用于控制粘性耦合单元的调整装置及方法
【专利摘要】本发明包括一种用于粘性离合器(4)的调整装置(2)，所述粘性离合器设有主盘(6)和次盘(8)，主盘具有第一转速(10)且次盘具有第二转速(12)，所述调整装置(2)适于接收表示所述转速和期望接合度(14)的信号，并且计算主盘和次盘之间的作为第二转速和第一转速(12、10)之间比率的现行接合度(15)。所述各盘之间的接合度通过调整装置基于期望接合度(14)来控制，所述控制通过将控制信号(16)发送至油泵单元(18)以调整所述各盘之间的粘性油量来实现，所述油泵单元适于响应于所述控制信号将油(20)泵入粘性离合器(4)中。如果期望接合度(14)高于能调节的较高等级(22)，那么调整装置适于根据第一调整策略来调整粘性离合器的接合，所述第一调整策略包含通过如下方式交替地改变控制信号(16)，即首先产生至油泵单元的用于最大接合的控制信号，并且之后当接合度已大体恒定持续比预定第一时间量(Δt1)更长的时间时，改变控制信号以实现低于所述较高等级(22)的接合度，直至接合度不再大体上恒定为止。
【专利说明】用于控制粘性耦合单元的调整装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于控制根据独立权利要求前序部分的粘性离合器的一种调整装置 以及与该调整装置相关的方法。所述调整装置和方法尤其适用于调整与冷却泵相关联的粘 性离合器。
【背景技术】
[0002] 燃式发动机具有经由粘性离合器驱动的冷却泵，在用于带有所述燃式发动机的车 辆的冷却系统中，已知的是冷却系统的温度可由控制单元通过改变粘性离合器的接合度来 调整。当冷却需求增加时，粘性离合器的接合度（即粘性离合器的输出速度与输入速度之 间的比率）也将增加。所述泵借助于粘性离合器来控制，所述粘性离合器本身通过调整两 个盘（即由发动机皮带电路驱动的主盘以及驱动冷却泵叶轮的次盘）之间粘性油的流动来 控制。粘性离合器以如下方式工作，即泵入盘间工作腔的油越多，扭矩传输（即接合度）就 越大。接合度例如为次盘与主盘速度之间的比率。
[0003] 然而情况是当接合度增加时，将粘性液体从粘性离合器的工作腔泵出所需的时间 将增加，并且从而延长将接合度降低至较低值所需的时间。用于将粘性离合器从高接合度 脱离接合的该更长时间长度导致如下缺点，即冷却泵继续不必要地泵送，不仅引起不利的 发动机冷却，而且还引起更高的燃料消耗。
[0004] 设置阀以调整粘性油至粘性离合器工作腔的流入。该阀例如为磁性操作并且可采 用"打开"和"关闭"状态。当阀分别处于这些状态时，被供应的油的量通过改变时间量之 间的比率来控制。一种这样的量可例如为0. 25秒，在该情况中阀被以4Hz的速率控制，从 而所述调整可通过表明阀将要打开多长时间来实现。阀打开持续整个时间量导致最大流动 (100% )，阀关闭持续整个时间量导致最小流动（0% )。阀可被调整以能够采用0%与100% 之间的每个状态。
[0005] 当阀打开时，油被泵入粘性离合器的工作腔内，接合度由此被控制。粘性离合器分 别在主盘和次盘上具有多个圆形叶片，其中油位于所述多个圆形叶片之间。所述油通过离 心力在粘性离合器中被向外推动，然后通过例如由与所述盘其中之一的外边缘相关联的专 门配置的叶片施加的泵送作用来向内流动至收集腔。因而粘性离合器的接合度越大，该泵 送作用就越小，即当存在高接合度时，清空粘性离合器的油将花费更长时间。
[0006] 在完全脱离接合处，粘性离合器将总是具有例如20% (处于最小的油供应/油容 量）的最小接合度和相对于主盘大约90 %的最大完全接合（处于最大的油供应/油容量）。 在这些限度以内，由于制造公差的传播和/或由于老化/磨损，粘性离合器的极端状态受到 个体差异影响，这意味着可能的调整范围是未知的。
[0007] 当被调整接近至完全接合时，粘性离合器还能够"跳起（jump up) "并在完全接合 处卡住。当粘性离合器牢固地处于完全接合中或尝试朝着超出其极端状态的区域调整该粘 性离合器时，结果是积分器回升（integrator upswing)的问题。例如调整可调整的冷却泵 是尤其敏感的，原因在于与例如用于风扇的粘性离合器相比，该冷却泵具有窄的调整范围， 该粘性离合器以更高扭矩操作、具有更宽的调整范围并且因此允许更积极的调整。当结合 冷却泵使用粘性离合器时的结果是长响应时间，所述长响应时间直接影响当泵脱离接合时 的燃料消耗以及当泵接合时的冷却性能。
[0008] 用于粘性离合器的调整系统之前例如从以下描述的专利说明书可知。
[0009] 专利公开文献US-2003/0133242涉及一种用于控制风扇的调整系统，所述风扇适 于冷却燃式发动机并经由粘性离合器驱动。粘性离合器的接合度被限制成防止其超过上 限，从而降低粘性离合器脱离接合时间。
[0010] 专利公开文献US-2008/0185254也涉及一种用于控制针对风扇的粘性离合器的 调整系统。尤其通过计算期望风扇速度与所测风扇速度之间的差值以及在风扇不同的速度 状态期间比较所述差值来控制。
[0011] 最后，专利公开文献US-2003/0123995涉及一种与用于冷却发动机的冷却泵相连 的粘性离合器。该粘性离合器的接合度可尤其通过改变粘性离合器中用于粘性油的腔的尺 寸来变化。
[0012] 本发明的目的在于提出一种针对粘性离合器的控制形式，其缩短将处于接近最大 接合度的接合度的粘性离合器脱离接合所花费的时间，并且还降低所谓积分器回升的风 险。另一目的在于改善对处于接近最小接合度的接合度的粘性离合器控制。
[0013] 本发明的总体目的在于提出一种针对粘性离合器的改善的控制形式。
【发明内容】
[0014] 以上目的利用由独立权利要求限定的本发明实现。
[0015] 优选实施例由从属权利要求限定。
[0016] 在本发明的一个实施例中，当期望接合度大于预定的高等级时，控制信号发送至 泵以便以最大流动工作，并且在测量到的处于最大流动的接合度已大体上恒定持续预定时 间量后，泵送作用被减小，直至接合度不再恒定为止，并且当粘性离合器开始释放时（即当 接合度降低时），用于最大流动的控制信号被再次发送。
[0017] 为了解决调整问题，本发明包括一组调整策略，藉此调整范围（即粘性离合器的 接合度）被分成三个调整区域：
[0018] 1.禁止的上部区域
[0019] 2.允许区域
[0020] 3.禁止的下部区域
[0021] 所述允许区域向上由上限以及向下由下限界定。
[0022] 禁止的调整区域：
[0023] 当粘性离合器接收到被认为是禁止的上部区域内的（即针对期望接合度的）要求 时，调整装置切换至第一调整策略，在所述上部区域内粘性离合器无法在没有所谓积分器 回升的风险的情况下调整。如果给予粘性离合器完全控制信号，那么泵将会如以上所述完 全接合，使得粘性离合器变得过剩地充满油，并且导致不必要的长脱离接合时间。当粘性 离合器的最大接合为未知的，或者精确地完全接合粘性离合器的控制信号为未知的时，粘 性离合器的接合度被监测。这可通过确定次盘与主盘转速间的比率来完成，并且当该比率 (接合度）已恒定持续预定时间量时，接合度被认为具有稳定性。这通过首先给予泵完全控 制信号以快速达到完全接合来实现。当粘性离合器的接合度然后已稳定时，油供应被节流， 例如根据调整区域内最新控制信号被节流。在此之后，当接合度表示粘性离合器再次即将 脱离接合时，再次发送完全控制信号，直至接合度已再次稳定处于完全接合为止。这防止腔 变得充满过剩的油，并且从而导致针对脱离接合的更短响应时间。将粘性离合器脱离接合 包含在调整装置开始作用之前首先将整个油供应节流，直至离合器脱离接合为止。
[0024] 因此，根据本发明，粘性离合器中的油液位被调整以便刚好足够达到期望的高接 合等级。
[0025] 禁止的下部调整区域：
[0026] 当粘性离合器接收到被认为是禁止的下部区域（粘性离合器极端状态下方）内 的针对期望接合度的要求时，调整装置通过应用第二调整策略来切换至用于完全接合的逻 辑电路，在该下部区域中粘性离合器无法在没有所谓积分器回升的风险的情况下调整。粘 性离合器的可能接合度（最小接合度）变化，这是因为该接合度例如取决于粘性油的工作 温度、主盘的转速以及制造公差和老化。因此，根据本发明的方法持续地更新用作禁止的下 部调整区域边界的较低等级。该较低等级被调节以便具有在最小接合度之上的偏置。该最 小可能的接合度被检测，并且利用至禁止的下部区域边界的偏置来设定。针对该区域内期 望接合度的要求将会使得泵被引导至完全脱离接合。如果泵不恢复下降至之前的脱离接合 度，那么接合度被监测。当接合度已稳定（其表示泵不能进一步脱离接合）时，禁止的下部 区域的边界被提升至现行等级。
[0027] 在本发明的另一方面中，以下调整可利用调整区域内的正常调整策略来进行：
[0028] 如果所述泵在要求处于允许调整区域内时在完全接合处卡住，那么调整器的积分 项被监测。如果检测出粘性离合器的接合度处于禁止的上部区域内，那么有很大风险粘性 离合器变得卡住。当前积分项于是被保存。如果在此之后积分器回升超过最大限度，那么 调整器关机并且整个油供应被节流以将粘性离合器从完全接合释放。当再次检测出粘性离 合器处于可调整的区域内时，通过调整器的调整继续，但带有更快的响应，这是因为被降值 的积分器回升。如果在达到针对积分器回升的最大限度之前所述泵被调整回来，那么在这 方面PID调整器的逻辑电路被归零。
[0029] 本发明尤其提供以下优点：
[0030] 首先将整个油供应节流以将粘性离合器从完全接合释放的策略不仅对于具体实 施而言节约大约60秒的响应时间，而且还避免积分器回升。在完全接合下利用第一调整策 略的调整（即监测和控制接合度以使得所述接合度大体恒定）进一步将脱离接合的时间缩 短大约10秒。这尤其导致更佳的燃料经济性。
[0031] 在禁止的上部和下部调整区域中在积分器监测的条件下应用关闭由正常调整策 略实现的调整的特别调整策略（第一和第二调整策略）导致调整响应时间可大约快60秒 (如果调整器已由积分器回升影响的话）。更快的响应时间在确保良好冷却性能方面可以 是决定性的并且的确尤其是达成更多可能的燃料节约。
【专利附图】
【附图说明】
[0032] 图1为展示本发明的示意性框图。
[0033] 图2包括适于展示本发明的图表。
[0034] 图3至5为适于展示本发明各种实施例的简化流程图。
【具体实施方式】
[0035] 现在将会参照图1中的框图和图2中的图表来更详尽地描述本发明，其中顶部图 表示出关于时间t的以百分数表示的期望接合度14,中间图表示出关于时间t的以百分数 表示的至油泵单元18的控制信号16,以及底部图表示出关于时间t的以百分数表示的粘合 离合器的现行受测接合度15。
[0036] 因此，本发明涉及用于传统类型的设有主盘6和次盘8的粘性离合器4的调整装 置2。
[0037] 在操作期间，主盘具有第一转速10且次盘具有第二转速12,并且调整装置2适于 接收代表这些转速以及期望接合度14的信号。调整装置适于计算主盘和次盘之间的作为 第二转速12和第一转速10之间比率的现行接合度15。各盘之间的接合度通过调整装置基 于期望接合度14来控制。该控制通过将控制信号16发送至油泵单元18以调整盘之间粘 性油量来实现，所述油泵单元适于响应于该控制信号将油20泵入粘性离合器内。
[0038] 如果期望接合度14高于能调节的上限22,那么调整装置适于根据第一调整策略 来调整粘性离合器的接合。这种情况当调整装置2在期望接合度高于等级22的时间tl处 接收到针对待接合至图2中顶部图表描绘的期望接合度14的粘性离合器的信号时发生。该 第一调整策略包含通过首先向油泵单元产生用于最大接合的控制信号来交替地改变控制 信号16。这在阶段tl至a期间发生，其中控制信号在中间图表中描绘，测量到的接合度在 底部图表中显现。
[0039] 在此之后，当接合度已经大体上恒定持续比预定第一时间量（Atl)更长的时间 时，改变控制信号以实现低于所述较高等级22的接合度，直至接合度不再大体上恒定为 止。这在阶段a至b期间发生。这也可以通过检查接合度导数的观点来表述，当所述导数 已大体上为零持续特定第一时间量时，将控制信号改变（降低），直至所述导数不再大体上 为零为止。
[0040] 当接合度不再大体上恒定时（即当接合度的导数不再大体上为零且因而降低 时），至油泵单元18的控制信号16被改回，以在时间b处实现最大接合。在整个阶段b至 c期间，控制信号16为最大，即最大量的油被泵送入粘性离合器中。当接合度已恒定持续比 Λ tl (附图中未描绘）更长的时间时，控制信号16在时间c处被改回，以实现低于等级22 的接合度。在时间e处复原至下限之前，控制信号16在时间d处被改回至最大。
[0041] 在时间t2处，期望接合等级14变更至较低等级。
[0042] 在一个实施例中，当接合度变化不超过5%时，该接合度被认为是大体上恒定的。
[0043] 第一时间量Λ tl优选比30秒短，例如大约5秒，但是必须足够长以便可以计算接 合度。
[0044] 因此，根据本发明，粘性离合器中的油液位被调整成使得恰好足以达到期望的高 接合等级。这导致更快的脱离接合，原因在于需要从粘性离合器泵出的油量更少。
[0045] 在一个实施例中，如果期望接合度14反过来低于能调节的较低等级24,那么调整 装置适于根据第二调整策略来调整粘性离合器的接合，所述第二调整策略包含通过使至油 泵18的控制信号16实现最小接合（见图2)来改变所述控制信号。这在时间t2处发生， 并且如顶部图表所示，期望接合度14在此低于较低等级24并且控制信号下降至最小等级 (中间图表）。
[0046] 第二调整策略意味着当接合度已大体恒定持续比预定第二时间量（Λ t2)更长的 时间时，接合度已处于恒定的等级被确定，然后下限可变更至取决于所确定等级的限值。较 低等级24优选地通过预定偏移值来变更至低于所测恒定接合度的等级。这在图表中标记 为"〇"，其中在所示情况中，等级24变更（下降）至低于测量到的恒定接合度。
[0047] 第二时间量Λ t2优选比30秒短，例如大约5秒，但是必须足够长以便可以计算接 合度。对于Δ?2而言可米用与Atl相同的值。
[0048] 当从禁止的上部区域脱离接合时，第二调整策略的变型是将全部的油供应节流至 在允许区域内的期望接合度。
[0049] 另一变型逐步地从完全接合移动至允许区域且，然后移动至禁止的下部区域。
[0050] 当期望接合度处于所述较高等级和较低等级之间时，调整装置适于根据预定的正 常调整策略（即利用包括尤其是积分项的PI或PID调整器）来调整粘性离合器。该正常 调整策略将不在此描述，这是因为其以传统方式工作。
[0051] 如果现行接合度高于所述较高等级，带有随之发生的粘性离合器在完全接合时卡 住的风险，并且产生至油泵的用于在允许调整区域内调整的控制信号，那么调整器的积分 项被监测，并且在另一实施例中，调整装置于是适合于存储积分项的当前值。如果在此之后 积分器回升发生超过最大限度，那么积分器关机并且节流整个油供应以将粘性离合器从完 全接合释放。当再次检测出粘性离合器处于可调整区域内时，由调整器进行的调整继续，但 带有更快的响应，这是因为积分器回升被降低（即积分项被降值）。如果在达到积分器回升 的最大限度之前泵被调整回，那么调整器的逻辑电路归零。
[0052] 在一个实施例中，调整装置适于调整与冷却泵相关联的粘性离合器的接合度。所 述调整装置当然也可用于调整例如与风扇相关联的粘性离合器。
[0053] 本发明还包括一种车辆，所述车辆设有燃式发动机30和冷却泵32,所述冷却泵适 于冷却发动机并且经由通过如上所述的调整装置2调整的粘性离合器4来驱动。油泵单元 18通常是粘性离合器的一体化部件。
[0054] 本发明还包括用于调整设有主盘和次盘的粘性离合器的方法，所述主盘具有第一 转速且所述次盘具有第二转速。
[0055] 图3至5为适于示出本发明各种实施例的简易流程图。
[0056] 所述方法包括：确定主盘和次盘之间现行接合度，例如形式为所述第二转速与第 一转速之间的比率；基于期望接合度通过调整盘之间粘性油的量来控制盘之间的接合度， 所述调整通过将控制信号发送至油泵单元来进行，所述油泵单元适于响应于所述控制信号 将油泵入粘性离合器中。
[0057] 参照图3,根据本发明的方法还包括：如果期望接合度高于能调节的较高等级，那 么根据第一调整策略来调整粘性离合器的接合，所述第一调整策略包含通过如下方式交替 地改变控制信号：即首先产生至油泵单元的用于最大接合的信号，并且在此之后，当接合度 已经大体上恒定持续比预定第一时间量（Atl)更长的时间时，改变控制信号以实现低于 所述较高等级22的接合度，直至接合度不再大体上恒定为止。该实施例尤其参照图2中的 图表在上文中更详尽地讨论。
[0058] 在本发明的通过图4中流程图所示的另一实施例中，所述方法包括：如果期望接 合度低于能调节的较低等级，那么根据第二调整策略调整粘性离合器的接合，所述第二调 整策略包含通过使得至油泵单元的控制信号实现最小接合来改变所述控制信号。第二调整 策略还包含当接合度已大体恒定持续比预定第二时间量（At2)更长的时间时，确定接合 度已处于恒定的等级，并且将较低等级变更至取决于所确定等级的等级。此处应再次参照 图2和以上描述。
[0059] 在本发明的另一实施例中，通过图5中流程图展示出，当期望接合度处于所述较 高等级和较低等级之间时，调整装置适于根据预定的正常调整策略来调整粘性离合器，所 述预定的正常调整策略尤其包括积分项。
[0060] 如果现行接合度随后高于所述较高等级，那么积分项的当前值被存储。如果在此 之后发生积分器回升超过最大限度，那么积分器关机并且整个油供应被节流，以将粘性离 合器从完全接合释放。当再次检测出粘性离合器处于可调整区域内时，由调整器进行的调 整继续，但带有更快的响应，这是因为积分器回升被降低（即积分项被降值）。如果在达到 积分器回升的最大限度之前泵被调整回来，那么调整器的逻辑电路归零。
[0061] 根据本发明的方法优选适于调整与冷却泵相关联的粘性离合器的接合度。
[0062] 本发明并不限于以上描述的优选实施例。
[0063] 可使用各种变型、改型和等同方案。以上实施例因此并不认为对由所附权利要求 书限定的本发明的保护范围进行限制。
【权利要求】
1. 一种调整装置（2)，其用于设有主盘（6)和次盘（8)的粘性离合器（4)，主盘具有第 一转速（10)且次盘具有第二转速（12)，从而所述调整装置（2)适于接收表示所述转速和期 望接合度（14)的信号，并且确定主盘（6)和次盘（8)之间的现行接合度（15)，各盘之间的 接合度通过所述调整装置（2)基于期望接合度（14)来控制，所述控制通过将控制信号（16) 发送至油泵单元（18)以调整盘间粘性油的量来实现，所述油泵单元适于响应于所述控制 信号将油（20)泵入粘性离合器（4)中，其特征在于，当期望接合度（14)高于上限（22)时， 调整装置适于根据第一调整策略来调整粘性离合器的接合，所述第一调整策略包含通过如 下方式交替地改变控制信号（16)，即首先产生至油泵单元的用于最大接合的控制信号，并 且之后当接合度已大体恒定持续比预定第一时间量（Atl)更长的时间时，改变控制信号 (16)以实现低于所述上限（22)的接合度，直至接合度不再大体上恒定为止。
2. 根据权利要求1所述的调整装置，其特征在于，如果期望接合度低于下限（24)，那么 调整装置适于根据第二调整策略来调整粘性离合器的接合，所述第二调整策略包含通过使 至油泵单元（18)的控制信号（16)实现最小接合来改变所述控制信号（16)。
3. 根据权利要求2所述的调整装置，其特征在于，当接合度已大体恒定持续比预定第 二时间量（At2)更长的时间时，所述第二调整策略还包括确定接合度已处于恒定的等级， 并且将所述下限变更至取决于所确定等级的限值。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的调整装置，其特征在于，所述第一时间量 (Atl)比30秒短。
5. 根据权利要求3所述的调整装置，其特征在于，所述第二时间量（At2)比30秒短。
6. 根据前述权利要求中任一项所述的调整装置，其特征在于，接合度大体上恒定意味 着变化不超过5%。
7. 根据权利要求2所述的调整装置，其特征在于，当期望接合度处于所述上限（22)和 所述下限（24)之间时，调整装置适于根据包括积分项的预定正常调整策略来调整所述粘 性离合器（4)。
8. 根据权利要求7所述的调整装置，其特征在于，当现行接合度超过所述较高等级 (22)时，积分项的当前值被存储，至油泵单元（18)的用于完全接合的控制信号（16)被产 生，并且正常调整策略的积分项被降值至低于被存储值。
9. 根据前述权利要求中任一项所述的调整装置，其特征在于，所述调整装置适于调整 与冷却泵相关联的粘性离合器（4)的接合度。
10. -种车辆，所述车辆设有燃式发动机（30)和冷却泵（32)，所述冷却泵适于冷却发 动机并且经由粘性离合器（4)驱动，所述粘性离合器通过根据权利要求1至9中任一项所 述的调整装置（2)来调整。
11. 一种用于调整粘性离合器的方法，所述粘性离合器设有主盘和次盘，所述主盘具有 第一转速且所述次盘具有第二转速，所述方法包括： 确定主盘与次盘之间现行接合度， 基于期望接合度通过调整盘之间粘性油的量来控制盘之间的接合度，所述调整通过将 控制信号发送至油泵单元来进行，所述油泵单元适于响应于所述控制信号将油泵入粘性离 合器内， 其特征在于，所述方法还包括： 当期望接合度高于上限时，根据第一调整策略来调整所述粘性离合器的接合，所述第 一调整策略包含通过如下方式交替改变所述控制信号，即首先产生至油泵单元的用于最大 接合的控制信号，并且之后当接合度已经大体上恒定持续比预定第一时间量（Atl)更长 的时间时，改变控制信号以实现低于所述上限的接合度，直至接合度不再大体上恒定为止。
12. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，当期望接合度低于较低等级时，所述方 法包括根据第二调整策略来调整所述粘性离合器的接合，所述第二调整策略包含通过使至 油泵单元的控制信号实现最小接合来改变所述控制信号。
13. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于，当接合度已大体恒定持续比预定第二 时间量（At2)更长的时间时，所述第二调整策略还包含确定接合度已处于恒定的等级，并 且将下限变更至取决于所确定等级的限值。
14. 根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一时间量（Λ tl) 比30秒短。
15. 根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述第二时间量（Λ t2)比30秒短。
16. 根据权利要求11至15中任一项所述的方法，其特征在于，大体上恒定意味着接合 度变化不超过5%。
17. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于，当期望接合度处于所述上限（22)和下 限（24)之间时，所述方法包括根据包括积分项的预定正常调整策略来调整所述粘性离合 器。
18. 根据权利要求17所述的方法，其特征在于，如果现行接合度超过所述上限，那么所 述方法包括：存储积分项的当前值，产生至油泵单元的用于最大接合的控制信号，以及将正 常调整策略的积分项降值至低于被存储值的值。
19. 根据权利要求11至18中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法适用于调整与 冷却泵相关联的粘性离合器的接合度。
【文档编号】F01P7/14GK104126078SQ201280070212
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2012年12月10日 优先权日:2011年12月20日
【发明者】S·约翰松, A·德雷克塞尔 申请人:斯堪尼亚商用车有限公司