CN101387338A - 发动机扭矩控制装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及发动机扭矩控制装置及方法，具体地说，涉及用于在具有能运行取力器单元的变速器和发动机的传动系中进行扭矩控制的装置和方法。该装置包括：可有选择地操作的，以向传动系内的变速器控制模块发送取力器单元激活请求的控制器；可接收该取力器单元激活请求的变速器控制模块；且其中对该装置进行设置以防止当该取力器单元处于运行状态时发动机的扭矩超出最大限定扭矩值。该装置包括可通过数据链路而从变速器控制模块处接收命令的发动机控制模块，该数据链路连接着上述两个模块。

Description

发动机扭矩控制装置及方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种用于当车辆静止且变速器挂空挡时对供给机动车内的变速器驱动式取力器(power-take-off，PTO)单元(或称动力输出单元)的发动机扭矩进行控制的装置和方法。
背景技术
[0002]许多机动车的变速器可被进行设置以接受取力器(PTO)单元作为运行各种附属设备的动力源。在一种典型的机械结构中，变速器包括联接到变速器输入轴的驱动齿轮，且PTO驱动齿轮保持与PTO单元的输入齿轮相啮合的接合关系。该变速器的PTO驱动齿轮具有确定的最大扭矩容量。本发明提供了一种装置和方法以确保输向PTO驱动齿轮的扭矩在限定的界限之内。
发明内容
[0003]本发明提供了一种用于在机动车内取力器(PTO)单元运行期间利用变速器控制模块进行发动机扭矩控制、以对输给变速器的PTO驱动齿轮的最大扭矩进行限制的装置和方法。当车辆静止且用挂着空挡的变速器来运行一个或多个PTO单元时，发动机所输出的大部分扭矩被用以驱动PTO。车辆的数据链路提供了机会，使得变速器控制模块能够对发动机的扭矩水平进行监测并在适当的时候加以限制。这使得变速器能基于变速器内部PTO驱动齿轮的额定值来限制发动机扭矩。
[0004]本发明提供了一种用于在具有能运行取力器单元的变速器和发动机的传动系中进行扭矩控制的装置。该装置包括：可有选择地操作的，以向传动系内的变速器控制模块发送取力器单元激活请求的控制器；可接收该取力器单元激活请求的变速器控制模块；且其中对该装置进行设置以防止当该取力器单元处于运行状态时发动机的扭矩超越最大限定扭矩值。
[0005]在本发明的另一个方面，该装置包括可操作地连接到变速器控制模块上的发动机控制模块，该发动机控制模块可通过数据链路而接收来自于变速器控制模块的命令，该数据链路连接着上述两个模块。现代的电控车辆和电控发动机通常包括多种电子装备，例如传感器、电子燃油控制系统以及其它系统，它们通过被称为数据链路的共享式通信路径而互连。该种数据链路所使用的协议已被汽车工程学会(SAE)标准化。其中一个例子是SAE J1939协议，该协议可用于重型车辆应用中微电脑系统之间的串行数据通信。
[0006]在本发明的另一个方面，取力器单元激活请求从控制器经由连接着变速器控制模块和发动机控制模块的数据链路而发送到变速器控制模块。备选地，可通过将控制器连接到变速器控制模块的分立导线(discrete wire)而将取力器单元激活请求从控制器发送到变速器控制模块。
[0007]在本发明的另一个方面，该装置还包括：在变速器中的变速器取力器驱动齿轮，该变速器取力器驱动齿轮联接到变速器上的输入轴处；与取力器驱动齿轮相接合的取力器输入齿轮；连接到取力器单元内的取力器输出轴处的取力器离合器，其中，通过将变速器取力器驱动齿轮与取力器输出轴可操作地相接合来激活取力器单元。
[0008]在本发明的又一个方面，该装置还包括：通过取力器输入轴而连接到取力器输入齿轮上的取力器比率齿轮；可操作地连接到取力器比率齿轮上的输出齿轮组件；且其中该取力器离合器有选择地将该输出齿轮组件接合到取力器输出轴处，从而可操作地将变速器取力器驱动齿轮接合到取力器输出轴处。在本发明的另一个方面，液压泵可操作地连接到取力器离合器上，以产生液压能供附接到取力器单元上的装备所使用，或连接到驱动轴或其它用以传递功率的器件处。
[0009]在本发明的另一个方面，变速器控制模块在连接着变速器控制模块和发动机控制模块的数据链路上广播(broadcast)最大限定扭矩值，命令该发动机不要超越该最大限定扭矩值。在本发明的另一个方面，该最大限定值是作为取力器输入齿轮的齿轮额定值的函数而计算得到的。
[0010]在本发明的另一个方面，当PTO使能条件得到满足时，取力器单元被激活。在本发明的另一个方面，当所有下述内容得到满足时，PTO使能条件被建立：(i)发动机转速在预定的界限之内；(ii)变速器输出速度在预定的界限之内；且(iii)发动机节气门开度(enginethrottle)在预定的界限之内。
[0011]本发明提供了一种用于在具有能运行取力器单元的变速器和发动机的传动系中对发动机所输出的扭矩进行控制的方法，该方法包括：通过可有选择地操作的控制器而向传动系中的变速器控制模块发送取力器单元激活请求；激活取力器；执行程序以防止发动机扭矩超越最大限定值。
[0012]结合附图，从以下对实现本发明的最好的方式的详细描述中，将很容易明白本发明的上述对象、特征和优点，以及其它的对象、特征及优点。
附图说明
[0013]图1是机动车传动系的示意图，该机动车传动系包括发动机、变速器控制模块、发动机控制模块和PTO单元，用以实施如下所述的取力器扭矩保护(PTOTP)程序；而
[0014]图2是示意性的流程图，其显示了如下所述的取力器扭矩保护(PTOTP)程序的步骤。
具体实施方式
[0015]本发明涉及一种对向机动车内变速器驱动式取力器(PTO)单元所提供的发动机扭矩进行控制的装置和方法。图1是机动车传动系10的示意图，用于实施取力器扭矩保护(PTOTP)程序，以防止当取力器单元处于运行状态时发动机的扭矩超越最大限定扭矩值(这将在下文进行描述)。该机动车传动系10包括内燃机12和具有典型的行星齿轮组的多速比动力变速器14。可选地，也可以使用类型合适的其它行星齿轮组。
[0016]发动机12通过流体联接、例如液力变矩器(torqueconverter)16而连接到变速器14上。液力变矩器16的输入部件或者说泵轮(I)16a连接到发动机12的输出轴而液力变矩器16的输出部件或者说涡轮(T)16b连接到变速器14输入轴18处。尽管在通常情况下，力矩是以带有存在于泵轮16a和涡轮16b之间的滑差的形式而从液力变矩器16中传递而过的，但传动系10包括液力变矩器离合器20，其在一定条件下有选择地接合以在发动机12和变速器输入轴18之间提供机械联接。
[0017]为将变速器14作为车辆的附属设备的动力源来使用，如图1中所示，将PTO单元22附接到变速器14上。该PTO单元22包括PTO输入轴24、PTO离合器26、和PTO输入元件如PTO输入齿轮28，该PTO输入齿轮28与取力器驱动元件如变速器14中的取力器驱动齿轮或者说PTO驱动齿轮30相啮合或相接合。这些驱动元件及输入元件可以是齿轮或任何其它合适的元件。
[0018]变速器PTO驱动齿轮30持续地联接到变速器输入轴18上。该变速器PTO驱动齿轮30与PTO输入齿轮28常啮合。PTO比率齿轮32通过PTO输入轴24而连接到PTO输入齿轮28上。PTO比率齿轮32与PTO输出齿轮常啮合，该PTO输出齿轮是PTO比率齿轮组件34的一部分。PTO离合器26用于有选择地将PTO输出齿轮组件34接合到PTO输出轴36上。因此，当应用PTO离合器26时，变速器PTO驱动齿轮30可操作地与PTO输出轴36相接合。该PTO设计的特点之一是能够提供多个机械传动比。这是通过在PTO比率齿轮和PTO输出齿轮上提供不同的齿数而实现的。
[0019]PTO输出轴36可被连接到产生液压能供车辆的附属装备使用的液压泵38上，或被连接到驱动轴或其它设施上以传递功率。备选地，可使用机电式促动器或电动液压式促动器(未示出)来有选择地将PTO输出轴36与变速器PTO驱动齿轮30相接合。备选地，可将PTO元件中的部分或全部放置在变速器14之内以代替将它们放置在单独的PTO单元22之内。任何其它适合用于接合该元件或齿轮的器件都可以被使用。
[0020]变速器14还包括行星齿轮装置，该行星齿轮装置用于将输入轴18有选择地联接到变速器输出轴40上。该行星齿轮装置包括三个互连行星齿轮组42，44，46以及由五个摩擦设备或离合器所组成的一套设备，这五个摩擦设备或离合器以C1，C2，C3，C4和C5作标识。输入轴18持续地驱动齿轮组42的太阳齿轮48，经由离合器C1有选择地驱动齿轮组44，46的太阳齿轮50，52，并经由离合器C2有选择地驱动齿轮组44的托架54。齿轮组42，44，46的环形齿轮56，58，60分别经由离合器C3，C4，C5而有选择地连接到地62上。变速器输出轴40将车辆的驱动轮联接到齿轮组46的托架64上。
[0021]该控制的电子部分主要体现在发动机控制模块(ECM)66和变速器控制模块(TCM)68中，它们在图1中显示成两个单独的模块。控制模块66和控制模块68两者都可以是基于微处理器的。ECM66根据发动机12所提供的控制变量来控制发动机功能的运行，而TCM68控制PTO离合器26。TCM 68的输入包括代表着变速器输入速度TIS的信号、代表着变速器输出速度TOS的信号和代表着发动机转速ES的信号。ECM 66经由连线70发送发动机扭矩信息(ET)到TCM 68。TCM 68经由连线72发送最大发动机扭矩信息(MAX ET)到ECM66。TCM 68经由连线74而发送PTO使能信号，允许激活PTO单元22。
[0022]在备选的实施例中，PTO单元22可以使用泵轮16a作为动力源。在这种情况下，PTO单元22以这样一种方式可操作地连接到变速器14上，即，允许PTO输入齿轮28与典型齿轮(未示出)相啮合或相接合，该典型齿轮可操作地连接到泵轮16a上。泵轮16a机械地以相同于发动机12的速度旋转，可操作地连接到其上的齿轮也是如此。
图2-流程图
[0023]图2是示意性的流程图，其显示了如下所述的取力器扭矩保护(PTOTP)程序200的步骤。首先，如框图202所示，在车辆控制器请求获得许可以运行图1中所选择的PTO单元22、或任何其它合适的PTO单元时，从控制器或一个或多个PTO开关中发送出激活请求。车辆可能具有不止一个PTO开关以操作多个PTO单元。这些PTO开关可独立地操作或者共同地操作。
[0024]该激活请求被发送到如框图204处所示的变速器控制模块(TCM)(例如图1中所示的68)上。来自于控制器或PTO开关的激活请求优选地通过SAE J1939数据链路协议消息进行发送。如同上面所提及的，电控车辆和电控发动机通常通过被称为数据链路的共享式通信路径而被互连。汽车工程学会(SAE)已将这种数据链路所使用协议标准化了，例如，用于重型车辆应用中的微电脑系统之间的串行数据通信的SAE J1939协议。
[0025]备选地，可通过将控制器或PTO开关连接到如框图204所示的变速器控制模块(TCM)上的分立导线来发送激活请求。以一定的使能条件得到满足为基础、或以允许PTO运行的可编程范围为基础来承认用于进行激活的许可。在该优选实施例中，当：(i)发动机转速在预定的界限之内；(ii)变速器输出速度在预定的界限之内；且(iii)发动机节气门开度在预定的界限之内时，使能条件得到满足(在图2中框图206中示出)。仅仅作为示例，该预定的界限可以下述方式设定：(1)发动机转速为900rpm或更低；(2)变速器输出速度为250rpm或更低；且(3)发动机节气门开度接近于零，也就是说，发动机处于怠速状态。预定的界限也可以设定为其它标准。
[0026]使能条件的个数和特性可根据请求信号的可用性、车辆制造厂商的偏好及其它因素而变化。其它的使能条件例子包括要求档位选择器应位于停车挡或空挡、或者发动机扭矩应低于某一阈值或者其它条件。在PTO单元运行期间，若使能条件或可编程范围被超越或者未得到满足时，PTO单元22会自动关闭。
[0027]接着，如框图208和框图210中分别所示的，变速器控制模块(TCM)将承认激活PTO单元22的许可的信号或拒绝激活该许可的信号发送回去。一旦该许可被承认，则通过可操作地将PTO输出轴36与变速器PTO驱动齿轮30相接合来激活图1中所示的PTO单元22。通过将相应的齿轮脱离接合来使图1中所示的PTO单元22不被激活。
[0028]接着，如框图212处所示，变速器控制模块(TCM)在将变速器控制模块(TCM)连接到发动机控制模块(ECM)(例如图1中所示的66)上的数据链路上广播最大限定扭矩值，也就是说，命令该发动机不要超越该最大限定扭矩值或用于PTO输入齿轮28的额定值(如图所示)。变速器控制模块(TCM)优选地利用SAE J1939数据链路协议来发送命令至ECM。ECM接收该命令，如框图214处所示。
最大限定扭矩值
[0029]该最大限定值是作为变速器PTO驱动齿轮30(在图1中示出)的额定值以及其它扭矩损耗来源的函数而计算得到的。导致扭矩损耗的来源包括，举例而言，在发动机12的前部进行旋转并导致扭矩耗散的风扇(未示出)或者在图1中的变速器14上的输入泵(未示出)。仅仅作为示例，如果变速器PTO驱动齿轮30的扭矩额定值为2501b-ft而各种来源总共导致10 1b-ft的扭矩损耗，在这种情况下用于发动机12的最大限定扭矩界限将会是260 1b-ft。
[0030]总的来说，本发明提供了一种将输送给变速器中的取力器驱动元件的发动机扭矩输出量保持在限定的界限之内的方法，该变速器能运行取力器装备，该方法包括：通过将取力器装备的输入元件与变速器中的取力器驱动元件相接合来激活取力器装备，其中该取力器驱动元件具有有限的扭矩额定值；接合取力器扭矩保护程序以保持输出到取力器驱动元件的发动机扭矩输出量在该取力器驱动元件的有限的扭矩额定值之内。
[0031]尽管已详细描述了用于实施本发明的最佳方式，但本领域的技术人员将会认识到，用于实施本发明的各种备选设计和实施例会落入所附权利要求范围内。

Claims (19)

1、一种用于在传动系中进行扭矩控制的装置，所述传动系具有能运行取力器单元的变速器和发动机，所述装置包括：
可有选择地操作的，以将取力器单元激活请求发送给所述传动系中的变速器控制模块的控制器；
能够接收所述取力器单元激活请求的变速器控制模块；而
其中，所述装置设置成可在所述取力器单元处于运行状态时防止所述发动机的扭矩超越最大限定扭矩值。
2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在静止的车辆运行期间而所述变速器挂空挡时，控制发动机扭矩以用于所述传动系。
3、根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置还包括可操作地连接到所述变速器控制模块上的发动机控制模块，所述发动机控制模块可通过连接着所述变速器控制模块和所述发动机控制模块的数据链路而接收来自于所述变速器控制模块的命令。
4、根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述取力器单元激活请求通过连接着所述变速器控制模块和所述发动机控制模块的所述数据链路从所述控制器发送到所述变速器控制模块。
5、根据权利要求2所述的装置，其特征在于，当至少一个使能条件得到满足时，所述取力器单元被激活。
6、根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
在所述变速器中的变速器取力器驱动齿轮，所述取力器驱动齿轮联接到所述变速器上的输入轴处；
与所述取力器驱动齿轮相接合的取力器输入齿轮；
连接到所述取力器单元中的取力器输出轴处的取力器离合器，其中，通过可操作地接合所述变速器取力器驱动齿轮与所述取力器输出轴来激活所述取力器单元。
7、根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
通过取力器输入轴而连接到所述取力器输入齿轮上的取力器比率齿轮；
可操作地连接到所述取力器比率齿轮处的输出齿轮组件；而
其中所述取力器离合器有选择地将所述输出齿轮组件接合到所述取力器输出轴上，由此可操作地将所述变速器取力器驱动齿轮接合到所述取力器输出轴上。
8、根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
可操作地连接到所述取力器输出轴处的液压泵，以产生供附接到所述取力器单元上的装备所使用的动力。
9、根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
可操作地连接到所述取力器输出轴处的驱动轴，以产生供附接到所述取力器单元上的装备所使用的能量。
10、根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述变速器控制模块在连接着所述变速器控制模块和所述发动机控制模块的所述数据链路上广播所述最大限定扭矩值，命令所述发动机不要超越所述最大限定扭矩值。
11、根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述最大限定值是作为所述取力器驱动齿轮的齿轮额定值的函数而计算得到的。
12、根据权利要求11所述的装置，其特征在于，当所有下列内容得到满足时，所述使能条件被建立：(i)发动机转速在预定的界限之内；(ii)变速器输出速度在预定的界限之内；且(iii)发动机节气门开度在预定的界限之内。
13、一种用于在具有能运行取力器单元的变速器和发动机的传动系中进行扭矩控制的装置，该装置包括：
可有选择地操作的，将取力器单元激活请求发送给所述传动系中的变速器控制模块的控制器；
能够接收所述取力器单元激活请求的变速器控制模块；以及
可操作地连接到所述变速器控制模块上的发动机控制模块，所述发动机控制模块可通过连接着所述变速器控制模块和所述发动机控制模块的数据链路而接收来自于所述变速器控制模块的命令；
其中，所述装置被进行设置，以在所述取力器单元处于运行状态时防止所述发动机的扭矩超越最大限定扭矩值。
14、根据权利要求13所述的装置，其特征在于，在静止的车辆运行期间而所述变速器挂空挡时，为所述传动系进行发动机扭矩控制。
15、一种用于在具有能运行取力器单元的变速器和发动机的传动系中对发动机所输出的扭矩进行控制的方法，该方法包括：
通过可有选择地操作的控制器向所述传动系中的变速器控制模块发送取力器单元激活请求；
当至少一个使能条件得到满足时，激活所述取力器单元；以及
执行程序以防止所述发动机扭矩超越最大限定值。
16、根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述程序包括：
计算最大限定扭矩值；以及
通过数据链路由所述变速器控制模块向所述传动系中的发动机控制模块广播所述最大限定扭矩值，所述数据链路连接着所述变速器控制模块和所述发动机控制模块。
17、根据权利要求16所述的方法，其特征在于，
利用连接到取力器输出轴处的取力器离合器来可操作地将所述取力器输出轴与所述变速器内的取力器驱动齿轮相接合，从而激活所述取力器单元；并且
所述取力器驱动齿轮联接到所述变速器上的输入轴处。
18、根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述最大限定扭矩值是作为所述变速器中的所述取力器驱动齿轮的齿轮额定值的函数而计算得到的。
19、根据权利要求18所述的方法，其特征在于，当所有下列内容得到满足时，所述使能条件被建立：(i)发动机转速在预定的界限之内；(ii)变速器输出速度在预定的界限之内；且(iii)发动机节气门开度在预定的界限之内。
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