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1. CN102483110 - 用于确定车辆中的离合器的接触点的方法和系统

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[ ZH ]
用于确定车辆中的离合器的接触点的方法和系统


技术领域
本发明涉及具有自动控制的离合器的车辆,特别地涉及一种按照权利 要求1的前序部分的用于确定离合器的接触点的方法。本发明还涉及一种 按照权利要求11的系统和一种按照权利要求12的车辆。
背景技术
通常对于车辆,许多不同的动力传动系统构造是可用的。例如,齿轮 箱可以呈手动操作齿轮箱或自动齿轮箱的形式。对于重型车辆,通常期望 这些应当为驾驶员提供尽可能舒适的驾驶感受。这意味着例如齿轮箱中的 齿轮变速应当通过通常结合在车辆中的控制系统自动地执行。因此,自动 操作的齿轮箱在重型车辆中变得日益普遍。
但是,该自动齿轮变速通常不通过传统意义上的自动齿轮箱,而是通 过“手动”齿轮箱的控制系统操作执行,部分地因为手动齿轮箱大体上制 造起来没那么昂贵,同时因为它们通常更有效率。对于在乘用车中普遍使 用的类型的自动齿轮箱,效率水平与手动操作齿轮箱相比通常太低,以至 于除了在例如本地公共汽车和市区运输车辆中之外不能使用,在这些车辆 中通常需要频繁的起动和停止。
因此,对于主要在主道路/高速公路上使用的重型车辆,自动操作“手 动”齿轮箱被普遍地使用。
该齿轮变速可以几种不同的方法起作用,在其中一个中,离合器踏板 被用于使车辆从静止设置为运动的,但是全部其它的齿轮变速可以在完全 不包括离合器的情况下通过车辆的控制系统起作用。相反地,齿轮变速被 “转矩自由”地执行,也就是说,从发动机传输的转矩被调节到适当的水 平,以减小在相关齿轮的接合点传递的转矩。
另一种方法将代替具有自动升挡和降挡的自动控制离合器使用,在这 种情况下,驾驶员仅使用加速器踏板和制动踏板。
但是,在具有自动离合器的这种车辆上,试探离合器的接触点,也就 是说离合器开始传递转矩的位置是重要的。接触点不是固定的点,而是变 化的,主要取决于离合器的温度,也取决于其它的因素。因此,当车辆运 动时,接触点可以改变,这导致当车辆运动时需要能够以规则的间隔估计 接触点的位置。
因此,通过例如当设置为运动的或使车辆停止或使齿轮变速时试探接 触点的位置,车辆的控制系统识别从发动机到动力传动系统的其它部件的 转矩传递开始或停止的离合器位置,这样,将车辆设置为运动的和齿轮变 速也可以这样的方法执行,以便不会导致动力传动系统中的不想要的冲击 或不想要的磨损。
当齿轮箱位于空挡位置时如果车辆不能被估计影响,那么接触点的位 置的估计应当发生。这可以如何执行的一个实例是通过从打开位置向闭合 位置操纵离合器,同时齿轮箱输入轴是静止的。然后,接触点被确定为齿 轮箱输入轴上的旋转速度传感器记录一个速度的第一位置。
这种类型的接触点估计的一个问题是当车辆运动时可能花费太长的时 间以至于被忽视。同时,齿轮箱输入轴上的旋转速度传感器通常是在某个 速度以下不能检测速度的类型,这意味着它不是被检测的实际接触点,而 是离合器位于齿轮箱输入轴达到足够高的旋转速度以便可以被速度传感器 检测的位置的点。
US6711486显示了一种确定其中离合器传输阈值的点的方法和系统。 当车辆静止时进行此确定并且包括使齿轮箱输入轴减速到基本零的速度。
发明内容
本发明的一个目的是提出一种解决上面的问题的用于确定离合器的接 触点的方法。该目的通过按照权利要求1的方法获得。
按照本发明的方法具有离合器的接触点,也就是说在发动机和齿轮箱 之间发生接触的离合器位置可以在所述第一齿轮箱部件旋转时确定的优 点,所以,确定接触点可以在无需第一次使所述第一齿轮箱部件停止的情 况下执行。
本发明的其它特性及其优点通过下面提出的实施方式的实例的详细描 述和附图指示。
附图说明
图1描述本发明可以被有利地使用的车辆中的动力传动系统。
图2描述用于按照图1的离合器的特性。
图3描述用于按照现有技术的离合器的特性。
图4描述按照本发明的一种方法。
图5是按照本发明的在估计过程中通过离合器传递的转矩是如何改变 的示意性的图表。
具体实施方式
图1示出按照本发明的一个实施方式的车辆100中的动力传动系统。 图1中示意性地示出的车辆仅包括一个具有动力车轮113、114的轴,但是 本发明也可以被应用在多于一个轴装备有动力车轮的车辆中。动力传动系 统包括以传统的方法通过其输出轴,通常通过飞轮102,通过离合器106 连接至齿轮箱103的燃烧发动机101。
离合器106呈盘式自动控制离合器的形式,由此被连接至第一齿轮箱 部件,例如齿轮箱103的输入轴109的摩擦元件(盘)110选择性地与发动 机的飞轮102接合,以通过齿轮箱103从燃烧发动机101向动力车轮113、 114传递驱动力。离合器盘110与发动机的飞轮102的接合借助于可例如借 助于杠杆112侧向移动的压板111控制,杠杆的功能由离合器致动器115 控制。离合器致动器115在杠杆112上的作用又由车辆的控制系统116控 制。
现代车辆中的车辆控制系统通常由通讯总线系统构成,该通讯总线系 统由一个或多个用于将多个电子控制单元(ECU)或控制器与位于车辆上 的多个部件连接在一起的通讯总线构成。这种控制系统可以包括大量的控 制单元,用于特定的功能的任务可以在两个或多个控制单元之间分配。为 了简单的目的,图1仅示出一个控制离合器(离合器致动器115)的这样的 控制单元116。实际上,离合器致动器115通过控制单元116的控制将例如 可能取决于例如从负责齿轮箱103的功能的控制单元和控制发动机的功能 的控制单元接收的信息。
车辆还包括被连接至车辆的动力车轮113、114并通过例如传统的差速 器的轴齿轮108由齿轮箱103的输出轴107驱动的驱动轴104、105。
当在图1中描述的车辆中执行齿轮变速时,离合器被打开,新的齿轮 被接合,然后离合器闭合。如上面提到的,在这种齿轮变速的情况下重要 的是,车辆的控制系统可以识别离合器的接触点,也就是说,离合器盘与 飞轮接触的位置,并且因此可以开始在发动机和动力传动系统的其它部件 之间传递转矩(或扭矩)。识别接触点的位置的能力使得可能以对于驾驶员 舒适的方法,例如通过免于不想要的冲击而执行齿轮变速,同时它们可以 不对动力传动系统加压并且因此减小不需要的动力传动系统的磨损的方法 发生。当使齿轮变速时的齿轮变速过程也可以被加速,因为当使齿轮变速 时离合器不需要被打开得多于刚刚通过接触点,并且因此不需要到达杠杆 的完全偏斜状态。
在该描述中,术语“接触点”不仅指离合器盘与飞轮(或者被连接至 发动机输出轴的某些其它的元件)物理接触的物理位置,而且指该接触点 的任何期望的表示,因此使得当离合器盘与飞轮接触时,可能通过例如杠 杆和/或离合器致动器的位置限定该接触点。
图2是表示用于图1中描述的类型的离合器的特性的图表。y轴表示离 合器可以在发动机和动力传动系统之间传递的转矩,x轴表示离合器(或离 合器致动器)的位置,初始值表示离合器打开,也就是说,位于一个极限 位置中的离合器盘(因此,杠杆/离合器致动器),“闭合”表示图1中的离 合器盘尽可能靠左的位置,并且因此离合器(杠杆/离合器致动器)位于其 另一个极限位置。
位于打开位置中的离合器盘正常地将与发动机的飞轮有一定的距离, 所以使离合器闭合将使离合器盘在其实际上与发动机的飞轮物理接触之前 移动一定的距离x。只要离合器盘与飞轮接触,发动机和动力传动系统的其 它部件之间的转矩传递就可以开始。此后,离合器闭合的越多(离合器与 飞轮摩擦接合的越牢固),在发动机和动力传动系统的其它部件之间传递的 转矩就越多。在每个点可以准确地传递的转矩的大小取决于离合器特性K ,这从离合器到离合器可能是变化的,并且与接触点相似,取决于温度并 取决于其它因素,所以离合器特性也需要以规则的间隔估计。但是,离合 器特性的估计不是本发明的主题,因此在这里将不进行更详细的描述。存 在多种该估计是如何执行的现有技术的实例。由于离合器的接触点CP 离合器 取决于温度并且当车辆运动时离合器的温度变化,例如取决于齿轮变速多 久执行一次,因此,当车辆运动时距离x也变化。
图3是按照现有技术的接触点确定的一个实例的图表。x轴表示时间, y轴表示离合器位置和用于所述第一齿轮箱部件的旋转速度。y轴上的0位 置表示离合器闭合。虚线表示用于所述齿轮箱部件的旋转速度,实线表示 离合器位置。如图表中所示,当所述第一齿轮箱部件静止时,接触点确定 开始。
但是可能需要花费几秒到达该“开始位置”。为了当车辆运动时所述第 一齿轮箱部件(例如,齿轮箱输入轴、离合器盘或在齿轮箱中通常存在的 副轴)可能停止,需要离合器被打开,齿轮箱被放置在空挡位置中。当离 合器被打开并且齿轮箱被放置在空挡位置中时,所述第一齿轮箱部件自由 地旋转,并且将被固有的摩擦力制动,直到到达静止的情况。
但是,这可能需要花费几秒,特别地如果齿轮箱由于运转而变热,在 这种情况下,正常地将只有少量的摩擦力。该过程在某些车辆中可能使通 常存在于这种齿轮箱中并且通常被连接至所述输入轴的副轴装备有制动装 置而被加速,借助于该制动装置,也可以向齿轮箱输入轴施加制动。但是, 许多车辆没有该设备。
当齿轮箱输入轴是静止的时,接触点确定通过在时间t 1 启动使离合闭 合而开始。在时间t 2 ,齿轮箱输入轴开始旋转,所以该离合器位置P 1 表示 实际接触点。齿轮箱输入轴的旋转速度通常借助于被安装至该轴(或副轴) 的速度传感器确定。但是,该旋转速度传感器通常是诱导(被动)型的, 这意味着通常不能精确地检测低的速度,典型地不能检测50-100rpm以下 的速度。这又意味着该方法不能检测实际的接触点P 1 ,而是当输入轴到达 可被速度传感器检测的足够高的速度时的点(位置)。这由图3中的时间t 3 指示,因此,这意味着位置P 2 ,而不是位置P 1 被错误地确定为离合器的接 触点。
因此,所示的方法遭受由于旋转速度传感器不足够灵敏,所确定的位 置可能不正确,以及可能需要花费长时间执行的缺点。假设副轴没有制动 设备,那么在正常升挡/降挡过程中不能执行该确定,而是通常仅当车辆静 止时可以执行。
本发明提出一种用于确定接触点位置的方法,其可以不考虑齿轮箱副 轴是否具有制动设备而快速地执行,并且其可以确定接触点位于第一齿轮 箱部件的速度传感器正常地呈现更高的精度的情况下。
按照本发明的方法400在图4中示出。按照本发明的方法在步骤401 开始,在其中确定接触点确定是否开始,在这种情况下,方法继续到步骤 402,在其中,离合器闭合,以借助于发动机输出轴使齿轮箱输入轴加速。 如果必要的话,在这种情况下,速度可以增大,以使齿轮箱输入轴(第一 齿轮箱部件)加速。当第一齿轮箱部件的加速开始时,齿轮箱需要被放置 在空挡位置中。当按照本发明的方法开始时,第一齿轮箱部件的实际旋转 速度不重要,主要的需求是足够高的速度以保证可以执行正确的确定,这 可以例如通过使第一齿轮箱部件加速直到来自速度传感器的信号指示达到 期望的速度保证,步骤403。
如果车辆是转动的,那么第一齿轮箱部件可以选择性地通过第一次打 开离合器,然后通过齿轮箱中的适当的齿轮变速,给予第一齿轮箱部件期 望的旋转运动,随后通过将齿轮箱放置在空挡位置中而加速。
当齿轮箱输入轴达到如上所述的期望的速度并且离合器被打开以便离 合器盘不与飞轮接触,并且齿轮箱被放置在空挡位置中时,第一齿轮箱部 件的旋转速度将开始下降。按照如本发明所述的方法,然后所述第一齿轮 箱部件(例如,齿轮箱输入轴、包括离合器盘、或齿轮箱输入轴或副轴) 的固有摩擦力的摩擦系数被计算。
图5示意性地示出按照本发明的在估计过程中第一齿轮箱部件的旋转 速度(实线)、离合器传递的转矩(点线)和离合器位置(虚线)是如何随 着时间的过去改变的。在时间I过程中,第一齿轮箱部件通过离合器的闭 合加速,这样,在时间t 1 ,达到期望的旋转速度,由此离合器被重新打开。 当离合器被打开时,在时间t 2 ,按照本发明的估计开始。
按照物理定律,在分离之后,并且将固有摩擦力考虑进来,作用在齿 轮箱输入轴上的剩余的转矩被限定为转动惯量与加速度相乘。
当齿轮箱处于自由状态时释放第一齿轮箱部件导致
         公式(1)
在其中,T 离合器 表示离合器传递的转矩。T 摩擦 是作用在齿轮箱输入轴(第 一齿轮箱部件)上的摩擦转矩,J表示第一齿轮箱部件的转动惯量,其是可 以在安装在车辆的动力传动系统中之前确定的常量。是输入轴的角速度。 离合器的接触点由当离合器(离合器盘)从打开位置向闭合位置移动时离 合器传递的转矩超过0,也就是说T 离合器 >0的第一点表示,也就是说,如 上面提到的,接触点由当在飞轮、盘和压力板之间发生接触时的精确点的 离合器位置表示。
公式(1)可以重新用公式表示为
      公式(2)
按照公式(2),为了计算T 离合器 和T 摩擦 需要被估计。
可以通过齿轮箱输入轴的旋转速度,例如借助于ω的连续值和/或借 助于微分滤子(derivative filter)计算。当被确定时,角加速度可以被认 为是恒定的。
当T 摩擦 不同于0时,它也需要被考虑,见图4中的步骤405,以便能 够确定T 离合器 何时大于0。
T 摩擦 典型地不是恒定的,但是实验表明它像粘性摩擦力一样以与角速 度成线性关系地作用,也就是说,T 摩擦 可以用公式表示为
T 摩擦 =k 摩擦 ω              公式(3)
在其中,k 摩擦 是摩擦常数,ω是输入轴的角速度。因此,为了能够利用 该关系,k 摩擦 需要被估计。当离合器被完全打开时T 离合器 =0的事实被用于估 计k 摩擦 ,这和公式(1)和(3)共同产生
当T 离合器 =0时,            公式(4)
如果车辆的(燃烧)发动机被启动并且初始位置中的离合器闭合,同 时,齿轮箱处于空挡,那么齿轮箱输入轴将具有与发动机速度相对应的旋 转速度。然后,如果离合器被完全打开,这样它根本不能传递任何转矩, 并且第一齿轮箱部件与车辆的飞轮分离,输入轴的速度由于如上所述的摩 擦力T 摩擦 将降低。
在这种情况下,也就是说,在图5中的时间t2和t3之间的时间II,k 摩擦 的估计通过首先确定角加速度然后通过借助于该角加速度确定的计算公 式(4),并通过借助于速度传感器和与输入轴的转动惯量有关的已知信息 确定旋转速度获得。执行多个k 摩擦 确定是优选的,同时齿轮箱输入轴的旋 转速度降低,在这种情况下,k 摩擦 可以例如被确定为这些确定的平均值。由 于当车辆运动时k 摩擦 可以例如由于齿轮箱温度变化,因此离合器的接触点 每次被估计时执行一个新的k 摩擦 确定是有利的。
采用按照公式(4)和公式(3)估计的T 摩擦 ,图4中的步骤406,公 式(2)可以被用于检测何时T 离合器 >0。例如,离合器位置可以适当的控制 速度从打开位置向闭合位置移动,见图5中的时间III,图4中的步骤407, 同时T 离合器 借助于上面的公式和来自速度传感器的旋转速度计算,并且在图 4中的步骤409,接触点被确定为图4中的步骤408的离合器第一次位于T 离合器 >0的位置。离合器的闭合应当在第一齿轮箱部件处于使来自速度传感 器的信号可靠的足够高的速度时发生。如果第一齿轮箱的速度降到不是这 样的情况的水平以至于部件例如借助于离合器初始地被重新加速,这样, 可获得可靠的速度测量。在闭合过程中以短的间隔或多或少地连续地确定T 离合器 是优选的,以保证获得尽可能好的接触点的估计。以太长的间隔确定T 离合器 存在损害接触点的精度的风险。
图5还示出当离合器以如上所述的控制方法闭合时T 离合器 是如何改变 的。如所示的,T 离合器 =0(为了清楚的原因,T 离合器 被示出为稍微大于0的值) 直到时间t4,在时间t4计算的T 离合器 突然超过0,并且然后接触点此时被限 定为离合器位置。在上面接触点被限定为T 离合器 >0的第一位置。但是,特 别地,将接触点限定为T 离合器 超过阈值的位置,即偏移替代地是有利的,以 便例如补偿可能另外地导致接触点的错误的确定的任何干扰。随后通过确 定T 离合器 何时从该阈值偏离,接触点仍然可以好的精确性确定。
至此,第一齿轮箱部件的转动惯量J的已知值被应用,并且T 离合器 被考 虑。但是,公式(2)可以用公式表示为
         公式(5)
由此,J将被结合在摩擦转矩的确定中,并且将被代替T 离合器 考 虑。因此,在这种情况下,不需要J的特定的知识。但是,在本说明书和 权利要求书中,如其它的相似的重改的公式一样是通过离合器传递 的转矩的表示。
因此,总之,本发明具有接触点的确定可以在齿轮箱输入轴不需要停 止的情况下执行的优点,也就是说,不需要花费时间等待这发生。本发明 还具有确定可以在齿轮箱输入轴的其速度传感器适当地起作用并且输送可 靠的测量值的旋转速度下执行的优点。本发明还意味着接触点也可以在使 齿轮变速(或者至少在例如包括大的齿轮级的某个齿轮变速过程中,或者 在例如在下坡时的慢的齿轮变速过程中,或者通过有意地执行较慢的齿轮 变速的控制系统)时和当制动时离合器被打开以停止时确定。
在上面,第一齿轮箱部件被描述为齿轮箱输入轴或齿轮箱输入轴和齿 轮箱副轴(和离合器盘)的组合。按照本发明的第一齿轮箱部件可以是部 件的任何期望的组合,假设它们可以借助于离合器旋转,并且假如它们如 上所述可以与车辆的发动机和与其动力车轮分离,也就是说,它将是可以 与发动机和与飞轮分离的动力传动系统部件。因此,如上所述估计的摩擦 转矩是用于部件的组合的摩擦转矩。