка отличается от положения, требуемого для достижения нейтральной передачи (например, вследствие немного неточной настройки), то результатом этого может быть, в принципе, непреднамеренное приложение большого момента к колесам транспортного средства. Во избежание каких либо подобных трудностей изображенная система выполнена с возможностью отключения реактивного момента вариатора, когда рукоятка 50 перемещается в нейтральную зону 66. Это достигается посредством использования клапана 132 нейтрального отключения, имеющего соответствующие каналы, соединенные с подающими магистралями S1 и S2. Как подтверждает изучение фиг.3, 3d и 3е, пока рукоятка 50 находится в любой из ее зон "движения": зона 62 повышающего режима, зона 60 понижающего режима и кулиса 64, клапан 132 нейтрального отключения закрывает упомянутые каналы и не воздействует на работу коробки передач. Когда рукоятка 50 перемещается в нейтральную зону 66, эти каналы открываются для выпуска подающих магистралей S1 и S2, отключая реактивный момент вариатора.

Изобретение относится к механическому устройству для управления многорежимной бесступенчатой коробкой передач. Коробка передач содержит вариатор (10) и зубчатый перебор, включающий в себя сцепление (С_L) понижающего режима и сцепление (С_H) повышающего режима. Включение сцепления понижающего режима приводит коробку передач в понижающий режим. Включение сцепления повышающего режима приводит ее в повышающий режим. Система управления содержит управляющую деталь (такую, как рукоятка), которая может перемещаться пользователем вдоль управляющего пути от конца низкого передаточного числа к концу высокого передаточного числа. Кроме того, система содержит устройство управления сцеплением понижающего режима, которое включает понижающее сцепление, когда управляющая деталь находится между концом низкого передаточного числа его пути и точкой перехода понижающего сцепления, и которое отключает понижающее сцепление, когда управляющая деталь находится между точкой перехода понижающего сцепления и концом высокого передаточного числа ее пути. Она дополнительно включает в себя устройство управления сцеплением повышающего режима, которое отключает повышающее сцепление, когда управляющая деталь находится между концом низкого передаточного числа ее пути и точкой перехода повышающего сцепления, и которое включает повышающее сцепление, когда управляющая деталь находится между точкой перехода повышающего сцепления и концом высокого передаточного числа его пути. Достигается упрощение системы управления вариатором. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Система управления бесступенчатой коробкой передач, содержащая вариатор, сцепление понижающего режима для выборочного включения понижающего режима коробки передач и сцепление повышающего режима для выборочного включения повышающего режима коробки передач, отличающаяся тем, что она содержит управляющую деталь, перемещаемую пользователем вдоль управляющего пути от конца низкого передаточного числа к концу высокого передаточного числа, и положение которой определяет передаточное число вариатора и передаточное число коробки передач, устройство управления сцеплением понижающего режима, которое включает понижающее сцепление, когда управляющая деталь находится между концом низкого передаточного числа его пути и точкой перехода понижающего сцепления, и которое отключает понижающее сцепление, когда управляющая деталь находится между точкой перехода понижающего сцепления и концом высокого передаточного числа ее пути, и устройство управления сцеплением повышающего режима, которое отключает повышающее сцепление, когда управляющая деталь находится между концом низкого передаточного числа ее пути и точкой перехода повышающего сцепления, и которое включает повышающее сцепление, когда управляющая деталь находится между точкой перехода повышающего сцепления и концом высокого передаточного числа его пути.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что как точка перехода понижающего сцепления, так и точка перехода повышающего сцепления находятся в точках управляющего пути, соответствующих синхронному передаточному числу вариатора.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что точка перехода повышающего сцепления находится ближе к концу низкого передаточного числа управляющего пути, чем точка перехода понижающего сцепления, так что когда управляющая деталь расположена между точками перехода, оба сцепления включены.

4. Система по п.1, отличающаяся тем, что точка перехода понижающего сцепления и точка перехода повышающего сцепления одинаковы.

5. Система по п.1, отличающаяся тем, что она содержит конверсор, который преобразует положение управляющей детали в механический сигнал, представляющий требуемое передаточное число вариатора.

6. Система по п.5, отличающаяся тем, что конверсор содержит кулачковую поверхность и следящий элемент, положение которого образует механический сигнал.

7. Система по п.6, отличающаяся тем, что профиль кулачковой поверхности выполнен так, что когда управляющая деталь перемещается от конца низкого передаточного числа к концу высокого передаточного числа ее управляющего пути, следящий элемент смещается кулачковой поверхностью сначала в одном направлении, а потом в противоположном направлении.

8. Система по п.7, отличающаяся тем, что изменение направления движения следящего элемента происходит тогда, когда следящий элемент находится в положении, соответствующем передаточному числу нейтральной передачи вариатора.

9. Система по любому из пп.5-8, отличающаяся тем, что механический сигнал, представляющий требуемое передаточное число вариатора, присоединен к компаратору, который также получает механический сигнал, представляющий действительное передаточное число вариатора, и который обеспечивает механический сигнал, представляющий ошибку передаточного числа вариатора.

10. Система по п.9, отличающаяся тем, что компаратор содержит штангу, присоединенную в первой точке к следящему элементу и во второй точке к соединению с роликами вариатора, причем механический сигнал передается через соединение к штанге между первой и второй точками.

11. Система по п.9, отличающаяся тем, что компаратор управляет клапаном регулирования передаточного числа, выполненным с возможностью приложения гидравлического управляющего давления к вариатору.

12. Система по любому из пп.1-8, 10 или 11, отличающаяся тем, что управляющая деталь подвижна в первом направлении для изменения передаточного числа вариатора и во втором направлении для изменения состояний сцеплений повышающего и понижающего режима.

13. Система по п.12, отличающаяся тем, что управляющий путь имеет:
(a) первую часть, проходящую из конца низкого передаточного числа хода управляющей детали и вдоль первого направления,
(b) вторую часть, проходящую вдоль второго направления, и
(c) третью часть, проходящую вдоль первого направления, так что перемещение управляющей детали от конца низкого передаточного числа пути к концу высокого передаточного числа вызывает перемещение его вдоль второй части для изменения состояния клапанов и выполнения, таким образом, изменения режима.

14. Система по п.12, отличающаяся тем, что она содержит, по меньшей мере, один клапан, имеющий такое управляемое соединение с управляющей деталью, что его состояние изменяется посредством перемещения управляющей детали вдоль второго направления, причем клапан управляет гидравлическим давлением, подаваемым к, по меньшей мере, одному из сцеплений.

15. Бесступенчатая коробка передач, содержащая управляющую деталь, которая перемещается оператором для установления требуемого передаточного числа, конверсор, содержащий кулачковую поверхность и следящий элемент, подвижный относительно кулачковой поверхности посредством управляющей детали, вариатор, содержащий, по меньшей мере, один ролик, расположенный между парой полутороидально углубленных дорожек качения для передачи движения от одной дорожки качения к другой, причем ролик выполнен подвижным с возможностью регулирования отношения скорости одной дорожки качения к другой, гидравлический привод, имеющий управляющее соединение с роликом для управления его положением, механический компаратор, имеющий (а) первую входную деталь, имеющую управляемое соединение с роликом для перемещения в соответствии с ним, (b) вторую входную деталь, имеющую управляемое соединение со следящим элементом для перемещения в соответствии с ним, и (с) выходную деталь, имеющую управляющее соединение с клапаном управления передаточным числом, причем положение выходной детали определяется относительными положениями двух входных деталей, при этом клапан управления передаточным числом выполнен с возможностью управления приложением гидравлического давления к гидравлическому приводу, посредством чего разница между положением ролика и требуемым передаточным числом коробки передач вызывает приложение гидравлического давления к ролику для его перемещения для обеспечения требуемого передаточного числа вариатора, отличающаяся тем, что управляющая деталь подвижна в первом направлении для изменения передаточного числа вариатора и во втором направлении для изменения состояний сцеплений повышающего и понижающего режима, при этом управляющий путь имеет: (а) первую часть, проходящую из конца низкого передаточного числа хода управляющей детали и вдоль первого направления, (b) вторую часть, проходящую вдоль второго направления, и
(с) третью часть, проходящую вдоль первого направления,
так что перемещение управляющей детали от конца низкого передаточного числа пути к концу высокого передаточного числа вызывает перемещение его вдоль второй части для изменения состояния клапанов и выполнения, таким образом, изменения режима.