RS65468B1 - Postupak za upravljanje kontinualno varijabilnim menjačem i menjač opremljen upravljačkim sistemom za primenu pomenutog postupka - Google Patents

Description

Opis

Oblast pronalaska

[0001] Predmetni pronalazak se odnosi na varijabilne menjače za vožnju drumskih vozila, terenskih vozila, poljoprivrednih mašina, ili za vožnju pomoćnih vozila u vozilima, kao i industrijskih komponenata kao što su generatori i kompresori kod stacionarne ili mobilne opreme. Pronalazak se posebno odnosi na postupak za upravljanje kontinualno varijabilnim menjačem (-CVT), u kome se koristi kotrljanje bez klizanja seta planetnih točkova na površinama prstenastog i solarnog točka, čije kotrljajne površine su konstruisane prema specijalnoj krivini koja omogućava kotrljanje bez klizanja. U predmetnom opisu, termin „CVT sa krivinom“ koristiće se za ovaj konkretni tip prenosa. Kotrljanje bez klizanja znači da postoji samo neznatno mikroklizanje u kotrljajućim kontaktima koji prenose obrtni momenat vučnih točkova. Dokumenti WO2009/146748A1 i WO2017/174106 prikazuju primere za ovaj tip prenosa.

Stanje tehnike

[0002] CVT sa krivinom predstavlja tip kontinualno varijabilnog menjača koji obuhvata 1 ili više varijatora, kao što je prikazano na sl.1 i 2, koji obuhvata prstenasti točak 1, jedan ili više planetnih točkova 3 i solarni točak 2. Planetni točkovi 3 su montirani tako da mogu slobodno da se okreću oko odgovarajućih zglobova 5 u odnosu na zajednički noseći prsten (nije prikazan) koji je u prikazanom otelotvorenju povezan sa kućištem menjača (nije prikazano). Prstenasti točak 1 i solarni točak mogu da rotiraju oko zajedničke centralne ose 4.

[0003] Prstenasti, solarni i planetni točkovi se nazivaju vučni točkovi i konfigurisani su da prenose rotaciju ulaznog vratila (nije prikazano), povezanog sa prstenastim točkom 1, na rotaciju izlaznog vratila (nije prikazano) povezanog sa solarnim točkom 2.

[0004] Da bi se obrtni momenat preneo putem vuče između prstenastog točka 1 i planetnih točkova 3 i između planetnih točkova 3 i solarnog točka 2, potrebna je minimalna sila stezanja NR, odnosno NZ. Ove sile deluju upravno na tangencijalnu ravan u tački dodira 6 između prstenastog točka 1 i planetnog točka 3, odnosno na tangencijalnu ravan u tački dodira 7 između planetnog točka 3 i solarnog točka 2. Primenom pogonskog obrtnog momenta na prstenasti točak 1, solarni točak 2 će se pokretati u određenom odnosu u zavisnosti od nagibnog ugla 8 između ose rotacije planetnog točka i normale na zajedničku osu rotacije 4 prstenastog točka 1 i solarnog točka 2. Obrtni momenti na prstenastom točku 1 i solarnom točku 2 indukuju vučne sile u tački 6, odnosno 7. Ove vučne sile su orijentisane upravno na ravan slike.

[0005] Ovim tipom CVT sa krivinom tradicionalno upravlja upravljački koji obezbeđuje da se održi mikroklizanje u svim radnim uslovima menjača u stabilnom stanju u pogledu brzine ulaznog vratila, prenetog obrtnog momenta i prenosnog odnosa. Drugim rečima, upravljački sistem primenjuje prethodno definisane vrednosti sila NR i NZ u funkciji gornjih radnih uslova: kada menjač radi pri datoj ulaznoj brzini i obrtnom momentu i datom konstantnom odnosu, primenjuju se prethodno definisane sile NR i NZ koje obezbeđuju da se odigra kotrljanje u okviru mikroklizanja. Kako su te sile definisane kada je odnos konstantan, one se u nastavku pominju kao statične sile stezanja.

[0006] U odnosu na Sliku 2: kada menjač prenosi snagu i prenosni odnos se povećava ili smanjuje, nagibni ugao 8 varira, čime se takođe indukuju transverzalne sile TR i TZ koje deluju upravno na vučne sile i na sile stezanja u tačkama dodira 6 i 7. Kada se prenosni odnos menja, vučni točkovi su prinuđeni da se kotrljaju preko promenljivog prečnika kotrljanja, indukujući transverzalno klizanje u kotrljajućim kontaktima. Putem ovog transverzalnog klizanja, kotrljajući vučni točkovi klize upravno na smer kotrljanja. Transverzalno klizanje je paralelno sa silama TR i TZ prikazanim na Sl.2, dok je longitudinalno klizanje orijentisano upravno na ravan poprečnog preseka.

[0007] Da bi se tokom promene prenosnog odnosa održali uslovi mikroklizanja, trenutno poznati upravljački sistemi povećavaju statičke sile stezanja NR i NZ putem dinamičke komponente sile tokom promene odnosa. Ovo je ilustrovano na Slici 2 koja prikazuje efekat brze promene odnosa na sile. Vidi se da su normalne sile NR i NZ veće od statičkih vrednosti. Dinamička komponenta sile zavisi od brzine promene odnosa. Drugim rečima, tokom promene odnosa, primenjuju se veće sile stezanja u poređenju sa statičkim silama stezanja primenljivim na konstantni odnos. Dinamička sila stezanja predstavlja samo mali procenat statičke sile stezanja za male i srednje brzine promene odnosa, ali dinamička sila stezanja postaje značajna kod veoma brzih promena odnosa. Iako se takve veoma brze promene retko dešavaju, mehanička konstrukcija i komande u svakom slučaju moraju biti konstruisani za njih, jer veoma brza promena odnosa može da se traži i pri maksimalnom kapacitetu obrtnog momenta menjača.

[0008] Najčešći upravljački sistemi koji se koriste za upravljanje CVT sa krivinom koriste hidrauličku snagu. U otelotvorenju prikazanom na Sl.1, stacionarni cilindar 12 koji u sebi ima hidraulični klip 10 gura potisni ležaj (nije prikazan) na prstenasti točak 1 i na sličan način drugi klip 11 u stacionarnom cilindru 13 gura solarni točak 2 tako da oba cilindra zajedno guraju vučne točkove pod uticajem hidrauličkog pritiska p1 i p2. Klipovi aksijalno mogu da se pokreću pod uticajem hidrauličke tečnosti koja protiče kroz napojne vodove 14 i 15.

Pomoću ova dva klipa, menjačem može kompletno da se upravlja: sile stezanja i nagibni ugao mogu nezavisno da se regulišu. Veza ulaznog i izlaznog vratila sa prstenastim točkom, odnosno solarnim točkom nije detaljno prikazana na crtežima. Ova veza, na primer, može da se ostvari preko veze sa ožlebljenim vratilom, koja je kao takva poznata u stanju tehnike, pa zato ovde nije detaljno opisana.

[0009] Promena odnosa se postiže aksijalnim pomeranjem klipova, što se obavlja pokretanjem kontrolisanog protoka u jedan cilindar i istovremeno iz drugog cilindra, uz kontinualno upravljanje pritiskom p1 i p2 tokom promene odnosa. Upravljanje može da se ostvari putem jedne ili više upravljačkih petlji, uključujući senzore pritiska i/ili senzore pomeranja, tako da se kontaktnim silama NR i NZ upravlja u više navrata putem promene odnosa, u skladu sa prethodno definisanim ciljnim vrednostima. Kontaktnim silama NR i NZ se upravlja na osnovu algoritma primenjenog u upravljačkom sistemu koji je poznat, i koji uzima u obzir preneti obrtni momenat, brzinu vratila i brzinu promene odnosa.

[0010] Što se obrtni momenat više prenosi, viši je pritisak na hidraulične klipove 10 i 11. Konstrukcija delova menjača i hidrauličnih komponenata mora biti dovoljno jaka da izdrži takav pritisak. Zato povećanje pritiska usled dinamičkih sila stezanja predstavlja nedostatak, naročito tokom brze promene odnosa.

[0011] Upravljanje pritiskom se generalno ostvaruje putem pumpe koju direktno pokreće motor vozila ili elektromotor. Pritisak pumpe se reguliše na fiksni ili varijabilni pritisak, tako da je pritisak visok barem kao maksimum svih zahteva za hidraulično pokretanje. Pritisak na svaki pokretački klip regulisan je putem proporcionalnog reduktora pritiska, kojim upravlja električni solenoid. Kada se poveća zapremina u pokretačkom cilindru 12 ili 13, solenoid dovodi protok u ovaj cilindar, trošeći hidrauličku snagu sa pumpe. Kada zapremina ulja u pokretačkom cilindru opadne, solenoid odvodi ulje u karter menjača, rasipajući energiju. Međutim, kada dovode ili odvode visok protok, solenoidni ventili izazivaju znatan pad pritiska, koji treba da se kompenzuje obezbeđivanjem višeg pritiska pumpe. Usled pada pritiska, upravljački sistemi sa solenoidom su posebno neefikasni u pogledu isporučivanja dinamičkih sila stezanja potrebnih za prethodno opisani postupak upravljanja, posebno u slučaju brze promene odnosa. Solenoidi su takođe osetljivi na prljavštinu u hidrauličkom ulju. Male čestice nečistoće mogu da dovedu do začepljenja solenoida tako da stvarni pritisak ne odgovara traženom pritisku. Takođe, solenoidi se montiraju u hidraulični blok, što zahteva preciznu i skupu mašinsku obradu.

Rezime pronalaska

[0012] Pronalazak ima za cilj da upravlja CVT menjačem sa krivinom bez klizanja, pri čemu nije potreban preveliki porast pritiska tokom brzih promena odnosa. Ovaj cilj je postignut postupkom za upravljanje CVT menjačem sa krivinom prema priloženim zahtevima, i CVT menjačem sa krivinom koji uključuje upravljački sistem prema pronalasku. Postupak iz pronalaska je postupak za upravljanje CVT menjačem sa krivinom bez klizanja, koji obuhvata prstenasti točak, set planetnih točkova i solarni točak, pri čemu su prstenasti, planetni i solarni točak zajedno stegnuti. Normalne sile za konstantan odnos nazivaju se statičkim vrednostima normalnih sila. Kao u CVS menjačima iz prethodnog stanja tehnike, statičke vrednosti normalnih sila između prstenastog i solarnog točka sa jedne strane, i planetnih točkova sa druge strane, dobro su definisane kada je prenosni odnos konstantan, tj. kada je ugao obrtanja planetnih točkova konstantan. Postupak je konfigurisan tako da, tokom kontinualnog povećanja ili smanjenja prenosnog odnosa, svaka komponenta sile dodata statičkim vrednostima prve i/ili druge normalne sile je nula ili je manja od prethodno definisane komponente sile koja je potrebna da se održi stanje mikroklizanja kotrljajućih kontakta između planetnih točkova i prstenastih i solarnih točkova. Ovo upravljanje silama se primenjuje bez obzira na brzinu promene odnosa.

[0013] Pronalazak se posebno odnosi na postupak za upravljanje kontinualno varijabilnim menjačem koji obuhvata ulazno vratilo i izlazno vratilo smešteno oko zajedničke centralne ose rotacije tako da može da rotira, pri čemu su prstenasti točak i solarni točak koaksijalno smešteni u odnosu na centralnu osu, i najmanje jedan set obrtnih planetnih točkova, pri čemu ugao obrtanja planetnih točkova određuje prenosni odnos menjača, pri čemu:

● menjač radi pomoću kotrljanja bez klizanja planetnih točkova na površinama prstenastog i solarnog točka, nezavisno od ugla obrtanja planetnih točkova,

● prstenasti točak, planetni točkovi i solarni točak su zajedno stegnuti tako da prstenasti točak deluje prvom normalnom silom (NR) na svaki dati planetni točak, a solarni točak deluje drugom normalnom silom (NZ) na pomenuti planetni točak,

● postupak je konfigurisan tako da upravlja pomenutom prvom i drugom normalnom silom (NR,NZ), tako da, kada menjač radi sa datom ulaznom brzinom, datim prenetim obrtnim momentom i datim konstantnim prenosnim odnosom, primenjuje se prethodno definisana statička vrednost prve i druge normalne sile, i uslov mikroklizanja je primenljiv na kotrljajuće kontakte između planetnih točkova i prstenastog i solarnog točka,

naznačeno time, što:

● tokom kontinualnog povećanja ili smanjenja ugla obrtanja pa tako i prenosnog odnosa, svaka komponenta sile dodata statičkim vrednostima prve i/ili druge normalne sile je nula ili je manja od prethodno definisane komponente sile koja je potrebna da se održi stanje mikroklizanja.

[0014] Prema otelotvorenju, tokom povećanja ili smanjenja prenosnog odnosa, jedna od normalnih sila se održava na statičkoj vrednosti dok se drugom upravlja tako da se prevaziđu tangencijalne sile reakcije generisane promenom ugla obrtanja.

[0015] Prema otelotvorenju, prstenasti točak i solarni točak su zajedno stegnuti pod direktnim ili indirektnim uticajem prvog ili drugog hidrauličkog pritiska.

[0016] Pomenuti hidraulički pritisci mogu da deluju direktno na odgovarajuće hidraulične klipove, konfigurisane da se aksijalno kreću u smeru centralne ose, i pri čemu su prstenasti točak i solarni točak fiksirani za odgovarajuće klipove.

[0017] Pronalazak se podjednako odnosi na kontinualno varijabilni menjač koji obuhvata ulazno vratilo i izlazno vratilo koje je smešteno oko zajedničke centralne ose rotacije tako da može da rotira, prstenasti točak, solarni točak koji je koaksijalno smešten u odnosu na centralnu osu, i najmanje jedan set obrtnih planetnih točkova, pri čemu ugao obrtanja planetnih točkova određuje prenosni odnos menjača, pri čemu menjač radi putem kotrljanja bez klizanja planetnih točkova na površinama prstenastog i solarnog točka, nezavisno od ugla obrtanja planetnih točkova, pri čemu su prstenasti točak i solarni točak zajedno stegnuti tako da prstenasti točak deluje prvom normalnom silom (NR) na svaki dati planetni točak, a solarni točak deluje drugom normalnom silom (NZ) na pomenuti planetni točak, naznačeno time što menjač obuhvata upravljački sistem konfigurisan da upravlja menjačem prema postupku iz pronalaska.

[0018] Prema otelotvorenju, pomenuti upravljački sistem je hidraulički upravljački sistem. U drugom slučaju, prenos može biti regulisan putem prvog i drugog hidrauličkog pritiska koji ostvaruje prvi i drugi hidraulični cilindar putem hidrauličkog fluida, pri čemu pomenuti pritisci deluju tako što zajedno stežu prstenasti točak i solarni točak.

[0019] Prema otelotvorenju, prvi i drugi pritisak deluju direktno na odgovarajući prvi i drugi cilindar koji mogu da se kreću u pomenutom prvom, odnosno drugom cilindru.

[0020] Pomenuti upravljački sistem može da uključuje i prvi i drugi sklop motora / pumpe, pri čemu svaki sklop obuhvata hidrauličnu pumpu spojenu sa elektromotorom, pri čemu su pomenuti sklopovi konfigurisani tako da upravljaju pomenutim prvim i drugim pritiskom u odgovarajućim cilindrima.

[0021] Prema otelotvorenju, izlazni priključak pumpe jednog sklopa motor-pumpa povezan je sa ulaznim priključkom pumpe drugog sklopa motor-pumpa.

[0022] Prema otelotvorenju, pumpe sklopa motor-pumpa mogu da deluju kao hidraulični motori, i pri čemu elektromotori sklopova motor-pumpa mogu da deluju kao generatori.

Kratak opis slika

[0023]

Slika 1 ilustruje normalne sile koje deluju na vučne točkove CVT menjača sa krivinom bez klizanja, kada menjač radi pri konstantnom prenosnom odnosu.

Slika 2 ilustruje sile primenjene od strane upravljačkih sistema prema prethodnom stanju tehnike kada se prenosni odnos menja datom brzinom promene odnosa.

Slika 3 daje primer sila primenjenih u skladu sa postupkom iz pronalaska kada se prenosni odnos menja brzinom uporedivom sa onom u slučaju sa Slike 2.

Slika 4 prikazuje hidraulički upravljački sistem za upravljanje CVT menjačem sa krivinom bez klizanja prema poželjnom otelotvorenju pronalaska.

Slika 5 prikazuje hidraulički upravljački sistem za upravljanje CVT menjačem sa krivinom bez klizanja prema alternativnom otelotvorenju pronalaska.

Detaljan opis pronalaska

[0024] Slika 1 ilustruje gore opisane osnovne delove CVT menjača sa krivinom bez klizanja koji je poznat iz patenta WO2017/174106, i kojim se upravlja putem hidrauličkih pritisaka p1 i p2 koji deluju preko klipa i potisnog ležaja na prstenasti točak 1, odnosno solarni točak 2. Moguće su i druge alternative, pri čemu je prstenasti točak 1 ili solarni točak 2 stacionaran a konstrukcija sa kojom su povezani zglobovi 5, bilo centralno vratilo ili obodni prsten, aksijalno je pokretna. Pronalazak se takođe može primeniti na ta otelotvorenja. Međutim, pronalazak će biti objašnjen na osnovu otelotvorenja prikazanog na Slici 1, na kojoj prstenasti točak 1 i solarni točak 2 mogu da rotiraju i da se aksijalno pomeraju, i pri čemu su zglobovi 5 stacionarni.

[0025] Kao što je navedeno u uvodu, slika 1 ilustruje normalne sile NR i NZ kada menjač radi pri konstantnom prenosnom odnosu. Ove sile stezanja NR i NZ su „normalne“ sile u smislu da deluju upravno na tangencijalnu ravan u tački dodira 6 između prstenastog točka 1 i planetnog točka 3, odnosno na tangencijalnu ravan u tački dodira 7 između planetnog točka 3 i solarnog točka 2. Primenom pogonskog obrtnog momenta na prstenasti točak 1, solarni točak 2 se pokreće u određenom odnosu u zavisnosti od nagibnog ugla 8 planetnih točkova 3. Obrtni momenti na prstenastom točku 1 i solarnom točku 2 indukuju vučne sile u tačkama dodira 6 i 7. Ove vučne sile su orijentisane upravno na ravan crteža. Pošto menjač radi bez klizanja kotrljanjem, postoji samo neznatno mikroklizanje u kotrljajućim kontaktima koji prenose obrtni momenat vučnih točkova. Obično takvo mikroklizanje iznosi od 0,1 do 0,3%. Usled vučnih sila, ovo mikroklizanje je tangencijalno klizanje, pa se klizanje dešava paralelno sa smerom kotrljanja.

[0026] U naučnoj literaturi o kontaktnoj mehanici kotrljajućih tela, mikroklizanje je opisano na sledeći način: 2 trodimenzionalna tela se kotrljaju jedno preko drugog i opterećena su normalnom silom u tački dodira tako da se tela elastično deformišu i stvara se kontaktno područje. Kada se vrši vuča između 2 tela, klizanje između tela se zove mikroklizanje sve dok kontaktno područje obuhvata zonu u kojoj se materijalne tačke 2 tela lepe jedna za drugu. U ostatku kontaktnog područja, površine klize jedna preko druge usled elastične deformacije tela. Kada zona lepljenja nestane (usled velike vuče ili male normalne sile) klizanje više nije mikroklizanje već postaje makroklizanje. U predmetnom opisu, primenljivo je gore opisano naučno značenje za „mikroklizanje“ i „makroklizanje“. Ponekad se ista terminologija koristi za kontinualno varijabilni menjač sa kaišem (CVT sa kaišem) kod koga nema kotrljajućeg kontakta. Zbog toga nikakva dokumentacija o CVT menjačima sa kaišem koja se odnosi na mikroklizanje i/ili makroklizanje nije relevantna za predmetnu patentnu prijavu.

[0027] Kao što je navedeno u uvodu i ilustrovano na Slici 2, trenutna strategija upravljanja za CVT menjače sa krivinom bez klizanja je da se kotrljanje uvek održava u oblasti mikroklizanja putem promene odnosa, primenom dinamičke komponente sile koja zavisi od brzine promene odnosa i može da postane veoma velika pri brzim promenama odnosa, dovodeći do velikog povećanja pritiska u cilindrima 12 i 13. To može dovesti do smanjene efikasnosti, posebno kada je upravljački sistem opremljen upravljačkim solenoidnim ventilima.

[0028] Pronalazači su na osnovu teoretskog i praktičnog istraživanja našli da dinamička sila tokom promene odnosa nije potrebna da bi se obezbedio optimalan rad CVT menjača sa krivinom bez klizanja. Postupak iz pronalaska zasniva se na ovom neočekivanom rezultatu. Prema postupku iz pronalaska, statičkim vrednostima NR i NZ ne dodaje se dinamička komponenta sile za održavanje mikroklizanja, tokom kontinualnog povećanja ili smanjenja odnosa. Izraz „dinamička komponenta sile za održavanje mikroklizanja“ označava komponentu sile koja zavisi od brzine promene odnosa i koja je konfigurisana da održava stanje mikroklizanja tokom promene odnosa. Prema poželjnom otelotvorenju, statička sila stezanja za jednu od normalnih sila NR ili NZ (jedna od dve sile, što zavisi od smera u kome se odnos menja) primenjuje se putem promene odnosa, bez obzira na brzinu promene. To je ilustrovano na Slici 3, koja prikazuje primer sila primenjenih kao reakcija na istu (brzu) promenu odnosa ilustrovanu na Slici 2. Dok su se u postupku upravljanja iz prethodnog stanja tehnike NR i NZ znatno povećale, NZ ostaje ista na Slici 3, dok se NR samo malo povećava da bi se prevazišle sile reakcije TR i TZ nastale usled obrtanja oko zgloba.

[0029] Tako se obe sile NR i NZ i dalje regulišu pri statičkim vrednostima tokom promene odnosa, uz samo malu korekciju jedne od njih da bi se nadvladale sile reakcije TR i TZ, i tako održao trenutni momenat oko zgloba 5 jednak nuli tokom promene odnosa. Sama statička vrednost može da se promeni tokom promene odnosa. Međutim, bitno je da se prema poželjnom otelotvorenju nikakva dinamička komponenta konfigurisana da održi stanje mikroklizanja ne dodaje ni na NR ni na NZ.

[0030] U slučaju menjača otkrivenog u WO2009/146748A1, osa zgloba preseca centralnu osu rotacije, što znači da sile reakcije TR i TZ prolaze kroz osu zgloba, ne stvarajući momenat oko ove ose, tako da ove sile reakcije ne moraju da se kompenzuju. Tako, u ovom slučaju, normalne sile NR i NZ mogu da se održavaju na statičkim vrednostima putem promene odnosa, tj. dodata komponenta sile na obe strane jednaka je nuli.

[0031] Dok u sistemima iz prethodnog stanja tehnike brza promena odnosa generiše značajan porast sila u poređenju sa vrednostima statičke sile usled dinamičke komponente sile, koja je uvek pozitivna, potrebne da održi mikroklizanje, postupak iz poželjnog otelotvorenja iz pronalaska ne dodaje ovu konkretnu dinamičku komponentu statičkim vrednostima (mogu se dodati sile manje od ove konkretne komponente, vidite u nastavku). Kada je promena odnosa spora, ova dinamička komponenta nije značajna, i sile primenjene u otelotvorenjima postupka nisu mnogo različite od onih u prethodnom stanju tehnika. Međutim, kada se odnos brzo menja, sile primenjene po postupku iz pronalaska mogu biti znatno manje nego u postupku iz prethodnog stanja tehnike. To znači da, kada se odnos menja veoma brzo, nije potrebno primeniti visok pritisak u cilindrima 12 i 13 i u napojnim vodovima 14 i 15 ka ovim cilindrima.

[0032] Prema nekim otelotvorenjima, komponenta sile manja od „komponente konfigurisane da održi stanje mikroklizanja“ može se dodati silama NR i NZ tokom promene odnosa, dok se u toku promene poželjno održava ravnoteža sila oko zgloba, tj. trenutni momenat oko zgloba održava se na nuli. Dinamičke komponente sile potrebne da se održi mikroklizanje dobro su poznate iz gore opisanih postupaka po prethodnom stanju tehnike, pa je pronalazak jasno definisan: kada se neka komponenta sile doda statičkoj vrednosti NR i/ili NZ tokom promene odnosa, ova komponenta sile mora biti nula ili manja od sila potrebnih da se održi mikroklizanje. Pronalazak se takođe može objasniti na čisto matematički način. Prema prethodnom stanju tehnike, minimalne potrebne vrednosti tokom promene odnosa za sile stezanja NR i NZ predstavljaju funkciju ulazne brzine, ulaznog obrtnog momenta, prenosnog odnosa i brzine varijacije odnosa. Prema predmetnom pronalasku, minimalne vrednosti sila NR i NZ predstavljaju funkciju ulazne brzine, ulaznog obrtnog momenta (ili ekvivalentno, izlazne brzine i izlaznog obrtnog momenta) i prenosnog odnosa za nultu brzinu promene odnosa. Zato je za svaku brzinu varijacije odnosa različitu od nule minimalna vrednost NR i NZ u tekućem pronalasku uvek niža nego u prethodnom stanju tehnike – pod istim uslovima ulazne brzine, ulaznog obrtnog momenta i prenosnog odnosa – jer su dinamičke sile primenjene u prethodnom stanju tehnike uvek pozitivne.

[0033] Pronalazak je takođe povezan sa CVT menjačem sa krivinom opremljenim upravljačkim sistemom koji može da primeni postupak iz pronalaska. To može biti svaki pogodni upravljački sistem koji može da upravlja silama NR i NZ prema postupku, tj. primenom statičkih sila tokom svake promene odnosa, bez obzira na brzinu. Poželjno otelotvorenje hidrauličkog upravljačkog sistema pogodnog za ostvarenje gornjeg postupka ilustrovano je na Slici 4. Pritiske p1 i p2 obezbeđuju dva sklopa motor-pumpa 20 i 21, pri čemu svaki sklop obuhvata hidrauličnu pumpu 20a/21a koja takođe može da deluje kao hidraulični motor i, spojen sa njom tako da može da rotira, elektromotor 20b/21b koji takođe može da deluje kao generator. Elektromotori 20b/21b sklopova motor-pumpa pokreću se preko pogodnog izvora snage, koji može biti akumulator vozila u kome je instaliran menjač. Pumpe 20a i 21a su povezane na takav način da je pumpa 21a koja obezbeđuje p2 spojena između kartera za hidrauličnu tečnost 30 i ulaznog priključka pumpe 20a koja obezbeđuje p1. Drugim rečima, postoji veza 31 između izlaznog priključka pumpe 21a i ulaznog priključka pumpe 20a.

[0034] Sistemom se rukuje putem upravljačkog algoritma koji upravlja silama prema postupku iz pronalaska. Iz konstrukcije i dimenzija menjača, statičke sile NR, TR, NZ, TZ definisane su za svaku kombinaciju obrtnog momenta, brzine, i za svaki odnos konstanti. Potreban pritisak na klipu 10 izračunava se vektorskim sabiranjem NR i TR. Na sličan način, pritisak na klipu 11 izračunava se iz sila NZ i TZ. Kada su poznate karakteristike sklopa motor-pumpa, definisana je električna struja potrebna za elektromotore sklopova motorpumpa. Tokom promene odnosa, algoritam ne dodaje ovim statičkim vrednostima dinamičku komponentu sile, koja je konfigurisana da održi stanje mikroklizanja. Prema poželjnom otelotvorenju, jedna od sila NR i NZ se održava na statičkoj vrednosti dok se drugom upravlja tako da se prevaziđu sile reakcije TR i TZ generisane obrtanjem oko zgloba kada se odnos menja.

[0035] Upravljanje sa zatvorenom petljom tokom promene odnosa može da se ostvari pomoću senzora pritiska u cilindru na strani solarnog točka ili na strani prstenastog točka, moguće u kombinaciji sa pozicijom senzora na klipu na strani prstenastog točka, na strani solarnog točka ili merenjem brzine ulaznog i izlaznog vratila. Svi upravljački sistemi sa zatvorenom petljom u pogledu senzora i kontrolera za koje se u struci zna da regulišu promenu odnosa i održavaju mikroklizanje takođe mogu da se koriste u sistemu prema pronalasku. Razlika je u silama kao takvima: dok NR i NZ obe rastu putem dinamičke komponente kada mikroklizanje treba da se održi, povećanje obe ove sile nije potrebno prema postupku iz pronalaska, barem ne u funkciji brzine promene odnosa.

[0036] Gore opisanom regulacijom putem pumpi kompletno se eliminišu solenoidi, tako da su prevaziđeni svi problemi sa padom pritiska i robusnošću koji potiču od solenoida, bez obzira na brzinu promene odnosa. Pored toga, upravljački sistem prikazan na Slici 4, korišćenjem sklopova motor-pumpa 20 i 21 spojenih na gore opisani način putem veze 31, štedi veliku količinu hidraulične energije.

[0037] Kada se prenosni odnos menja, jedan cilindar se puni, dok se drugi prazni. Dva protoka nisu jednaka, zbog posebne geometrije kotrljajućih površina prstenastog točka i solarnog točka, ali razlika protoka između protoka punjenja i protoka pražnjenja čini samo mali deo oba ova protoka. Praktično, diferencijalni protok je samo oko 10 do 25% protoka do jednog od cilindara.

[0038] Sklop motor-pumpa 21 mora da obezbedi pritisak p2 u odgovarajućem cilindru 13, ali treba da nadoknadi samo mali diferencijalni protok. On tako treba da bude dimenzionisan samo za odgovarajuću manju snagu umesto pune hidrauličke snage samo za taj cilindar.

[0039] Pritisci p1 i p2 se regulišu u skladu sa potrebnim silama NR, TR, NZ i TZ. Generalno, pritisci p1 i p2 nisu jednaki, i njihov odnos zavisi od prenosnog odnosa i drugih parametara. Međutim, razlika između ova dva pritiska je samo mali deo samog pritiska. Pumpa 20a mora da obezbedi kompletan protok do cilindra 12 ali samo preko razlike pritisaka između 2 cilindra. Dakle, tako sklop motor-pumpa 20 može da se dimenzioniše za deo snage – nekih 10 do 25% –koji je potreban da se snabde samo cilindar 12.

[0040] Na rasporedu sa Sl.4, oba sklopa motor-pumpa 20 i 21 tako treba da obezbeđuju samo oko 10 do 25% snage koja bi bila potrebna ako bi se oba cilindra pojedinačno snabdevala. Pored toga, promena prenosnog odnosa u jednom smeru može da troši energiju, dok će promena odnosa u drugom smeru regenerisati energiju zahvaljujući činjenici da pumpe mogu da deluju kao hidraulični motori i elektromotori mogu da deluju kao generatori. Imajući u vidu efikasnost pumpi, motora, i trenje zaptivki klipova, neto potrošnja energije iznosi samo oko 40% - 60% obezbeđene energije bez regeneracije energije.

[0041] Kombinovanjem manje potrebe za snagom i regeneracije energije, upravljački sistem prikazan na Slici 4 troši samo oko 5 do 15% energije u poređenju sa optimizovanim sistemom sa solenoidima. Pored toga, upravljački sistem prikazan na Slici 4 kompletno eliminiše hidraulični blok.

[0042] Upravljački sistem prikazan na Slici 4 zato čini poželjno otelotvorenje upravljačkog sistema pogodnog za primenu postupka iz pronalaska.

[0043] Pa ipak, postupak prema pronalasku takođe može biti primenjen u drugim hidrauličkim upravljačkim sistemima. Sistem sa Slike 5, na primer, ponovo obuhvata dva sklopa motor-pumpa 20 i 21, ali sada nema direktne veze između njih. To znači da oba sklopa motor-pumpa 20 i 21 moraju biti u stanju da obezbede kompletan protok i pritisak potreban u dva cilindra. Ova konfiguracija je zato manje efikasna u pogledu potrošnje snage sklopova motor-pumpa. Stručnjaci mogu da zamisle druge konfiguracije za hidrauličko upravljanje, koje se malo razlikuju od sistema sa Slike 4 i 5, ali su pogodni za primenu postupka iz pronalaska. Sve te varijante spadaju u opseg predmetnog pronalaska.

[0044] U sklopovima motor-pumpa prikazanim na Slikama 3 i 4, nije od ključnog značaja to što pumpe 20a/21a mogu da deluju kao hidraulični motor a elektromotori 20b/21b mogu da deluju kao generator. Ako te mogućnosti nisu prisutne, rekuperacija energije nije moguća, ali je sistem i dalje pogodan za primenu postupka iz pronalaska.

[0045] Postupak iz pronalaska podjednako može da se primeni od strane hidrauličkog upravljačkog sistema trenutno poznatog u struci, koristeći solenoide, možda u kombinaciji sa pojačavačem protoka, inače je zbog pada pritiska izazvanog solenoidima malo verovatno da će se protok ka cilindrima dovoljno brzo promeniti. Čak i kada se koriste pojačavači protoka, veoma brze promene odnosa generišu pad pritiska. Međutim, kada se koriste upravljački sistemi koji upotrebljavaju sklopove motor-pumpa, kao u otelotvorenju prikazanom na Slikama 4 i 5, ovaj problem gubitka pritiska se ne javlja, pa su zato ti sistemi posebno pogodni za primenu postupka iz pronalaska. Ovi sistemi mogu da primenjuju svaku brzinu promene odnosa koja se može očekivati praktično bez pada pritiska.

[0046] Najzad, upravljački sistemi u kojima se ne koristi hidraulička snaga, kao što su upravljački sistemi u kojima se za ostvarenje potrebnih sila stezanja koriste mehaničke opruge, pneumatski klipovi ili elektromehanički pokretači, takođe mogu biti pogodni za primenu postupka iz pronalaska.

[0047] Kao što je prethodno rečeno, pronalazak nije ograničen na CVT sa krivinom, pri čemu prstenasti točak i solarni točak mogu aksijalno da se pomeraju i direktno pokreću, na primer putem pritisaka p1 i p2 u otelotvorenjima prikazanim na crtežima. Kod menjača kod koga je, na primer, prstenasti točak stacionaran a planetni točkovi i solarni točak se direktno pokreću spoljašnjim silama, sile NR, TR i NZ, TZ su poznata funkcija tih spoljašnjih sila, i mogu se primeniti kao takve u upravljačkom algoritmu, i takođe tako mogu da se regulišu prema postupku iz pronalaska.

[0048] Pronalazak takođe može da se primeni na reverzibilni varijabilni menjač (RVT) kao što opisuje WO 2009/146748, koji obuhvata 2 seta planetnih točkova montiranih između primarnog prstenastog točka i sekundarnog solarnog točka i sa intermedijernim točkom između dva seta. Ovim menjačem može da se upravlja i pomoću dva pritiska koji deluju na primarni prstenasti točak i sekundarni solarni točak kao u gornjim otelotvorenjima.

Upravljački postupak prema pronalasku može da se primeni kao takav na ovaj menjač.

Upravljački sistemi prikazani na Slikama 4 i 5 takođe mogu da se primene kao takvi na RTV, pri čemu je sklop motor-pumpa 20 povezan na primarni prstenasti točak a sklop motorpumpa 21 je povezan na sekundarni solarni točak, ili obrnuto.

[0049] Kako je pronalazak detaljno ilustrovan i opisan na crtežima i u prethodnom opisu, takva ilustracija i opis smatraju se samo ilustracijom ili primerom, i nisu ograničavajući.

Claims (11)

Patentni zahtevi

1. Postupak za upravljanje kontinualno varijabilnim menjačem koji obuhvata ulazno vratilo i izlazno vratilo koje je smešteno oko zajedničke centralne ose rotacije (4) tako da može da rotira, pri čemu su prstenasti točak (1) i solarni točak (2) koaksijalno raspoređeni u odnosu na centralnu osu (4), i najmanje jedan set obrtnih planetnih točkova (3), pri čemu ugao obrtanja (8) planetnih točkova određuje prenosni odnos menjača, pri čemu:

– menjač radi putem kotrljanja bez klizanja planetnih točkova (3) na površinama prstenastog točka (1) i solarnog točka (2), nezavisno od ugla obrtanja planetnih točkova,

– prstenasti točak (1), planetni točkovi (3) i solarni točak (2) zajedno su stegnuti tako da prstenasti točak (1) deluje prvom normalnom silom (NR) na svaki dati planetni točak (3), a solarni točak (2) deluje drugom normalnom silom (NZ) na pomenuti planetni točak (3),

– postupak je konfigurisan tako da upravlja pomenutom prvom i drugom normalnom silom (NR,NZ), tako da, kada menjač radi sa datom ulaznom brzinom, datim prenetim obrtnim momentom i datim konstantnim prenosnim odnosom, primenjuje se prethodno definisana statička vrednost prve i druge normalne sile, i uslov mikroklizanja je primenljiv na kotrljajuće kontakte između planetnih točkova (3) i prstenastog i solarnog točka (1,2),

naznačen time, što:

tokom kontinualnog povećanja ili smanjenja ugla obrtanja (8) pa tako i prenosnog odnosa, svaka komponenta sile dodata statičkim vrednostima prve i/ili druge normalne sile je nula ili je manja od prethodno definisane komponente sile koja je potrebna da se održi stanje mikroklizanja.

2. Postupak prema zahtevu 1, pri čemu, tokom povećanja ili smanjenja prenosnog odnosa, jedna od normalnih sila se održava na statičkoj vrednosti dok se drugom upravlja tako da se prevaziđu tangencijalne sile reakcije generisane promenom ugla obrtanja.

3. Postupak prema bilo kom od prethodnih zahteva, pri čemu, prstenasti točak (1) i solarni točak (2) su zajedno stegnuti pod direktnim ili indirektnim uticajem prvog i drugog hidrauličkog pritiska (p1,p2).

4. Postupak prema zahtevu 3, pri čemu pomenuti hidraulički pritisci (p1,p2) deluju direktno na odgovarajuće hidraulične klipove (10,11), konfigurisane da se aksijalno kreću u smeru centralne ose (4), i pri čemu su prstenasti točak (1) i solarni točak (2) fiksirani za odgovarajuće klipove (10,11).

5. Kontinualno varijabilni menjač koji obuhvata ulazno vratilo i izlazno vratilo koje je smešteno oko zajedničke centralne ose rotacije (4) tako da može da rotira, prstenasti točak (1), solarni točak (2) koji je koaksijalno raspoređen u odnosu na centralnu osu (4), i najmanje jedan set obrtnih planetnih točkova (3), pri čemu ugao obrtanja (8) planetnih točkova određuje prenosni odnos menjača, pri čemu menjač radi putem kotrljanja bez klizanja planetnih točkova (3) na površinama prstenastog točka (1) i solarnog točka (2), nezavisno od ugla obrtanja planetnih točkova, pri čemu su prstenasti točak (1) i solarni točak (2) zajedno stegnuti tako da prstenasti točak (1) deluje prvom normalnom silom (NR) na svaki dati planetni točak (3), a solarni točak (2) deluje drugom normalnom silom (NZ) na pomenuti planetni točak, naznačeno time, što menjač obuhvata upravljački sistem konfigurisan da upravlja menjačem prema postupku iz jednog od zahteva 1 do 4.

6. Menjač prema zahtevu 5, pri čemu, pomenuti upravljački sistem je hidraulički upravljački sistem.

7. Menjač prema zahtevu 6, pri čemu, menjač je regulisan putem prvog i drugog hidrauličkog pritiska (p1,p2) ostvarenog u prvom i drugom hidrauličnom cilindru (12,13) putem hidrauličnog fluida, pri čemu pomenuti pritisci deluju tako što zajedno stežu prstenasti točak (1) i solarni točak (2).

8. Menjač prema zahtevu 7, pri čemu, prvi i drugi pritisak (p1,p2) deluju direktno na odgovarajući prvi i drugi klip (10,11) koji mogu da se kreću u pomenutom prvom, odnosno drugom cilindru (12,13).

9. Menjač prema zahtevu 7 ili 8, pri čemu, pomenuti upravljački sistem uključuje prvi i drugi sklop motora / pumpe (20,21), pri čemu svaki sklop obuhvata hidrauličnu pumpu (20a,21a) spojenu sa elektromotorom (20b,21b), pri čemu su pomenuti sklopovi konfigurisani da upravljaju pomenutim prvim i drugim pritiskom u odgovarajućim cilindrima (12,13).

10. Menjač prema zahtevu 9, pri čemu, izlazni priključak pumpe jednog sklopa motor-pumpa povezan je sa ulaznim priključkom pumpe drugog sklopa motor-pumpa.

11. Menjač prema zahtevu 9 ili 10, pri čemu, pumpe sklopa (20a,21a) motor-pumpa mogu da deluju kao hidraulični motori, i pri čemu elektromotori (20b,21b) sklopova motor-pumpa mogu da deluju kao generatori.