汽車無極變速系統及其設計和控制方法

2023-05-28 07:30:11

專利名稱：汽車無極變速系統及其設計和控制方法
技術領域：
本發明屬於汽車無極變速技術領域，尤其是涉及一種汽車無極變速系統及其設計和控制方法。
背景技術：
無級變速是指可連續獲得變速範圍內任何傳動比的變速系統，通過無級變速可以得到傳動系與發動機工況的最佳匹配。常見的無級變速器有液力機械式無級變速器和金屬帶式無級變速器(VDT-CVT)。其中，CVT技術真正應用在汽車上不過十幾年的時間，但它比傳統的手動和自動變速器的優勢卻是顯而易見的1、結構簡單，體積小，零件少且大批量生產後的成本肯定要低於當前普通自動變速器的成本；2、工作速比範圍寬，容易與發動機形成理想的匹配，從而改善燃燒過程，進而降低油耗和排放；3.具有較高的傳送效率，功率損失少，經濟性高。當然，CVT技術也有它的弱點，比如傳動帶容易損壞，無法承受較大的載荷等等，這些技術上的難關使得它一直以來多應用在小排量、低功率的汽車上。現如今，市面上所使用的汽車無極變速系統均不同程度地存在工作原理複雜、使用成本較高、使用效果較差、不能自動實現無級變速等多種缺陷和不足。

發明內容
本發明所要解決的技術問題在於針對上述現有技術中的不足，提供一種結構簡單、設計合理、投入成本低且使用操作簡便、使用效果好的汽車無極變速系統。為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案是一種汽車無極變速系統，其特徵在於由液力分矩器、與所述液力分矩器傳動連接的無級變速器、與所述無級變速器傳動連接的檔位控制器和與所述檔位控制器傳動連接的輸出機構組成，所述輸出機構通過傳動機構與汽車主動輪輪軸進行傳動連接；所述液力分矩器為將汽車發動機輸出的驅動功率Ptl分為兩個獨立的分驅動功率並分別通過主驅動軸與次驅動軸對兩個所述分驅動功率進行同時輸出的分矩裝置，所述主驅動軸與次驅動軸呈平行布設；兩個所述分驅動功率分別為由主驅動軸輸出的主驅動功率 P1和由次驅動軸輸出的次驅動功率P2,且PAPfPm = Ptl，其中Pm為測試得出所述液力分矩器正常工作時的功率損耗值；當驅動功率Ptl恆定不變時，次驅動功率P2的大小由主驅動功率 P1的大小來決定當主驅動功率P1越大時，次驅動功率P2越小；反之，當主驅動功率P1越小時，次驅動功率P2越大；所述液力分矩器包括分矩器外殼、盛裝於所述分矩器外殼內的工作液、主驅動軸、 次驅動軸、液力分矩機構和與所述汽車發動機進行傳動連接的動力輸入元件，所述液力分矩機構包括液力傳動件一和液力傳動件二，所述液力傳動件一與主驅動軸傳動連接，所述液力傳動件二與次驅動軸傳動連接，所述液力分矩機構和所述動力輸入元件均安裝在所述分矩器外殼內；所述動力輸入元件將所述汽車發動機輸出的機械能轉換為所述工作液的流體動能Wtl並通過工作液先後對液力傳動件一和液力傳動件二進行做功，所述液力傳動件一
7將所述工作液的部分流體動能W1轉換為機械能並帶動主驅動軸進行同步轉動，所述液力傳動件二將所述工作液對液力傳動件一做功後剩餘的剩餘流體動能W2轉換為機械能並帶動次驅動軸進行同步轉動，其中Wtl = WJWfWm,式中Wm為所述液力分矩機構正常工作時的能量損耗；所述無級變速器為行星齒輪變速器一；所述行星齒輪變速器一包括太陽輪一、同軸套裝在太陽輪一上的行星架一、沿圓周方向均勻布設在行星架一上的多個行星齒輪一和套裝在多個所述行星齒輪一外側且與多個所述行星齒輪一均嚙合的齒圈一；所述行星架一與主驅動軸進行傳動連接並由主驅動軸帶動進行同步轉動，所述齒圈一與次驅動軸進行傳動連接且由次驅動軸帶動進行同步轉動；所述太陽輪一與所述無級變速器的動力輸出軸一同軸連接，且動力輸出軸一由太陽輪一帶動進行同步轉動。上述汽車無極變速系統，其特徵是所述動力輸入元件為泵輪，所述液力傳動件一和液力傳動件二均為渦輪。上述汽車無極變速系統，其特徵是所述液力分矩器為離心式液力分矩器或軸流式液力分矩器。上述汽車無極變速系統，其特徵是所述離心式液力分矩器中的動力輸入元件為由所述汽車發動機帶動進行連續轉動且在連續轉動的同時將所述工作液沿幅向泵出的泵輪一，所述離心式液力分矩器中的所述液力傳動件一為同軸套裝在泵輪一上的渦輪一，自泵輪一泵出的工作液直接均勻衝擊在渦輪一上並相應帶動渦輪一進行連續轉動，所述離心式液力分矩器中的所述液力傳動件二為同軸套裝在渦輪一上的渦輪二，所述工作液衝擊渦輪一後自渦輪一的外周側排出並衝擊在渦輪二上，衝擊在渦輪二上的工作液帶動渦輪二進行連續轉動；所述泵輪一的驅動軸一與所述汽車發動機的動力輸出軸傳動連接。所述渦輪一和渦輪二之間同軸套裝有導向輪一，所述導向輪一包括沿圓周方向均勻布設且將渦輪一所排出工作液的流向進行調整以使得工作液以最大效率衝擊渦輪二的多個葉片一；且實際調整時，多個所述葉片一將渦輪一所排出工作液的流向向靠近渦輪二中葉片的正對衝擊方向進行調整；多個所述葉片一固定安裝在葉片安裝架一上，所述葉片安裝架一固定安裝在所述分矩器外殼上。上述汽車無極變速系統，其特徵是所述驅動軸一與所述汽車發動機的動力輸出軸同軸連接，且所述泵輪一同軸安裝在所述驅動軸一上，所述驅動軸一位於泵輪一前側；所述次驅動軸為同軸安裝在渦輪二後側的空心軸一，所述主驅動軸同軸安裝在渦輪一後側， 所述主驅動軸同軸套裝在所述空心軸一內且其自所述空心軸一後部伸出。上述汽車無極變速系統，其特徵是所述軸流式液力分矩器中的動力輸入元件為由所述汽車發動機帶動進行連續轉動且在連續轉動的同時將所述工作液沿軸向泵出的泵輪二，所述泵輪二前側同軸安裝有驅動軸二，所述驅動軸二與所述汽車發動機的動力輸出軸傳動連接；所述軸流式液力分矩器中的所述液力傳動件一為位於泵輪二正後方的渦輪三，自泵輪二泵出的工作液直接均勻衝擊在渦輪三上並相應帶動渦輪三進行連續轉動，所述離心式液力分矩器中的所述液力傳動件二為位於渦輪三正後方的渦輪四，所述泵輪二、 渦輪三和渦輪四呈同軸布設；所述工作液衝擊渦輪三後自渦輪三的後方排出，自渦輪三排出的工作液衝擊在渦輪四上並相應帶動渦輪四進行連續轉動；所述渦輪三和渦輪四之間布設有導向輪二，所述導向輪二位於渦輪三正後方，且渦輪四位於導向輪二的正後方，所述導向輪二包括沿圓周方向均勻布設且將渦輪三所排出工作液的流向進行調整以使得工作液以最大效率衝擊渦輪四的多個葉片二 ；且實際調整時，多個所述葉片二將渦輪三所排出工作液的流向向靠近渦輪四中葉片的正對衝擊方向進行調整；多個所述葉片二固定安裝在葉片安裝架二上，所述葉片安裝架二固定安裝在所述分矩器外殼上。上述汽車無極變速系統，其特徵是所述驅動軸二與所述汽車發動機的動力輸出軸同軸連接，且所述泵輪二同軸安裝在所述驅動軸一上，所述驅動軸一位於泵輪二前側；所述次驅動軸為同軸安裝在渦輪四後側的空心軸二，所述主驅動軸同軸安裝在渦輪三後側且導向輪二中部開有供主驅動軸穿過的通孔，所述主驅動軸同軸套裝在所述空心軸二內且其自所述空心軸二後部伸出。上述汽車無極變速系統，其特徵是所述檔位控制器為將所述汽車的檔位調控至前進擋、倒退擋或空擋的行星齒輪變速器二 ；所述行星齒輪變速器二包括同軸安裝在動力輸出軸一上且由動力輸出軸一帶動進行同步轉動的太陽輪二、同軸套裝在太陽輪二上的行星架二、沿圓周方向均勻布設在行星架二上的多個行星齒輪二和套裝在多個所述行星齒輪二外側與多個所述行星齒輪二均嚙合的齒圈二，所述行星架二的前端自齒圈二伸出，且行星架二自齒圈二伸出的伸出段上同軸套裝有將檔位調控至前進擋以控制汽車前進的前進控制剎車碟，所述齒圈二上同軸套裝有將檔位調控至倒退擋以控制汽車倒退的倒退剎車碟；所述齒圈二的後端自行星架二伸出；所述輸出機構為將行星架二和齒圈二所輸出動力合成一個動力進行輸出的行星齒輪變速器三；所述行星齒輪變速器三包括與行星架二固定連接且由行星架二帶動進行同步轉動的太陽輪三、同軸套裝在太陽輪三上的行星架三、同軸套裝在行星架三外側的齒圈三和沿圓周方向均勻布設在行星架三上的多個行星齒輪三，所述齒圈三同軸固定在齒圈二後部，所述齒圈三與多個所述行星齒輪三均嚙合，且所述行星架三為所述輸出機構的動力輸出端。同時，本發明還公開了一種設計方法步驟簡單、易於掌握且設計效果好、實現方便的無極變速系統設計方法，其特徵在於該方法包括以下步驟步驟一、設計參數確定根據公式Ps= FVs，計算得出需設計汽車的設計功率P 設，式中Ps= (70% 80% ) XP額，且P額為汽車發動機的額定功率，F為當汽車發動機的工作功率SPs時通過測力裝置測試得出的需設計汽車勻速運行過程中在水平方向上的牽引力，需設計汽車勻速運行過程中所受的阻力Fpfi= F ；之後，根據公式Vs= Ps/F，計算得出需設計汽車的設計運行速度Vs，並根據計算得出的Vs計算得出汽車在無任何阻力情況下的空載轉速Vs= VSX(1+C1% )，其中Cl%= 10% 15% ；然後，再根據空載轉速V空來確定渦輪一或渦輪三的空載轉速n3、渦輪二或渦輪四的空載轉速n2和處於前進檔位時汽車發動機到所述主動輪輪軸之間的空載傳動比is= n￥ft/ns，ns為當汽車發動機的驅動功率為？《時通過測速裝置測試得出需設計汽車勻速向前運行過程中汽車發動機的轉速，I^ft為根據公式Vs= X2 π r推算得出的所述主動輪輪軸的轉速值，且r為需設計汽車主動輪的半徑；其中 n3 = r!設(1-C1% )，n2 = n3(l-Cl% )；步驟二、液力分矩器結構參數確定所述離心式液力分矩器中，分別以渦輪一的空載轉速n3和渦輪二的空載轉速n2，確定渦輪一和渦輪二的結構參數；且對渦輪一和渦輪二的結構參數進行確定時，對渦輪一和渦輪二中葉片的形狀、大小和數量進行確定；且實際確定時，當渦輪一或渦輪二的轉速越大，其葉片受到工作液衝擊的有效衝擊面積越大且葉片的數量也越多，再根據所確定的葉片有效衝擊面積對葉片的形狀和大小進行確定；反之亦然；所述軸流式液力分矩器中，分別以渦輪三的空載轉速n3和渦輪四的空載轉速n2， 確定渦輪三和渦輪四的結構參數；且對渦輪三和渦輪四的結構參數進行確定時，對渦輪三和渦輪四中葉片的形狀、大小和數量進行確定；且實際確定時，當渦輪三或渦輪四的轉速越大，其葉片受到工作液衝擊的有效衝擊面積越大且葉片的數量也越多，再根據所確定的葉片有效衝擊面積對葉片的形狀和大小進行確定；反之亦然；步驟三、無級變速器結構參數確定根據公式Iiltl = (^1)1 - ，對比值 進行確定，使得n3和 發生很小的變化會引起H1發生很大的變化，式中％ = r21/rn，其中rn為太陽輪一的半徑且r21為齒圈一的半徑；實際確定比值％時，在汽車發動機的驅動功率不變情況下，對n3和n2進行相應增減調整對應獲得調整後的1 和 。，根據公式
C= Im +Im = &1+0. 5確定比值 ，其中 Δηι= Ιη「ηιοΙ，Δη2= η2-η201, An3= |η3_η30| ；
其中，c > 1，且c值越大，η3和η2發生變化時引起Ii1發生的變化越大；步驟四、擋位控制器和輸出機構結構參數確定以發動機的基準轉速、無級變速器的結構參數％和空載傳動比i ^；為依據，確定擋位控制器的結構參數％和輸出機構的結構參數 ；根據無級變速器的結構參數ai，且結合公式Ii11 = (ai+l)n3-ain2計算得出太陽輪一的轉速nn ；所述擋位控制器中，n12 = (a2+l)n32-a2n22，式中a2 = r"r12，其中r12為太陽輪二的半徑且ι·22為齒圈二的半徑，η12為太陽輪二的轉速且n12 = ηη,η32為行星架二的轉速，η22 為齒圈二的轉速；所述輸出機構中，n13 = (a3+l)n33-￡i3n23，式中ει3 = r23/r13，其中r13為太陽輪三的半徑且r23為所述齒圈三的半徑，n13為太陽輪三的轉速且n13 = n32, n33為所述輸出機構的輸出轉速，其中n23 = Ii22 ；由於所述輸出機構的動力輸出端與所述主動輪輪軸之間的傳動比為 1 1，貝丨J n33 = ；同時，由於前進擋狀態下，在前進控制剎車碟的作用下，行星架二停止轉動，則行星架二的轉速1 = 0 ；根據公式^ = -a^a3 + D確定擋位控制器的結構參數 和輸出機構的結構參數 a3,式中 nn = (a^l)H3-B1Ii2, = r!設 X i 空。上述汽車無極變速系統設計方法，其特徵是步驟三中所述的比值 =1.5 4. 5。同時，本發明還公開了一種控制方法步驟簡單、實現方便、使用成本低且無級變速效果好、能耗低的無極變速系統控制方法，其特徵在於採用液力分矩器的運轉狀態對汽車實際轉速進行自動調整和汽車實際轉速調整狀態及調整量對液力分矩器的運轉狀態進行同步動態反饋調整相結合的控制方法，自動完成汽車的無極變速過程；其控制過程包括以下步驟步驟(a)汽車起步根據公式P = FV，在汽車發動機的驅動功率不變情況下，汽車牽引力F與汽車車速V成反比；由於起步時汽車的實際車速為0，則此時牽引力F最大，汽車自動進行加速；而當車速增加時，所述液力傳動件一的轉速增大且所述液力傳動件二的轉速下降，相應使得汽車的車速不斷增大，與此同時汽車牽引力F逐漸下降，直至汽車以速度Viai勻速向前行駛；步驟(b)汽車加速當汽車勻速行駛中開始增大油門，即汽車發動機的驅動功率增大時，汽車車速V相應增加，此時所述液力傳動件一和所述液力傳動件二的轉速均隨之增大，相應使得汽車的車速不斷增大，直至汽車以速度Vi3ii2勻速向前行駛，且Viai < Vi3
速2 『步驟(c)汽車上臺階當汽車以速度Vi3ii2勻速行駛中遇一臺階且汽車發動機的驅動功率不變時，汽車遇到的阻力增加，汽車以此時的車速相對應的汽車牽引力F無法上臺階，從而使得汽車車速V下降並通過同步反饋到所述液力傳動件一和所述液力傳動件二上由於汽車發動機的驅動功率不變，在汽車車速V的下降情況下，則所述液力傳動件一的轉速下降，而所述液力傳動件二的轉速升高，且此時的汽車牽引力F增大，使得汽車能緩慢上臺階；而當上臺階後，由於汽車受到的阻力又下降到上臺階之前的受力狀態，因而汽車車速V又逐漸增大，使得所述液力傳動件一的轉速增大且所述液力傳動件二的轉速下降，直至汽車車速V增大至Via2並以速度Via2勻速向前行駛；步驟(d)汽車從平路到上坡汽車在平路上以速度Vi3ii2勻速行駛過程中遇一上坡路後，當汽車發動機的驅動功率不變時，由於此時汽車受到下滑力，汽車車速V下降，並相應使得所述液力傳動件一的轉速下降，而所述液力傳動件二的轉速升高，從而使得汽車牽引力F增大，直到汽車牽引力F增大值與所受到的下滑力相等時，汽車以Via3勻速向前行駛，且< Vi3a2 ；而當汽車發動機的驅動功率增大時，所述液力傳動件一和所述液力傳動件二的轉速均隨之增大，相應使得汽車的車速不斷增大，直至汽車以速度Via4勻速向
前行駛，且V勾速4 > V勾速3。本發明與現有技術相比具有以下優點1、各部分結構設計合理、構思巧妙且設計新穎，安裝布設方便、加工製作及使用成本低，使用操作簡便。2、渦輪一和渦輪二的轉速與汽車運動狀態改變之間的相互關係靠自身系統自動完成，完全不需藉助任何外力，二者的實際速度總是向空載轉速靠近。因而能真正實現無級變速；並且，無級變速器中太陽輪一的轉速可以從零到設計的空載轉速值之間進行無級連
續變化。3、整體結構簡單，主要由液力分矩器、無級變速器、檔位控制器和輸出機構四個部分組成，液力分矩器是把發動機的驅動功率分為兩個即獨立又有關聯的分驅動功率輸出， 並相應輸入到無級變速器的兩個輸入端；無級變速器是一組兩個動力輸入，一個動力輸出的單排行星齒輪機構，無級變速器中要選擇適當的常數％，實現轉速n2與n3相對很小的變化會引起H1發生很大的變化；檔位控制器是一組帶有兩個剎車碟的單排行星齒輪機構，是改變汽車前進、倒檔和空檔的機構；輸出機構也是一組單排行星齒輪機構，前進和倒檔分別由兩個軸輸出，用此機構合併為一個軸輸出最後到主動輪軸。因而，整體結構簡單，所需部
11件少。4、實際使用效果好且實用價值高，是一款機械自動機構，汽車總是向設計的空載轉速靠近，而速度越高牽引力就變小，直到牽引力等於阻力時汽車速度達到穩定值。汽車在遇到阻力發生變化時，兩渦輪的轉速會自動發生改變，並直至達到新的平衡。這裡的自動是自然而然，沒有傳感器之類的檢測器件和相應的控制元件，因而可靠性高。同時，變換前進擋、倒擋和空擋時只是改變兩個剎車碟的狀態即可。而無需改變齒輪之間的聯動。而汽車的倒擋可以達到和前進擋一樣的高速。5、並且汽車起步時速度從0開始，所以起步動力很大，不僅能真正實現無極變速， 而且能徹底解決汽車起步難的問題。6、實際運行過程中，汽車受到的一個阻力對應一個穩定車速(在汽車發動機驅動功率不變的情況下，即油門恆定)。同時，由於本發明是純粹機械結構來實現自動化變速過程，因而可靠性高。由於系統自身會調整車輛向空載轉速靠近，因而在發動機輸出功率不變時，阻力減小車速自然增加，阻力增大時車速自然減小。7、汽車突然遇障礙增加阻力時，只是兩個渦輪的轉速相互改變，並逐漸自動達到速度平衡，因而不會衝擊發動機。8、推廣應用面廣，能有效推廣使用至其它相關技術領域。綜上所述，本發明整體結構簡單、設計合理、投入成本低且使用操作簡便、實現方便，並且不藉助任何外力便可自動實現無級變速，因而工作性能穩定可靠。下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。


圖1為本發明的工作原理圖。圖2為本發明汽車處於倒退檔位時的工作原理圖。圖3為本發明汽車處於前進檔位時的工作原理圖。圖4為本發明離心式液力分矩器的內部結構示意圖。圖5為本發明離心式液力分矩器的橫截面結構示意圖。圖6為本發明離心式液力分矩器的裝配結構示意圖。圖7為本發明離心式液力分矩器的工作液流向示意圖。圖8為本發明軸流式液力分矩器的內部結構示意圖。圖9為本發明軸流式液力分矩器的內部結構示意圖。
具體實施例方式如圖1、圖2及圖3所示，本發明所述的汽車無極變速系統，由液力分矩器14、與所述液力分矩器14傳動連接的無級變速器、與所述無級變速器傳動連接的檔位控制器和與所述檔位控制器傳動連接的輸出機構組成，所述輸出機構通過傳動機構與汽車主動輪輪軸進行傳動連接。所述液力分矩器14為將汽車發動機17輸出的驅動功率Ptl分為兩個獨立的分驅動功率並分別通過主驅動軸11與次驅動軸12對兩個所述分驅動功率進行同時輸出的分矩裝置，所述主驅動軸11與次驅動軸12呈平行布設；兩個所述分驅動功率分別為由主驅動軸11輸出的主驅動功率P1和由次驅動軸12輸出的次驅動功率P2,且PJPfPm = P。，其中Pm為測試得出所述液力分矩器正常工作時的功率損耗值；當驅動功率Ptl恆定不變時，次驅動功率P2的大小由主驅動功率P1的大小來決定當主驅動功率P1越大時，次驅動功率P2越小； 反之，當主驅動功率P1越小時，次驅動功率P2越大。所述液力分矩器14包括分矩器外殼15、盛裝於所述分矩器外殼15內的工作液、主驅動軸11、次驅動軸12、液力分矩機構和與所述汽車發動機17進行傳動連接的動力輸入元件，所述液力分矩機構包括液力傳動件一和液力傳動件二，所述液力傳動件一與主驅動軸 11傳動連接，所述液力傳動件二與次驅動軸12傳動連接，所述液力分矩機構和所述動力輸入元件均安裝在所述分矩器外殼15內；所述動力輸入元件將所述汽車發動機17輸出的機械能轉換為所述工作液的流體動能Wtl並通過工作液先後對液力傳動件一和液力傳動件二進行做功，所述液力傳動件一將所述工作液的部分流體動能W1轉換為機械能並帶動主驅動軸11進行同步轉動，所述液力傳動件二將所述工作液對液力傳動件一做功後剩餘的剩餘流體動能W2轉換為機械能並帶動次驅動軸(1 進行同步轉動，其中Wtl = WJWfWm，式中Wm 為所述液力分矩機構正常工作時的能量損耗。所述無級變速器為行星齒輪變速器一；所述行星齒輪變速器一包括太陽輪一
5-1、同軸套裝在太陽輪一5-1上的行星架一 5-2、沿圓周方向均勻布設在行星架一 5-2上的多個行星齒輪一 5-3和套裝在多個所述行星齒輪一 5-3外側且與多個所述行星齒輪一 5-3 均嚙合的齒圈一 5-4 ；所述行星架一 5-2與主驅動軸11進行傳動連接並由主驅動軸11帶動進行同步轉動，所述齒圈一 5-4與次驅動軸12進行傳動連接且由次驅動軸12帶動進行同步轉動；所述太陽輪一 5-1與所述無級變速器的動力輸出軸一 13同軸連接，且動力輸出軸一 13由太陽輪一 5-1帶動進行同步轉動。所述檔位控制器為將所述汽車的檔位調控至前進擋、倒退擋或空擋的行星齒輪變速器二 ；所述行星齒輪變速器二包括同軸安裝在動力輸出軸一 13上且由動力輸出軸一 13 帶動進行同步轉動的太陽輪二 6-1、同軸套裝在太陽輪二 6-1上的行星架二 6-2、沿圓周方向均勻布設在行星架二 6-2上的多個行星齒輪二 6-3和套裝在多個所述行星齒輪二 6-3外側與多個所述行星齒輪二 6-3均嚙合的齒圈二 6-4，所述行星架二 6-2的前端自齒圈二 6-4 伸出，且行星架二 6-2自齒圈二 6-4伸出的伸出段上同軸套裝有將檔位調控至前進擋以控制汽車前進的前進控制剎車碟7，所述齒圈二 6-4上同軸套裝有將檔位調控至倒退擋以控制汽車倒退的倒退剎車碟8 ；所述齒圈二 6-4的後端自行星架二 6-2伸出。實際使用過程中，也可採用其它結構的檔位控制器。由於檔位控制器也是一組行星齒輪機構，太陽輪二 6-1與無極變速器共用一個太陽輪。實際使用時，從太陽輪二 6-1輸入動力，在齒圈二 6-4和行星架二 6-2上分別裝有倒退剎車碟8和前進控制剎車碟7。本檔位控制器不僅結構簡單、安裝方便且使用操控簡便、 使用效果好，汽車實際運行過程中，卡住前進控制剎車碟7，放開倒退剎車碟8，此時齒圈二
6-4輸出動力，此時汽車處於前進擋，詳見圖3；而卡住倒退剎車碟8，而放開前進控制剎車碟7，星架二 6-2輸出動力，此時汽車處於倒退擋，詳見圖2 ；當倒退剎車碟8和前進控制剎車碟7均放開時，無動力輸出，此時汽車處於空擋。本實施例中，所述輸出機構為將行星架二 6-2和齒圈二 6-4所輸出動力合成一個動力進行輸出的行星齒輪變速器三。所述行星齒輪變速器三包括與行星架二 6-2固定連接且由行星架二 6-2帶動進行同步轉動的太陽輪三9-1、同軸套裝在太陽輪三9-1上的行星架三9-2、同軸套裝在行星架三9-2外側的齒圈三和沿圓周方向均勻布設在行星架三9-2上的多個行星齒輪三9-3，所述齒圈三同軸固定在齒圈二 6-4後部，所述齒圈三與多個所述行星齒輪三9-3均嚙合，且所述行星架三9-2為所述輸出機構的動力輸出端。實際使用過程中， 也可採用其它結構的輸出機構。實際加工製作時，為加工及安裝方便，本實施例中，所述齒圈三與齒圈二 6-4加工製作為一體且二者的半徑相同，也就是說，所述檔位控制器和所述輸出機構共用齒圈二 6-4，齒圈二 6-4後端自行星架二 6-2後端部伸出，且所述行星架三9-2同軸套裝在齒圈二 6-4後端自行星架二 6-2伸出的伸出段內，齒圈二 6-4同時與多個所述行星齒輪三9-3均齧
口 O本實施例中，1 = r22。綜上，所述輸出機構為一個行星齒輪機構由於前進檔和倒退檔狀態下，汽車動力在不同的軸輸出，而本發明所採用的行星齒輪變速器三可以讓兩個不同軸輸出的動力轉換至從一個軸輸出。所述行星齒輪變速器三的齒圈和檔位控制器共用一個齒圈，擋位控制器的行星架二 6-2和輸出機構的太陽輪三9-1固定連接。動力從輸出機構的行星架三9-2輸
出ο因而，本發明所採用的輸出機構結構簡單、設計新穎合理且安裝方便、操作簡便、 使用效果好，從擋位控制器到輸出機構之間存在固定的變速比，具體來說，當汽車處於倒退檔位時，從擋位控制器到輸出機構之間為一個固定的變速比；當汽車處於前進檔位時，從擋位控制器到輸出機構之間為另一個固定的變速比。本實施例中，所述動力輸入元件為泵輪，所述液力傳動件一和液力傳動件二均為渦輪。所述泵輪impeller為從動力機吸收機械能並使工作液體動量矩增加的葉輪。本實施例中，所述液力分矩器14為離心式液力分矩器。結合圖4、圖5、圖6及圖7，所述離心式液力分矩器中的動力輸入元件為由所述汽車發動機17帶動進行連續轉動且在連續轉動的同時將所述工作液沿幅向泵出的泵輪一
1-1，所述離心式液力分矩器中的所述液力傳動件一為同軸套裝在泵輪一1-1上的渦輪一
2-1，自泵輪一1-1泵出的工作液直接均勻衝擊在渦輪一 2-1上並相應帶動渦輪一 2-1進行連續轉動，所述離心式液力分矩器中的所述液力傳動件二為同軸套裝在渦輪一 2-1上的渦輪二 4-1，所述工作液衝擊渦輪一 2-1後自渦輪一 2-1的外周側排出並衝擊在渦輪二 4-1 上，衝擊在渦輪二 4-1上的工作液帶動渦輪二 4-1進行連續轉動；所述泵輪一 1-1的驅動軸一與所述汽車發動機17的動力輸出軸傳動連接。所述分矩器外殼15為圓柱狀殼體。所述渦輪一 2-1和渦輪二 4-1之間同軸套裝有導向輪一 3-1，所述導向輪一 3_1包括沿圓周方向均勻布設且將渦輪一 2-1所排出工作液的流向進行調整以使得工作液以最大效率衝擊渦輪二 4-1的多個葉片一；且實際調整時，多個所述葉片一將渦輪一 2-1所排出工作液的流向向靠近渦輪二 4-1中葉片的正對衝擊方向進行調整；多個所述葉片一固定安裝在葉片安裝架一上，所述葉片安裝架一固定安裝在所述分矩器外殼15上。實際安裝時， 所述葉片安裝架一的靠近發動機側的側面固定安裝在所述分矩器外殼15上。因而，實際使用過程中，所述導向輪一 3-1的作用是對渦輪一 2-1所排出工作液的流向進行導向，且具體是將渦輪一 2-1所排出工作液儘可能導向至正向衝擊至渦輪二 4-1中的各葉片正面，以使
1得工作液能以最大效率衝擊渦輪二4-1。實際使用過程中，工作液具體是採用液力變矩器中使用的液壓油。本實施例中，為安裝方便，所述驅動軸一與所述汽車發動機17的動力輸出軸同軸連接，且所述泵輪一 1-1同軸安裝在所述驅動軸一上，所述驅動軸一位於泵輪一 1-1前側； 所述次驅動軸12為同軸安裝在渦輪二 4-1後側的空心軸一，所述主驅動軸11同軸安裝在渦輪一 2-1後側，所述主驅動軸11同軸套裝在所述空心軸一內且其自所述空心軸一後部伸
出ο本實施例中，所述葉片安裝架一通過固定支杆一安裝在汽車發動機17 —側的分矩器外殼15內壁上。同時，分矩器外殼15與所述液力分矩機構之間形成供所述工作液回流的工作液回流通道。實際安裝時，泵輪一 1-1、渦輪一 2-1、導向輪一 3-1和渦輪二 4-1緊湊安裝在分矩器外殼15內。也就是說，泵輪一 1-1的外徑與渦輪一 2-1的內徑一致，渦輪一 2-1的外徑與導向輪一 3-1的內徑一致，導向輪一 3-1的外徑與渦輪二 4-1的內徑一致，這樣泵輪一
1-1、渦輪一2-1、導向輪一 3-1和渦輪二 4-1由內至外依次套裝為一體，實際加工製作時，也可以將泵輪一 1-1、渦輪一 2-1、導向輪一 3-1和渦輪二 4-1的厚度加工一致。因而，所述離心式液力分矩器的中心為泵輪一 1-1且泵輪一 1-1的驅動軸位於汽車發動機17 —側。泵輪一 1-1外側套裝渦輪一 2-1且渦輪一 2-1的轉動軸(即主驅動軸11)位於另一側，渦輪一 2-1外側套裝導向輪一 3-1且導向輪一 3-1固定在汽車發動機17 —側的分矩器外殼15 內壁上，導向輪一 3-1外側套裝渦輪二 4-1且與渦輪二 4-1的轉動軸(即次驅動軸12)與主驅動軸11位於同側，並且次驅動軸12同軸套裝在主驅動軸11上。實際使用過程中，所述汽車發動機17帶動泵輪一 1-1連續旋轉，且泵輪一 1-1連續旋轉的同時將工作液徑向甩出；泵輪一 1-1甩出的工作液衝擊至渦輪一 2-1上，並相應帶動渦輪一 2-1進行連續旋轉；渦輪一 2-1連續旋轉過程中，衝擊至其葉片上的工作液經葉片後徑向排出，且渦輪一 2-1排出的工作液衝擊至導向輪一 3-1，也就是說，工作液對渦輪一
2-1做功後繼續向外流動；導向輪一3-1對衝擊至其葉片上的工作液流向進行修正、調整， 使得工作液的流向向靠近渦輪二 4-1中葉片的正對衝擊方向進行調整，這樣通過導向輪一
3-1使得工作液以最大效率衝擊至渦輪二4-1上，也就是說，工作液經渦輪一 2-1後將其剩餘動能以最大效率衝擊至渦輪二 4-1，並相應帶動渦輪二 4-1進行連續轉動。因而，通過導向輪一 3-1能最大程度發揮汽車發動機17的驅動功率，減小功率損耗。綜上，工作液對渦輪二 4-1做功後甩向分矩器外殼15且經工作液回流通道後，又回到泵輪一 1-1的中心以進行下一個循環過程。這樣，汽車發動機17的動力通過液力分矩器後變為同軸同向輸出的兩個獨立且相互關聯的動力，並分別通過渦輪一 2-1的轉動軸 (即主驅動軸11)和渦輪二 4-1的轉動軸(即次驅動軸1 進行輸出。由於主驅動軸11輸出的主驅動功率Pl和由次驅動軸12輸出的次驅動功率P2之和=PcrPm，其中Pm為測試得出所述液力分矩器正常工作時的功率損耗值。因而，當驅動功率Ptl恆定不變時，次驅動功率P2的大小由主驅動功率P。的大小來決定當主驅動功率P1越大時，次驅動功率P2越小； 反之，當主驅動功率P1越小時，次驅動功率P2越大。也就是說，若渦輪一 2-1的轉速越高， 則說明渦輪一 2-1消耗掉越多的工作液能量；這樣，衝擊至渦輪二 4-1的剩餘動能便越小， 因而渦輪二 4-1的轉速就越慢。反之；若渦輪一 2-1所承受的阻力越大且其轉速越慢得情況下，渦輪二 4-1所獲得剩餘動能便越多，因而渦輪二 4-1便會有越高的轉速。總之，由於工作液首先對渦輪一 2-1做功，剩餘能量再對渦輪二 4-1進行做功，因而首先要保證渦輪一 2-1的旋轉。實際工作過程中，導向輪一 3-1固定不動，因而導向輪一 3-1不消耗能量，且導向輪一 3-1的作用是對渦輪一 2-1排出的工作液流向進行導向。本實施例中，對無極變速系統進行設計時，其設計方法包括以下步驟步驟一、設計參數確定根據公式Ps= FVs，計算得出需設計汽車的設計功率Ps， 式中Ps= (70% 80% ) XP額，且P額為汽車發動機17的額定功率，F為當汽車發動機17 的工作功率為？@時通過測力裝置測試得出的需設計汽車勻速運行過程中在水平方向上的牽引力，需設計汽車勻速運行過程中所受的阻力Fpfi= F ；之後，根據公式Vs= Ps/F，計算得出需設計汽車的設計運行速度Vs，並根據計算得出的Vi^+算得出汽車在無任何阻力情況下的空載轉速Vs= VsX (1+C1%)，其中Cl%= 10% 15%;然後，再根據空載轉速V空來確定渦輪一 2-1或渦輪三10-2的空載轉速n3、渦輪二 4-1或渦輪四10_4的空載轉速n2 和處於前進檔位時汽車發動機17到所述主動輪輪軸之間的空載傳動比is= n￥ft/ns，n設為當汽車發動機17的驅動功率為Ps時通過測速裝置測試得出需設計汽車勻速向前運行過程中汽車發動機17的轉速，Ii^fe為根據公式Vs= X2 π r推算得出的所述主動輪輪軸的轉速值，且r為需設計汽車主動輪的半徑；其中n2 = ns (1-C1% )，n2 = n3(l-Cl% )。步驟二、液力分矩器結構參數確定所述離心式液力分矩器中，分別以渦輪一 2-1 的空載轉速n3和渦輪二 4-1的空載轉速n2，確定渦輪一 2-1和渦輪二 4_1的結構參數；且對渦輪一 2-1和渦輪二 4-1的結構參數進行確定時，對渦輪一 2-1和渦輪二 4-1中葉片的形狀、大小和數量進行確定；且實際確定時，當渦輪一 2-1或渦輪二 4-1的轉速越大，其葉片受到工作液衝擊的有效衝擊面積越大且葉片的數量也越多，再根據所確定的葉片有效衝擊面積對葉片的形狀和大小進行確定；反之亦然。所述軸流式液力分矩器中，分別以渦輪三10-2的空載轉速叫和渦輪四10-4的空載轉速n2，確定渦輪三10-2和渦輪四10-4的結構參數；且對渦輪三10-2和渦輪四10_4的結構參數進行確定時，對渦輪三10-2和渦輪四10-4中葉片的形狀、大小和數量進行確定； 且實際確定時，當渦輪三10-2或渦輪四10-4的轉速越大，其葉片受到工作液衝擊的有效衝擊面積越大且葉片的數量也越多，再根據所確定的葉片有效衝擊面積對葉片的形狀和大小進行確定；反之亦然。步驟三、無級變速器結構參數確定根據公式n1Q = 4+1)1 - ，對比值 進行確定，使得n3和n2發生很小的變化會引起Ii1發生很大的變化，式中 =r21/rn，其中rn為太陽輪一 5-1的半徑且r21為齒圈一 5-4的半徑；實際確定比值 時，在汽車發動機17的驅動功率不變情況下，對n3和n2進行相應增減調整對應獲得調整後的n3(l和n2(l，根據公式
C=A^3+A^2 = ai+Q' 5 確定比值 aI，其中 Δηι= |η「η10|，Δη2= n2-n20|, An3 = |n3_n30| ；
其中，c > 1，且c值越大，n3和n2發生變化時引起Ii1發生的變化越大。確定無級變速器的結構參數 後，由於 =r21/rn,則應通過對太陽輪一 5-1和齒圈一 5-4的半徑進行相應調整，使得無級變速器滿足設計要求。本實施例中，步驟三中所述的比值Ei1 = 1. 5 4. 5。步驟四、擋位控制器和輸出機構結構參數確定以發動機的基準轉速、無級變
16速器的結構參數％和空載傳動比i ^；為依據，確定擋位控制器的結構參數％和輸出機構的結構參數如實際確定擋位控制器的結構參數 後，由於 =r22/r12,則應通過對太陽輪二 6-1和齒圈二 6-4的半徑進行相應調整，使得擋位控制器滿足設計要求。同理，確定輸出機構的結構參數 後，由於 =r23/r13,則應通過對太陽輪三9-1和所述齒圈三的半徑進行相應調整，使得輸出機構器滿足設計要求。根據無級變速器的結構參數ai，且結合公式Ii11 = (ai+l)n3-ain2計算得出太陽輪
一5-1的轉速nn。所述擋位控制器中，η12 = (ει2+1)η32-ει2η22，式中a2 = ，其中r12為太陽輪二 6-1的半徑且r22為齒圈二 6-4的半徑，Ii12為太陽輪二 6-1的轉速且n12 = nn,n32為行星架
二6-2的轉速，1 為齒圈二 6-4的轉速。所述輸出機構中，n13 = (a3+l)n33-￡i3n23，式中ει3 = 1 / ，其中r13為太陽輪三9-1 的半徑且ι·23為所述齒圈三的半徑，η13為太陽輪三9-1的轉速且Ii13 = η32, η33為所述輸出機構的輸出轉速，其中n23 = ri22 ；由於所述輸出機構的動力輸出端與所述主動輪輪軸之間的傳動比為1 1，則如=11車論。同時，由於前進擋狀態下，在前進控制剎車碟7的作用下，行星架二 6-2停止轉動， 則行星架二 6-2的轉速n32 = 0。根據公式^ =確定擋位控制器的結構參數 和輸出機構的結構參數 a3,式中 nn = (a^l)H3-B1Ii2, = r!設 X i 空。由於在行星齒輪變速器中，太陽輪Ii1、齒圈n2和行星架叫的轉速滿足一下關係=Ii1 =(a+l)n3-an2 ；再根據輸出功率等於兩個輸入功率之和=M1Q1 = M2 ω 2+Μ3 ω 3，便可得出M1 =(M2n2+M3n3)/[(a+l)n3-an2],則牽引力 F1 = M1A1 = IA1X (M2n2+M3n3) / [ (a+1) n3_an2]，由於M2n2+M3n3是汽車發動機17輸出的驅動功率，如不改變油門則M2n2+M3n3是常數，因而F1 = IA1X常數/叫。上式中Ii1可以從零到設計值進行連續變化(當(a+l)n3 = an2時，H1 = 0)，則牽引力F與Ii1之間成反比，在汽車起步時Ii1從零開始增加，則起步時牽引力很大。實際確定汽車牽引力F時，F = kFl = k/rlX常數Ai1，式中k與後級傳動比和車輪大小有關且其是常數，H1從零到一設計數字連續變化。牽引力F隨動力輸出轉速ηι變化， 在起步時Ii1從零開始增加，則牽引力起步時很大。本無極變速器也可用於其它行業，只是需要兩個速度可控動力即可。所述無級變速器系統控制原理汽車發動機給一個驅動功率發動機一液力分矩器泵輪；汽車在此時的運動狀態反饋過程為車輪主動輪軸一輸出機構一檔位控制器一無級變速器一液力分矩器的所述液力傳動件一和所述液力傳動件二。實際進行信息反饋時， 主要是由於液力分矩器中所述液力傳動件一和所述液力傳動件二的轉速與汽車發動機17 的轉速之間有一定的傳動比，且無級變速器的輸出轉速與液力分矩器的輸出轉速之間有一定的傳動比，檔位控制器的輸出轉速與無級變速器的輸出轉速之間有一定的傳動比，而檔位控制器的輸出轉速與輸出機構的輸出轉速(即所述主動輪輪軸的轉速)之間有一定的傳動比。這兩條反饋信息在液力分矩器相遇，通過工作液將二者有機聯繫在一起。總之遇到運動狀態改變時，所述液力傳動件一和所述液力傳動件二在工作液的作用下會自動改變
17相對轉速就能達到新的平衡。自動改變相對轉速是因為他們總是向設計的空載轉速靠近， 直到無能力再靠近了就達到了力的平衡。本實施例中，利用無極變速系統對汽車進行無極變速控制時，採用液力分矩器14 的運轉狀態對汽車實際轉速進行自動調整和汽車實際轉速調整狀態及調整量對液力分矩器14的運轉狀態進行同步動態反饋調整相結合的控制方法，自動完成汽車的無極變速過程；其控制過程包括以下步驟步驟(a)汽車起步根據公式P = FV，在汽車發動機17的驅動功率不變情況下，汽車牽引力F與汽車車速V成反比；由於起步時汽車的實際車速為0，則此時牽引力F最大， 汽車自動進行加速；而當車速增加時，所述液力傳動件一的轉速增大且所述液力傳動件二的轉速下降，相應使得汽車的車速不斷增大，與此同時汽車牽引力F逐漸下降，直至汽車以速度V^11勻速向前行駛；步驟(b)汽車加速當汽車勻速行駛中開始增大油門，即汽車發動機17的驅動功率增大時，汽車車速V相應增加，此時所述液力傳動件一和所述液力傳動件二的轉速均隨之增大，相應使得汽車的車速不斷增大，直至汽車以速度Via2勻速向前行駛，且Viai < V
勻速2 ；步驟(c)汽車上臺階當汽車以速度Vi3ii2勻速行駛中遇一臺階且汽車發動機17 的驅動功率不變時，汽車遇到的阻力增加，汽車以此時的車速相對應的汽車牽引力F無法上臺階，從而使得汽車車速V下降並通過同步反饋到所述液力傳動件一和所述液力傳動件二上由於汽車發動機17的驅動功率不變，在汽車車速V的下降情況下，則所述液力傳動件一的轉速下降，而所述液力傳動件二的轉速升高，且此時的汽車牽引力F增大，使得汽車能緩慢上臺階；而當上臺階後，由於汽車受到的阻力又下降到上臺階之前的受力狀態，因而汽車車速V又逐漸增大，使得所述液力傳動件一的轉速增大且所述液力傳動件二的轉速下降，直至汽車車速V增大至Via2並以速度Via2勻速向前行駛；步驟(d)汽車從平路到上坡汽車在平路上以速度Vi3ii2勻速行駛過程中遇一上坡路後，當汽車發動機17的驅動功率不變時，由於此時汽車受到下滑力，汽車車速V下降， 並相應使得所述液力傳動件一的轉速下降，而所述液力傳動件二的轉速升高，從而使得汽車牽引力F增大，直到汽車牽引力F增大值與所受到的下滑力相等時，汽車以Via3勻速向前行駛，且 Vi3iiP由於實際使用時，對於所述離心式液力分矩器來說，工作液首先對渦輪一 2-1做功，剩餘動能再對渦輪二 4-1做功，當渦輪一 2-1遇阻力轉速變慢時，渦輪一 2-1吸收的能量減少，相應地渦輪一 2-1轉速減小，而渦輪二 4-1的轉速加快，因而渦輪一 2-1與渦輪二 4-1之間的轉速既相互獨立又相互關聯；汽車行駛過程中，渦輪一 2-1與渦輪二 4-1的轉速變化會相應引起牽引力和實際車速相應產生很大變化。空載轉速是指在「汽車主動輪懸空無任何阻力」的情況下，在某一油門(即汽車發送機17的驅動功率恆定狀態下)時汽車各個傳動元件的轉速。汽車主動輪輪軸的空載轉速是指在「汽車主動輪懸空無任何阻力」情況下，汽車主動輪輪軸的轉速。汽車主動輪輪軸的空載轉速與液力分矩器的運行狀態有關，具體是與渦輪一 2-1和渦輪二 4-1的空載轉速有關。汽車在空載轉速下是一個高速且小牽引力的運行狀態。在某一油門下的汽車實際車速要比空載車速低一點，牽引力要大一點，汽車總是向空載轉速靠近，這就是「自動」。實際使用過程中，空載轉速是一設計值，在沒阻力的情況下工作液首先對渦輪一 2-1做功，再對渦輪二 4-1做功，則渦輪一 2-1的轉速高於渦輪二 4-1的轉速；而當渦輪一 2-1遇阻力且其轉速下降時，工作液會有更多的能量傳給渦輪二 4-1，渦輪二 4-1的轉速升高。因而，渦輪一 2-1和渦輪二 4-1的轉速受汽車阻力大小和運動狀態的影響；反過來，渦輪一 2-1和渦輪二 4-1的轉速又在改變牽引力的大小，並相應改變汽車的運動狀態。並且實際控制過程中，渦輪一 2-1和渦輪二 4-1的轉速進行微小變動，便會使得無極變速器中太陽輪(即太陽輪一 5-1)的轉速產生的很大變化，因而會對實際車速產生很大影響。實際運行過程中，由於渦輪一 2-1和渦輪二 4-12的轉速滿足公式Ii1 = (a+1) n3-an2,並且Ii1與實際車速成正比，則可得出在汽車發動機17的驅動功率不變時，渦輪一 2-1和渦輪二 4-1的轉速由實際車速決定。與此同時，實際行駛過程中，汽車會自動的向某一穩定速度靠近如果牽引力大於阻力，則汽車加速，此時渦輪一 2-1和渦輪二 4-1的轉速向空載轉速靠近，即渦輪一 2-1的轉速增加，渦輪二 4-1的轉速下降，相應地實際車速增加， 直到牽引力等於阻力時，汽車達到穩定運行速度vO，即進入勻速運行狀態；再加油時(即汽車發動機17的驅動功率增大時)，汽車會在更高的速度下vl達到平衡，且vl > vO ；在油門不變(即汽車發動機17的驅動功率恆定不變時)時，突然阻力增加(比如平路轉為上坡時)，渦輪一 2-1的轉速下降，渦輪二 4-1的轉速升高，從而導致實際牽引力增加，相應地實際車速下降，直到牽引力等於阻力時車速不再下降，達到穩定速度。綜上，設計的空載轉速與實際車速成正比，在一般情況下實際轉速要比空載轉速低(汽車下坡時除外)，但起步後實際運行過程中，汽車實際車速會自動向空載轉速靠近。 所述渦輪一 2-1和渦輪二 4-1的轉速受汽車阻力大小和運動狀態的影響；反過來，渦輪一 2-1和渦輪二 4-1的轉速又在改變牽引力的大小，相應改變汽車運動狀態。並且，渦輪一 2-1 和渦輪二 4-1的轉速與汽車運動狀態改變之間的相互關係又是靠自身系統自動完成，完全不需藉助任何外力，因而能真正實現自動無級變速。汽車自起步後的運行過程詳見以下幾種情形a)汽車起步由於起步時汽車實際車速為0，牽引力很大，自然汽車會自動進行加速；而當車速增加時，渦輪一 2-1和渦輪二 4-1的轉速變化情形是渦輪一 2-1轉速增大且渦輪二 4-1轉速下降，相應使得車速不斷增大，與此同時牽引力逐漸下降。此過程中，渦輪一 2-1和渦輪二 4-1的轉速是逐漸向這一油門(即汽車發動機7的某一驅動功率)下的空載轉速靠近的過程，當某一車速下阻力和牽引力平衡，則汽車達到穩定速度，起步過程完成。b)汽車加速汽車在勻速行駛中開始增加油門，即汽車發動機17的驅動功率增大且其轉速相應增加，此時渦輪一 2-1和渦輪二 4-1的轉速均隨之增加，並且渦輪一 2-1和渦輪二 4-1的轉速是逐漸向這一油門(即汽車發動機7的某一驅動功率)下的空載轉速靠近，直至達到新的穩定速度。因而，汽車加速過程中，牽引力增加，汽車不斷加速直到阻力和牽引力達到新的平衡。c)汽車上臺階
汽車緩慢向前行駛，遇一臺階且不給加油狀態下，汽車遇到的阻力增加，而汽車此時車速下所具有的牽引力無法上臺階，因而導致實際車速下降並同步反饋到渦輪一 2-1和渦輪二 4-1，由於汽車發送機17的驅動功率不變，則自然渦輪一 2-1的轉速下降，而渦輪二 4-1的轉速升高，此時牽引力增加，使得汽車能緩慢上臺階；而上臺階後，阻力又下降，汽車又加速到上臺階前的穩定速度。d)汽車從平路到上坡汽車在平路上勻速行駛時，遇一上坡路，在不加油的情況下(汽車發送機17的驅動功率不變)是這樣的此時由於增加了下滑力，汽車開始減速，迫使渦輪一 2-1的轉速下降，而渦輪二 4-1的轉速增加，從而使得汽車牽引力增加，直到牽引力增加到下滑力和阻力相等時，汽車速度達到平衡。而在加油的情況下，汽車會在更高的速度下達到平衡。實施例2本實施例中，與實施例1不同的是所述液力分矩器為軸流式液力分矩器。結合圖8及圖9，所述軸流式液力分矩器中的動力輸入元件為由所述汽車發動機17帶動進行連續轉動且在連續轉動的同時將所述工作液沿軸向泵出的泵輪二 10-1，所述泵輪二 10-1前側同軸安裝有驅動軸二，所述驅動軸二與所述汽車發動機17的動力輸出軸傳動連接；所述軸流式液力分矩器中的所述液力傳動件一為位於泵輪二 10-1正後方的渦輪三10-2，自泵輪二 10-1泵出的工作液直接均勻衝擊在渦輪三10-2上並相應帶動渦輪三10-2進行連續轉動，所述離心式液力分矩器中的所述液力傳動件二為位於渦輪三10-2正後方的渦輪四 10-4，所述泵輪二 10-1、渦輪三10-2和渦輪四10-4呈同軸布設；所述工作液衝擊渦輪三 10-2後自渦輪三10-2的後方排出，自渦輪三10-2排出的工作液衝擊在渦輪四10-4上並相應帶動渦輪四10-4進行連續轉動。所述渦輪三10-2和渦輪四10-4之間布設有導向輪二 10-3，所述導向輪二 10-3位於渦輪三10-2正後方，且渦輪四10-4位於導向輪二 10-3的正後方，所述導向輪二 10-3包括沿圓周方向均勻布設且將渦輪三10-2所排出工作液的流向進行調整以使得工作液以最大效率衝擊渦輪四10-4的多個葉片二 ；且實際調整時，多個所述葉片二將渦輪三10-2所排出工作液的流向向靠近渦輪四10-4中葉片的正對衝擊方向進行調整；多個所述葉片二固定安裝在葉片安裝架二上，所述葉片安裝架二固定安裝在所述分矩器外殼15上。因而，實際使用過程中，所述導向輪二 10-3的作用是對渦輪三10-2所排出工作液的流向進行導向， 且具體是將渦輪三10-2所排出工作液儘可能導向至正向衝擊至渦輪四10-4中的各葉片正面，以使得工作液能以最大效率衝擊渦輪四10-4。本實施例中，為安裝方便，所述驅動軸二與所述汽車發動機17的動力輸出軸同軸連接，且所述泵輪二 10-1同軸安裝在所述驅動軸一上，所述驅動軸一位於泵輪二 10-1前側；所述次驅動軸12為同軸安裝在渦輪四10-4後側的空心軸二，所述主驅動軸11同軸安裝在渦輪三10-2後側且導向輪二 10-3中部開有供主驅動軸11穿過的通孔，所述主驅動軸11同軸套裝在所述空心軸二內且其自所述空心軸二後部伸出。實際安裝時，所述泵輪二 10-1、渦輪三10-2、導向輪二 10-3和渦輪四10-4緊湊安裝在所述分矩器外殼15內。實際使用過程中，本發明所述無極變速系統的其它部分結構、連接關係和工作原理以及設計和控制方法均與實施例1相同。實際加工製作時，渦輪三10-2和渦輪四10-4上葉片的結構與汽輪機上所使用葉片的結構相同或相似，且導向輪二 10-3與汽輪機上所用隔板的結構相同。導向輪二 10-3 固定不動。 實際加工時，所述泵輪二 10-1、渦輪三10-2、導向輪二 10-3和渦輪四10_4的直徑可以均相同，也可以由左至右依次增大。
權利要求
1.一種汽車無極變速系統，其特徵在於由液力分矩器(14)、與所述液力分矩器(14) 傳動連接的無級變速器、與所述無級變速器傳動連接的檔位控制器和與所述檔位控制器傳動連接的輸出機構組成，所述輸出機構通過傳動機構與汽車主動輪輪軸進行傳動連接；所述液力分矩器(14)為將汽車發動機(17)輸出的驅動功率Ptl分為兩個獨立的分驅動功率並分別通過主驅動軸(11)與次驅動軸(1 對兩個所述分驅動功率進行同時輸出的分矩裝置，所述主驅動軸(11)與次驅動軸(1 呈平行布設；兩個所述分驅動功率分別為由主驅動軸(11)輸出的主驅動功率P1和由次驅動軸(1 輸出的次驅動功率P2，且PJPfPm =Po，其中Pm為測試得出所述液力分矩器正常工作時的功率損耗值；當驅動功率Ptl恆定不變時，次驅動功率P2的大小由主驅動功率P1的大小來決定當主驅動功率P1越大時，次驅動功率P2越小；反之，當主驅動功率P1越小時，次驅動功率P2越大；所述液力分矩器(14)包括分矩器外殼(1 、盛裝於所述分矩器外殼(1 內的工作液、 主驅動軸(11)、次驅動軸(12)、液力分矩機構和與所述汽車發動機(17)進行傳動連接的動力輸入元件，所述液力分矩機構包括液力傳動件一和液力傳動件二，所述液力傳動件一與主驅動軸(11)傳動連接，所述液力傳動件二與次驅動軸(12)傳動連接，所述液力分矩機構和所述動力輸入元件均安裝在所述分矩器外殼(1 內；所述動力輸入元件將所述汽車發動機(17)輸出的機械能轉換為所述工作液的流體動能Wtl並通過工作液先後對液力傳動件一和液力傳動件二進行做功，所述液力傳動件一將所述工作液的部分流體動能W1轉換為機械能並帶動主驅動軸(11)進行同步轉動，所述液力傳動件二將所述工作液對液力傳動件一做功後剩餘的剩餘流體動能W2轉換為機械能並帶動次驅動軸(1 進行同步轉動，其中 W0 = WJWfWm，式中Wm為所述液力分矩機構正常工作時的能量損耗；所述無級變速器為行星齒輪變速器一；所述行星齒輪變速器一包括太陽輪一(5-1)、 同軸套裝在太陽輪一(5-1)上的行星架一(5-2)、沿圓周方向均勻布設在行星架一(5-2)上的多個行星齒輪一(5- 和套裝在多個所述行星齒輪一(5- 外側且與多個所述行星齒輪一 (5-3)均嚙合的齒圈一(5-4)；所述行星架一(5- 與主驅動軸(11)進行傳動連接並由主驅動軸(11)帶動進行同步轉動，所述齒圈一(5-4)與次驅動軸(1 進行傳動連接且由次驅動軸(1 帶動進行同步轉動；所述太陽輪一(5-1)與所述無級變速器的動力輸出軸一 (13)同軸連接，且動力輸出軸一(1 由太陽輪一(5-1)帶動進行同步轉動。
2.按照權利要求1所述的汽車無極變速系統，其特徵在於所述動力輸入元件為泵輪， 所述液力傳動件一和液力傳動件二均為渦輪。
3.按照權利要求2所述的汽車無極變速系統，其特徵在於所述液力分矩器(14)為離心式液力分矩器或軸流式液力分矩器。
4.按照權利要求3所述的汽車無極變速系統，其特徵在於所述離心式液力分矩器中的動力輸入元件為由所述汽車發動機(17)帶動進行連續轉動且在連續轉動的同時將所述工作液沿幅向泵出的泵輪一(1-1)，所述離心式液力分矩器中的所述液力傳動件一為同軸套裝在泵輪一(1-1)上的渦輪一 0-1)，自泵輪一(1-1)泵出的工作液直接均勻衝擊在渦輪一 (2-1)上並相應帶動渦輪一進行連續轉動，所述離心式液力分矩器中的所述液力傳動件二為同軸套裝在渦輪一(2-1)上的渦輪二 ，所述工作液衝擊渦輪一(2-1)後自渦輪一的外周側排出並衝擊在渦輪二上，衝擊在渦輪二上的工作液帶動渦輪二(4-1)進行連續轉動；所述泵輪一(1-1)的驅動軸一與所述汽車發動機(17)的動力輸出軸傳動連接；所述渦輪一和渦輪二之間同軸套裝有導向輪一(3-1)，所述導向輪一 (3-1)包括沿圓周方向均勻布設且將渦輪一所排出工作液的流向進行調整以使得工作液以最大效率衝擊渦輪二 G-i)的多個葉片一；且實際調整時，多個所述葉片一將渦輪一所排出工作液的流向向靠近渦輪二中葉片的正對衝擊方向進行調整；多個所述葉片一固定安裝在葉片安裝架一上，所述葉片安裝架一固定安裝在所述分矩器外殼 (15)上。
5.按照權利要求4所述的汽車無極變速系統，其特徵在於所述驅動軸一與所述汽車發動機(17)的動力輸出軸同軸連接，且所述泵輪一(1-1)同軸安裝在所述驅動軸一上，所述驅動軸一位於泵輪一(1-1)前側；所述次驅動軸(1 為同軸安裝在渦輪二(4-1)後側的空心軸一，所述主驅動軸(11)同軸安裝在渦輪一(2-1)後側，所述主驅動軸(11)同軸套裝在所述空心軸一內且其自所述空心軸一後部伸出。
6.按照權利要求3所述的汽車無極變速系統，其特徵在於所述軸流式液力分矩器中的動力輸入元件為由所述汽車發動機(17)帶動進行連續轉動且在連續轉動的同時將所述工作液沿軸向泵出的泵輪二(10-1)，所述泵輪二(10-1)前側同軸安裝有驅動軸二，所述驅動軸二與所述汽車發動機(17)的動力輸出軸傳動連接；所述軸流式液力分矩器中的所述液力傳動件一為位於泵輪二(10-1)正後方的渦輪三(10-2)，自泵輪二(10-1)泵出的工作液直接均勻衝擊在渦輪三(10- 上並相應帶動渦輪三(10- 進行連續轉動，所述離心式液力分矩器中的所述液力傳動件二為位於渦輪三(10-2)正後方的渦輪四(10-4)，所述泵輪二(10-1)、渦輪三(10-2)和渦輪四(10-4)呈同軸布設；所述工作液衝擊渦輪三(10-2) 後自渦輪三(10-2)的後方排出，自渦輪三(10-2)排出的工作液衝擊在渦輪四(10-4)上並相應帶動渦輪四(10-4)進行連續轉動；所述渦輪三(10-2)和渦輪四(10-4)之間布設有導向輪二(10-3)，所述導向輪二 (10-3)位於渦輪三(10-2)正後方，且渦輪四(10-4)位於導向輪二(10-3)的正後方，所述導向輪二(10-3)包括沿圓周方向均勻布設且將渦輪三(10-2)所排出工作液的流向進行調整以使得工作液以最大效率衝擊渦輪四(10-4)的多個葉片二；且實際調整時，多個所述葉片二將渦輪三(10-2)所排出工作液的流向向靠近渦輪四(10-4)中葉片的正對衝擊方向進行調整；多個所述葉片二固定安裝在葉片安裝架二上，所述葉片安裝架二固定安裝在所述分矩器外殼(15)上。
7.按照權利要求6所述的汽車無極變速系統，其特徵在於所述驅動軸二與所述汽車發動機(17)的動力輸出軸同軸連接，且所述泵輪二(10-1)同軸安裝在所述驅動軸一上，所述驅動軸一位於泵輪二(10-1)前側；所述次驅動軸(1 為同軸安裝在渦輪四(10-4)後側的空心軸二，所述主驅動軸(11)同軸安裝在渦輪三(10-2)後側且導向輪二(10-3)中部開有供主驅動軸(11)穿過的通孔，所述主驅動軸(11)同軸套裝在所述空心軸二內且其自所述空心軸二後部伸出。
8.按照權利要求4或6所述的汽車無極變速系統，其特徵在於所述檔位控制器為將所述汽車的檔位調控至前進擋、倒退擋或空擋的行星齒輪變速器二；所述行星齒輪變速器二包括同軸安裝在動力輸出軸一(1 上且由動力輸出軸一(1 帶動進行同步轉動的太陽輪二(6-1)、同軸套裝在太陽輪二(6-1)上的行星架二(6-2)、沿圓周方向均勻布設在行星架二(6- 上的多個行星齒輪二(6- 和套裝在多個所述行星齒輪二(6- 外側與多個所述行星齒輪二(6-3)均嚙合的齒圈二(6-4)，所述行星架二(6-2)的前端自齒圈二(6-4)伸出，且行星架二(6-2)自齒圈二(6-4)伸出的伸出段上同軸套裝有將檔位調控至前進擋以控制汽車前進的前進控制剎車碟(7)，所述齒圈二(6-4)上同軸套裝有將檔位調控至倒退擋以控制汽車倒退的倒退剎車碟⑶；所述齒圈二(6-4)的後端自行星架二(6-2)伸出；所述輸出機構為將行星架二(6- 和齒圈二(6-4)所輸出動力合成一個動力進行輸出的行星齒輪變速器三；所述行星齒輪變速器三包括與行星架二(6-2)固定連接且由行星架二(6- 帶動進行同步轉動的太陽輪三(9-1)、同軸套裝在太陽輪三(9-1)上的行星架三 (9-2)、同軸套裝在行星架三(9- 外側的齒圈三和沿圓周方向均勻布設在行星架三(9-2) 上的多個行星齒輪三(9-3)，所述齒圈三同軸固定在齒圈二(6-4)後部，所述齒圈三與多個所述行星齒輪三(9- 均嚙合，且所述行星架三(9- 為所述輸出機構的動力輸出端。
9. 一種對如權利要求8所述的無極變速系統進行設計的方法，其特徵在於該方法包括以下步驟步驟一、設計參數確定根據公式Ps= FVs，計算得出需設計汽車的設計功率Ps，式中 Ps= (70% 80%) XP額，且P額為汽車發動機(17)的額定功率，F為當汽車發動機(17) 的工作功率為？@時通過測力裝置測試得出的需設計汽車勻速運行過程中在水平方向上的牽引力，需設計汽車勻速運行過程中所受的阻力Fpfi= F ；之後，根據公式Vs= Ps/F，計算得出需設計汽車的設計運行速度Vs，並根據計算得出的Vi^+算得出汽車在無任何阻力情況下的空載轉速Vs= V設X (1+C1% )，其中Cl%= 10% 15% ；然後，再根據空載轉速V s來確定渦輪一(2-1)或渦輪三(10-2)的空載轉速n3、渦輪二(4-1)或渦輪四(10_4)的空載轉速 和處於前進檔位時汽車發動機(17)到所述主動輪輪軸之間的空載傳動Kis= η ￥ft/ns，ns為當汽車發動機(17)的驅動功率為Ps時通過測速裝置測試得出需設計汽車勻速向前運行過程中汽車發動機(17)的轉速，n_為根據公式推算得出的所述主動輪輪軸的轉速值，且r為需設計汽車主動輪的半徑；其中n3 = ns (1-C1% )，n2 = n3(l-Cl% )；步驟二、液力分矩器結構參數確定所述離心式液力分矩器中，分別以渦輪一的 空載轉速叫和渦輪二 G-1)的空載轉速n2，確定渦輪一(2-1)和渦輪二 G-1)的結構參數； 且對渦輪一(2-1)和渦輪二的結構參數進行確定時，對渦輪一(2-1)和渦輪二(4-1) 中葉片的形狀、大小和數量進行確定；且實際確定時，當渦輪一或渦輪二的轉速越大，其葉片受到工作液衝擊的有效衝擊面積越大且葉片的數量也越多，再根據所確定的葉片有效衝擊面積對葉片的形狀和大小進行確定；反之亦然；所述軸流式液力分矩器中，分別以渦輪三(10-2)的空載轉速113和渦輪四(10-4)的空載轉速n2，確定渦輪三(10-2)和渦輪四(10-4)的結構參數；且對渦輪三(10-2)和渦輪四 (10-4)的結構參數進行確定時，對渦輪三(10-2)和渦輪四(10-4)中葉片的形狀、大小和數量進行確定；且實際確定時，當渦輪三(10-2)或渦輪四(10-4)的轉速越大，其葉片受到工作液衝擊的有效衝擊面積越大且葉片的數量也越多，再根據所確定的葉片有效衝擊面積對葉片的形狀和大小進行確定；反之亦然；步驟三、無級變速器結構參數確定根據公式Iiltl = (ai+l)n3(l-ain2(l，對比值 進行確定，使得n3和 發生很小的變化會引起Ii1發生很大的變化，式中 =r21/rn，其中rn為太陽輪一(5-1)的半徑且r21為齒圈一(5-4)的半徑；實際確定比值 時，在汽車發動機(17) 的驅動功率不變情況下，對n3和n2進行相應增減調整對應獲得調整後的n3(l和n2(l，根據公式C= An +An =&1 + °' 5確定比值 ，其中 Δηι= |η「η10|，Δη2= In2-^01，An3= |η3-η30| ；其中，c > 1，且c值越大，η3和η2發生變化時引起Ii1發生的變化越大；步驟四、擋位控制器和輸出機構結構參數確定以發動機的基準轉速、無級變速器的結構參數％和空載傳動比i ^；為依據，確定擋位控制器的結構參數％和輸出機構的結構參數 ；根據無級變速器的結構參數 ，且結合公式H11 = (ai+l)n3-ain2計算得出太陽輪一 (5-1)的轉速 Ii11 ；所述擋位控制器中，n12 =( +1)Ii32I2Ii22，式中 =ι·22/Γ 2，其中r12為太陽輪二(6-1) 的半徑且r22為齒圈二(6-4)的半徑，n12為太陽輪二(6-1)的轉速且n12 = nn, η32為行星架二(6-2)的轉速，η22為齒圈二(6-4)的轉速；所述輸出機構中，n13= (a3+l)n33-a3n23，式中￡i3 = r23/r13，其中r13為太陽輪三(9-1)的半徑且ι·23為所述齒圈三的半徑，η13為太陽輪三(9-1)的轉速且Ii13 = η32, η33為所述輸出機構的輸出轉速，其中n23 = ri22 ；由於所述輸出機構的動力輸出端與所述主動輪輪軸之間的傳動比為1 1，則Ii33 = η車輪；同時，由於前進擋狀態下，在前進控制剎車碟(7)的作用下，行星架二(6- 停止轉動， 則行星架二 (6-2)的轉速n32 = 0;根據公式^ = -a^a3 + D確定擋位控制器的結構參數 和輸出機構的結構參數 ，式Φ nn = (ai+ljr^-air^，n33 = η設 X i 空。
10.按照權利要求9所述的汽車無極變速系統設計方法，其特徵在於步驟三中所述的比值 B1 = 1. 5 ~ 4. 5。
11.一種利用如權利要求1所述的無極變速系統對汽車進行無極變速控制的方法，其特徵在於採用液力分矩器(14)的運轉狀態對汽車實際轉速進行自動調整和汽車實際轉速調整狀態及調整量對液力分矩器(14)的運轉狀態進行同步動態反饋調整相結合的控制方法，自動完成汽車的無極變速過程；其控制過程包括以下步驟步驟(a)汽車起步根據公式P = FV，在汽車發動機(17)的驅動功率不變情況下，汽車牽引力F與汽車車速V成反比；由於起步時汽車的實際車速為0，則此時牽引力F最大， 汽車自動進行加速；而當車速增加時，所述液力傳動件一的轉速增大且所述液力傳動件二的轉速下降，相應使得汽車的車速不斷增大，與此同時汽車牽引力F逐漸下降，直至汽車以速度V^11勻速向前行駛；步驟(b)汽車加速當汽車勻速行駛中開始增大油門，即汽車發動機(17)的驅動功率增大時，汽車車速V相應增加，此時所述液力傳動件一和所述液力傳動件二的轉速均隨之增大，相應使得汽車的車速不斷增大，直至汽車以速度Vi3ii2勻速向前行駛，且Viai 、速3。
全文摘要
本發明公開了一種汽車無極變速系統及其設計和控制方法，其汽車無極變速系統由液力分矩器、無級變速器、檔位控制器和輸出機構組成，液力分矩器為離心式液力分矩器或軸流式液力分矩器；其設計方法包括以下步驟一、設計參數確定；二、液力分矩器結構參數確定；三、無級變速器結構參數確定；四、擋位控制器和輸出機構結構參數確定；採用液力分矩器的運轉狀態對汽車實際轉速進行自動調整和汽車實際轉速調整狀態及調整量對液力分矩器的運轉狀態進行同步動態反饋調整相結合的控制方法，自動完成汽車的無極變速過程。本發明整體結構簡單、設計合理、投入成本低且使用操作簡便、實現方便，且不藉助任何外力便可自動實現無級變速，工作性能穩定可靠。
文檔編號F16H3/76GK102418776SQ201110335079
公開日2012年4月18日 申請日期2011年10月29日 優先權日2011年10月29日
發明者李樂, 李瀟 申請人:李樂