V型帶式無級變速器打滑檢測系統及其檢測方法

專利名稱：V型帶式無級變速器打滑檢測系統及其檢測方法
技術領域：
本發明涉及一種無級變速器檢測系統及其檢測方法，具體的說是V型帶式無級變
速器打滑檢測系統及其檢測方法。
背景技術：
目前獲得實際應用的無級變速器主要有兩類靠剛性轉動體接觸的摩擦力傳遞動 力的"牽引傳動式"(Traction Drive)和靠撓性的帶或鏈與帶輪的摩擦力傳遞動力的"帶 傳動式，，(Belt Drive)。對于牽弓l傳動式的CVT (Continuously Variable Transmission, CVT)而言，盡管以其平穩的駕駛性和良好的加速動力性深受好評，但由于其制造成本較高， 有很多技術問題沒有徹底解決，包括GM在內的許多公司最終放棄了這種CVT的開發，因此 以前應用還不普遍，僅限應用在高級轎車和體育賽車上。 在汽車技術不斷變革的過程中，隨著各種關鍵技術不斷得到解決，帶傳動式CVT 取得了很大的發展。早期的帶傳動式無級變速器采用的是橡膠帶，由于在高傳動比時帶的 支撐不連續，導致帶在支撐上滑動，從而使帶所受的壓力增大，最終導致了帶的磨損加劇， 影響了帶的使用壽命。因此，現在的帶傳動式無級變速器采用金屬鏈式或金屬帶式，而這兩 種CVT比較起來，由于結構方面的因素，使金屬帶式無級變速傳動在傳動帶壽命、工作可靠 性、傳動效率及運轉噪音等方面均優于金屬鏈式無級變速傳動。 V型帶式CVT是現在使用最多的一種無級變速器，它是一種通過摩擦傳遞動力的 無級變速器。它由成V型槽的主動錐輪、從動錐輪，以及V型傳動帶構成。主、從動錐輪均 為組合結構，一端固定，另一端可軸向移動。調節兩錐輪的軸向作用力(位置)，V型傳動帶 即在主、從動錐輪間徑向移動，主、從動錐輪的作用半徑發生變化，從而實現傳動傳動比的 無級改變。 在V型帶式無級變速器中，扭矩主要依靠V型帶與帶輪之間的摩擦力來傳遞。在 汽車運行中，要盡量保證兩者間沒有相對滑動。否則，不僅會使得動力傳遞效率大大降低， 而且還增大了帶與帶輪間的磨損，縮短了變速器的使用壽命，甚至導致嚴重事故的發生。所 以，V型帶與帶輪的打滑是這種變速器必須避免的惡劣情況。 V型帶式無級變速器中發生打滑現象的情況有兩種第一種是在帶輪夾緊力過小 時，由于V型帶與帶輪間摩擦力減小，導致不能提供足以帶動從動輪轉動的扭矩而發生打 滑；第二種是在帶輪夾緊力過大時，由于V型帶與帶輪間摩擦力過大且帶輪存在一定的錐 角，導致由夾緊力產生的摩擦力超過了V型帶與帶輪間的最大靜態摩擦力而發生打滑。
最理想的情況是，將夾緊力設定在有一點滑移(這種滑移不屬于明顯的滑移，是 由于V型帶金屬片間隙的張合導致的)，使該滑移在能夠傳遞最大扭矩的范圍內。但由于目 前在研發無級變速器時對摩擦的研究屬于世界難題，想找到這樣理想范圍很困難。所以通 常采用的方法是在計算出理論上所需夾緊力的基礎上乘以一個安全系數，保證不會由于夾 緊力過小而發生打滑。 在中國專利公開號CN 1653284A中，提出了一種利用輸入軸轉速和輸出軸轉速的變化以及兩者相關性來檢測無級變速器打滑的系統和方法。在該系統中，使用轉速傳感器 獲得輸入軸和輸出軸的轉速，經計算，得到兩者轉速的相關系數，把相關系數與參考值進行 比較，來判斷無級變速器中傳動部件是否打滑，該系統和方法比較復雜，系統計算量較大， 由于相關系數的變化區間僅為(0， 1]，對系統計算精度要求較高。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對以上現有技術存在的缺點，提出一種無需增 添專用傳感器即可在V型帶式無級變速器發生打滑時實行實時檢測并對打滑進行控制的V 型帶式無級變速器打滑檢測系統及其檢測方法。
本發明解決以上技術問題的技術方案是
V型帶式無級變速器打滑檢測系統，包括 傳動比方差計算器用于根據獲取一定時間段內多組的輸入軸轉速與輸出軸轉速 對，計算傳動比在該時間段內的方差； 檢測開始判斷器用于將傳動比方差計算器計算出的方差值與預定參考值進行比 較來判斷是否進行打滑檢測； 比較器用于將傳動比方差計算器計算出的方差值與預定參考值作比較； 打滑判斷裝置用于根據傳動比方差計算器計算出的方差值來判斷變速器傳動帶
的打滑。 V型帶式無級變速器打滑檢測檢測方法按以下步驟進行 (1)判斷輸入軸轉速"^和輸出軸轉速"^是否每一個都具有非零值且傳動比保 持恒定，即傳動比方差E是否等于0或者接近于0，即區間為
，若是，則進行下一步驟， 若否，則結束檢測； (2)由變速箱輸入軸與輸出軸的轉速傳感器得到的轉速"p "2，對輸入軸轉速和 輸出軸轉速采n個樣本"lm， "2m，m= 1，2，3. ..n;
(3)計算傳動比im;
(4)計算傳動比方差E; (5)將步驟(4)得到的傳動比方差E與第一預定參考值E1及第二預定參考值E2 進行比較，若E > El，則確定發生了宏觀滑移，則采取相應的控制措施；或E《E2，則確定發 生微觀滑移或末發生滑移，則采取相應的控制措施。 通過將第一預訂參考值和第二預訂參考值設定為一個合適的值，打滑檢測系統能 夠判斷出很小程度的滑移，即微觀滑移，也能判斷出較大的滑移，即宏觀滑移，并進行實時 的控制來響應各種滑移情況。根據安裝有該無級變速器的車輛的工作狀態設定的參考值不 是一個定值，而是隨車輛工作狀態的變化而變化的。 本發明的優點是本發明利用輸入軸轉速傳感器和輸出軸轉速傳感器得到的轉速 信號，計算出在一定時間段內的傳動比方差，根據該方差值對傳動帶的打滑情況進行判斷， 無需增加其它的傳感器。在做出打滑判斷以后，可以對夾緊力施行必要的修正，來防止由于 傳動帶打滑造成對CVT造成的破壞，同時通過控制使傳動帶工作在滑移的臨界狀態，使CVT 的傳動效率提高約3%。


圖1是本發明實施例的CVT動力傳遞路線圖。
圖2是本發明實施例的流程圖。 圖3為某款CVT的傳動帶由正常狀態到發生宏觀滑動狀態的傳動比方差變化圖。
具體實施方式

實施例一 本發明適用的無級變速器的傳遞路線有多種，圖1所示的CVT的傳動路線是其中 一個實施例子。動力由發動機，經換向機構1變成需要的旋轉方向，再經太陽輪傳遞到主動 輪軸，主動輪軸通過主動帶輪2和金屬帶3把動力傳到從動帶輪4上，從動帶輪4連同從 動帶輪軸和固定在從動軸上的減速齒輪等速旋轉，然后動力經中間減速齒輪6進一步減速 后傳到主減速器5，最后動力由差速器分配到兩半軸輸出。整個動力傳遞過程如下動力輸 入——換向機構1——主動帶輪2——金屬帶3——從動帶輪4——中間減速齒輪6——主 減速器/差速器5——動力輸出。 由圖1的傳動路線可知，CVT的主從動工作輪由固定和可動兩部分形成V形槽，與 金屬帶嚙合。當主從動工作輪可動部分作軸向移動時，改變了金屬帶的回轉半徑，從而改變 傳動比。可動輪的軸向移動是根據汽車的使用要求，通過液壓控制系統進行連續地調節，實 現無級變速傳動。 CVT的夾緊力控制是通過控制從動輪缸的油壓來實現的。夾緊力控制的最終目的 是在保證金屬帶能夠可靠的傳遞動力的同時，使系統的傳動效率最高。這是提高CVT傳動 裝置本身的傳動效率和關鍵部件使用壽命的關鍵。 所有以上介紹的控制動作都是通過一系列的電子元器件來執行的。它們包括傳 感器、控制器、液壓閥。在本系統中，傳感器主要有轉速傳感器，壓力傳感器。轉速傳感器用 來處理輸入軸轉速和輸出軸轉速信號并將其傳送給CVT的控制器，壓力傳感器用來處理液 壓系統對帶輪所施加的夾緊力信號并將其傳送給CVT的控制器。控制器主要指的是CVT的 控制單元，即變速器控制單元Transmission ControlUnit，簡稱TCU。其主要作用是對傳感 器信號進行處理，在其內部通過運算和比較，輸出控制動作指令，將指令傳遞給液壓閥。液 壓閥也稱作執行器，它把控制器傳送來的電子信號的變化轉化為液壓力的變化來對控制信 號做出反應。 通常情況下，為了提高燃油經濟性，我們盡可能減小傳動功率的消耗，即將夾緊力 控制在一個較小的范圍，在該范圍內CVT可以穩定傳遞扭矩而不發生打滑。在穩定工況下， 由于車輛運行時的各項參數變化不大甚至很小，而由于這些變化引起的輸入輸出轉矩變化 也很小，不足以引起傳動帶的打滑，所以此時在不發生打滑的范圍內使用較小夾緊力不僅 可以保證車輛的穩定行駛，而且提高了動力傳遞效率。 但當車輛行駛狀況發生突然變化的時候，例如急加速、緊急制動或車輛負載發生 突變時，CVT的帶輪總成上的扭矩會瞬間增大。這時，施加在帶輪上的夾緊力有可能已經無 法滿足扭矩增大的要求，由此，發生滑移的可能性大大增加。本發明的V型帶式無級變速器 打滑檢測系統就是為了避免或減少上述情況，在CVT傳動帶與帶輪發生滑移而瞬時地增大 帶輪夾緊力或者減小發動機的輸出轉矩。控制過程如下。
由變速箱輸入軸與輸出軸的轉速傳感器得到的轉速"v讀取n對轉速信號("lm， " 2J (m = 1 ， 2， 3. . . n)，經計算得到n個傳動比i，即<formula>formula see original document page 6</formula> (1) 然后，通過計算這n個傳動比的方差來判斷傳動比的波動程度。傳動比如果在短
時間內波動很大，說明輸入軸或者輸出軸的轉速發生了突變，即認為發生了滑移。 方差E的計算公式如下
五-"^- (2)
其中T為n個速度i的平均值，即<formula>formula see original document page 6</formula> 由方差公式(2)可以看出，如果傳動比不變或變化不大，則E為O或較小。傳動比不變時即汽車行駛在穩定工況，此時CVT相應的不會發生滑移。傳動比變化不大時即汽車車速平穩上升或下降，處于勻加速或勻減速工況，此時CVT也不會發生滑移。因此在以上兩種情況下，使用方差來考查可以知道汽車沒有發生滑移的情況。如果CVT發生打滑，那么方差值E的變化會很大。 CVT帶傳動機構由于其自身的結構特點，即傳動帶上的金屬片間有一定間隙，因此在旋轉一周時，片間的縫隙有開有合，這樣對于帶和輪來說在傳動過程中還是存在一定的"滑移"。但該滑移是一種有利"滑移"，不會對傳動效率和最大扭矩產生影響，而且這是不可避免的。當傳動扭矩忽然增大時，這種"滑移"會加劇，這時有可能會引起傳動比的波動，導致傳動比方差增大。因此，我們將在這種情況下的方差值定義為E2。 當傳動扭矩忽然增大到超過帶傳動機構所能承受的最大扭矩時，就會發生傳動帶與帶輪之間明顯的相對運動，即我們所常說的滑移。這種滑移會給傳動機構帶來嚴重的磨損、降低其使用壽命，而且也失去了傳遞扭矩的作用，傳動效率明顯降低，還有可能發生危險情況，所以這是我們必須要避免的。我們將帶傳動機構發生明顯滑移時，傳動比方差的臨界點定義為El。 例如，當汽車處于穩定工況，以恒定車速行駛時，由轉速信號"2計算得到的傳動比: <formula>formula see original document page 6</formula>
將上式帶入方差公式中由于
所以 E = 0 當汽車在正常情況下進行變速行駛時，由于設定的采集數據頻率很快而且時間短，因此傳動比在該工況下每次采集數據周期所得到的值可以認為是沒有變化的，即方差為0。而在發生打滑時，傳動比的變化會比正常變速時要劇烈的多。因此，我們就可以根據傳動比的方差值的大小來判斷傳動機構是否發生打滑。 下面是傳動帶與帶輪發生了打滑的情況假設采集8對輸入軸與輸出軸的轉速，則得到8個傳動比值i2、 i3……i8，這8個值不全相等，則 , =j~~^~^-^
8
8 — e 一 — 0 二 (A -"O2 +(!'2 j)2 -7)2
一 8 一 8
根據上式可以看出，如果8個傳動比值變化很大的話，它們的方差值也會很大，因此，可以根據方差E來判斷傳動帶是否發生打滑。 當得到某時間段的方差以后，需進行判斷計算方差E是否等于或大于E1。 El是
作為判斷傳動帶是否發生宏觀打滑或者可能會發生宏觀打滑的參考值。 如果計算方差E等于或大于參考值El，系統即認為傳動帶發生了或將要發生宏觀
打滑，應采取相應的控制措施增大主動輪上的夾緊力、或減小發動機輸出轉矩。控制強度
大小視滑動程度而定。如果計算方差E小于參考值E1，系統則會進行第二次的判斷，即計算
方差E與參考值E2的關系。 參考值E2是一個大于0但小于El的值，將它用來判斷傳動帶是否處于發生較小宏觀滑動或將要發生較小宏觀滑動的參考值。如果計算方差E等于或大于參考值E2，系統將按照宏觀滑動的控制方法進行控制。如果計算方差E小于參考值E2，系統認為傳動帶沒有發生打滑或者沒有發生打滑的趨勢。這時則需要采取非宏觀滑動的控制方法來對傳動比進行控制了。在這種情況下的控制目的主要是為了改善傳動系統的傳動效率，提高燃油經濟性，通常會通過降低主動輪液壓缸的壓力減小在液壓泵處的動力損失。
圖2為本發明的流程圖，用于判斷V型帶式無級變速器發生宏觀滑移的控制過程的一個實例。在該控制過程中，使用了根據獲取一定時間段內多組的輸入軸轉速與輸出軸轉速對來計算傳動比在該時間段內的方差，并根據計算出的方差值與預定參考值進行比較來判斷傳動帶是否打滑。如圖3所示，首先確定安裝有此無級變速器的車輛的行駛狀態是否處于傳動比方差考慮值的范圍內。當輸入軸轉速"^和輸出軸轉速"^每一個都具有非零值且傳動比幾乎保持恒定時，即傳動比方差E等于0或者很小時，將車輛的行駛狀態判定為處于傳動比方差考慮值的范圍內。 若此步作出了否定判斷，則控制過程返回；若此步作出了肯定判斷，則采取輸入軸轉速和輸出軸轉速n個樣本("lm， "J，計算出傳動比im，進而計算出傳動比方差E，將計算出的傳動比方差E與第一預定參考值El及第二預定參考值E2比較來判斷無級變速器中發生的宏觀滑移和微觀滑移，并采取相應的措施來進行實時控制。 圖3所示為某款CVT的傳動帶由正常狀態到發生宏觀滑動狀態的傳動比方差變化圖。從圖中可以看出，當傳動帶由于某些原因開始發生宏觀打滑時，傳動比方差值E會忽然增大。增大到一定程度時，E會迅速增大。圖中標出了參考值E1與E2所處的位置。
本發明利用輸入軸轉速傳感器和輸出軸轉速傳感器得到的轉速信號，計算出在一定時間段內的傳動比方差，根據該方差值對傳動帶的打滑情況進行判斷，無需增加其它的傳感器。在做出打滑判斷以后，可以對夾緊力施行必要的修正，來防止由于傳動帶打滑造成的傳動效率降低以及對CVT造成的破壞。 本發明還可以有其它實施方式，凡采用同等替換或等效變換形成的技術方案，均落在本發明要求保護的范圍之內。
權利要求
V型帶式無級變速器打滑檢測系統，其特征在于包括傳動比方差計算器用于根據獲取一定時間段內多組的輸入軸轉速與輸出軸轉速對，計算傳動比在該時間段內的方差；檢測開始判斷器用于將傳動比方差計算器計算出的方差值與預定參考值進行比較來判斷是否進行打滑檢測；比較器用于將傳動比方差計算器計算出的方差值與預定參考值作比較；打滑判斷裝置用于根據傳動比方差計算器計算出的方差值來判斷變速器傳動帶的打滑。
2. V型帶式無級變速器打滑檢測檢測方法其特征在于按以下步驟進行(1) 判斷輸入軸轉速"^和輸出軸轉速"^是否每一個都具有非零值且傳動比保持恒 定，即傳動比方差E是否為
，若是，則進行下一步驟，若否，則結束檢測；(2) 由變速箱輸入軸與輸出軸的轉速傳感器得到的轉速"p "2，對輸入軸轉速和輸出軸轉速采n個樣本"lm， "2m，m= 1，2，3. ..n;(3) 計算傳動比im;(4) 計算傳動比方差E;(5) 將步驟(4)得到的傳動比方差E與第一預定參考值E1及第二預定參考值E2進 行比較，若E > El或E2 < E < El，或則確定發生了宏觀滑移，則采取相應的控制措施；若 E《E2，則確定發生微觀滑移或末發生滑移，則采取相應的控制措施。
3. 如權利要求2所述的V型帶式無級變速器打滑檢測檢測方法其特征在于所述第 一預定參考值El為V型帶式無級變速器的帶傳動機構發生明顯滑移時，傳動比方差的臨界 點。
4. 如權利要求2所述的V型帶式無級變速器打滑檢測檢測方法其特征在于所述第二預定參考值E2為V型帶式無級變速器的傳動扭矩忽然增大時，傳動比方差的臨界點。
5. 如權利要求2所述的V型帶式無級變速器打滑檢測檢測方法其特征在于所述發 生宏觀滑移時采取的控制措施是增大主動輪上的夾緊力、或減小發動機輸出轉矩。
6 如權利要求2所述的V型帶式無級變速器打滑檢測檢測方法其特征在于所述發 生微觀滑移或末發生滑移時采取的控制措施是降低主動輪液壓缸的壓力。
全文摘要
本發明涉及一種無級變速器檢測系統及其檢測方法，是V型帶式無級變速器打滑檢測系統及其檢測方法，包括傳動比方差計算器，檢測開始判斷器，比較器和打滑判斷裝置，根據獲取一定時間段內多組的輸入軸轉速與輸出軸轉速對來計算傳動比在該時間段內的方差，并根據計算出的方差值與預定參考值進行比較來判斷傳動帶是否打滑。在做出打滑判斷以后，可以對夾緊力施行必要的修正，來防止由于傳動帶打滑造成的傳動效率降低以及對CVT造成的破壞。
文檔編號F16H61/00GK101718336SQ20091023278
公開日2010年6月2日 申請日期2009年12月1日 優先權日2009年12月1日
發明者吳海嘯, 姜朋昌, 張涌, 馬承廣 申請人:南京汽車集團有限公司