专利名称：具有闭环反馈的开环转矩控制的制作方法
技术领域：
本发明 一般地涉及一种液压的转矩控制传动装置，更具体地涉及一种
用于补偿变换器/变速器/变矩器(variator)转矩控制映射图中的不准确的 系统。
背景技术：
诸如无级变速器(CVT)的许多复杂的传动系统都采用转矩控制元 件来提供可连续改变转矩或速度的传动能力。这种传动装置的一个例子是 分流式转矩传动装置，其中传动系由双输入驱动，所述输入之一可以是诸 如来自液压变换器的转矩受控的输入。在该系统中，通常期望能够精确地 控制变换器，使得基于控制信号得到的系统的实际操作与预期的操作一致。 在试图达到这个目标时， 一些系统利用使变换器的输入压力或压差映 射到输出转矩相对应的标定图或的转矩控制映射图。尽管如此，在实际的 运行条件下，由于控制系统中的部件磨损、游隙或污物等可能使转矩控制 映射图中的一些项目出现错误，导致系统的预期运行与实际运行之间出现 不期望的差异。
前述背景探讨完全是为了帮助读者，而不是为了限定本发明，因此不 应认为上述系统中的任意具体元件都不适用于本发明，也不应认为解决激 发(本发明)的问题的任意元件都是实施本文所述的创造性技术所必需的。 本文所述的创造性技术的实施和应用通过所附权利要求限定。
发明内容
一方面，(本发明)提供一种控制变换器的输出转矩的方法，所述变换器具有一响应于致动器压力信号的液压致动器。本方面的方法包括接收 来自操作界面/操作接口的第一期望转矩的指示。评估与变换器的运行相关 的多个参数并将这多个参数映射到用于致动器压力信号的第 一映射值/绘
图值(mapped value)。将第一映射值施加给液压致动器作为致动器压力 信号，测量变换器的第一实际输出转矩并将其与第一实际输出转矩相比以 得到一压力补偿值。当接收到第二期望转矩的指示时，再评估与所述变换 器的运行相关的多个参数以得到用于致动器压力信号的第二映射值，然后 通过压力#卜偿值^^正所述第二映射值以得到调整后的致动器压力信号。 由以下的说明将会理解所公开的系统和方法的附加和替代的特征及方面。
图1是用于基于所施加的控制压差来提供可变输出转矩的变换器的详 细示意图2是在如图1所示的变换器中用于控制可变角度的斜盘的位置的液 压致动器的详细示意图3是一四维映射图在变换器输入速度为1800 RPM时的三维部分， 该四维映射图将致动器压差、变换器输入速度、变换器输出速度与预期的 输出转矩相关联；
图4是与致动器相关联以有效地控制变换器的控制部件和数据流的简 化的逻辑图5是示出一程序的流程图，该程序用于补偿根据一实施例的转矩控 制映射图的值以提高实际转矩与预期转矩之间的一致性；以及
图6是示出另一程序的流程图，该另一程序用于补偿转矩控制映射图 的值以提高实际转矩与预期转矩之间的一致性。
具体实施例方式
本发明涉及一种用于改进变换器转矩控制系统的系统和方法。利用说明的系统，对变换器的输出进行转矩控制，以4吏得变换器的实际输出转矩 紧密匹配于期望输出转矩。由于运行环境变化、机械变化、容差变化等， 转矩控制映射可能趋于不准确。在一个实施例中，所述转矩控制系统在各 应用前为映射图的值叠加一计算出的压力补偿值，以提高变换器的期望转 矩与实际的转矩之间的相关性。以下说明将使附加的和替代的方面将变得 显而易见。
图1是变换器100的详细示意图，该变换器基于斜盘致动器104中施 加的控制压差来提供可变的输出转矩。变换器100包括泵101和马达102。 泵101包括一通过斜盘致动器104设定的可变角度斜盘103。 一定数量的、 在各自腔室内的活塞105通过滑动接触而在斜盘103上移动，因此活塞105 的运动范围由斜盘103的角度设定。活塞105的腔室形成在通过泵输入轴 109转动的泵支承部108内。
马达102具有包括一定数量的、在各自腔室内的活塞106的类似布置 结构。马达102的活塞106滑动接合在一固定的斜盘107上。可认识到斜 盘107的角度也可以是可变的以实现可变排量/行程。泵101的活塞105的 腔室经由液压流体与马达102的活塞106的腔室流体连通，所述液压流体 填充在各腔室和中间管道(未图示)中。活塞106的腔室形成在使马达输 出轴lll转动的马达支承部IIO内。当斜盘103的角度改变时，通过泵101 的活塞105移动的流体量(进而由活塞106的腔室接纳或接收的流体体积) 改变。
由于这些相关关系，转矩随施加在斜盘103上的净力/合力而改变，马 达102的输出速度也随斜盘103的角度而改变。总地来讲，在本实施例中 操纵液压压力差的斜盘致动器104被电磁阀(未图示)驱动，例如为两个 压力值中的每一个设置一个电磁阀，电磁阀通过来自传动装置控制器等的 适当的输入信号电子地控制。这样，控制器可以通过将电信号作用在与斜 盘致动器104相联接的电磁阀上来控制变换器100的转矩。
图2是用于控制对如图1所示的变换器100中的可变角度的斜盘(未 图示)(施加)的致动力的液压致动器104的详细示意图。致动器104包括一定数量的相关联的元件，其中主要包括在各自的缸202、 203内的两个 相对的活塞200、 201。活塞200、 201与各自的缸202、 203的孔相配合以 形成用于容纳加压的液压流体的各压力腔204、 205。
活塞200、 201通过一杆206相连结，在该杆206上安装有中心枢转销 207。中心枢转销207伸入斜盘臂209的狭槽208内，使得杆206的横向位 置确定斜盘臂209的位置、进而确定斜盘自身(未图示)的角度。杆206 被相对的弹簧212向一中心位置偏压。当杆206从该中心位置移开时，由 弹簧212施加一与位移成比例的回复力。
由作用在活塞200、 201上的力的总和来确定杆206的横向位置、速度 和加速度。作用在活塞200、 201上的力的来源如下(1)腔室204和205 中的压力，(2)取决于活塞200、 201的位移的、弹簧212的力，以及(3) 通过斜盘作用的旋转力(swivel force ),该旋转力取决于转矩、泵速度、 马达速度等。各压力阀210、 211独立地控制腔室204、 205内的压力。在 一个实施例中，压力阀210、 211是以一定压力供给液压流体的电磁阀，该 压力由施加的电流在由供给压力设定的界限内设定。因此，在所述实施例 中，各阀210、 211至少具有电流输入(以输入A和C示出)和流体输入 (用输入B和D示出)。通常，电磁阀可以以在零与在流体输入B、 D处 的流体压力之间的压力供给流体。
结合图1来考虑图2,会认识到在输出111处提供的转矩与由阀210、 211施加的压差直接相关。特别地，在液压回路内的流体压力与由阀210、 211施加的压差相关。因此，在转矩受控的应用中，期望精确地将阀210 和211的螺线管电流(或在致动器104中施加的压差)的组合与在输出111 处预期的相关输出转矩关联起来。
第一步，使用一预定的映射图来将具体的压差与具体的预期输出转矩 相关联。在实践中，这些值之间的关系还与以下(条件)相关(1)泵活 塞104的位移(通过位移传感器直接测量，或通过马达速度/泵速度、例如 通过标准化/归一化的马达速度计算)，以及(2)输入(泵)速度。因此， 使用一个四维映射图来关联所述各种值。图3示出一个这样的映射图，其中未示出的一维一一变换器输入速 度一一设定在1800RPM。因此，所示出的面300将预期输出转矩(左侧横 轴)与在致动器104中施加的压差(纵轴)和已知的变换器的标准化马达 速度或马达排量(右侧横轴，标准化后)的组合相关联。不同的绝对变换 器输入速度会得到关于其余变量的不同的三维面。
在一实施例中，通过一专门的反馈循环对由该映射图提供的值进行实 时调整，使得变换器100的实际转矩输出更紧密地匹配于期望转矩。在详 细探讨变换器控制程序之前，将探讨系统内的控制J^出结构和信息流。图 4是与图2中的机械部件相关联以有效地控制变换器100的各控制部件和 数据流的简化的逻辑图400。特别地，设有一变换器控制器401以通过电 磁阀210和211对变换器100的运行进行控制。变换器控制器401可以是 一专用的变换器控制器，但更通常地还可以控制一与变换器IOO相关联的 更大系统，如传动装置。控制器401可以具有任意适当的结构，而在一个 实施例中控制器401包括一数字式处理器系统，该数字式处理器系统包括 一具有数据输入和控制输出的微处理器电路，该微处理器电路根据存储于 计算机可读介质上的计算机可读指令工作。通常，处理器会联接有用于存 储程序指令的长期(非释放性的)存储器，以及用于存储在处理过程中(或 由处理得到的)运算数和结果短期(释放性的)存储器。
在运行中，控制器401从变换器系统100接收一定数量的数据输入， 并向系统100提供一定数量的控制输出。特别地，控制器401具有连接至 回路压力传感器402或其他转矩检测装置或传感器的第一数据输入。尽管 也可以使用单个压力传感器，但是期望使用多个传感器以获得更准确的压 力读数。回路压力传感器402被定位和适配成检测变换器100的内部液压 回路内(即，在活塞105和106之间)的液压压力，并提供与检测的压力 相关的信号。对控制器401 (输入)的第二数据输入连结至一泵速传感器 403。泵速传感器403被定位和适配成检测变换器输入轴108的转速，并提 供与检测的输入转速相关的信号。控制器401的第三数据输入连结至一马 iiil度传感器404。马达速度传感器404被定位和适配成检测变换器输出轴110的转速，并提供与检测的输出转速相关的信号。应认识到可以使用 泵排量(例如由致动器104的行程得出)或者斜盘103的角度(例如由角 度传感器得出)作为输入来代替标准化的马达速度。
为了检测期望转矩，控制器401还从操作界面407、例如加速器设定 接收数据输入。操作者可以是人或自动(设备)，操作界面可以相应地改 变。变换器控制器401还读取一如图3所示的四维输出映射图300。
基于上述各种可得的输入，控制器401进行计算并提供适当的控制信 号，以使变换器100提供与期望输出转矩紧密对应的输出转矩。特别地， 控制器401提供两个调整后的螺线管控制信号405、 406来控制致动器104 的工作，从而控制变换器100的工作。调整后的螺线管控制信号405、 406 包括用于控制第一致动器压力阀210的调整后的笫一螺线管控制信号405、 和用于控制第二致动器压力阀211的调整后的第二电磁阀控制信号406。
图5是示出一程序的流程图500，该程序用于补偿才艮据一实施例的映 射图300的值以提高实际转矩与预期转矩之间的一致性。在第一步骤501 中，控制器401由在操作界面407接收的信息计算出期望转矩。所述期望 转矩可以是从操作者的输入一_例如加速器位置一一直接计算出的值或由 例如传动装置的运行间接计算出的值，其中，传动装置的状态基于当前的 和过去的^作者的输入。在步骤502中，控制器401读取变换器状态，变 换器状态包括来自回路压力传感器402的回路压力、来自泵速传感器403 的泵速度和来自马iiil度传感器404的马达速度。
在步骤503中，控制器401读取映射图300并识别出为产生期望转矩 而需要的致动器压差。在步骤504中，控制器401为识别出的致动器压差 叠加一压力补偿值P+，以得到一调整后的致动器压差。如果第一次执行程 序500，则可将压力补偿值P+设定为零或一初始的默认补偿值。如果在第 二次或以后执行程序500，则压力补偿值P+已在上一次(执行的程序)中 以下述方式设定。
在步骤505中，控制器401基于步骤504的调整后的致动器压差输出 调整后的螺线管电流信号l (405)和调整后的螺线管电流信号2 (406)。在步骤506中，控制器401再次读取来自回路压力传感器402的回路压力，并计算变换器100的实际输出转矩。特别地，本领域技术人员会认识到变换器的输出转矩与变换器的内部液压压力相关并可以由该内部液压压力直接算出。
在步骤507中，控制器401将来自步骤501的期望转矩与来自步骤506的实际转矩进行比较，并产生一表示期望压力(基于期望转矩)与实际压力(基于实际转矩)之差的压差误差信号Pe。在步骤508中，控制器401将对压差误差信号Pe作用一增益G以得到压力补偿值P+。在一实施例中，该增益是乘法增益，即GxPe-p+。然而，在本发明范围内的增益的性质和作用方式不限于上述实施例。因此，例如，应认识到增益可以是比例的、积分的和/或微分的(PID)。而且，增益可以是变量或常量，在一实施例中增益G是无单位的分数，例如0.5。程序从步骤508返回步骤501以再次读取期望转矩。
通过执行程序500,使映射图300中的任何不准确性的影响最小化，使得变换器100的实际输出转矩更紧密地匹配于在操作界面处表示的期望转矩。应认识到，除非增益G被设定为1并且变换器的条件在程序500各次运行之间在很大程度上保持不变，否则实际转矩通常不会精确地匹配于期望转矩，而与在不修正的情况下使用映射图300所得到的(结果)相比实际转矩与期望转矩之差一般会被明显地减小。紧密地匹配期望转矩与实际转矩的能力在4艮多情况下是有价值的。例如在许多传动装置中，在换档期间控制输入转矩以确保平稳换档。因此，在这种情况下产生与预期输出转矩紧密相关的实际输出转矩的能力会提高换档质量。
在一替代实施例中，转矩控制程序通过转矩指令修正而非压力修正起作用。该实施例特别适用于其中在各转矩控制映射图之间的相关关系在一个或多个变量方面非线性的系统。转矩控制程序600的步骤601-606与程序500的步骤501-506相同。在步骤607中，控制器401将来自步骤601的期望转矩与来自步骤606的实际转矩进行比较,并产生一转矩误差信号Te。在步骤608中，控制器401将现有的期望转矩与Te叠加以产生修正后的期望转矩。应认识到如果在执行步骤601与执行步骤608之间来自操作界面407的期望转矩变化，则在步骤608中使用新的期望转矩。程序从步骤608返回步骤602以计算为得到修正后的期望转矩所需的致动器压差。应认识到在第二次及以后连续执行程序600时，使用修正后的期望转矩代替期望转矩。
工业实用性
由前述探讨可以容易地理解所述的变换器转矩控制系统的工业实用性。(本发明)公开了一种技术，其中变换器输出是转矩受控的从而使变换器的实际输出转矩紧密地匹配于期望输出转矩。转矩控制映射图是预定的，并由于运行环境变化、机械变化、容差变化等而变得不准确。所述转矩控制系统在每次应用各映射值前为该映射值叠加一算出的压力补偿值，以提高变换器的期望输出转矩或预期输出转矩与实际输出转矩之间的关联性。在一实施例中，基于该压力补偿值的上一次应用或另一映射值得出压力补偿值。
本发明的实施例适用于采用这样的液压变换器的任何系统其中期望输出转矩紧密地匹配于预期输出转矩值。例如，特别是用于重型工业才几械的许多传动装置系统使用多种部件，如采用变换器进而可从应用本文的教导中获益的等速传动装置/恒速传动装置(constant velocity transmission)。在这种机械中，由于在传动装置输入(即变换器输出)方面的更精确的转矩控制，上述教导的应用可以提供更好的换档性能并改善用户体验。因此，例如采用这种传动装置的重型工业机械可以长时间运行，并且可以在换档行为不经历与变换器转矩相关的误差的情况下、在变化很大的运行环境中工作。因此，尽管变换器转矩控制映射图会随着时间的推移和/或在不同的环境下变得不精确，但通过使用本系统仍可维持相关传动装置的换档质量。
应认识到以上说明提供了所述系统和技术的实施例。但是，设想本发明的其他实施方式可以在细节上与上述实施例有所不同。对本发明及其实施例的所有引用都应涉及关于该问题讨论的具体实施例而不应隐含任何限制，而本发明的范围更宽泛。关于某些特征的区别性和不利的语言用于表明那些特征不是优选的，而不是要将这些特征从本发明的范围中完全排除，除非另有说明。
除非另有说明，此处对各值的范围的说明也仅用作对分别涉及落入该范围内的每个单独的值的引用的简略的表达方法，每个单独的值均被纳入说明书中，如同在此处单独地描述那样。可以以任何适当的顺序执行所述方法，除非另有说明或明显与上下文矛盾。
因此，如适用法律所允许的，本发明包括所附权利要求所述的主题的所有变型和等效方案。而且，上述各元件在所有可能的变型中的任意组合均为本发明所涵盖，除非另有说明或者明显与上下文矛盾。
权利要求
1.一种控制变换器(100)的输出转矩的方法，所述变换器具有一响应于致动器压力信号(405，406)的液压致动器(103)，所述方法包括接收来自操作界面(407)的第一期望转矩的指示(501)；评估与变换器的运行相关的多个参数(502)；读取一映射图(300)以将所述多个参数与用于所述致动器压力信号的第一映射值相关联，其中，将所述第一期望转矩与所述第一映射值相关联(503)；将所述第一映射值施加给所述液压致动器(100)作为致动器压力信号(405，406)(505)；测量所述变换器(100)的第一实际输出转矩(506)，并将所述第一实际输出转矩与所述第一期望转矩进行比较以得到一误差值(507)；基于所述误差值得到压力补偿值(507)；接收来自操作界面(407)的第二期望转矩的指示(501)；再评估与变换器的运行相关的所述多个参数(502)；读取所述映射图(300)以将所述多个参数与用于所述致动器压力信号的第二映射值相关联，其中，所述第二期望转矩与所述第二映射值相关联(503)；通过所述压力补偿值修改所述第二映射值，以得到一调整后的致动器压力信号(405，406)(504)；以及将所述调整后的致动器压力信号施加给液压致动器(103)以控制所述变换器(100)的输出转矩(505)。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述的接收来自操作界面(407)的第一期望转矩的指示(501)包括接收一来自加速器界面(407)的信号。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述致动器压力信号与一压差相对应。
4. 根据权利要求3所述的方法，其中，所述致动器压力信号包括至 少两个螺线管电流信号(405, 406)，所述至少两个螺线管电流信号^C引 导到至少两个相应的用于控制所述致动器(103)的电磁阀(210， 211)。
5. 根据权利要求l、 2、 3和4中任一项所述的方法，其中，所述的 基于所述误差值得到压力补偿值(507 )包括将所述误差值乘以一增益系数 以得到压力补偿值。
6. 根据权利要求5所迷的方法，其中，通过压力补偿值修改第二映 射值(504 )包括对所述第二映射值叠加所述压力补偿值以得到调整后的致 动器压力信号。
7. 根据权利要求5所述的方法，其中，所述增益系数从可变增益值 和静态增益值中选出。
8. 根据权利要求5所述的方法，其中，所述增益系数是一分数值。
9. 根据权利要求l、 2、 3、 4、 5、 6、 7和8中任一项所述的方法， 其中，所述变换器(100)包括内部液压回路、泵(100)和马达(101)， 其中，所述与变换器(100)的运行相关的多个参数包括所述内部液压回路 的回路压力、变换器泵速度以及变换器马达速度。
10. 根据权利要求9所述的方法，其中，所述的测量所述变换器(100 ) 的第 一 实际输出转矩包括将所述回路压力转换为所述第 一 实际输出转矩。
全文摘要
一种变换器转矩控制系统调节变换器输出，使得变换器(100)的实际的输出转矩紧密地匹配于预期输出转矩。在一实施例中，基于变换器(100)的当前操作、以计算出的压力补偿值对现有转矩控制映射图的压力值进行实时补偿。用于各映射压力值的压力补偿值可以基于上一次应用或另一映射值求得。
文档编号F16H61/42GK101680543SQ200880018167
公开日2010年3月24日 申请日期2008年4月23日 优先权日2007年5月31日
发明者B·D·库拉斯, F·A·德马科 申请人:卡特彼勒公司