ITBO20080597A1

ITBO20080597A1 - Controllo di una trasmissione variabile continua

Info

Publication number: ITBO20080597A1
Application number: IT000597A
Authority: IT
Inventors: Massimo Baroni; Riccardo Morselli; Francesco Roli
Original assignee: Cnh Italia Spa
Priority date: 2008-09-30
Filing date: 2008-09-30
Publication date: 2010-04-01
Also published as: US8862348B2; EP2169276A1; US20110077829A1; EP2169276B1

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per Invenzione Industriale dal titolo:

"CONTROLLO DI UNA TRASMISSIONE VARIABILE CONTINUA”

La presente invenzione si riferisce ad un controllo di una trasmissione variabile continua (CVT) in un veicolo, in particolare un veicolo agricolo, in cui la velocità della ruota viene variata fissando il rapporto di trasmissione della CVT.

In certi trattori equipaggiati con una CVT, in particolare trattori speciali o trattori compatti, il motore è controllato mediante una leva manuale e una leva a pedale, dove quest’ultima verrà indicata qui di seguito anche come pedale. Il punto di funzionamento del motore viene scelto in modo da corrispondere al maggiore dei due valori di velocità richiesti dalle posizioni delle leve manuale ed a pedale. Nel normale funzionamento il punto di funzionamento del motore rimane sostanzialmente costante e la velocità della ruota del veicolo viene variata fissando il rapporto di trasmissione a seconda della posizione della leva a pedale. Quando la leva a pedale è abbassata, il rapporto di trasmissione viene aumentato in modo da aumentare la velocità della ruota e questo, a sua volta, aumenta il carico del motore. Finché l’energia prodotta dal motore è in grado di soddisfare le richieste della coppia, la velocità del motore non cambia in modo significativo quando la leva a pedale richiede una velocità del motore inferiore a quella richiesta dalla leva manuale, altrimenti la pressione sul pedale dà come risultato sia un aumento del rapporto di trasmissione, sia un aumento della velocità del motore.

Se, tuttavia, il veicolo viene sottoposto ad un improvviso aumento di carico della ruota, come avviene quando il veicolo comincia a spostarsi su un terreno inclinato, e l’energia prodotta dal motore non può essere aumentata per soddisfare l’ulteriore richiesta della coppia, la velocità del motore diminuisce e la velocità della ruota si abbassa drasticamente. La naturale tendenza di un guidatore in queste condizioni è premere ulteriormente le leva a pedale, cioè tratta la leva a pedale come un acceleratore a pedale ed accelera maggiormente. Tuttavia, questo produce un effetto opposto a quello desiderato dall’operatore, perché il richiesto aumento del rapporto di trasmissione aumenta il carico del motore e fa sì che la velocità del motore si riduca ulteriormente. Ciò può risultare infine in uno stallo del motore e del veicolo.

Nel desiderio di mitigare i suddetti svantaggi, la presente invenzione fornisce un metodo di azionamento di un veicolo munito di una CVT e avente una leva atta a variare il rapporto di trasmissione della CVT per permettere all’operatore del veicolo di variare la velocità della ruota del veicolo, caratterizzato dal fatto che il rapporto di trasmissione della CVT è limitato ad un valore che dipende da almeno una delle prevalenti velocità del veicolo e dalla velocità di cambiamento della velocità del motore.

Preferibilmente, il valore limite del rapporto di trasmissione aumenta con la velocità del motore entro un intervallo inferiore di velocità del motore ed è sostanzialmente costante attraverso un contiguo intervallo superiore di velocità del motore.

Limitando il valore del rapporto di trasmissione a velocità del motore inferiori, l’invenzione impedisce che l’operatore avanzi richieste di coppie eccessive al motore, e quindi impedisca un potenziale stallo del motore e del veicolo.

Secondo un secondo aspetto della invenzione, viene fornito un veicolo avente un motore, una CVT, una leva per consentire all’operatore del veicolo di variare la velocità del veicolo, e un’unità di controllo per applicare alla CVT un segnale atto a fissare il valore del rapporto di trasmissione a seconda della posizione della leva, caratterizzato da mezzi per evitare che il segnale applicato dall’unità di controllo alla CVT superi un valore limite dipendente da almeno una delle prevalenti velocità del motore e dalla velocità di cambiamento della velocità del motore.

Preferibilmente, la leva per variare il rapporto di trasmissione serve anche a fissare il punto di funzionamento del motore.

Convenientemente la leva è un pedale azionato con il piede.

Se lo si desidera, il veicolo può comprendere, inoltre, una seconda leva azionata manualmente e mezzi per fissare il punto di funzionamento del motore a seconda del valore superiore tra due valori desiderati determinati dalle posizioni della leva a pedale e della leva manuale.

L’invenzione verrà adesso descritta ulteriormente, a titolo esemplificativo, facendo riferimento alle figure allegate, in cui:

- figura 1 è una vista semplificata dell’apparato propulsore di un trattore;

- figura 2 rappresenta un diagramma schematico di un sistema di controllo atto a fissare il rapporto di trasmissione della CVT mostrata in figura 1; e - figura 3 rappresenta un grafico che mostra il valore massimo possibile a cui il rapporto di trasmissione della CVT può essere fissato a diverse velocità del motore per evitare lo stallo del motore e del veicolo.

L’apparato propulsore mostrato in figura 1 è convenzionale e viene usato nei trattori compatti. Un motore 10 è accoppiato all’albero di ingresso 11 di una trasmissione variabile continua 12 mediante un innesto scorrevole 14 che consente al motore di guidare il trattore selettivamente in una modalità in avanti e una modalità in retromarcia.

La CVT 12 comprende due pulegge coniche 16a e 16b collegate tra loro mediante una cinghia o catena 18. Ciascuna delle pulegge coniche è una puleggia formata da due lati conici che possono essere mossi in avanti e l’uno in direzione opposta all’altro in modo da consentire all’effettivo diametro della puleggia di variare in modo continuo. Una unità di controllo fissa la separazione tra i lati delle due pulegge coniche per variare il rapporto di trasmissione della CVT 12. Invece di essere azionata meccanicamente, come appena descritto, la CVT può essere del tipo che viene azionato elettricamente o idrostaticamente.

Le pulegge coniche 16a e 16b sono collegate rispettivamente per guidare l’ingranaggio solare e quello planetario del gruppo di ingranaggi planetari 20, la cui uscita guida gli assi 24 che sono collegati alle ruote di guida del trattore attraverso un differenziale 22. Inoltre, nel gruppo motore-trasmissione-ponte è previsto che il motore 10 guidi un albero presa di forza posteriore (PTO) 26 e un altro albero PTO 28.

Dato che l’apparato propulsore della figura 1 è convenzionale, si ritiene che il suo funzionamento sia chiaro all’esperto del ramo senza che vi sia la necessità di una spiegazione più dettagliata. Durante il funzionamento, il motore funziona ad una velocità costante, selezionata in modo da fornire un rendimento massimo, oppure un’energia massima. Solitamente il motore funziona a 2600 rpm e trascina la PTO posteriore a, per esempio, 540 rpm e l’altra PTO a 1000 rpm. La velocità del trattore viene variata variando gli effettivi diametri delle due pulegge coniche 16a e 16b della CVT 12.

Facendo adesso riferimento al diagramma schematico della figura 2, i comandi del trattore comprendono sia una leva manuale 30, che una leva a pedale 32. La posizione di ciascuna di queste due leve 30, 32 corrisponde ad un valore desiderato della velocità del motore e il maggiore dei due valori viene selezionato da un’unità 34 e usato per fissare la velocità del motore 10. L’unità 34 può funzionare elettricamente ma nella realizzazione preferita della invenzione funziona meccanicamente ed è collegata mediante fili elettrici o cavi Bowden alle leve 30 e 32.

La posizione della sola leva a pedale 32 viene usata per indicare la velocità della ruota desiderata, cioè la velocità su strada desiderata del veicolo. Questo segnale viene applicato ad un’unità di calcolo del rapporto 36 che trasmette un segnale ad una unità di controllo della CVT 40 che fissa l’effettivo diametro delle pulegge coniche della CVT 12.

Per quanto descritto finora, il sistema di controllo è generalmente convenzionale. Nei sistemi dell’arte anteriore il rapporto di trasmissione della CVT 12 veniva calcolato dall’unità di calcolo del rapporto 36 a seconda solamente della posizione della leva a pedale 32, a prescindere dalla prevalente velocità del motore. Come risultato, se la coppia richiesta al motore andava oltre la sua capacità, la velocità del motore si riduceva drasticamente. In tali casi l’operatore ha solitamente la naturale reazione di spingere ulteriormente il pedale, aumentando così il carico sul motore, cosa che può causare uno stallo del motore.

Nella presente invenzione, per evitare tale rischio, l’unità di calcolo del rapporto 36 è ulteriormente collegata in modo da ricevere attraverso una linea 38 un segnale di ingresso dal motore indicativo della sua velocità prevalente. A seconda della velocità del motore, l’unità di calcolo del rapporto 36 fissa un limite superiore del rapporto di trasmissione che può essere fissato usando la leva a pedale 32.

Il grafico della figura 3 mostra il maggiore rapporto della CVT che può essere fissato in qualsiasi momento mediante la posizione della leva a pedale 32 riportata rispetto alla prevalente velocità del motore. I valori massimi e minimi del rapporto di trasmissione sono determinati dalla gamma di effettivi diametri delle pulegge coniche della CVT. Finché la velocità del motore è superiore ai 1300 rpm, la sola leva a pedale 32 determina il rapporto di trasmissione della CVT in modo da produrre la velocità della ruota desiderata.

Tuttavia, entro un intervallo di 800-1300 rpm, viene posto un limite sul rapporto di trasmissione per evitare lo stallo. Quindi, con il motore a 800 rpm, quando il motore è vicino alla sua velocità di funzionamento al minimo, la selezione di un rapporto di trasmissione alto provocherebbe uno stallo del motore. Quindi, a questa velocità del motore solo un rapporto di trasmissione minimo possibile può essere fissato dall’unità di controllo 36. Il limite superiore aumenta gradualmente con la velocità del motore e tutta la gamma di rapporti di trasmissione può essere fissata una volta che la velocità del motore abbia raggiunto 1300 rpm.

Se la velocità del motore tenta di scendere al di sotto di 800 rpm, come mostrato dalla linea tratteggiata della figura 3, il motore rischia lo stallo perché il rapporto di trasmissione non può essere ridotto ulteriormente. In questo momento l’innesto 14 deve essere liberato per evitare che il motore entri in stallo.

Il grafico della figura 3 mostra una relazione lineare tra la velocità e il rapporto di trasmissione più alto possibile compreso nell’intervallo di 800-1300 rpm. Questo non deve essere necessariamente il caso, dato che il rapporto di trasmissione maggiore possibile a qualsiasi velocità del motore può essere adattato alla curva di coppia del motore.

Nella suddetta descrizione, il rapporto di trasmissione maggiore possibile è determinato solo dalla prevalente velocità del motore. Si noti, tuttavia, che un rischio di stallo può essere rilevato mediante la velocità di cambiamento della velocità del motore, cioè la derivata temporale della velocità prevalente del motore. Se la velocità del motore crolla, la sua velocità di cambiamento è un’indicazione che la coppia richiesta è eccessiva. Questa indicazione può essere usata al posto di, o preferibilmente insieme a, il valore della velocità prevalente del motore per ridurre il rapporto di trasmissione ponendo un limite superiore che varia con la velocità di cambiamento. Così, se la velocità del motore scende rapidamente da, per esempio, 2600 rpm a 2200 rpm, anche se entrambi questi valori superano i 1300 rom, si può fissare un limite superiore del rapporto di trasmissione mediante l’unità di calcolo del rapporto 36 per garantire che il motore continui a funzionare ad una velocità prossima al suo intervallo ottimale. L’uso sia della velocità prevalente che della velocità di cambiamento della velocità consente al sistema di controllo di reagire più rapidamente ad una richiesta della coppia eccessiva che provocherebbe lo stallo del motore.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Metodo per azionare un veicolo munito di una CVT e avente una leva per variare il rapporto di trasmissione della CVT in modo da consentire all’operatore del veicolo di variare la velocità della ruota del veicolo, caratterizzato dal fatto che il rapporto di trasmissione della CVT è limitato ad un valore che dipende da almeno un valore tra prevalente velocità del motore e velocità di cambiamento della velocità del motore.
2. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui il valore limite del rapporto di trasmissione aumenta con la velocità del motore entro un intervallo inferiore di velocità del motore ed è sostanzialmente costante attraverso un contiguo intervallo superiore di velocità del motore.
3. Veicolo avente un motore, una CVT, una leva per consentire ad un operatore del veicolo di variare la velocità del veicolo, ed un’unità di controllo per applicare alla CVT un segnale atto a fissare il valore del rapporto di trasmissione a seconda della posizione della leva, caratterizzato da mezzi per evitare che il segnale applicato dall’unità di controllo alla CVT superi un valore limite che dipende da almeno un valore tra la prevalente velocità del motore e la velocità di cambiamento della velocità del motore.
4. Veicolo secondo la rivendicazione 3, in cui la leva per variare il rapporto di trasmissione serve, inoltre, a fissare il punto di funzionamento del motore.
5. Veicolo secondo la rivendicazione 4, in cui la leva è un pedale azionato con il piede.
6. Veicolo secondo la rivendicazione 5, in cui il veicolo comprende, inoltre, una seconda leva azionata a mano e mezzi per fissare il punto di funzionamento del motore a seconda del maggiore di due valori desiderati determinati dalle posizioni della leva a pedale e della leva manuale.