专利名称：与离合器充液完成检测策略相关的电磁阀的制作方法
技术领域：
本发明整体涉及能够进行稳固的离合器充液控制并校正液压变速器离合器的系 统和方法，更具体地，涉及用于在离合器控制的变速器中校正受压操作介质流的系统和方 法。
背景技术：
液压离合器是普遍已知并且能在很多系统和装置中找到的。在一种实施中，使用 一套(多个)液压离合器来帮助变速器在不同的输入/输出齿轮比或齿轮比范围之间换 档。一般来说，变速器通常包括输入轴、输出轴以及能够用于选择性地联接输入轴和输出轴 的例如以行星齿轮方式或其他方式布置的一些相关的齿轮元件的集合。离合器可以用于在 离散变速器中选择齿轮比以及在无级变速器中选择齿轮比范围。这里，两种联接类型都将 被称为“速比”。输出轴处的齿轮比的选择是通过影响齿轮元件的旋转和/或相互关系的一个或 多个离合器来执行的。离合器通常是液压致动以接合带类或盘类转矩传递元件。从一个齿 轮比变换到另一个齿轮比一般涉及将与当前齿轮比相关联的一个或多个即将脱开离合器 (off-goingclutch)释放或分离以及将与希望的齿轮比相关联的一个或多个即将接合离合 器(on-coming clutch)应用或接合。举例来说，虽然在这种变速器中可以使用很多不同的 离合器布置，但是一种可能的布置是双离合器换档变速器。在这种布置中，需要两个离合器 以保持所述变速器中的特定的齿轮。一般地，需要主离合器，主离合器通常是旋转的离合器 元件，保持主离合器以用于即将使用的齿轮；以及次离合器，分离次离合器以换档至即将使 用的齿轮。在本领域中用于这种换档状况的次离合器也被称为即将脱开离合器。该离合器 由新的、“即将接合”离合器替代，需要即将接合离合器以促使变速器使用新的齿轮。换句话 说，通过使单个“即将脱开”离合器不工作而使单个“即将接合”离合器工作并且保持第三 离合器以用于原来的和新的齿轮来执行换档。在其他的布置中，使用多个即将接合和/或 即将脱开离合器，增加了离合器致动正时的复杂性和重要性。每个液压离合器通常通过电控制电磁阀来驱动。这种电磁阀通过电调节以控制到 离合器的液压流体压力，从而控制在离合器充液期中离合器活塞的运动。即将接合和即将脱开离合器元件的相位对所感觉到的换档质量可以具有显著的 影响。例如，如果即将脱开离合器过早分离，那么在仍处于充液期中的即将接合离合器具有 足够的转矩容量之前，发动机转速可能会产生短时间的振荡。此外，如果即将接合离合器过 早充液，那么在即将脱开离合器准备好开始转矩传递之前，离合器元件具有足够的转矩容 量。这能导致三向离合器卡死，在不严重的情况下会缩短变速器的使用寿命，而在极端的情 况下通常导致变速器的机械损坏。相反，在离合器充液延迟的情况下，即将脱开离合器在即 将接合离合器具有足够的转矩能力之前将转矩传给即将接合离合器，并且因为即将接合离 合器不具有足够的时间来以适当的转矩容量锁定以保持目标的特定齿轮，所以变速器会产 生打滑。最终结果是离合器摩擦片的打滑，这也是不希望的，因为会由于由旋转的离合器摩擦片的更高的离合器相对速度产生的过量热量而导致产生高离合器能量。除了形成不愉快 的用户体验之外，正时不好的换档将随着时间影响变速器的效率和使用寿命。因此，希望精 确地致动变速器使得在变速器的整个使用寿命中在变速器的整个操作速度范围内实现平 滑的换档。现有的用于校正变速器离合器的方法倾向于经验性的而非同时的。换句话说，可 以观察在一些点时的离合器的表现，并且得出关于离合器如何响应液压流的结论。然后使 用这些观察来周期性地“校正”离合器。但是，在校正的间隔中离合器的状况和操作环境能 产生实质的变化，导致换档质量下降。虽然发明人已经发现对现有技术的显著的或不显著的缺点的解决方案是希望的， 但是这种解决方案对所公开的原理并不形成关键的或本质的限制。此外，背景技术部分是 便于非本领域技术人员的读者理解。但是，应当理解，背景技术部分很简略，不意于准确而 完整地概括现有技术。因此，前述背景说明是简化的举例性质的说明，而不意于取代本领域 的参考文献。在参考文献所说明的状态与前述说明之间存在不一致或遗漏的情况下，前述 说明不意于纠正这些不一致或遗漏。申请人倾向于现有技术参考文献所说明的状态。
发明内容
在一个方面，本发明涉及一种用于控制变速器的方法，该变速器具有用于在一个 或多个传动比之间换档的多个液压离合器。在这个方面，该方法包括通过指令即将脱开离 合器元件降低液压压力以开始离合器的分离以及指令液压流体流向即将接合离合器以充 满第二个所述液压离合器的离合器室从而执行变速器的换档。该方法还包括检测在第二个 液压离合器的室中大于预定幅值的压力上升，并基于所检测的压力上升确定离合器室被充 满。从而起动离合器调节期以完全接合即将接合液压离合器，使得它能够从即将脱开离合 器元件完全接收转矩传递。在另一个方面，本发明涉及用于控制具有多个液压离合器的变速器的变速器控制 系统。该系统包括用于控制到即将接合离合器和即将脱开离合器的液压流体流的变速器控 制器，以及与每个离合器相关联的“电磁阀”。每个电磁阀具有与变速器控制器相连接的线 圈元件，线圈元件能够用于控制通过电磁阀的液压流体流。每个电磁阀还包括流体入口、流 体出口和固定至电磁阀并与出口和离合器室流体连通的压力传感器。压力传感器能够感测 电磁阀中的压力并且将表示所感测的压力的信号发送至变速器控制器以使得变速器控制 器修正电磁阀的操作。在又一个方面，本发明涉及一种用于液压变速器的电磁阀，该电磁阀包括阀体、阀 芯、偏压阀芯的弹簧以及向相反的方向偏压阀芯的压力室。电磁阀还包括入口、出口以及连 接至阀体的压力传感器，该压力传感器可操作以感测阀体的腔内的液压流体压力并且基于 所感测的压力发送电信号。
图1是能够根据本发明的原理进行控制的液压离合器的剖视原理图；图2是根据本发明的原理的液压离合器控制系统的原理图；图3是根据本发明的原理的电液压离合器压力控制阀的剖视图4是示出能够根据本发明的原理用于检测充液完成的液压压力峰值的理想离 合器压力正时图；且图5是示出根据本发明的原理控制液压离合器的过程的流程图。
具体实施例方式本发明涉及使用液压离合器以控制传动比或范围换档正时的变速器的操作。本发 明的原理提供一种用于配置和控制离合器使得能够精确地知道离合器的充液结束从而改 进换档质量的机构。图1是液压离合器1的简化的原理图。液压离合器1通常包括缸2，缸 2限定用于保持液压流体的室3。室3也包含合作地安装的活塞4或其他可移动构件，用于 将流体压力从相关联的伸出部分5传递至摩擦构件6，例如离合器摩擦片的堆叠。当室3中 的流体体积的水平使得摩擦构件6移动至其最终位置，例如离合器摩擦片的堆叠与与其相 交错的传递元件(未示出)完全接触，离合器1被称为“充满”。在离合器1的排空与充满 状态之间，活塞4可以移动例如约4mm的短的距离。一旦离合器1充满，流体继续引入室3将导致室3内的压力上升。这导致流体对 活塞4的作用力增大，相应地使得摩擦构件6与其对应部件(例如与其相交错的传递元件) 之间的摩擦增大。在一定的压力水平(对于离合器1可以是独特的)时，摩擦构件6与其 对应部件之间的摩擦力完全克服连接至对应部件的负载(例如机器变速器等)的阻力，且 离合器1 “锁定”，使得摩擦构件6及其对应部件共同移动且转矩通过离合器1完全传递。在多离合器变速器的环境下，离合器锁定和解锁的正时是很重要的。例如，如果 即将接合离合器在即将脱开离合器解锁之前锁定，可能导致对变速器或机器产生严重的损 坏。即使避免了损坏，机器的操作员也仍然可能感觉换档粗暴和不适。一般地，离合器1被认为充满的离合器特定的且根据经验确定的时间点被用来将 流体到室3的引入从一种模式(即脉冲期)改变为另一种模式(即倾斜期)。因此，充满点 的正时对于换档质量是很重要的。如上文所述，因为通过给室3装备器械以检测实际充满 点的难度以及其他相关的障碍，现有的离合器正时方案使用估计的充满点。在本发明的原 理的一种实施方式中，使用一种新颖的系统来实时地检测离合器的充满，从而避免现有的 静态系统所固有的估计和校正误差。在一种实施方式中，机械变速器系统10使用一个或多个电液压离合器压力控制 (ECPC)阀。图2中示例性地示出在一般的变速器系统10的操作环境中的ECPC阀12的一 个例子。在示出的例子中，ECPC阀12从诸如液压泵11的流体源接收受压流体的输入。这 里将受压流体作为液压流体来说明；但是，本领域技术人员将理解，能够满足给定的系统中 的实施要求的任何流体都是适合的。ECPC阀12从变速器控制器13接收诸如电流或电压信号的电控制信号以致动阀 芯，从而导致ECPC阀12以由控制信号设定的压力向离合器1提供流体输出。这样，变速器 控制器13能够控制提供给离合器的流体压力，并从而控制离合器的操作。在一种实施方式 中，变速器控制器13控制离合器1使得离合器在一个或多个第一预定压力时充液以避免在 充液完成点粗暴的“接触(touch up)”，然后离合器压力上升至诸如基本上大于一个或多个 第一预定压力的一个或多个第二预定压力。这样，一旦离合器室充满且离合器准备好传递 转矩，变速器控制器13开始离合器调节以使得夹紧力最大化，从而使得离合器准备好进入转矩传递期。如上所述，离合器转变的正时可能很大地影响在传动比之间的换档质量。为了更 精确地确定何时从适于充满离合器1的压力(即“离合器充液压力”)转换至适于锁定离合 器1的压力(即“离合器锁定压力”)，变速器控制器13确定离合器1已经完成充液的时间 点(即“充液完成点”)。在一个例子中，变速器控制器13通过压力开关或换能器监控ECPC 内液压流体的压力来确定充液完成点。特别地，已经发现，在充液完成点，流体压力扰动从 离合器1反馈至ECPC阀12，而且利用该扰动以精确地辨别充液完成点。图3中示例性地示出了与该发现一致的ECPC的实施。总的来说，图3中的ECPC阀 12包括具有多个孔和室的阀体20，多个孔和室被布置为响应于螺线管23调节从源入口 21 到离合器出口 22的受压液压流体流。ECPC阀12包括阀芯24，阀芯在两个力的作用下在主 体20内线性地移动，这两个力即压缩弹簧25的力以及由压力室26导致的相对位移的力。螺线管23包括在线圈单元28内的致动器27。当通电时，线圈单元28以至少大致 是例如通过电子控制模块(ECM)(如变速器控制器13)施加于螺线管23的线圈单元28的 电流的函数的力迫使致动器27朝向主体20。随着致动器27被迫使朝向主体20，致动器27 上的止动件29与压力室孔30协作以调节从压力室26流出的流体流。这又调节作用于阀 芯24以克服压缩弹簧25的液压力，从而调节主体20内阀芯24的直线位置。随着阀芯24在主体20内移动时，阀芯24上的圆柱形的突起31与主体20上的面 32协作以调节从源入口 21进入与离合器出口 22流体连通的阀增压室33的流体的引入。 由于所说明的相互作用，在离合器出口 22处供给的流体压力可以通过由变速器控制器13 施加于螺线管23的线圈单元28的电流来控制。这使得变速器控制器13能够控制与ECPC 阀12相关联的一个或多个离合器的位置和压力。但是，如上所述，难以测量离合器组成部件相对于其完全接合位置(即当离合器 完全传递转矩时的位置)的实际位置。这样，也难以以足够的准确性使即将接合离合器与 即将脱开离合器协调，以避免次最佳化的换档动作。为了克服这一缺点并且允许基于实时 状况而非历史数据对离合器组成部件进行实时定位，ECPC阀12还包括与阀增压室33流体 连通的压力开关34。压力开关34例如可以是能常通(闭合)或常断(打开)的对地开关 (SffG)输入。压力开关34与变速器控制器13相连接以将一个或多个电信号发送至控制器。响 应于所发送的信号，变速器控制器13改变其给螺线管23充电的方式以使得换档正时最佳 化。特别地，开关34响应于表示离合器充液完成点的阀增压室33中的预定的压力变化模 式。充液完成点相应于活塞4的最大行程，且当到达该点时，离合器室3的体积到达最大并 停止。当离合器室3在充液完成点处突然停止扩张，在系统内流动的流体由于惯性在短时 间内以大致相同的速率继续流入固定的离合器室3。这一流动不平衡导致在充液完成点时离合器室3瞬时压力上升或峰值，而这一压 力峰值反馈至ECPC阀12的控制侧。充液完成压力峰值到达ECPC阀12时，阀增压室33中 的压力短时间内上升，而开关34检测到这一上升。此时，开关34将表示压力峰值的信号发 送至变速器控制器13，且变速器控制器13将所发送的信号解释为表示充液完成点。已经观察到，在一种布置中，充液完成压力峰值可以具有约IOpsi的幅值并且持 续约4ms的持续时间。因此，在该实施方式中，希望使用在IOpsi或低于IOpsi被触发的开关。但是，应当理解，在换档质量和传感器成本之间可能有权衡。需要的尖锋越大，换档可 能约粗暴。但是，需要的峰值越小，由于分辨率提高，传感器的成本越高。同时，开关34的 灵敏度应当使得开关34不会由于诸如可能具有约5psi或更低的幅值的系统噪声而触发。 开关34的灵敏度可能根据实施而变化。特别地，应当理解，根据本发明的原理所实施的系 统，充液完成压力峰值可能大于或小于lOpsi，且系统噪声水平可能大于或小于5psi。当压力峰值持续时间为约4ms时，开关34应当具有足够快的响应时间以在该等级 的时间内做出响应。此外，虽然很多ECM以约IOms的循环时间(执行控制流程的时间间隔) 运行，这一循环时间太长而难以确保观察到压力峰值。特别地，如果压力峰值在循环之间出 现，就可能无法检测到。因此，在一种实施方式中，变速器控制器13的循环时间为约2. 5ms 或更低，以确保无论何时出现压力峰值都能检测到。即使注意了开关响应时间和灵敏度以及变速器控制器13循环时间，还是有可能 离合器压力峰值没有被检测到或是在出现离合器压力峰值之前出现错误的触发。例如，离 合器室3中的离合器压力峰值可能与相关的阀的控制侧中的另一个压力波动源大致同时 地出现。在这种情况下，离合器室3的压力峰值可能不能完整地反馈至阀增压室33，因此可 能没有被检测到。因此，在又一种实施方式中，变速器控制器13可以终止离合器充液期并 开始离合器调节期，即，为了确保转矩传递并锁定离合器1，如果离合器充液期已经持续超 过根据经验预定的离合器特定的时间量而没有检测到充液完成压力峰值。预定的时间量取 决于实施环境，但在一个例子中，预定的时间量被设置为约625ms。应当理解，离合器充液时 间是离合器容积以及液压流体温度和粘度的函数。类似地，为了避免离合器34的过早触发，在一个例子中，在离合器充液期开始之 后的预定的间隔内，不使用开关34或忽略其输出。这保证在大部分充液期中，在相关阀的 控制侧的噪声导致的压力波动不会过早触发开关。预定的间隔的大小取决于实施环境，在 一个例子中，预定的时间量被设置为约450ms。图4中示出了表示压力上升以及相关的压力峰值的示例图40。应当理解，压力开 关34将感测到示出的峰值41，但是通常不会感测到压力曲线42的剩余部分。但是，在一种 实施方式中，可以使用压力传感器或换能器来代替开关34，在该情况下该传感器可以检测 到压力曲线42的多个压力水平。压力曲线42表示ECPC阀12的控制侧(例如在阀增压室 33中)的液压压力，并且示出在充液期开始43到充液完成点44的超过初始阶段瞬时压力 的相对恒定的压力。在充液完成点44，压力峰值以上文所述的方式例如上升至IOpsi的等 级。峰值41是瞬时的，然后随着控制侧的流体压力的平衡而消失。如上文所述，变速器控 制器13使用该压力来辨别充液完成，并从而在时间段45中开始诸如调节期的下一阶段。图5的流程图示出用于根据上文说明的原理进行离合器管理的示例性的过程50， 包括充液完成检测。为了说明过程50，假设系统结构如图1至图3所说明的。也假设所讨 论的机器变速器执行双离合器换档。但是，这些假设仅是为了便于理解，而并不是所有的实 施方式中所要求的状况。在过程50的阶段51，变速器控制器13确定需要变速器换档。该需要可能是由于 诸如机器速度和/或负载的增大或减小，或操作员动作，例如附加装置使用的增加或减少 等状况。在阶段52，变速器控制器13向与当前传动比相关联的即将脱开离合器发出液压力 降低指令。
阶段53以相对于阶段52的开始(之前，同时或之后)的预定时间开始，在阶段 53，变速器控制器13开始与新的希望的传动比相关联的即将接合离合器的充液期。在一种 实施方式中，充液期包括通过螺线管23发出离合器充液压力的指令。在充液期，在阶段54 变速器控制器13监控开关34以检测充液完成压力峰值。同时在阶段55，变速器控制器13 检测从充液期开始经过的时间。如果在阶段56变速器控制器13确定已经通过开关34检 测到压力峰值或在充液期已经经过了预定的时间量，变速器控制器13进行至阶段57。否 则，过程50返回至并行的阶段54和55。在阶段57，变速器控制器13终止充液阶段并开始离合器调节期，即增加转矩传递 并锁定离合器1。这一阶段通常引起离合器压力增加，直至离合器不再打滑并完全传递转 矩。一旦离合器1到达锁定，换档完成。应当理解，在多个即将接合离合器和多个即将脱开 离合器的情况下，上述原理对于每个离合器同样地适用。工业实用性本发明适用于液压变速器，S卩，使用液压离合器以控制传动比或传动比范围换档 正时的变速器。特别地，本发明的原理提供一种用于配置和控制离合器1使得精确地知道 离合器1充液完成从而改进换档质量的机构。该系统可以在高速公路或非高速公路机器、 建筑机器、工业机器等上实施。虽然能够从本发明的原理中获得好处的很多机器是至少偶 尔用于运输物资、材料或人员的机器，应当理解，液压变速器也在其他环境下使用，且本发 明的教导也类似地具有广泛的应用。利用本发明的原理，变速器控制器13(例如ECM)能够确定离合器已经到达朝向接 合的行程极限的时间点。然后利用这一确定，变速器控制器13能够对离合器调节开始精确 地计时以避免离合器1过晚或过早锁定。在又一个方面，所公开的系统提供在变速器控制 器13因为任何原因没有检测到充液完成时间的情况下的后备机构。特别地，在一种实施 方式中，如果从充液期开始已经经过预定的时间段，则变速器控制器13起动离合器调节阶 段。此外，因为系统噪声可能触发用于检测充液完成时间的压力开关34，所以在充液期开始 之后的预定的时间量内，控制器可以不使用或忽略压力开关34。
0041]虽然上文所公开的例子为每个电磁阀中使用压力开关或换能器，但是这并不是对 执行本发明的原理的要求。而是应当理解，上述教导在单个压力开关或换能器与多个电磁 阀相关联的环境下也适用。在一种实施方式中，压力开关或换能器可以在两个或更多的电 磁阀之间进行多路复用。应当理解，上述说明提供本发明的系统和技术的例子。但是，可以想到，本发明的 其他的实施可能在细节上与上述例子不同。一般地，对本发明或其例子的所有引用意于引 用在当时所讨论的特定的例子，而不意于对本发明的范围进行任何限制。关于一些特征的 所有区别性和批评性的语句意于表示对这些特征不优选使用，除非另有说明，不表示将这 些特征从本发明的范围内完全排除。这里对值的范围的说明仅意于用作对落在该范围内的每个单独的值进行单独引 用的速记方法，除非这里另有说明，每个单独的值以被单独说明同样地包含在说明书内。除 非这里另有说明与上下文能够明显矛盾，这里说明的所有方法可以以任何适合的顺序执 行。因此，根据适用法律，本发明包括后附的权利要求书所述的主题的所有修正和等价。此外，除非这里另有说明与上下文能够明显矛盾，上述元件的所有可能的变型的任何组 合都包含在本发明的范围内。
权利要求
一种用于液压变速器(10)的电磁阀(12)，该电磁阀(12)包括阀体(20)；位于所述阀体(20)内的阀芯(24)，其中，所述阀芯(24)在至少一个维度上被限制并且能够在另一个维度上在预定的范围内移动；弹簧(25)，其将所述阀芯(24)朝向所述阀芯的预定移动范围的第一端偏置；压力室(26)，其形成在所述阀芯(24)和所述阀体(20)之间，用于接收液压流体以及用于将所述阀芯(24)朝向所述阀芯的预定移动范围的第二端偏置；用于接收受压的液压流体的入口(21)以及用于将受压的液压流体提供给液压离合器(1)的出口(22)；以及压力传感器(34)，其连接至所述阀体(20)，所述压力传感器可操作以感测所述阀体(20)的腔(33)中的液压流体压力并发送基于所感测的压力的电信号。
2.根据权利要求1所述的电磁阀(12)，其中，所述阀体(20)的所述腔(33)与阀出口 (22)流体连通。
3.根据权利要求1所述的电磁阀(12)，其中，所述压力传感器(34)是能够连接至变速 器控制器(13)的压力开关。
4.根据权利要求1所述的电磁阀(12)，其中，所述压力传感器(34)为对地开关。
5.根据权利要求1所述的电磁阀(12)，其中，所述压力传感器(34)是压力换能器。
6.根据权利要求1所述的电磁阀(12)，还包括与所述压力室(26)相联以调节液压流 体从所述压力室(26)的流出的致动器(27)。
7.根据权利要求1所述的电磁阀(12)，其中，所述阀芯(24)包括与所述阀体(20)上 的面(32)协作以调节将流体从所述入口(21)引导至所述出口(22)的圆柱形突起(31)。
8.一种液压变速器系统(10)，包括根据权利要求1至7中的任意一项所述的电磁阀 (12)。
9.一种控制根据权利要求1至7中的任意一项所述的电磁阀(12)的方法，包括基于所 发送的电信号终止离合器充液期和开始离合器调节期。
全文摘要
一种用于控制液压变速器(10)的系统和方法使用具有压力传感器(34)的电磁阀(12)，压力传感器连接至阀体(20)并且可以操作以感测阀体(20)的腔(33)中的液压流体压力并基于所感测的压力发送电信号。所发送的信号被用于确认充液完成时间并由此终止离合器充液期和开始离合器调节或锁定期。
文档编号F15B13/043GK101903663SQ200880121694
公开日2010年12月1日 申请日期2008年12月16日 优先权日2007年12月21日
发明者C·埃梅迪格伍 申请人:卡特彼勒公司