專利名稱：用于無級變速傳動裝置的電子控制器及無級變速傳動裝置的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無級變速裝置(CVT，連續(xù)可變傳動裝置)的控制。本發(fā)明尤其但非排 他地適用于低車速下的機(jī)動車無級變速傳動裝置的控制。
背景技術(shù)：
CVT通常包括被稱為“變速器(variator)，，的單元，該變速器具有旋轉(zhuǎn)變速器輸 入、旋轉(zhuǎn)變速器輸出、以及用于將動力從一個傳遞到另一個的機(jī)構(gòu)，同時該變速器使得輸出 速度與輸入速度之比(變速比)能夠無級地變化。典型的CVT還包括齒輪裝置(gearing)，變速器借助于該傳動裝置耦接在總體傳 動輸入(例如，車輛發(fā)動機(jī)的驅(qū)動軸)與輸出(例如，車輛的最終驅(qū)動，引向其車輪)之間。 傳動輸出與輸入的速度之比(傳動比)通常與變速比不相同，因為其被齒輪裝置改變了。這種傳動裝置可以包括“分路(shunt，并聯(lián))”齒輪，其通常是外擺線類型的，使得 傳動在其輸入被驅(qū)動的同時能夠提供非常低的、甚至是零的輸出速度。分路裝置具有耦接 于變速器的輸入側(cè)的第一部分、耦接于變速器的輸出側(cè)的第二部分、以及耦接于傳動輸出 的第三部分。通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)計分路傳動裝置，其可以布置成處在特定的變速比，前兩部分的 速度互相抵消，并且傳動輸出因此而固定，即使該傳動輸出保持機(jī)械地耦接于轉(zhuǎn)動的傳動 輸入。傳動提供無限減速的這種情況被稱為“齒輪空檔”(geared neutral) 0齒輪空檔相 對側(cè)上的變速比在傳動輸出處提供相反的轉(zhuǎn)動方向(前進(jìn)和后退，在車輛傳動中)。這種類型的傳動在原理上能夠在持續(xù)不變的且非常低的速度下驅(qū)動機(jī)動車輛，這 是潛在的非常有用的能力。但是，在這種情況下控制變速器會出現(xiàn)問題。在解釋這些問題之前，有必要講講關(guān)于變速器的構(gòu)造和控制的一些情況。圖1和 圖2中示出了環(huán)形軌道滾動牽引型(toroidal-race rolling-traction type)的變速器。 這種類型的變速器本身在現(xiàn)有技術(shù)中是公知的。呈現(xiàn)在這里僅為了示出某些相關(guān)的原理。示出的變速器10具有一對相似的環(huán)形腔12a、12b，每個空腔各自限定在相應(yīng)的輸 入軌道(race) 14a、14b和輸出軌道16a、16b之間。這些軌道安裝成圍繞公共軸線15轉(zhuǎn)動， 該公共軸線在該實例中由變速器軸17限定。輸入軌道/輸出軌道對的面對表面是半環(huán)形凹 陷的(參見圖2中的18，且在圖1中由虛線示出)，并且在每個腔12a、12b內(nèi)是一組在上述 凹陷表面上運(yùn)轉(zhuǎn)的輥子20a、20b。這些輥子用來在輸入軌道與輸出軌道之間傳遞驅(qū)動。在 示出的實例中，每個腔12a、12b均包含三個輥子20a、20b，但是為了簡單起見圖1僅示出了 其中一個輥子。每個輥子各自具有一軸線，在圖1中，所述軸線垂直于紙面并以22a、22b示 出，并且每個輥子各自安裝在軛狀物(yoke)24a、24b中，以便圍繞其軸線轉(zhuǎn)動。兩個輸出軌 道16a、16b相耦接以一起轉(zhuǎn)動。在示出的實例中，通過軸17進(jìn)行這種耦接，這兩個輸出軌 道例如通過花鍵(未示出)都安裝在該軸上。兩個輸入軌道還例如通過軸套26相耦接以 一起轉(zhuǎn)動，但它們能夠獨(dú)立于軸17而轉(zhuǎn)動，它們通過軸承(未示出)安裝于該軸上。在該 實例中，軸套26承載皮帶輪或齒輪29，所述皮帶輪或齒輪與皮帶或鏈條(未示出)嚙合以
4形成變速器輸出。施加如由箭頭28所示的力，以推進(jìn)軌道14a、14b、16a、16b與輥子嚙合， 并因此提供輥子/軌道牽引。當(dāng)軸17和承載在其上的輸入軌道14a、14b被驅(qū)動而轉(zhuǎn)動時，它們使得輥子20a、 20b圍繞它們的軸線旋轉(zhuǎn)，并且這些輥子驅(qū)動輸出軌道16a、16b。以這種方式，變速器傳遞 驅(qū)動。這些輥子能夠運(yùn)動，以無級地改變變速比。在示出的實例中，每個輥子的軛狀物 24a,24b通過活塞桿34a、34b連接至在氣缸38a、38b中運(yùn)行的相應(yīng)活塞36a、36b，以形成液 壓致動器。隨著活塞36a、36b在其氣缸中運(yùn)動，其輥子20a、20b沿著圍繞公共軸線15的圓 形路徑運(yùn)動。還注意到，每個輥子均能夠經(jīng)歷一傾斜運(yùn)動，圍繞傾斜軸線39a、39b轉(zhuǎn)動，上 述傾斜軸線通過其耦接于活塞36a、36b而限定。隨著每個輥子來回運(yùn)動，輥子會經(jīng)受由于 軌道在其上的作用而引起的轉(zhuǎn)向效果，使得輥子自動傾斜以找到這樣一個位置，在該位置 中，輥子軸線22a、22b與軌道的公共軸線15相交。所有的輥子20a、20b都基本上一致地經(jīng) 歷這種運(yùn)動。輥子的傾斜運(yùn)動使得輸入軌道和輸出軌道的相對速度改變，即變速比改變。當(dāng)通過變速器傳遞動力時，軌道在輥子上施加一凈力，這易于使這些輥子沿著它 們的圍繞公共軸線15的圓形路徑運(yùn)動。由于該力圍繞軸線、在離軸線的距離等于所述圓形 路徑的半徑處而作用，所以該力可以表達(dá)為圍繞軸線作用的一力矩(力乘以距離)。該力矩 必須通過致動器36、38來反作用在一固定物體上，諸如變速器的殼體(未示出)。作用在所 有輥子上的這種力矩之和就是反作用在殼體上的總力矩，因此被稱為“反作用力矩”。由軌道施加在每個輥子上的力必須被輥子的致動器36、38施加在輥子上的力直 接平衡(balance，相抵)。因此，通過設(shè)定致動器的力(該力由供應(yīng)每個活塞36a、36b的相 對側(cè)的液壓管線40a、40b之間的壓力差確定)，可直接設(shè)定反作用力矩。此外，反作用力矩必須確切地等于施加于變速器上的凈力矩，即等于作用在變速 器的輸入和輸出上的力矩之和。因此，該值的大小通過控制驅(qū)動力來直接控制。要注意到，圖1和圖2所示的物理系統(tǒng)沒有提供設(shè)定所需變速器速度比(variator speed ratio，變速比)的直接方式。替代地，借助于傳動的物理構(gòu)造，由于變速器的輸入和 輸出處的力矩，變速比的變化自動發(fā)生。為了認(rèn)識這點(diǎn)，可考慮圖3中提供的總體簡化的示 意圖。發(fā)動機(jī)將發(fā)動機(jī)力矩TE施加在傳動輸入側(cè)上。變速器的作用在傳動的該相同側(cè)上 形成力矩TIN。兩者都作用在被稱為變速器輸入的慣量WIN上(由于發(fā)動機(jī)和傳動的轉(zhuǎn)動 部分而產(chǎn)生)。凈力矩TE+TIN作用在慣量WIN上，并且如果凈力矩非零，則使得該慣量加 速。變速比自動改變以適應(yīng)這種加速。在傳動的輸出側(cè)上，力矩TOUT被添加至來自車輛制 動裝置的任一力矩TB和車輪處的、由于牽引斜坡等上的車輛而產(chǎn)生的力矩，以提供作用在 慣量W0UT (該慣量包括車輛自身的慣量、以及最終驅(qū)動等的慣量)上的凈力矩，進(jìn)而確定其 加速。再一次，變速比自動改變以適應(yīng)這種加速。布置成調(diào)整反作用力矩的變速器有時在文字上被稱為“力矩控制的(torque controlled) ”，以區(qū)別于變速比被直接調(diào)整的更傳統(tǒng)的傳動，這種傳動被稱為“比率控制的 (ratio controlled)，，。許多已知的傳動利用液壓-機(jī)械反饋，以實現(xiàn)變速器的比率控制。例如，可以提供 一閥來設(shè)定控制變速器的液壓力，該閥本身(a)通過機(jī)械地連接于其中一個輥子，以感測 其位置，(b)通過代表所要求的比率的機(jī)械輸入信號來控制。該閥用來比較兩個信號，并用來調(diào)節(jié)活塞壓力，以達(dá)到要求的輥子位置。這種系統(tǒng)通常利用在構(gòu)造上與圖1和圖2所示 的變速器有些不同的變速器來實現(xiàn)。在US2003/0228952(Joe等人)中可找到實例。本發(fā) 明不涉及這種類型的傳動。成功的力矩控制傳動通過不得不依賴于在軟件中實施的精密的控制策略，其中 發(fā)動機(jī)力矩需求和變速器反作用力矩以協(xié)調(diào)方式被控制。在已公開的國際專利申請W0 04/085190 (申請?zhí)朠CT/EP04/03293)中可找到實例。為了完整和清楚，圖7以高度簡化的形式示出了完整傳動的一個實例，其包括外 擺線“分路”齒輪布置。機(jī)動車輛的發(fā)動機(jī)E驅(qū)動變速器10的輸入軸17。變速器軸17因 此形成變速器的轉(zhuǎn)動輸入，并且還形成作為整體的傳動的輸入。齒輪系700還將變速器軸 17耦接于外擺線齒輪系706的行星架(planet carrier) 704的軸702。外擺線齒輪系706 的中心齒輪708通過鏈條驅(qū)動710耦接于變速器的輸出軌道16a、16b，它們輸出軌道因此形 成了變速器的轉(zhuǎn)動輸出。外擺線齒輪系706的齒圈(ring gear) 712耦接于形成傳動輸出 的轉(zhuǎn)子714。在圖中，轉(zhuǎn)子714示出為直接耦接于車輪716，但是實際上通常是經(jīng)由驅(qū)動軸、 差動齒輪等進(jìn)行這種耦接。對于傳動的物理設(shè)計和用來控制傳動的方法這兩者而言，穩(wěn)定性都是關(guān)鍵因素。 在沒有適當(dāng)?shù)淖枘岬那闆r下，變速器輥子將經(jīng)歷不期望的振蕩。振蕩的最簡單模式包括所 有輥子圍繞它們的平衡位置一致地運(yùn)動，隨之發(fā)生傳動比變化，車輛乘客在車輛顫動或振 動會經(jīng)歷這種情況。圖1和圖2中示出的這種類型的變速器通常設(shè)有液體阻尼以克服該問題。圖4以 非常示意的形式示出了合適的液體布置。壓力控制閥P1和P2由泵(未示出)供以加壓的 液壓流體。電子控制器50向每個閥發(fā)送相應(yīng)的壓力要求，作為響應(yīng)，每個閥輸出一對應(yīng)的 壓力，并通過關(guān)聯(lián)的供應(yīng)管線S1和S2向變速器活塞36 (圖3中僅示出了一個)的相對側(cè) 進(jìn)行供給。通過控制閥P1和P2，電子控制器控制活塞力，從而控制變速器反作用力矩。但 是，要注意到，供應(yīng)管線S1和S2包含有相應(yīng)的阻尼孔口 01和02。這些孔口形成為供應(yīng)管 線的收縮(constriction)，且通常為邊緣鋒利的孔口，它們的流阻不會隨流體粘性，進(jìn)而隨 溫度而變化很大?；钊\(yùn)動引起了通過這些孔口的流動，并且這種流動在孔口 01和02處 引起趨于抵制活塞運(yùn)動的壓力變化。因此，孔口產(chǎn)生了對抗活塞運(yùn)動且與活塞速度有關(guān)的 力。在諧運(yùn)動(harmonic motion)的傳統(tǒng)分析中，這種術(shù)語被認(rèn)為是提供阻尼，并且這就是 它在本上下文中的效果。還要注意到，液壓裝置具有一定程度的適應(yīng)性。在圖4中，這種適應(yīng)性由蓄電池C1 和C2表示。實際上，同樣地，借助于液壓流體的可壓縮性(液壓流體在使用中會變得稍微 含有空氣)、活塞任一側(cè)上的工作腔室的容積等等，即使不提供這樣的蓄電池也會產(chǎn)生一定 程度的適應(yīng)性。這種適應(yīng)性形成流體流動與上述壓力變化之間的相位滯后。對于變速器穩(wěn) 定性而言，這又是期望的。產(chǎn)品壓力控制閥通常在流動與壓力之間呈現(xiàn)出導(dǎo)引期間(lead term)。通過利用由于適應(yīng)性而產(chǎn)生的滯后期間來消除來自閥的導(dǎo)引期間，示出的液壓回路 防止變速器和閥以不穩(wěn)定的方式互相作用。而且，變速器，甚至是帶有阻尼孔口的變速器， 當(dāng)耦接于車輛驅(qū)動管線時也證實存在潛在的不穩(wěn)定，車輛驅(qū)動管線在本上下文中可認(rèn)為是 扭簧，因為其可以由于“卷起(wind up)”而存儲能量。包括液壓適應(yīng)性使得變速器如同轉(zhuǎn) 動的阻尼器那樣工作。因此變速器阻止動力傳動系統(tǒng)的振蕩，而不是激勵它們。
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不太期望的阻尼效果在于其在閥P1和P2需求的壓力變化之間引起滯后，以及引 起了施加于活塞36的相應(yīng)的壓力變化。這種效果等同于對壓力需求應(yīng)用一低通濾波器，如 圖5所示。虛線表示壓力需求，其在該特定實例中是正弦波，并且僅是為了圖示說明的目 的。實線表示施加于活塞36的實際壓力，可看見該實際壓力滯后于上述需求一滯后時間 T
丄or 為了在低速下提供良好的傳動控制，控制傳動的系統(tǒng)必須能夠?qū)ψ兓臓顟B(tài)快速 反應(yīng)。液壓機(jī)械阻尼使得這成為了問題。例如，假設(shè)對電子控制器編程，以施加閉環(huán)控制來 調(diào)節(jié)傳動。就發(fā)現(xiàn)，由于相位滯后T ，(a)通過電子裝置的快速響應(yīng)閉環(huán)控制與(b)阻尼液 壓機(jī)械系統(tǒng)的組合是潛在不穩(wěn)定的，這可引起正反饋。本發(fā)明的目的正是針對該問題?，F(xiàn)在考慮要求車輛保持低速的一些情況。對于農(nóng)機(jī)車輛，例如拖拉機(jī)，會出現(xiàn)各種 此類情況。當(dāng)犁地時，發(fā)動機(jī)上的負(fù)載主要來自于犁本身，并且根據(jù)土壤的質(zhì)地而變化。希望 維持相當(dāng)輕快的步調(diào)，但這必須在犁遇到堅硬的土壤時使得發(fā)動機(jī)不熄火的情況下進(jìn)行。 維持恒定的地面速度(ground speed)不太重要。在本上下文中土壤表現(xiàn)的有些像粘性流 體。在固定的傳動速度比下，如果發(fā)動機(jī)掙扎運(yùn)轉(zhuǎn)并變慢，則負(fù)載因此降低且避免了發(fā)動機(jī) 熄火。當(dāng)rotivating(使用由拖拉機(jī)的動力來驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)工具處理土壤會減弱，其由發(fā) 動機(jī)通過固定比率的傳動來驅(qū)動，該固定比率的傳動與驅(qū)動車輪的傳動不同)時，發(fā)動機(jī) 負(fù)載大部分由rotivator引起，并且在遇到堅硬土壤時可能使發(fā)動機(jī)變慢。希望的是發(fā)動 機(jī)車輪速度與rotivator速度之比恒定。這可以通過在固定的傳動速度比下操作來提供。有時候，簡單地維持非常低的地面速度是必要的。例如，在水果采集機(jī)將水果 裝載到拖車上時，可以要求拖拉機(jī)很慢地經(jīng)過?？赡苄枰獙⒂糜谇鍧嵉鹊乃畤娚溲b置 (waterblasting arrangement)很慢地牽引經(jīng)過正在被噴射的建筑物。所需的速度可以慢 至30米每小時。提供這種慢的地面速度所需的傳動速度比相當(dāng)?shù)?，以致于沒有顯著的負(fù)載 會施加至發(fā)動機(jī)，因而對于速度調(diào)節(jié)的發(fā)動機(jī)，恒定的傳動比提供了恒定的速度。在所有這些實例中，通過控制傳動來提供恒定的且非常低的傳動比，可以獲得所 要求的結(jié)果。但是，操縱力矩控制的變速器來提供這些會成為問題。再一次，強(qiáng)調(diào)比率控制 的傳動與力矩控制的傳動之間在這方面的不同是很重要的。在前者中，控制電子裝置設(shè)定 所要求的比率，并且液壓裝置(例如，上面提到的閥，響應(yīng)于輥子位置和變速器比率)自動 控制變速器來將其調(diào)節(jié)至該比率。在力矩控制的傳動中，液壓裝置調(diào)節(jié)反作用力矩。如果 反作用力矩沒有被調(diào)節(jié)，則例如在車輛遇到斜坡或其他障礙物，或者來自犁的負(fù)載隨著犁 的升高和降低而改變時，傳動比將改變。為了維持恒定的比率，控制變速器的電子裝置必須 能夠快速地調(diào)節(jié)液壓裝置所要求的反作用力矩。傳動控制系統(tǒng)的嚴(yán)格測試包括在非常低的速度下驅(qū)動車輛經(jīng)過方形梁(比如30 厘米的高和寬)形式的障礙物，其目的在于，在車輛車輪開始爬上梁的前面時維持恒定的 速度，將負(fù)載設(shè)置在動力傳動系上，然后到達(dá)其上面，突然卸載，接著開始從梁的后面爬下， 要求發(fā)動機(jī)突然處于超出狀態(tài)(發(fā)動機(jī)制動)。該試驗對于具有傳統(tǒng)(分級比率)齒輪箱 的拖拉機(jī)而言很簡單，因為傳動比不能波動，并且發(fā)動機(jī)速度可以認(rèn)為是恒定的(由于使 用了具有自己的速度控制器的速度控制柴油機(jī))。對于具有力矩控制的CVT的拖拉機(jī)而言這非常具有挑戰(zhàn)性，其中反作用力矩必須根據(jù)車輪負(fù)載的變化而快速地調(diào)節(jié)，以便維持所 要求的比率。強(qiáng)調(diào)以下方面很重要雖然聯(lián)系農(nóng)業(yè)車輛而設(shè)計了本發(fā)明，但是本發(fā)明還具有與 其他類型車輛相關(guān)的潛在應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種用于包括變速器的無級變速傳動裝置的電子控 制器，該變速器具有耦接于第一變速器軌道的旋轉(zhuǎn)變速器輸入、耦接于第二變速器軌道的 旋轉(zhuǎn)變速器輸出、以及至少一個輥子，所述輥子在所述軌道上運(yùn)轉(zhuǎn)，以將動力從一個軌道傳 遞到另一個軌道，所述輥子是可運(yùn)動的以無級地改變變速比，該變速器還包括至少一個液 壓致動器，所述液壓致動器作用在輥子上，并且作用在變速器軌道上的凈力矩(該凈力矩 的值的大小在下面被稱為反作用力矩)通過液壓驅(qū)動器經(jīng)由輥子傳遞至(refer to)變速 器的殼體，變速器還包括用于向致動器施加至少一個液壓控制壓力的液壓裝置，所述液壓 裝置確定由致動器施加的力，并由此確定反作用力矩，變速器耦接于旋轉(zhuǎn)傳動輸入與旋轉(zhuǎn) 傳動輸出之間，使得傳動比是變速比的函數(shù)，電子控制器適于在一循環(huán)中(in a loop)執(zhí)行 以下步驟測量無級變速傳動裝置的速度比；將測量的速度比與目標(biāo)速度比進(jìn)行比較；基于所述比較來確定傳動輸出力矩需求；考慮速度比，將輸出力矩需求轉(zhuǎn)換成控制壓力需求；求控制壓力需求相對于時間的微分以獲得一補(bǔ)償值，并將該補(bǔ)償值應(yīng)用于控制壓 力需求；以及將所得到的經(jīng)補(bǔ)償?shù)目刂茐毫π枨筝敵鲋烈簤洪y裝置。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種控制包括變速器的無級變速傳動裝置的方法， 該變速器具有耦接于第一變速器軌道的旋轉(zhuǎn)變速器輸入、耦接于第二變速器軌道的旋轉(zhuǎn)變 速器輸出、以及至少一個輥子，所述輥子在所述軌道上運(yùn)轉(zhuǎn)，以將動力從一個軌道傳遞到另 一個軌道，所述輥子是可運(yùn)動的以無級地改變變速比，該變速器還包括至少一個液壓致動 器，所述液壓致動器作用在輥子上，并且作用在變速器軌道上的凈力矩(該凈力矩的值的 大小在下面被稱為反作用力矩)通過液壓致動器經(jīng)由輥子傳遞至變速器的殼體，變速器還 包括用于向致動器施加至少一個液壓控制壓力的液壓裝置，所述液壓裝置確定由致動器施 加的力，并由此確定反作用力矩，變速器耦接于旋轉(zhuǎn)傳動輸入與旋轉(zhuǎn)傳動輸出之間，使得傳 動比是變速比的函數(shù)，所述方法包括在一循環(huán)中執(zhí)行以下步驟測量無級變速傳動裝置的速度比；將測量的速度比與目標(biāo)速度比進(jìn)行比較；基于所述比較來確定傳動輸出力矩需求；考慮速度比，將輸出力矩需求轉(zhuǎn)換成控制壓力需求；求控制壓力需求相對于時間的微分以獲得一補(bǔ)償值，并將該補(bǔ)償值應(yīng)用于控制壓 力需求；以及將所得到的經(jīng)補(bǔ)償?shù)目刂茐毫π枨筝敵鲋烈簤洪y裝置。
盡管簡單且有些意料不到，但該控制器證明是很有效的。具有實施本發(fā)明的控制 器的原型車輛在上面說明的“梁”測試中已經(jīng)表現(xiàn)為勝出，并且對車輪速度提供高度穩(wěn)定的 控制。由控制器測量的速度比可以是傳動比，但在優(yōu)選實施例中，其是變速比。在任一種 情況下，相關(guān)的測量優(yōu)選地包括感測輸入速度和輸出速度。在測量了變速比時，該變速比就 可以轉(zhuǎn)換成在后續(xù)步驟中使用的傳動比。所測量的速度比與目標(biāo)速度比的比較優(yōu)選地包括從一個中減去另一個。確定輸出力矩需求優(yōu)選地由比例積分控制器基于上述比較來執(zhí)行。優(yōu)選地，通過將控制壓力要求的微分(即，控制壓力對于時間的曲線的斜率)乘以 對應(yīng)于液壓裝置中的時間滯后的因數(shù)來獲得補(bǔ)償值。尤其優(yōu)選的是，傳動是這種類型的其包括分路齒輪并且能夠提供齒輪空檔。液壓裝置通常包括布置成將控制壓力輸出至致動器的壓力控制閥，該壓力控制閥 布置成接收經(jīng)補(bǔ)償?shù)目刂茐毫σ蟛⑦m于根據(jù)該要求來調(diào)節(jié)控制壓力。在連接壓力控制閥 和致動器的管道中，優(yōu)選地具有一收縮的孔口，在該孔口上由通流(through-flow)弓丨起了 壓力差。仍然更優(yōu)選地是，液壓裝置包括在閥的輸出壓力的調(diào)節(jié)與致動器接收的壓力變化 之間產(chǎn)生時間滯后的適應(yīng)性(compliance，柔量)。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種包括變速器的傳動系統(tǒng)，該變速器適合并布置 成調(diào)節(jié)變速器反作用力矩，并且該變速器耦接于傳動輸入與傳動輸出之間，以使得傳動比 是變速比的函數(shù)，該傳動系統(tǒng)包括適于以下操作的電子控制器測量無級變速傳動裝置的速度比；將所測量的速度比與目標(biāo)速度比進(jìn)行比較；基于所述比較來確定傳動輸出力矩需求；考慮速度比，將輸出力矩需求轉(zhuǎn)換成控制壓力需求；求控制壓力需求相對于時間的微分以獲得一補(bǔ)償值，并將該補(bǔ)償值應(yīng)用于控制壓 力需求；以及將所得到的經(jīng)補(bǔ)償?shù)目刂茐毫π枨筝敵鲋烈簤洪y裝置。


現(xiàn)在將參照附圖，僅以示例的方式來描述本發(fā)明的具體實施方式
，附圖中圖1是沿相對于變速器的主軸的徑向方向觀察的變速器的簡化示意圖；圖2是相同變速器的透視圖；圖3是表示CVT中的慣量和力矩的簡單示圖；圖4是用于控制變速器的液壓回路的高度簡化的示意圖；圖5是表示控制變速器的液壓裝置中的壓力和壓力要求的時間變化的示圖；以及圖6是表示實施本發(fā)明的控制系統(tǒng)的主要功能性元件的方塊圖；以及圖7是結(jié)合了圖1至圖3的變速器的傳動系統(tǒng)的簡單示意圖。
具體實施例方式圖6中所示的系統(tǒng)110與具有力矩控制變速器(例如圖1至圖4以及圖7中所示的變速器)的CVT—起使用。該系統(tǒng)用來響應(yīng)于所感測的值的大小并根據(jù)來自驅(qū)動器的比 例需求來確定變速器控制變量。在最寬泛的可能的方面，可以認(rèn)為該系統(tǒng)基于傳動比誤差 (艮P，實際傳動比與要求傳動比之間的差)來提供閉環(huán)控制。該系統(tǒng)重復(fù)地測量當(dāng)前的傳動比。在原理上，這可以通過測量傳動輸出速度和傳 動輸入速度并將一個除以另一個來實現(xiàn)。但是，該方法在傳動輸出速度朝零下降時變得不 太有效，并且傳感器噪聲因此會控制所測量的速度。變速器輸出速度在發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時從不 會接近零，于是在本實施例中采用的該方法是基于變速器輸出速度而不是傳動輸出速度來 進(jìn)行比率計算。在圖6中的112處，將所測量的變速器輸出速度(來自傳感器14，其輸出經(jīng) 歷低通濾波器，以降低噪聲)除以所測量的變速器輸入速度(來自傳感器116，類似地經(jīng)由 低通濾波器)。該值的大小基于傳動布局和齒輪比而與傳動比成線性函數(shù)，并且在118處進(jìn) 行相關(guān)的轉(zhuǎn)換，以給出所測量的傳動比。在圖6中的20處，將所測量的傳動比與傳動比的要求值DVR進(jìn)行比較，在本實施 例中該要求值由驅(qū)動器設(shè)定。所得到的誤差(所測量的比率與要求的比率之間的差)被用 作閉環(huán)控制的根據(jù)，提供給PI (比例積分)控制器122，該P(yáng)I控制器確定待施加的作用力 來校正傳動比誤差。PI控制器是公知的。校正作用力是(a)比率誤差乘以第一因數(shù)Kp和 (b)比率誤差的數(shù)值積分乘以第二因數(shù)Ki的和。PI控制器的輸出表示待施加在從動車輪 處的力矩(“車輪力矩”)。回想到，變速器被構(gòu)造成提供對應(yīng)于變速器的活塞36上的壓力差的反作用力矩。 該壓力差是變速器的控制變量。為了計算形成給定的車輪力矩所需的反作用力矩(因此計 算壓力差)，必須考慮當(dāng)前的變速比，該當(dāng)前的變速比已經(jīng)在圖6的步驟112處確定從而是 可用的。功能塊124用來考慮變速比將所需的車輪力矩轉(zhuǎn)換成變速器壓力需求。因此，被施加以校正給定的比率誤差的作用力不僅取決于該誤差(及其時間積 分)，而且取決于當(dāng)前的變速比。從上面的討論回想到，在施加于控制變速器的閥的壓力需求的變化與施加于變速 器的對應(yīng)壓力變化之間存在滯后T 。來自塊124的壓力需求輸出在126處被修改，以補(bǔ)償 該滯后。這通過對壓力需求進(jìn)行數(shù)字微分、將該微分乘以系數(shù)Kt并將所得到的補(bǔ)償值與壓 力需求信號相加而實現(xiàn)。系數(shù)Kt表示由液壓裝置而產(chǎn)生的時間滯后T 。液壓裝置以上述方式將在效果上為低通濾波器的作用應(yīng)用于所要求的變速器壓 力。步驟126處執(zhí)行的操作在效果上是應(yīng)用于壓力需求的高通濾波器。在控制電子裝置中 執(zhí)行的高通濾波補(bǔ)償由液壓裝置造成的低通濾波。該結(jié)果是穩(wěn)定的且具有快響應(yīng)速度的系 統(tǒng)。步驟126的輸出128是變速器的控制變量，并且表示待用來控制與變速器相關(guān)的 閥(例如P1和P2)的壓力需求。這是控制系統(tǒng)的主要輸出。但是，圖6還用來示出控制環(huán) 是如何封閉的。通過液壓裝置進(jìn)行的壓力的有效的低通濾波用塊130表示，并且正是產(chǎn)生 自該過程的壓力作用在變速器上，并因此確定由變速器而產(chǎn)生的反作用力矩，并由此確定 車輪力矩。車輪速度的變化取決于車輪力矩并取決于車輛慣性、地面的坡度、車輪滑行(牽 引)等，如上面參照圖3所說明的，并且圖6中的塊132表示相關(guān)的車輛慣性/阻力。車輪 速度的任何變化都反映在變速器輸出速度的相應(yīng)變化上，但是這兩種速度由于分路齒輪裝 置等(塊134)而不同，并且變速器輸出速度當(dāng)然是因此而封閉的控制環(huán)的輸入之一。
該控制系統(tǒng)電力地實施。在原理上其可以是模擬電子系統(tǒng)。公知的模擬電路可以 用來實施所有的功能——濾波器、加法器等等——并且在過去變速器控制器以這種方式構(gòu) 造。但是，實際上，數(shù)字實施是有利的。適當(dāng)編程的微處理器從傳感器114和116接收輸出 以及驅(qū)動器的比率要求指示，并且在重復(fù)的循環(huán)中計算控制變量(壓力需求)128。
權(quán)利要求
一種用于包括變速器的無級變速傳動裝置的電子控制器，所述變速器具有耦接于第一變速器軌道的旋轉(zhuǎn)變速器輸入、耦接于第二變速器軌道的旋轉(zhuǎn)變速器輸出以及至少一個輥子，所述輥子在所述軌道上運(yùn)轉(zhuǎn)，以將驅(qū)動從一個軌道傳遞到另一個軌道，所述輥子可運(yùn)動以無級地改變變速比，所述變速器還包括至少一個液壓致動器，所述液壓致動器作用在所述輥子上，并且作用在所述變速器軌道上的凈力矩通過所述液壓致動器經(jīng)由所述輥子而傳遞至所述變速器的殼體，所述變速器還包括用于向所述驅(qū)動器施加至少一個的液壓裝置，所述液壓裝置確定由所述驅(qū)動器施加的力，并因此確定所述反作用力矩，所述變速器耦接于旋轉(zhuǎn)傳動輸入與旋轉(zhuǎn)傳動輸出之間，以使得所述傳動比是所述變速比的函數(shù)，所述電子控制器適合于在一循環(huán)中執(zhí)行以下步驟測量所述無級變速傳動裝置的速度比；將測量的速度比與目標(biāo)速度比進(jìn)行比較；基于所述比較來確定傳動輸出力矩需求；考慮所述速度比，將所述輸出力矩需求轉(zhuǎn)換成控制壓力需求；求所述控制壓力需求相對于時間的微分以獲得一補(bǔ)償值，并將所述補(bǔ)償值應(yīng)用于所述控制壓力需求；以及將所得到的經(jīng)補(bǔ)償?shù)目刂茐毫π枨筝敵鲋了鲆簤洪y裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子控制器，其中，所述測量的速度比是變速比。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電子控制器，其中，所述測量的變速比被轉(zhuǎn)換成測量的傳動比。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的電子控制器，其中，所述測量的速度比與目標(biāo)速 度比的比較包括從一個中減去另一個。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的電子控制器，其中，所述輸出力矩需求的確定通 過比例積分控制器基于上述比較來執(zhí)行。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的電子控制器，其中，通過將所述控制壓力需求的 微分乘以對應(yīng)于液壓裝置中的時間滯后的因數(shù)來獲得所述補(bǔ)償值。
7.一種無級變速傳動裝置，結(jié)合有前述權(quán)利要求中任一項所述的電子控制器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的無級變速傳動裝置，其結(jié)合有分路齒輪并且能夠提供齒輪空檔。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的無級變速傳動裝置，其包括布置成將所述控制壓力輸出 至所述致動器的壓力控制閥，所述壓力控制閥布置成接收所述經(jīng)補(bǔ)償?shù)目刂茐毫π枨蟛⑦m 于根據(jù)該需求來調(diào)節(jié)控制壓力。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的無級變速傳動裝置，其中，連接所述壓力控制閥和所述致動 器的管道結(jié)合有一收縮的孔口，在所述孔口上由于通流而產(chǎn)生壓力差。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的無級變速傳動裝置，其中，所述液壓裝置包括在所述閥的 輸出壓力的調(diào)節(jié)與所述致動器接收的壓力的相應(yīng)變化之間形成時間滯后的適應(yīng)性。
12.—種控制包括變速器的無級變速傳動裝置的方法，所述變速器具有耦接于第一變 速器軌道的旋轉(zhuǎn)變速器輸入、耦接于第二變速器軌道的旋轉(zhuǎn)變速器輸出以及至少一個輥 子，所述輥子在所述軌道上運(yùn)轉(zhuǎn)，以將驅(qū)動從一個軌道傳遞到另一個軌道，所述輥子可運(yùn)動 以無級地改變所述變速比，所述變速器還包括至少一個液壓致動器，所述液壓致動器作用在所述輥子上，并且作用在所述變速器軌道上的凈力矩通過所述液壓致動器經(jīng)由所述輥子 傳遞至所述變速器的殼體，所述變速器還包括用于向所述致動器施加至少一個液壓控制壓 力的液壓裝置，所述液壓裝置確定由所述致動器施加的力，并因此確定反作用力矩，所述變 速器耦接于旋轉(zhuǎn)傳動輸入與旋轉(zhuǎn)傳動輸出之間，以使得所述傳動比是所述變速比的函數(shù)， 所述方法包括在一循環(huán)中執(zhí)行以下步驟 測量所述無級變速傳動裝置的速度比； 將測量的速度比與目標(biāo)速度比進(jìn)行比較； 基于所述比較來確定傳動輸出力矩需求； 考慮所述速度比，將所述輸出力矩需求轉(zhuǎn)換成控制壓力需求； 求所述控制壓力需求相對于時間的微分以獲得一補(bǔ)償值，并將所述補(bǔ)償值應(yīng)用于所述 控制壓力需求；以及將所得到的經(jīng)補(bǔ)償?shù)目刂茐毫π枨筝敵鲋了鲆簤洪y裝置。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述輸出力矩需求的確定通過比例積分方法 執(zhí)行。
14.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的方法，其中，所述速度比的測量包括測量所述變速器 的輸入速度和輸出速度。
15.一種用于無級變速傳動裝置的電子控制器，基本上如本文參照附圖6所描述的并 如附圖6中所示的那樣。
16.一種控制無級變速傳動裝置的方法，基本上如本文參照附圖6所描述的并如附圖6 中所示的那樣。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于無級變速傳動裝置的電子控制器，這種類型的無級變速傳動裝置具有變速器(10)，該變速器具有耦接于第一變速器軌道(14a)的旋轉(zhuǎn)變速器輸入(17)以及耦接于第二變速器軌道(16a)的旋轉(zhuǎn)變速器輸出(29)。至少一個棍子在所述軌道上運(yùn)轉(zhuǎn)以將驅(qū)動從一個軌道傳遞至另一個軌道。棍子可運(yùn)動以無級地改變變速比。變速器還包括至少一個液壓致動器(36、38)，該液壓致動器作用于棍子上，并且作用在變速器軌道上的凈力矩通過液壓致動器經(jīng)由棍子被傳遞至變速器的殼體。提供液壓裝置以向致動器施加至少一個液壓控制壓力，其確定由致動器施加的力，并因此確定反作用力矩。變速器耦接在旋轉(zhuǎn)傳動輸入(17)與旋轉(zhuǎn)傳動輸出(714)之間，以使得傳動比是變速比的函數(shù)。電子控制器適于在一循環(huán)中執(zhí)行以下步驟測量無級變速傳動裝置的速度比；將測量的速度比與目標(biāo)速度比進(jìn)行比較；基于所述比較來確定傳動輸出力矩需求；考慮速度比，將輸出力矩需求轉(zhuǎn)換成控制壓力需求；求控制壓力需求相對于時間的微分以獲得一補(bǔ)償值，并將補(bǔ)償值應(yīng)用于控制壓力需求；以及將所得到的經(jīng)補(bǔ)償?shù)目刂茐毫π枨筝敵鲋烈簤洪y裝置。
文檔編號F16H15/38GK101978196SQ200980110158
公開日2011年2月16日 申請日期2009年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月20日
發(fā)明者約翰·威廉·愛德華·富勒 申請人:托羅特拉克(開發(fā))有限公司