复合动力系统无段变速器的液压控制装置控制方法与系统

摘要

本发明为复合动力系统无段变速器的液压控制装置控制方法与系统，其无段变速器的变速调整装置是由第一与第二液体泵所产生的液压经液压回路改变与该第一与第二液体泵耦接的输入轴与输出轴的转速。本发明的控制方法与系统即是配合复合动力系统的操作模式与状态，来选择串联或并联的液体压回路，以有效控制无段变速器的输出。并更进一步地控制第一与第二液体泵的液压，进而控制连续无段变速器的变速比，使输入动力源(引擎、马达)工作在最佳效率区，以降低能源消耗。

说明书

技术领域

本发明涉及一种无段变速控制方法与系统，特别是涉及一种复合动力系统无段变速器的液压控制装置控制方法与系统。 

背景技术

早期已知的无段变速器(continuously variable transmission，CVT)是以离心块置于主动轮的活动半轮内，离心块只能反应引擎的转速而改变主动皮带轮的旋转节距，产生后轴转速与扭力的变化，此种变速方式不能充分的反应各种车况，也就不能获得最佳的动力输出结果，因其结构简单多使用于摩托车上，其扭力小、效率差为其主要缺点。 

新式的变速机构为金属皮带式，可提高传动扭力，并且传动效率也大幅提高至90％以上，近于齿轮变速系统，但结构简单重量更轻，再搭配油压回路与阀门系统可以作变速比控制。由于为了要高扭力传输而需提供适当的滑轮夹紧力与变速比，因而需要较高的压力(最高约在30Kg/cm2左右)来推动，故多采油压的方式来产生，其油压回路有已多种专利设计。 

为了控制前后轮的压力，现有技术中主要有三个方向，一是简化或减轻油压泵的使用与控制而设计较复杂的油压回路与阀门控制，二是简化油压回路而使用多个可调整的油泵，三是使用多个可调整的油泵且油压回路亦可控制调压。这些技术多见于美国专利US.Pat.No.6,547,694、US.Pat.No.7,261,672、US.Pat.No.6,287,227以及美国公开案US.Pub.No.2008/0039251等。其中，如美国专利US.Pat.No.7,261,672，其提出电动双泵油压式CVT的油压回路与控制方式，并可应用于复合动力车辆。该技术使用改良式串联回路，其需要做阀门的开度控制与马达控制来调整油压，以进行变速比变化率的控制。 

发明内容

本发明提供一种复合动力系统无段变速器的液压控制装置控制方法与系统，其使用一个简单的阀门开关控制液体泵的串并联，减轻液压回路与控制。其中，串联的液压回路，是为了能降低变速比液体泵的压力负担而设计使用，第一泵液压同时提供分别与CVT输出轴与输入轴相耦接的滑轮压力作为夹紧力(Clamping Force)，而第二液体泵可串联升压而单独给CVT输入轴的滑轮液压，使产生前后滑轮的压力差藉以控制变速比。此种液压回路使两液体泵产生了功能区分，第一是产生夹紧力，而第二是产生变速比，使控制上对液压的调控亦更为清楚明确。但在并联液路上，第一与第二液体泵的液压一部份会同时当作夹紧力使用，而第一与第二液体泵的压力差才是调制变速比。 

本发明提供一种复合动力系统无段变速器的液压控制装置控制方法与系统，其是于踩下刹车时，由于需要将动力做逆向传送，故将变速比加大，并可将串联回路改为并联，甚至是反向串联，使原本输为输入轮的转速提高，以利发电机于刹车时回充发电。 

在一实施例中，本发明提供一种复合动力系统无段变速器的液压控制装置控制方法，其包括有下列步骤：提供一复合动力系统其设置于具有一控制组件的一车辆上，该复合动力系统具有一第一动力源、一第二动力源以及控制第一与第二液体泵串/并联的一阀门，该第一与第二液体泵分别与一输出轴以及一输入轴相耦接；根据该复合动力系统的一操作模式决定关于一操作过程时的一变速比对照关系；于该操作过程决定该阀门的位置使得该第一与第二液体泵串联或并联；根据该控制组件的位置决定一输出扭力以及根据该车辆的速度以及该控制组件的位置于该变速比对照关系中决定一变速比；以及根据该输出扭力以及该变速比分别决定一第一讯号与一第二控制讯号，以分别控制该第一液体泵与该第二液体泵所产生的液体压力大小。 

在另一实施例中，本发明还提供一种复合动力系统无段变速器的液压控制装置与系统，其包括有：一复合动力系统，其设置于具有一控制组件的一车辆上，该复合动力系统具有一第一动力源、一第二动力源以及控制第一与第二液体泵串/并联的一阀门，该第一与第二液体泵分别与一输出轴以及一输入轴相耦接；一第一控制单元，其与该控制组件电讯连接，该第一控制单元还接收关于该车辆的车速讯号以及该复合动力系统的一操作模 式讯号以根据该控制组件的位置产生关于一输出扭力的第一讯号以及根据该车辆的速度以及该控制组件的位置于一变速比对照关系中决定关于一变速比的一第二讯号；以及一第二控制单元，其与该第一控制单元电讯连接以接收该第一讯号与第二讯号，该第二控制单元还接收关于该第一液体泵的一第一液体压力讯号以根据该第一讯号、第二讯号以及该第一液体压力讯号产生一第一与第二控制讯号以及一阀门控制讯号，其中该第一与第二控制讯号分别控制该第一与第二液体泵所产生液体压力的大小，该阀门控制讯号则控制该阀门的位置，使该第一与第二液体泵串联或并联。 

附图说明

图1为本发明的复合动力系统无段变速器的液压控制装置控制系统示意图。 

图2为本发明的液压控制回路与无段变速器连接示意图。 

图3A为本发明的控制单元第一实施例示意图。 

图3B为本发明的控制单元另一实施例示意图。 

图4为引擎转速与扭力关系示意图。 

图5为载具速度、制动组件位置(本实施例为油门开度)以及变速比关系示意图。 

图6为本发明的复合动力系统无段变速器的液压控制装置控制方法流程示意图。 

图7A为决定串并联油压回路切换流程示意图。 

图7B为串并联油压回路切换时机示意图。 

图8为本发明的复合动力系统无段变速器的液压控制装置控制方法另一实施例流程示意图。 

图9A为本发明的变速比回受控制第一实施例流程示意图。 

图9B为本发明的变速比回受控制第二实施例流程示意图。 

附图符号说明 

2-控制系统 

20-复合动力系统 

200-致动组件 

201-制动组件 

202-第一动力源 

203-第二动力源 

204-液压控制回路 

2040-第一液体泵 

2041-第二液体泵 

2042-阀门 

2043-液体槽 

2044、2046-马达 

2045、2047-马达控制器 

205-无段变速器 

2050-第一滑轮组 

2051-第二滑轮组 

2052-输出轴 

2053-输入轴 

206-离合器 

207-电池 

208-车轮 

21-控制单元 

210-第一控制单元 

2100-电讯号 

2101-速度讯号 

2102-引擎转速讯号 

2103-操作模式讯号 

2104-第一讯号 

2105-第二讯号 

211-第二控制单元 

2110-第一液体压力讯号 

2111-第一控制讯号 

2112-第二控制讯号 

2113-阀门控制讯号 

2114-第二液体压力讯号 

2115-输出轴转速讯号 

2116-输入轴转速讯号 

22-皮带 

3-复合动力系统无段变速器的液压控制装置控制方法 

30～36-步骤 

320326-步骤 

360a～363a-步骤 

360b～363b-步骤 

90-载具 

91-性能曲线 

92-椭圆 

93-定功率曲线 

94-区域 

具体实施方式

为使对本发明的特征、目的及功能有更进一步的认知与了解，下文特将本发明的装置的相关细部结构以及设计的理念原由进行说明，以便可以清楚了解本发明的特点，详细说明陈述如下： 

请参阅图1所示，该图为本发明的复合动力系统无段变速器的液压控制装置控制系统示意图。该控制系统2包括有一复合动力系统20，其具有两控制组件，在本实施例中，该控制组件分别为一致动组件200与一制动组件201的一载具90上。该载具90为轮型车辆，但不以此为限，只要是需要利用复合动力的移动工具都可以为本发明的载具所涵盖的态样。该致动组件200为油门而该制动组件201为刹车。该复合动力系统20具有一第一动力源202、一第二动力源203、一液压控制回路204、无段变速器205(CVT)以及一控制单元21。该第一动力源202为一引擎，其与致动组件200(油门)相耦接，藉由致动组件200的开启程度(％)可以控制引擎的转速。 

该第二动力源203为马达，其藉由电力产生转动的力量。因此该复合动力系统20具有引擎与马达两种不同的动力，使得该复合动力系统20可以在不同的操作模式下运作。该操作模式包括有一马达操作模式、一马达 与引擎复合操作模式、充电模式、经济模式或者是机动模式。该第一动力源202(以下以引擎称之)，可经由离合器206并联于第二动力源203(以下以马达称之)上，与马达同时出力。马达亦可控制成发电机使用，将引擎或载具本身所产生的动能回收成电能储存于电池207。马达随时与无段变速器205连动运转，引擎脱开离合器206时为纯电动运转模式，搭接时为复合模式。两动力源202与203的合成扭力经无段变速器205输出至车轮208带动载具90运行。 

该液压控制回路204其与该无段变速器205相连接。请参阅图2所示，该图为本发明的液压控制回路与无段变速器连接示意图。该无段变速器205包括有一第一滑轮组2050以及一第二滑轮组2051。该第一滑轮组2050具有一输出轴2052与该车轮208相耦接。该第一滑轮组2050其藉由一金属皮带22与该第二滑轮组2051相连接。该第二滑轮组2051，其是以一输入轴2053与该第二动力源203相耦接。该第一与第二动力源202与203所产生的动力藉由该输入轴2053而传递至该第二滑轮组2051。该第二滑轮组2051再藉由皮带22将动力传递至该第一滑轮组2050。该第一滑轮组2050的输出轴2052则将动力传给该车轮208，使该车轮208转动而带动该载具移动。 

该液压控制回路204，其具有一第一液体泵2040以及一第二液体泵2041。该第一液体泵2040以及该第二液体泵2041藉由液体管路与一阀门2042以及液体槽2043相连接。该第一液体泵2040还具有一马达2044以及马达控制器2045，该第二液体泵2041，同样地，也具有一马达2046以及马达控制器2047。该阀门2042与该第一滑轮组2050以及该第二滑轮组2051相连接。本实施例中，该阀门2042为一三口两位电磁阀，但不以此为限制。藉由控制该阀门2042的位置，可以让该第一液体泵2040与该第二液体泵2041串联或者是并联。在串联时，第一液体泵2040的液压除可推动第一滑轮组2050之外，并同时提供第二液体泵2041的起始压力。若要改为并联，可由控制单元21下达控制讯号给阀门。本实施例中，液压控制回路内的液体为油，但不以此为限制。藉由第一滑轮组2050与第二滑轮组5051的液压差别影响皮带2于两滑轮组2050与2051的旋转半径，进而改变变速比。而第一与第二液体泵2040与2041的运转是靠着马达2044与2046的带动，马达2044与2046各有马达控制器2045与2047来控制，而控制讯号来自 于控制单元21。 

请参阅图3A所示，该图为本发明的控制单元第一实施例示意图。在本实施例中，该控制单元21还具有一第一控制单元210以及一第二控制单元211。其中，该第一控制单元210与该致动组件200(油门)与制动组件201(刹车)电讯连接，以接收该致动组件200与制动组件201所发出的关于该致动组件200与制动组件201状态的电讯号2100。该第一控制单元210还接收关于该载具的速度讯号2101、引擎转速讯号2102以及该复合动力系统的一操作模式讯号2103，并且根据该致动组件200或制动组件201的位置产生关于一输出扭力的第一讯号2104。此外，该第一控制单元210还根据该载具的速度讯号2101以及该致动组件200或制动组件201的位置的电讯号2100，于一变速比对照关系中决定关于一变速比的一第二讯号2105。要说明的是，该模式操作包括有马达操作模式、一马达与引擎复合操作模式、充电模式、经济模式或者是机动模式。至于输出扭力的大小则可根据致动组件200与制动组件201(油门或者是刹车位置)来决定，决定的方式可以事先建立起油门开度或刹车夹紧度与输出扭力间的关系，然后该第一控制单元210接收该致动组件200与制动组件201所产生的讯号2100，该关系产生对应的输出扭力。请参阅图4所示，其为引擎转速与扭力关系示意图。由于引擎在完成制造之后，引擎转速与扭力会有一定的关系性能曲线91，而油门的开度又跟引擎转速有关，因此根据检测油门的讯号即可得知扭力大小；同理，在踩刹车时亦可以建立出关系。 

该变速比对照关系则可以为加速(踩油门)过程中的马达操作模式变速比关系、加速过程中复合操作模式变速比关系、减速(踩刹车)过程中的马达操作模式变速比关系或者是减速过程中复合操作模式变速比关系。请参阅图4与图5所示，其中图5为载具速度、致动组件位置(本实施例为油门开度)以及变速比关系示意图。由于依据不同动力源会有不同的动力与效率性能，以引擎动力源为例，图4为引擎性能曲线，效率的高低以同心椭圆92的方式来表示，在各个不同的定功率曲线93(以中心线表示)上可找出一个最佳效率的工作点，形成一个引擎最佳工作带或线，如区域94所示，在此区域94的变速比可设为1，而沿着定功率曲线93即可定出其它工作点所需变速比，依此类推可形成图5的引擎最佳变速比关系。依据不同的行驶或操作模式，即可选择不同的变速比关系来使用。此关系亦会依开关(经济/机动) 或复合模式下的发电量做细部调整。当使用经济模式时，变速比会在车速与油门较低的地方提前减小；而在复合动力下，引擎出力兼发电时，引擎会因补偿发电的扭力而增加，因此易往高效率区移动，故变速比可补偿性地增加。 

再回到图3A所示，该第二控制单元211，其与该第一控制单元210电讯连接以接收该第一讯号2104与第二讯号2105，该第二控制单元211还接收关于该第一液体泵的一第一液体压力讯号2110以根据该第一讯号2104、第二讯号2105以及该第一液体压力讯号2110产生一第一与第二控制讯号2111与2112以及一阀门控制讯号2113，其中该第一与第二控制讯号2111与21112分别控制图2中的第一与第二液体泵2040与2041所产生液体压力的大小，该阀门控制讯号2113则控制图2中的阀门2042的位置，使该第一与第二液体泵2040与2041串联或并联。请参阅图3B所示，该图为本发明的控制单元另一实施例示意图。图3B的实施例中，该控制单元21的架构基本上与图3A类似，差异的是图3B的架构可以进行回受控制，以维持变速比与输出扭力。为了能够进行回受控制，该第二控制单元211还可以接收关于该第二液体泵的一第二液体压力讯号2114、该输出轴与输入轴的转速讯号2115与2116。该第二控制单元211根据该第一液体压力讯号2110判断该输出扭力的状态，并调整该第一控制讯号2111使第一液体泵的输出液压等于该第一讯号2104所对应的第一液体泵的液体压力。该第二控制单元211根据该输入轴与输出轴的转速比值对由第一控制单元210所产生的变速比进行回受控制。此外，也可以根据该第二液体泵运作时的一液体压力讯号2114所对应的液体压力与第一控制单元210所产生的变速比所对应的第二液体泵的液体压力相比较，根据比较的结果调整该第二控制讯号以维持变速比。 

请参阅图6所示，该图为本发明的复合动力系统无段变速器的液压控制装置控制方法流程示意图。该控制方法3包括有下列步骤，首先以步骤30提供一复合动力系统，其如图1与图2所示。该复合动力系统的结构以及液压回路如前所述，在此不做赘述。接着以步骤31根据该复合动力系统的一操作模式决定关于一操作过程的一变速比对照关系。该操作模式包括有一马达操作模式、一马达与引擎复合操作模式、充电模式、经济模式或者是机动模式。而操作过程则可以为藉由制动组件(如油门或刹车)控制加速 (踩油门)或减速(放开油门或者是踩刹车)的操作过程。根据该操作过程与操作模式决定出如图5所示的变速比对照关系。也就是是说，在各个模式下加速或减速都会对应一变速比对照关系。在步骤31中，请配合参阅图3A所示，以引擎与马达复合操作模式与加速过程为例，其所产生的变速比对照关系如图5所示。 

再回到图6所示，接着进行步骤32，于该操作过程决定该阀门的位置使得该第一与第二液体泵串联或并联。在本步骤中，主要为根据输出扭力与变速比以决定该阀门的位置，请参阅图7A所示，该图为本发明的决定串并联流程示意图。决策的方式，一开始先以步骤320对变速比以及输出扭力进行初始化，并使用并联油压回路。在本步骤中，该变速比大小为1.5，而输出扭力则为20％。要说明的是该输出扭力是以油门开度比例来表示。接着进行步骤321，判断变速比是否小于1.5且输出扭力大于40％，如果否的话，则进行步骤322持续并联油压回路，并且藉由查表得知关于该第一与第二液体泵所需的压力，再经由低通滤波输出关于该压力的讯号，然后再回到步骤321持续监控；反之，如果是的话，则以步骤323切换成串联油压回路，并以步骤324藉由查表得知关于该第一与第二液体泵所需的压力，再经由低通滤波输出关于该压力的讯号。随后，再进行步骤325，判断变速比是否大于1.9且输出扭力大于25％，如果否的话，则再回到步骤324，如果是的话，则切换成并联油压回路，再回到步骤322。至于在该步骤321与325中的变速比与输出扭力大小，是根据需求而定，并无特定的限制。一般而言，该第一阈值大于该第二阈值。要说明的是，步骤31至32的顺序并不以本实施例的顺序为限制，这是因为控制单元的运算速度相当快，因此不管谁先谁后，都不会影响控制的结果。 

再回到图6所示，决定了油压回路的串/并联之后，接着进行步骤33，根据该制动组件的位置决定一输出扭力以及根据该载具的速度以及该制动组件的位置于该变速比对照关系中决定一变速比。本实施例中，该制动组件为油门。由于油门的开启程度以及车速可以藉由传感器得知，因此第一控制单元210即可以根据油门以及车速决定出对应的变速比。此外，藉由油门的开启程度亦可以得知输出扭力。最后，进行步骤34，根据该输出扭力以及该变速比分别决定该第一液体泵与该第二液体泵的第一与第二控制讯号以分别控制该第一液体泵与该第二液体泵所产生的液体压力大小。在 本步骤中，利用步骤33所产生的输出扭力大小，可以决定第一液体泵所需产生的液体压力值，然后藉由第二控制单元211产生与对应该液体压力值的第一控制讯号。该第一控制讯号，可由第二控制单元内部所建立的表格查表得到，或者依公式计算公式算出，其间并会考虑液压回路的串/并联的状态而调整。 

最后，还可以包括有一步骤35使该第一液体泵的液体压力与第二液体泵的液体压力维持一定值。在步骤35中，其控制程序包括有：于并联时，依所输出的该输出扭力与变速比，藉由查表找出所对应的第一液体泵的二液体压力相加，并将相加后的压力值与第一液体泵实际上所量测到的液体压力相比较，若该第一液体泵的液体压力较大，则藉由调整第一控制讯号以减少该第一液体泵所输出的压力，反之则藉由该第一控制讯号增加该第一液体泵所输出的液体压力，以持维第一液体泵的液体压力。而第二液体泵则单独依该输出扭力，藉由查表找出所对应的第二液体泵的液体压力，若实际量测的该第二液体泵的液体压力较大，则藉由第二控制讯号以减少该第二液体泵输出的压力，反之则增加，以持维第二液体泵的输出液体压力。当于串联时，量测第一液体泵的液体压力，并单独依该输出扭力，藉由查表找出所对应的第一液体泵的液体压力来调整该第一控制讯号以维持压力一定，而第二液体泵的液体压力则依该变速比，藉由查表找出所对应的第二液体泵的液体压力与实际所量测的第二液体泵压力进行比较，以控制该第二液体泵维持一定。 

请参阅图2与图7B所示，其中图7B为串并联油压回路切换时机示意图。以车辆由起步加速为例，当车速低于起步时，使用并联液压回路以提供最大的第一液体泵2040的输出压力而能够得到最大的减数比，用以帮助第二动力源203(马达)起步时所需的高扭力。当逐步增速时，变速比会因变速比对照关系的改变而进行调控而降低，使第一液体泵2040轮出的液压减少，而第二液体泵2041所输出的液压增加。当变速比降低于一阈值时，切换成串联，此时切换对液压改变的冲击最小。串联时，以第一液体泵2040提供夹紧力，第二液体泵2041用以控制变速比，使无段变速器继续往变速比小的方向走，并提供足够的夹紧力以输出扭力，并逐渐以第一动力源202与第二动力源203结合以形成复合动力的模式，并改以复合动力的操作模式下所对应的变速比对照关系来决定变速比。 

前述关于图6的流程中所指的操作过程为加速的过程，如果在减速的过程中，还可以包括有转换动力以进行充电的一步骤，在本步骤中，主要是当油门放开而刹车组件操作时，使一第一控制单元选择充电模式，并给予第二控制单元关于一负值扭力命令的第一讯号。然后该第一控制单元依输出扭力命令的大小与载具速度讯号对应出一变速比命令，并给予该第二控制单元的第二讯号，以于该减速过程中逐步增加变速比，使该输入轴的转速增加进而使该第二动力源转速提高以增加充电量。最后该第二控制单元依第一讯号与第二讯号并且依串并联对应出第一液体泵的液体压力与第二液体泵的液体压力，并分别量测第一与第二液体泵的液体压力，并分别调整第一与第二控制讯号。 

主要是调整该第二控制讯号以增加该第二液体泵的液体压力，并且同时调整该第一控制讯号以降低该第一液体泵的液体压力，使该输入轴的转速增加进而使该马达转速提高以增加充电量。于复合动力的情况下踩下刹车时，由于需要将动力做逆向传送，且需使第二液体泵增加压力以缩小第二滑轮组的半径，进而增速以利发电机发电。故第一液体泵与第二液体泵串联增压的方式则不适用，第二滑轮组反而不需高液压，此时需要的是将第一滑轮组逐渐地缩小皮带轮径，使与第二动力源耦接的输入轴端增速，即控制第二液体泵所产生的液压缩小，第一液体泵所产生的液压增大，即第二动力源端转速增加，易于刹车回充发电。 

于串并联架构下，其液压与液压回路改变的过程为先逐渐降低第二液体泵输出的液压至一低值，而第一液体泵的输出液压亦可随着逐渐降低，但程度较第二液体泵的输出液压小，以提供增加的变速比。当变速比不能再增加时，切换成并联油路，使第二液体泵的输出液压更为减小，而第二液体泵的输出液压则更为加大，如此，变速比则能继续增加。在此变速比提升的过程，车速因刹车回充会随着降低，而车辆要再加速时，刚好也是需高变速比开始再逐渐降回低变速比，并无任何冲突之处。 

请参阅图8所示，该图为本发明的复合动力系统无段变速器的液压控制装置控制方法另一实施例流程示意图。在本实施例中，基本上与图6的流程类似，差异的是，本实施例中还包括有步骤36，对该变速比进行回受控制的一步骤。请参阅图9A所示，该图为本发明的变速比回受控制第一实施例流程示意图。在于该阀门串联时，变速比的回受控制中，包括有步骤 360a，量测该输入轴与输出轴的转速并前后相除以求得一操作变速比。请配合参阅图3B所示，该第二控制单元211接收分由检测输入轴与输出轴的转速的转速传感器所感测的关于输入轴与输出轴的转速讯号2115与2116，并进行一运算，亦即将输入轴的转速除以输出轴的转速以得到该操作变速比。接着以361a将该操作变速比与该变速比相比较。根据比较的结果，若该变速比较大则以步骤362a减小第二液体泵的液体压力。反之，若该变速比较小则以步骤363a增加第二液体泵的液体压力，使该操作液体压力等于该变速比。 

请参阅图9B所示，该图为本发明的变速比回受控制第二实施例流程示意图。在该阀门并联时的变速比的回受控制中，请配合参阅图2所示，包括有步骤360b，量测该输入轴与输出轴的转速并前后相除以求得一操作变速比。再进行步骤361b将该操作变速比与该变速比相比较。根据比较的结果，若该变速比较大则以步骤362b增加第一液体泵的液体压力；反之，若该变速比较小则以步骤363b减小第二液体泵的液体压力，使该操作液体压力等于该变速比。 

以上所述仅为本发明的实施例，而不能以此限制本发明范围。即凡依本发明的权利要求所做的均等变化及修饰，仍将不失本发明的要义所在，亦不脱离本发明的精神和范围，都应视为本发明的进一步实施状况。