專利名稱：控制含有連續(xù)可變傳動(dòng)的車輛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括一種連續(xù)可變速比傳動(dòng)，即CVT(continuously-variable-ratio transmission)的車輛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，它的輸入連接到一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)或別的原動(dòng)機(jī)，而它的旋轉(zhuǎn)輸出則將稱作為最終驅(qū)動(dòng)裝置。雖然本發(fā)明一般而言可用于船舶、飛機(jī)、帶輪軌的或別的車輛，但它特別適用于汽車車輛的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，在這種車輛中最終驅(qū)動(dòng)裝置被連接到單個(gè)或多個(gè)被驅(qū)動(dòng)的車輪。另外，雖然本發(fā)明也適用于包括其它類型CVT的車輛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，例如傳動(dòng)帶驅(qū)動(dòng)的、考普(kopp)或貝依爾(Beier)類型的CVT，以及其中的變速比變化元件可以直接地或以機(jī)械形式受控制以確定瞬時(shí)的變速比，但本發(fā)明特別適用于環(huán)形滾道滾動(dòng)牽引型(toroidal-race rolling-traction type)的CVT，在這種CVT中沒有對(duì)滾動(dòng)輪的這種直接的機(jī)械控制。相反，它們所設(shè)定的角度設(shè)置，以及因而也就是它們所傳動(dòng)的變速比，是由它們所受到的總扭矩和它們所安裝的車身所受的作用力之間的平衡而確定的。這樣的環(huán)形滾道CVT在本技術(shù)領(lǐng)域中現(xiàn)在都叫做“扭矩控制”型作為最近的例子，在例如專利GB-B-2227287和GB-B-0356102中有說明。
在該技術(shù)領(lǐng)域中現(xiàn)在已經(jīng)公知，需要控制這種驅(qū)動(dòng)系以使發(fā)動(dòng)機(jī)在所有時(shí)間內(nèi)都能按照以某種形式達(dá)到最佳效率而構(gòu)造的電子“圖象”(electronic“map”)而運(yùn)轉(zhuǎn)。附圖中的

圖1是一個(gè)典型的曲線圖，其中的y軸表示發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩T，x軸表示發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速N，而雙曲線1則表示恒功率線?？v坐標(biāo)2和3分別表示發(fā)動(dòng)機(jī)的惰轉(zhuǎn)和最大轉(zhuǎn)速。曲線4表示發(fā)動(dòng)機(jī)在其整個(gè)工作轉(zhuǎn)速的全部范圍內(nèi)所能發(fā)出的最大扭矩。曲線5表示在功率需求下通過編程來規(guī)定發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行工作的優(yōu)選和預(yù)定的“控制線”，以便按照選定的判據(jù)來達(dá)到最佳性能。這個(gè)判據(jù)可以是，例如，最佳的排放特性，或最少的爆震。在先進(jìn)的控制系統(tǒng)中，發(fā)動(dòng)機(jī)可以被編程成在司機(jī)能夠選擇的不同控制線下工作。在典型情況下并如圖1所示的那樣，曲線5是選擇成可在消耗的每單位燃油下達(dá)到最大的功率。曲線8表示在需求被取消而發(fā)動(dòng)機(jī)超速時(shí)T和N的典型關(guān)系。
圖2的曲線表示在發(fā)動(dòng)機(jī)是按圖1所示的那樣被控制和車輛的驅(qū)動(dòng)輪是最終驅(qū)動(dòng)裝置的情況下在汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中發(fā)動(dòng)機(jī)速度N(y-軸)和車輛速度V(x-軸)間的典型關(guān)系。線9和10對(duì)應(yīng)于圖1的縱坐標(biāo)2和3，而斜坡狀的線性函數(shù)11(它經(jīng)過原點(diǎn)0)相當(dāng)于典型的固定速比傳動(dòng)中的第一檔齒速比，因而也就確定了被判定為在實(shí)際上對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所希望的N和V的有效最小值?？v坐標(biāo)12標(biāo)志著V的最大安全值。因此，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能夠工作于其中的有效“區(qū)域”是由線9、11、10和12所包圍的。
假定車輛運(yùn)行在車速為V1和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為N1的穩(wěn)定狀態(tài)下，這由該兩條線的交點(diǎn)13所表示?，F(xiàn)在假定在其它參數(shù)不變的情況下，司機(jī)希望得到更高的車速。通過踏下加速踏板來做到這一點(diǎn)，因此就要求更高的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，例如N2。對(duì)于已編程好以便讓發(fā)動(dòng)機(jī)工作在如圖1所示的控制線5的已知驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來說，典型的響應(yīng)是通過兩個(gè)階段來達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速N2和車速V2(點(diǎn)14)的最終穩(wěn)定狀態(tài)的。首先通過“換低檔運(yùn)行”(Kickdown)，也就是說，讓發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速非?？焖俚厣仙近c(diǎn)15的N2。然后第二點(diǎn)是“換高速檔”(upshift)，也就是說，在發(fā)動(dòng)機(jī)速度為恒定的情況下改變傳動(dòng)比，從點(diǎn)15移到14。這樣做雖然是高效的，但這種變化對(duì)司機(jī)來說可能是煩人的，尤其是對(duì)那些習(xí)慣于對(duì)具有若干固定變速比的典型手動(dòng)和自動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)作出響應(yīng)的司機(jī)而言更是如此。對(duì)于這種已知的傳動(dòng)系統(tǒng)，司機(jī)們都知道在任何單獨(dú)的變速比下，發(fā)動(dòng)機(jī)的速度和車速是一起增高的。發(fā)動(dòng)機(jī)的音調(diào)(enginenote)是車速的一個(gè)讓人放心的指示，也是速度變化快慢的指示。但是，當(dāng)圖2中車輛的運(yùn)行情況在點(diǎn)13和14之間移動(dòng)時(shí)，給司機(jī)的信息就不那么清楚了。在點(diǎn)13和14之間發(fā)動(dòng)機(jī)的音調(diào)急劇上升，但車速卻并不改變。在點(diǎn)15和14之間車速在改變，但是，不變的發(fā)動(dòng)機(jī)音調(diào)所交映的卻并非如此。在從13轉(zhuǎn)向14期間，在加速度和發(fā)動(dòng)機(jī)音調(diào)之間完全不可能以一般司機(jī)所熟悉的那種方式而建立起聯(lián)系。
本發(fā)明的目的是改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)和CVT的相互控制，使得雖然發(fā)動(dòng)機(jī)仍然可以工作于如圖1中的第5項(xiàng)所示的最佳效率控制線，但至少在踏板被踏下(以及在松開踏板而減速的相反情況下)后的部分加速時(shí)間內(nèi)，發(fā)動(dòng)機(jī)的音調(diào)和加速度之間的關(guān)系以能使習(xí)慣于傳統(tǒng)的手動(dòng)和自動(dòng)方式的司機(jī)更加熟悉的方式出現(xiàn)。本發(fā)明由權(quán)利要求所限定，其內(nèi)容應(yīng)被理解為包含在本說明書所公開的內(nèi)容之中。尤其是，本發(fā)明包括了參考附圖而以例子來說明的方法和設(shè)備，在這些圖中圖3大體上與圖2相似，但說明了按照本發(fā)明的兩種工作方式，和圖4是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速N和加速踏板位置P之間的關(guān)系的另一圖解。
在圖2中包括有線11，它表示在傳統(tǒng)的汽車傳動(dòng)的固定變速比中典型的第一前進(jìn)檔的變比(例如，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速每1000rpm(每分轉(zhuǎn)數(shù))時(shí)為5mph(每小時(shí)英里數(shù)))的車速。由于在任何固定變速比中零車速對(duì)應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)的零rpm，所以線11經(jīng)過原點(diǎn)0。在圖3中，線11被重復(fù)，同樣，還有線16，它表示典型的固定變速比的第二檔的變比(例如10mph/1000rpm)，同時(shí)也表示在兩制式環(huán)形滾道和別的形式的二制式CVT中的典型的同步變速比-這就是說，在第一和第二制式之間發(fā)生改變的那個(gè)變比。圖3還包括另外的線17-19，它們分別表示固定變速比傳動(dòng)中第三、第四、和第五前進(jìn)檔的典型固定變比，例如分別表示20、30和40mph/1000rpm。
假定一臺(tái)裝有按照本發(fā)明的傳動(dòng)系統(tǒng)的車輛正在的穩(wěn)定的如點(diǎn)20所示的狀態(tài)行進(jìn)。這就是說，車速為V1(如圖2中的13和15處)，而發(fā)動(dòng)機(jī)則運(yùn)行于如線9所示的最低允許轉(zhuǎn)速(例如1500rpm)。這時(shí)司機(jī)踏下加速踏板使之達(dá)到這樣一種程度，即，使得該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的編程狀況被解釋為要求發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與N2相對(duì)應(yīng)(如圖2的點(diǎn)15和14)。按照本發(fā)明的一種工作方式，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以如下的三個(gè)階段來響應(yīng)司機(jī)的要求。首先發(fā)動(dòng)機(jī)急劇地升速(“換低檔運(yùn)行”)到一個(gè)值(在權(quán)利要求中稱作“嚙合速度”)，它是作為發(fā)動(dòng)機(jī)在明顯地加速時(shí)期的開始階段所應(yīng)該運(yùn)行的最低轉(zhuǎn)速而預(yù)先規(guī)定并設(shè)置于控制系統(tǒng)中的。對(duì)于如圖2和3所示的典型的發(fā)動(dòng)機(jī)，如果它能在惰轉(zhuǎn)速度1500rpm和最大速度(例如為5000rpm)之間運(yùn)行，則這個(gè)速度可舉例來說為2500rpm。在圖3中“嚙合速度”和圖2中的N1是同一速度，由線6所表示，因此，在該三個(gè)響應(yīng)階段的第一階段的結(jié)束應(yīng)達(dá)到點(diǎn)13。
這時(shí)，通過點(diǎn)13和原點(diǎn)0所畫的函數(shù)曲線22被控制系統(tǒng)預(yù)選為對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的CVT和發(fā)動(dòng)機(jī)跟蹤該響應(yīng)的第二階段的一個(gè)理想的等價(jià)的固定變比，在這個(gè)第二階段期間在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到N2時(shí)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)從線6的點(diǎn)13移到點(diǎn)23。因此，在這個(gè)加速響應(yīng)的第二階段期間，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)就像在固定變比中那樣被編程以作出響應(yīng)，所以司機(jī)就像驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有如曲線22所表示的固定變比一樣“感覺”到車輛的加速。一旦被要求的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在點(diǎn)23處達(dá)到N2，就開始了響應(yīng)的第三階段。在這一時(shí)刻發(fā)動(dòng)機(jī)速度仍保持在V2，所以發(fā)動(dòng)機(jī)的音調(diào)也不改變。車輛速度進(jìn)一步增加到最終值(如圖2中的點(diǎn)24，V2值)將由CVT內(nèi)部的變比的改變來完成，其中到最終速度時(shí)由發(fā)動(dòng)機(jī)加到車輛上的力將和抵抗車輛運(yùn)動(dòng)的力相匹配。
如圖3所示的和迄今說明的本發(fā)明的實(shí)施例的一個(gè)可能的缺點(diǎn)是，對(duì)于如該圖所示的完整的加速過程(在點(diǎn)20和24之間)，在點(diǎn)13和23之間的“固定變比”的第二階段可能會(huì)過份地延長，因?yàn)榍€22的斜率相當(dāng)平緩。相反，如果車速的加速度的要求是經(jīng)過與“第一檔變比”線11相符合的“固定變比”的第二階段27、28而從圖的左側(cè)的V3(點(diǎn)26)變到V4(點(diǎn)29)，則該階段將相對(duì)地較為簡短，因?yàn)樗淖儽染€是陡直的。在同樣示于圖3中的本發(fā)明的另一實(shí)施例中，可以把驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)編程成這樣在響應(yīng)司機(jī)的加速要求的第二“固定變比”階段中，車輛和發(fā)動(dòng)機(jī)的速度一起以平行于一個(gè)選定的固定變比線的速率而升高，從而避免上面那樣的極端情況-在這種情況下線16表示兩制式環(huán)形滾道CVT的典型的同步變比，或典型的固定變比傳動(dòng)系統(tǒng)的第二前進(jìn)檔。這時(shí)，如虛線所示，車輛從點(diǎn)20的速度V1加速到點(diǎn)24的速度V2是通過點(diǎn)13和31而不是13和23，使得響應(yīng)的第二階段比以前更簡短，但第三階段則更長。相反，對(duì)于從V3加速到V4，則第二和第三階段現(xiàn)在是27-32和32-29而不是27-28和28-29，所以第二階段比以前長而第三階段則更簡短。
實(shí)際上按照本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)于加速要求的三階段響應(yīng)可能要比參照?qǐng)D2而描述的已知的兩階段響應(yīng)相對(duì)稍慢一點(diǎn)。但是，這種對(duì)總的時(shí)間的可能的小量增加可以被司機(jī)能夠感受到對(duì)他所要求的響應(yīng)而抵消掉，這種感受方式迄今為止還沒有在CVT驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中成為慣例。必須指出，和圖3有關(guān)的這些參數(shù)(諸如“嚙合速度”、“限制速度”以及各種概念上的變比)為了方便起見都被表示成為直線函數(shù)，但把它們替換成為非直線性函數(shù)也應(yīng)在本發(fā)明的范圍之內(nèi)，而且很明顯也是在被編程的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制的能力之內(nèi)的。尤其是，“嚙合速度”的值可以方便地在車速的全部范圍之內(nèi)變動(dòng)。
圖4像參照?qǐng)D3所已經(jīng)說明的那樣，它解釋了本發(fā)明和加速踏板的下壓P(x軸)相關(guān)的工作情況。和前面一樣，y軸表示要求的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速N。如圖4的左側(cè)部分所示，按照本發(fā)明的典型驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以這樣來進(jìn)行編程，即在踏板壓下至少30％以前對(duì)司機(jī)的加速要求的三階段響應(yīng)并不開始。在這以后，可以要求一個(gè)在惰轉(zhuǎn)速度9和最大發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速10之間的“限制速度”35的任意一個(gè)值。在圖2和3中N。是所示的這樣一個(gè)“限制速度”的單個(gè)的例子。如圖4所表示的，“嚙合速度”值可以例如平穩(wěn)地上升(斜率36)到一個(gè)范圍或數(shù)值，在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的大部分工作范圍內(nèi)它就保持在這個(gè)值上，即2500rpm這個(gè)值，如圖3的線6。但是如圖4的右側(cè)所示，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也可方便地控制而使嚙合速度升高到高得多的值37，使得響應(yīng)的第二“固定變比”階段在加速踏板幾乎全部踏下的情況下(例如在響應(yīng)緊急情況下)可能高得多的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下才開始。在圖4中曲線的畫斜線的部分表示響應(yīng)的第二階段可發(fā)生的“面積”，帶斜線部分39是第一次“換低檔階段”所發(fā)生的面積，在這一階段發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速急劇升高而車速則無明顯改變。如前所述，對(duì)于每次加速要求，響應(yīng)的第三階段開始于發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到“限制轉(zhuǎn)速”的時(shí)候。
權(quán)利要求
1.一種控制包括一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)或其它原動(dòng)機(jī)、一個(gè)連續(xù)可變速比傳動(dòng)系統(tǒng)(CVT)和一個(gè)最終驅(qū)動(dòng)裝置的車輛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的方法，其中在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的工作范圍內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)被規(guī)定按運(yùn)行“圖”而工作，這種運(yùn)行“圖”使速度的每個(gè)值和發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩的特定值相關(guān)聯(lián)，其特征在于，司機(jī)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速提高的要求被編程為起動(dòng)有三個(gè)連續(xù)階段的一個(gè)響應(yīng)，如下所示階段1初始發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速快速上升到預(yù)定值(“嚙合速度”)而不造成最終驅(qū)動(dòng)速度的任何顯著上升；階段2然后這兩個(gè)速度繼續(xù)上升并按一預(yù)定的函數(shù)互相關(guān)聯(lián)，直到發(fā)動(dòng)機(jī)的速度達(dá)到與司機(jī)的要求相適應(yīng)的值(“限制速度”)為止；和階段3然后，在最終驅(qū)動(dòng)速度進(jìn)一步變化期間，限制速度維持不變。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，其中對(duì)于初始發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和限制速度的所有各值，該預(yù)定的函數(shù)可以由在所繪制的發(fā)動(dòng)機(jī)速度對(duì)車輛速度的曲線圖中通過其原點(diǎn)的、基本上是線性的函數(shù)來表示。
3.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，其中的預(yù)定函數(shù)可以由發(fā)動(dòng)機(jī)速度對(duì)車輛速度所繪制成的曲線圖中的一條基本上是等斜率而和初始及受限制速度值無關(guān)的直線來表示。
4.按照權(quán)利要求3的方法，其特征在于，其中的函數(shù)的斜率基本上等于在可相比擬的固定變比傳動(dòng)中的典型的中間變速檔的函數(shù)的斜率。
5.按照權(quán)利要求4的方法，其特征在于，其中的中間變速檔近似等于第二變速檔，例如每1000rpm的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下的10mph的車速。
6.按照權(quán)利要求3的控制車輛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的方法，其特征在于，其中的CVT的變比范圍通過提供兩種運(yùn)行制式和在這些制式間的同步改變而得到擴(kuò)展，并且其中該響應(yīng)的第2階段的預(yù)定的函數(shù)的斜率等于當(dāng)發(fā)生同步改變時(shí)所存在的變比的斜率。
7.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，其中的嚙合速度和驅(qū)動(dòng)要求相關(guān)，更高要求引起更高的嚙合速度值。
8.一種按照上述權(quán)利要求中任何一項(xiàng)的方法所控制的車輛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
全文摘要
一種調(diào)節(jié)含有一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)、一種連續(xù)可變速比傳動(dòng)和一個(gè)最終驅(qū)動(dòng)裝置的扭矩控制的車輛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的方法，其中司機(jī)對(duì)升高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的要求被規(guī)定成起動(dòng)分為三個(gè)連續(xù)階段的響應(yīng)，在每一階段內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)速度和最終驅(qū)動(dòng)速度以不同方式相關(guān)聯(lián)。本發(fā)明包括如此控制的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
文檔編號(hào)F16H61/664GK1132542SQ9419363
公開日1996年10月2日 申請(qǐng)日期1994年9月22日 優(yōu)先權(quán)日1993年10月1日
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