阅读说明：本技术 一种无级变速器金属带带环失效控制装置及方法 (Failure control device and method for metal belt ring of continuously variable transmission ) 是由 刘金刚 王高升 肖培杰 傅兵 何丽红 赵又红 陈建文 于 2020-12-01 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种无级变速器金属带带环失效控制装置及方法,控制装置包括摄像头、无级变速器、控制装置和失效计算单元；所述的摄像头设于无级变速器主动轮轴和从动轮轴之间,摄像头的镜头轴线与主动轮轴的轴线平行,镜头正对无级变速器金属带带环；控制装置包括TCU控制器、电机控制器和失效计算单元,电机控制器与失效计算单元连接,失效计算单元与TCU控制器连接,TCU控制器与无级变速的液压系统连接；失效计算单元与摄像头相连,接收来自摄像头捕捉的带环跳动信号值。本发明结构简单,成本低下,能够降低高转速条件下无级变速器金属带断裂失效的风险,并保障无级变速器可以被应用于电动汽车上。(The invention discloses a device and a method for controlling failure of a metal belt ring of a continuously variable transmission, wherein the control device comprises a camera, the continuously variable transmission, a control device and a failure calculation unit; the camera is arranged between the driving wheel shaft and the driven wheel shaft of the continuously variable transmission, the axis of a lens of the camera is parallel to the axis of the driving wheel shaft, and the lens is over against the metal belt ring of the continuously variable transmission; the control device comprises a TCU controller, a motor controller and a failure calculation unit, wherein the motor controller is connected with the failure calculation unit, the failure calculation unit is connected with the TCU controller, and the TCU controller is connected with a stepless speed change hydraulic system; the failure calculation unit is connected with the camera and receives the belt loop jumping signal value captured by the camera. The invention has simple structure and low cost, can reduce the risk of the fracture failure of the metal belt of the continuously variable transmission under the condition of high rotating speed, and ensures that the continuously variable transmission can be applied to the electric automobile.)

一种无级变速器金属带带环失效控制装置及方法

技术领域

本发明涉及一种无级变速器金属带带环失效控制装置及方法。

背景技术

我国经过科技攻关，在电动汽车技术方面取得重大进展，整体技术水平接 近国际先进水平。但目前在传动系统技术方面，电动汽车均使用单速比减速 器，存在电机体积及能耗大、低效率阶段电机温升高、电池寿命低下、中高速 阶段的加速性能不足等问题。从长期来看，为电机配备多档位变速器将会是未 来电动汽车的发展趋势。目前所使用的多档位变速器主要包括以下三种类型： 液力自动变速器(AT)、电控机械式自动变速器(AMT)和金属带式无级变速 器(CVT)。相较于其他多档位变速器，金属带式无级变速器(CVT)具有重量轻、 体积小、结构简单、经济性高及驾驶平顺性强等优点，成为中小型汽车上优良 的变速器。但金属带式无极变速器(CVT)属于摩擦传动，存在较大的功率损 失。研究结果表明，传统汽车上金属带式无级变速器的功率损失占发动机总功 率的33.4％。若电动汽车配备金属带式无级变速器(CVT)后，传动系统无需变矩 器及较少的齿轮副，且电动汽车上的300-400V高压电可以将传统的机械泵替换 为电动泵，解决了液压系统中溢流和节流功率损失大的问题。该配备模式预计 可将金属带式无级变速器(CVT)的功率损失减小20％左右，不仅规避了CVT现 有缺点，还保留了自身无可比拟的优势，可将CVT性能发挥到极致。综上所述，金属带式无级变速器(CVT)是电动汽车的理想变速器。

电动汽车在高转速运行条件下，尤其是超过8000转时，CVT“带轮—金 属片—带环”非连续体接触时会产生微动摩擦和颤振效应，即带环在钢片鞍面 间来回左右和上下跳动，带环极易磨损且萌生疲劳裂纹，最终导致带环发生断 裂，从而引起CVT传动失效，CVT寿命将大幅下降。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单，成本低下，能够降低 高转速条件下无级变速器金属带带环断裂失效的风险，并保障无级变速器可以 被应用于电动汽车上的无级变速器金属带带环失效控制装置及方法。

本发明采用的技术方案是：一种无级变速器金属带带环失效控制装置，包括 摄像头、无级变速器、控制装置和失效计算单元；所述的摄像头设于无级变速 器主动轮轴和从动轮轴之间，摄像头的镜头轴线与主动轮轴的轴线平行，镜头 正对无级变速器金属带带环；控制装置包括TCU控制器、电机控制器和失效计 算单元，电机控制器与失效计算单元连接，失效计算单元与TCU控制器连接， TCU控制器与无级变速的液压系统连接；失效计算单元与摄像头相连，接收来 自摄像头捕捉的带环跳动信号值。

一种利用上述无级变速器金属带带环失效控制装置的无级变速器金属带带 环失效控制方法，包括以下步骤：

1)通过摄像头检测金属带的上下跳动量和左右跳动量，失效计算单元分别 根据金属带的带环的上下跳动量阈值和左右跳动量阈值，计算金属带的带环的 上下跳动调整量和左右跳动调整量；

2)基于金属带的带环上下跳动量和左右跳动量，分别获取金属带带环的上 下跳动频率和左右跳动频率；

3)通过金属带的带环的左右跳动调整量和左右跳动频率，计算无级变速器 主动轮缸和从动轮缸的油压调整量，发送给TCU控制器对主动轮缸和从动轮缸 的油压进行调整；通过金属带带环的上下跳动调整量和上下跳动频率，计算驱 动电机的转速调整量，发送给电机控制器对电机的转速进行调整。

上述无级变速器金属带带环失效控制方法中，所述步骤1)中，金属带带环 的左右跳动调整量Δx和上下跳动调整量Δy的计算公式如下：

其中，x、y分别为金属带带环的左右跳动量的检测值和金属带带环的上下 跳动量的检测值；x₀、y₀分别为金属带带环的左右跳动量阈值和上下跳动量阈 值。

上述无级变速器金属带带环失效控制方法中，所述步骤2)中，金属带带环 的的左右跳动频率f_x的计算公式如下：

其中，x_n、x_n-1分别n时刻和n-1时刻的左右跳动量；x_m、x_m-1分别m时刻和 m-1时刻的金属带带环的左右跳动量；a₁、b₁分别代表左右跳动量的n时刻和m 时刻，以电机启动时为初始时刻计时；

金属带带环的上下跳动频率f_y的计算公式如下：

其中，y_n、y_n-1分别n时刻和n-1时刻的上下跳动量；y_m、y_m-1分别m时刻和 m-1时刻的金属带带环的上下跳动量；a₂、b₂分别代表上下跳动量的n时刻和m 时刻，以电机启动时为初始时刻计时。

上述无级变速器金属带带环失效控制方法中，所述步骤3)中，无级变速器 从动轮缸的油压调整量ΔP_c的计算公式如下：

其中，a₃为常数；f_T0表示TCU控制器的采样频率，为常数；c(k)为TCU 控制器的第k个采样时间，k为采样点序号；无级变速器从动轮缸的油压调整量 ΔP_m的计算公式为ΔP_m＝a₄·ΔP_c，其中a₄为常数。

上述无级变速器金属带带环失效控制方法中，所述步骤3)中，驱动电机的 转速调整量Δn的计算公式如下：

其中，a₅为常数；f_M0表示电机控制器的采样频率，为常数；c(k)为电机控 制器的第k个采样时间，k为采样点序号；。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明通过金属带的带环左右 跳动调整量和上下跳动调整量，以及带环的左右跳动频率和上下跳动频率，来 计算无级变速器油压调整量和电机转速调整量，从而降低金属带带环在实际服 役时的上下跳动量和左右跳动量，避免金属带带环产生具有严重失效行为的微 动和颤振效应；本发明的无级变速器金属带带环失效控制装置结构简单，成本 低，能够降低高转速条件下无级变速器金属带带环断裂失效的风险，并保障无 级变速器可以被应用于电动汽车上。

附图说明

图1为本发明的无级变速器金属带带环失效控制装置的结构示意图。

图2为本发明的摄像头检测金属带带环的侧向示意图。

图3为本发明的无级变速器金属带带环失效控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如图1所示，本发明的无级变速器金属带带环失效控制装置，包括摄像头4、 无级变速器、控制装置和失效计算单元；无级变速器包括动轮动锥盘1、主动轮 定锥盘16、主动轮轴2、主动轮进油口3、金属带5、主动轮进油管6、从动轮 进油口7、从动轮定锥盘8、从动轮动锥盘9、从动轮进油管10、从动轮轴17 和液压系统11，液压系统11分别通过主动轮进油管6、从动轮进油管10连接 主动轮进油口3、从动轮进油口7。驱动电机15与主动轮轴2相连，主动轮轴2 与主动轮定锥盘16固连，主动轮动锥盘1可在主动轮轴2上左右滑动，其上的 用于增减压的液压缸。从动轮轴17与从动轮定锥盘8固连，从动轮动锥盘9可 在从动轮轴17来回滑动，金属带5卡在主动轮动锥盘1和主动轮定锥盘16之 间，以及从动轮定锥盘8和从动轮动锥盘9之间。

控制装置包括TCU控制器12、失效计算单元13和电机控制器14，电机控 制器14与失效计算单元13连接，失效计算单元13与TCU控制器12连接，TCU 控制器12与无级变速的液压系统11连接。TCU控制器12接受来自失效计算单 元13的压力调整量控制指令，然后将相应的控制指令转换成PWM信号作用于 液压系统11。电机控制器14则接收来自失效计算单元13的转速调整量控制指 令，然后将相应的控制指令转换成PWM信号作用于驱动电机。所述的摄像头4 设于无级变速器主动轮轴2和从动轮轴17之间，摄像头4的镜头轴线与主动轮轴2的轴线平行，镜头朝向无级变速器金属带；失效计算单元与摄像头相连， 接收来自摄像头捕捉的带环跳动信号值。

如图2所示，金属带5由9层带环19和几百个金属片18组成。摄像头正 对于4带环19，沿带环方向为X方向，垂直于带环往上的方向为Y方向。

如图3所示，本发明的无级变速器金属带失效控制装置的控制方法，包括 以下步骤：

1)通过摄像头4检测金属带5的带环19上下跳动量和左右跳动量，失效 计算单元分别根据上下跳动量阈值及左右跳动量阈值，计算左右跳动调整量和 上下跳动调整量；

其中，金属带带环的左右跳动调整量Δx和上下跳动调整量Δy的计算公式如 下：

式中，x、y分别为金属带带环的左右跳动量的检测值和上下跳动量的检测 值；x₀、y₀分别为金属带带环的左右跳动量阈值和上下跳动量阈值。

2)基于金属带5的带环19上下跳动量和左右跳动量，分别获取带环19的 上下和左右跳动频率；

带环19的左右跳动频率f_x的计算公式如下：

式中，x_n、x_n-1分别n时刻和n-1时刻的左右跳动量；x_m、x_m-1分别m时刻和 m-1时刻的金属带带环的左右跳动量；a₁、b₁分别代表左右跳动量的n时刻和m 时刻，以电机启动时为初始时刻计时。

同样，带环19的上下跳动频率f_y的计算公式如下：

式中，y_n、y_n-1分别n时刻和n-1时刻的上下跳动量；y_m、y_m-1分别m时刻和 m-1时刻的金属带带环的上下跳动量；a₂、b₂分别代表上下跳动量的n时刻和m 时刻，以电机启动时为初始时刻计时。

3)通过金属带带环的左右跳动调整量和左右跳动频率，计算无级变速器主 动轮进油口3和从动轮进油口7的油压调整量，发送给TCU控制器12；

无级变速器从动轮进油口3的油压调整量ΔP_c的计算公式如下：

式中，a₃为常数；f_T0表示TCU控制器12的采样频率，为常数；c(k)为TCU 控制器12的第k个采样时间，k为采样序号。无级变速器从动轮进油口7的油 压调整量ΔP_m的计算公式为ΔP_m＝a₄·ΔP_c，其中a₄为常数。

4)通过金属带带环的上下跳动调整量和上下跳动频率，计算驱动电机15 的转速调整量，发送给电机控制器14。

驱动电机15的转速调整量Δn的计算公式如下：

式中，a₅为常数；f_M0表示电机控制器14的采样频率，为常数；c(k)为电机 控制器14的第k个采样时间，k为采样序号。