CN101403422B - 高频防锁离合器系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及高频防锁离合器系统及方法。具体地，一种离合器组件包括控制器、多个振动传感器、包含具有摩擦界面的润滑离合器组合件的离合器壳、响应于控制器发出的电流指令并可操作地施加压缩力于所述离合器组合件的离合器活塞、以及构造成产生至少一个高频振荡并把该高频振荡传递到摩擦界面的高频振荡源，其中控制器可操作地检测离合器震颤并响应于该震颤激活该源从而把离合器震颤最小化。该源包括高频硬件，并产生不同的直接施加到离合器壳的或直接施加到用于离合器的电流指令的高频振荡。减少离合器震颤的方法包括：设定阈值离合器震颤振幅，检测离合器震颤，当检测到的震颤超过阈值时，施加高频振荡于摩擦界面，从而使离合器震颤最小化。

Description

高频防锁离合器系统及方法
技术领域
本发明涉及一种具有浸油离合器组合件的防锁离合器系统，该离合器组合件有至少一对在其中形成摩擦界面的配对离合器片，该防锁离合器系统构造成把高频(HF)振荡传递到该摩擦界面以便使离合器振动或震颤减至最小。
背景技术
在汽车变速器中，离合器组件或离合器通常被用来传输两个完全不同的旋转件(如发动机曲轴和变速器传动轴)之间的转动或转矩。标准的摩擦型离合器通常包括共同组成离合器组合件的一系列交替作用的摩擦片和反应片，该离合器组合件设置在包含在外部离合器壳中的离合器鼓内。摩擦片通常包括由粗糙摩擦材料制成的层或表面涂层，该层或表面涂层被粘合到或附加到该摩擦片的主要接触表面，而反应片通常包括被构造成在摩擦离合器处于接合状态时与摩擦片相对的相对平滑的接触表面。通过施加致动力(比如由传动泵提供的可控制的液压力)来接合摩擦型离合器。这种用于离合器的力致动应用机构，比如用于离合器的活塞，以便把离合器组合件的各种摩擦片和反应片压缩或强压到一块。一旦被压缩，交替作用的离合器片由于用于离合器的力和摩擦材料共同作用形成的相当大的摩擦力而联锁在一块，从而允许离合器片一起旋转。
摩擦离合器可以是干片式离合器，也可以是湿片式离合器，湿片式或流体润滑式摩擦离合器由于加压的润滑流体的冷却性质而提供增强的热力性能。在湿片式离合器中(该湿片式离合器可以是，例如，换档离合器，变扭器离合器，限滑差速器，或其他润滑离合装置)，通过使加压流体(比如传动液体或油)在配对的离合器表面周围通过或引导通过所述离合器表面来散掉在摩擦界面附近由摩擦力产生的热量，从而实现增强的热力性能。在高温时，或是在施加高压时，和/或在形成摩擦界面的相对表面之间的低相对速度或低滑动速度时，可能有很少甚至没有分隔开相对的表面的剩余流体膜。在摩擦界面处短暂缺少润滑可能导致相对表面或摩擦元件之间产生很强的局部粘接，因此可能在摩擦界面处的摩擦系数中出现尖峰。当这种摩擦的变化与滑动速度的变化相关时，该效应可机械地近似为负阻尼，该效应可结合现有的动力系共振在某种车辆操作条件下产生再生的、通常显著的且不良的离合器“震颤”或“打颤”。
为了减少或最小化离合器的震颤，摩擦改良剂或边界润滑添加剂常被添加到润滑剂中。但是，这些摩擦改良剂可能很贵，而且随着时间的流逝会耗尽，需要经常加以补充。而且，扩大离合器，或增加较大的离合器阻尼器可能也有助于减轻离合器的震颤，但是由于使用较大的装置而增加了成本，尺寸和/或重量，这些方案通常并不是最合适的。
发明内容
因此，提供一种离合器组件，该离合器组件包括一对在其中形成摩擦界面的离合器片，并且包括控制器，至少一个构造成检测离合器振动的传感器，以及高频振荡的可控制源，其中该控制器构造成响应该传感器来激活该高频振荡源，从而施加高频振荡于摩擦界面以使离合器振动最小化。
根据本发明的一个方面，该源包括高频硬件，该高频振荡包括多个不同的高频振荡，其中每个都具有不同的振幅和频率。
根据本发明的另一个方面，该高频硬件被构造成把多个不同的高频振荡传递给离合器壳。
根据本发明的另一个方面，可控制的离合器致动装置响应于控制器发出的电流指令，其中所述的高频振荡源被构造成把至少一个高频振荡施加于该可控制的离合器致动装置。
根据本发明的另一个方面，该高频振荡是添加到用于该离合器致动装置的电流指令的交流分量。
根据本发明的另一个方面，润滑离合器组件包括：控制器，多个振动传感器，至少部分包括具有至少一个摩擦界面的润滑离合器组合件的离合器壳，响应于控制器发出的电流指令并响应于该电流指令可操作地施加压缩力于该离合器组合件的液压致动离合器活塞，以及振荡源，该振荡源构造成响应于该控制器产生至少一个高频振荡并把该振荡传递到摩擦界面，其中，该控制器可操作地检测离合器组件的震颤并响应于该震颤激活该振荡源从而把离合器震颤最小化。
本发明的另一个方面提供了一种减少离合器震颤的方法，该方法用于具有控制器和设置于离合器壳中的离合器组合件的离合器，该离合器组合件中具有至少一个摩擦界面，该离合器可响应于控制器发出的电流指令而致动，该方法包括：设定阈值离合器震颤频率和振幅，检测离合器震颤，以及当检测到的离合器震颤超出该阈值时施加高频振荡于摩擦界面，从而使离合器震颤最小化。
从下面的本发明最佳实施方式的详细描述并结合附图可知，本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点是显而易见的。
附图说明
图1是关于本发明中的离合器组件的摩擦系数(μ)和滑动速度(v)之间的关系的示意性图解视图；
图2A是本发明可使用的代表性离合器组合件的示意性分解透视图；
图2B是离合器片表面粗糙的示意性图解视图；
图3是本发明中离合器组件的一部分的局部剖面侧视图；
图4A是本发明的示意性图解视图，示出了施加于摩擦界面的高频(HF)振荡对摩擦系数(μ)和滑动速度(v)之间关系的影响；
图4B是本发明的另一示意性图解视图，示出了施加于摩擦界面的另一个高频(HF)振荡对摩擦系数(μ)和滑动速度(v)之间关系的影响；
图5是描述本发明的方法或算法的流程图。
具体实施方式
参考附图，其中相同的附图标记在几个附图中对应于相同或相似的部件，在图1中示出了示意性图解视图或曲线10，该视图或曲线10描述了两配对离合器片在其间形成的摩擦界面处出现在该两配对离合器片之间的摩擦系数(μ)和滑动速度(v)之间的相对关系。正如在本文中所用的，术语“摩擦系数”通常表示两物体(即浸油离合器组合件中的两个相对的离合器片)间的摩擦力和将所述两个物体或离合器片压挤在一起的力的比。例如，如图2A所示，代表性离合器组合件15包括摩擦片18和相对的反应片21，摩擦材料19在该摩擦片18的两边粘结或附加于该摩擦片18，摩擦界面27表示各个片18，21的配对表面。在透视图2A中，只能看见摩擦片18的一个表面，但如前面所述，相反的或相对的表面(未示出)最好优选地同样由摩擦材料19构成。该离合器组合件15也可以采用交替的单一离合器片(未示出)的形式，每个单一离合器片具有粘结到两边的摩擦材料19，或者该离合器组合件15采用形成摩擦界面27的离合器片的其他任何组合的形式，该摩擦界面27具有相对的表面，这两个表面之间具有摩擦系数(μ)。
再回到图1，曲线10上的点A通常表示具有相对较高滑动速度(v)(即配对离合器片的转动速度之间的差别)和摩擦系数(μ)时的情况。该情况通常出现在流体动力润滑为主的润滑状态下，或出现在相对较厚的润滑流体层或润滑流体楔形成在旋转物体(如离合器组合件15(见图2A)的离合器片18，21)之间的润滑状态下。从点A开始沿曲线10前移，滑动速度(v)逐渐下降到点B，在这一点上，表面粗糙18A和21A(见图2B)，即配对的离合器片表面18和21的粗糙轮廓，分别开始从变薄的油楔浮出或“透入”，并逐渐直接彼此接触。根据本领域普通技术人员的理解，膜厚度的降低也有可能是由于温度的升高，粘度的变化，和/或施加的压力的上升或提高。
回到图2B，图2B描述了代表性的表面粗糙18A和21A，表面粗糙18A和21A的高度由Y轴表示，宽度由X轴表示。随着表面粗糙18A和21A开始直接彼此接触，很强的粘接23在它们之间形成，并随着相对速度和滑动速度(v)继续下降，造成摩擦系数(μ)急剧上升或出现尖峰。这种急剧上升或尖峰在图1中的曲线10上表示为在点C处(即，在零滑动速度(v)处)具有最大幅度的阴影区域14。区域14中幅度12的降低有效地降低了觉察到的离合器振动或震颤的量或程度。所以，如下面所述，打破在边界润滑条件下形成在表面粗糙18A，21A之间的粘结23有效地拉平或减小了幅度12，因此这是本发明的目标。
在离合器开始震颤之前或震颤期间，把高频(HF)振动或振荡直接或间接传递给摩擦界面27(同见图2A)有助于打破粘接23。虽然一定程度的流体动力润滑仍然存在于摩擦界面27，也就是说，在摩擦界面27内仍然有一定水平的膜厚度，但是叠加在图1中的标称速度轮廓或曲线10上的适当选择的高频振荡分量会沿v方向有效地进一步地拉平，“拖尾”，或过滤曲线10。此结果很好地在图4A中表示为，阴影区域114代替了图1中的阴影区域14，并且由于表面粗糙18A和21A的相对运动(由图2B中的箭头22所表示)形成的“拖尾(smearing)”效应在所述粗糙之间产生膜厚度。
随着膜层和油楔继续变薄，表面粗糙18A和21A(见图2B)进行直接、非润滑的接触，并且边界润滑条件开始出现。当在边界润滑状态下操作时，引入适当选择的高频分量或振荡迫使或导致更大数量的表面粗糙18A，21A在速度周期的高滑动部分(即，曲线10的点B左侧的部分)被越过或“跳过”。这种“跳跃效应(skip effect)”在滑动速度(v)接近零时更为显著。适当施加的高频分量的结果在图4B中表示为点C’和点B’之间形成的阴影区域214。
现在转向图3，用剖面侧视图表示的代表性离合器组件20包括旋转轴线17，以及离合器壳28，该离合器壳包括把用于离合器的腔34和主腔35分开的液压致动的用于离合器的活塞30。为简单起见，相对于该旋转轴线17只示出了对称离合器组件20的一半。该用于离合器的活塞30优选地被设置或放置在该用于离合器的活塞30和基本上固定的平衡活塞38之间的复位弹簧37偏压，如箭头FR所示，该复位弹簧37有适当的复位力。加压流体11从可控制源或泵13(比如正排量泵)通过流体通道16注入到该用于离合器的腔34中。根据包括存储器39的控制器32的要求可变化地、选择性地控制该泵13。该用于离合器的活塞30可与离合器组合件15接合，如前文所述，该离合器组合件包括至少一个反应片21和至少一个摩擦片18，两个片18，21或其中一个具有摩擦材料或表面19(同见图2A)。随着加压流体11被注入或导入该用于离合器的腔34，该用于离合器的活塞30通过滑动或移动与该离合器组合件15接合，把相应的片18和21挤压在一起。然后，该摩擦材料19放缓或停止完全不同的活动片18和21以和该离合器组合件15完全接合，例如允许变速调档。
在一个实施例中，通过仔细地选择由箭头HFA表示的交流(AC)分量，以及把该交流分量HFA添加到控制由图3中的箭头FA表示的用于离合器的压力的电流指令(i)，从而可以减少离合器震颤。所以，控制器32优选地构造成执行包含或编程在一个或多个软件和/或固件程序(未示出)中的方法或算法105，从而优选使用一个或多个可操作地与变速器和离合器组件20的选定部分相连的振动传感器41快速地检测和/或确定即将出现的或已存在的离合器震颤状况的有无，然后通过该用于离合器的活塞30施加交流分量HFA，从而该用于离合器的活塞30以预定的频率振动或谐振。或者，离合器震颤状况在生产车辆之前(例如在建模，研究，开发，和/或试制测试的过程中)已被检测和量化，并在车辆的操作过程中，通过所述的用于离合器的活塞30连续施加预定的交流分量HFA。
在第二个实施例中，高频振动硬件40可操作地连接到该离合器组件20，优选地直接连接到离合器壳28，以便施加高频分量HFB，高频振动硬件40通过该控制器32被变化地控制。高频振动硬件优选地包括能够产生和传递高频振荡或振动到该离合器壳28的多个可同时控制的振动源，每个振动源都有不同的频率从而产生噪音信号，而不是单音信号，且该振动源与离合器壳28相连，比如外部离合器壳或变矩器盖。通过这种装置，可以移除离合器阻尼器(未示出)以抵消与交替高频振动硬件40相关的任何硬件成本和附加重量/空间。或者，正如第一实施例中所述，离合器震颤状况在车辆生产之前就被检测和量化，在车辆操作过程中，通过高频振动硬件40连续施加预定的振荡或振动HFB。
此外，一种把离合器震颤最小化的方法由图5中的算法105示出，该算法优选地存储或编程在控制器32的存储器39中(见图3)。在算法105的步骤110中，为简单起见称为[A]S阈值的阈值震颤振幅被设定或被编程在存储器39中。首先通过确定给定车辆设计所允许的或容许的离合器震颤的最大量或最高程度，来优选地选择该震颤阈值振幅。步骤110可以是制造厂家可编程序变量，比如可在试制车辆测试和/或车辆校准中确定，或随意由用户选择以输入到存储器39中。一旦步骤110完成，算法105继续运行到步骤112。
在步骤112中，控制器32使用振动传感器41检测离合器组件20(见图3)及其相关的液压装置的固有频率，为简单起见称为变量[F]C。为了简化控制器32的设计和/或程序的复杂性，有效地等同于动力系(未示出)的固有频率的[F]C，利用车辆原型，和/或校准车辆，可以交替地通过建模或模拟由推理确定，并被存储到存储器39中。算法105继续运行到步骤114。
在步骤114中，控制器32利用振动传感器41，检测发生在相对较低的滑动速度情况下(见图1)的任何离合器振动或震颤的振荡振幅，为简单起见，下文称之为变量[A]S。然后该量被存到存储器39中，算法105继续运行到步骤116。
在步骤116中，控制器32把上一步骤存储的震颤幅值[A]s与存储的阈值[A]S THRESHOLD(见步骤110)相比较。如果[A]S大于或等于[A]S THRESHOLD，算法105继续运行到步骤118。但如果[A]S小于阈值[A]S THRESHOLD，算法105重复步骤114和116.
在步骤118中，如前文中讨论的，控制器32发起高频振动或振荡并将其施加于离合器组件20或施加在该离合器组件20内。优选地，存储的离合器组件的固有频率值或[F]C(见步骤112)被用作所施加的频率的近似下边界或下限，以在摩擦界面27(见图2A、2B和3)处的滑动速度(v)中产生显著的响应。更准确地说，应该避免紧密限制[F]C的频率范围以防激发谐振系统产生再生响应。本领域技术人员可以理解，可以通过测试和/或校准为给定的离合器组件确定最优的下边界，该最优下边界可能根据离合器组件和相关动力系的特殊设计的变化而变化。但是，其他下边界也可以在本发明范围内使用，只要施加的高频振荡如前文所述足以打破粘接23(见图2B)，却仍然有足够低的振幅以不被车里的乘员所发觉。另外，应该对上边界加以选择以不会不利地影响离合器致动装置的性能，比如用于离合器的活塞30(见图3)，也就是说，注意给定致动器的带宽限制。所以，施加的高频振荡的最优波形最终依赖于给定车辆和动力系的具体设计特点。
或者，在某些情况下，可以优先选择在检测到震颤之前引发高频振动，并不断地施加高频振荡于离合器组件20，以便防止首先引发震颤，并防止震颤随后再生性地自身积累。在这种选择下，步骤110，112和114将在车辆生产之前被实施，步骤110优选地把[A]S THRESHOLD设定在低水平或接近于零的水平，以保证在车辆发动后能继续或持续地施加高频分量。这样，步骤114总是立即运行到步骤118，即，在车辆发动后继续或持续地以适于把预定的震颤状况最小化的预定的频率和振幅HFA和/或HFB施加高频振荡。
虽然已经详细地描述了本发明的最佳实施方式，但本领域技术人员在所附的权利要求的范围内会想到实施本发明的不同的替代性设计和实施例。

Claims (13)

1.一种离合器组件，包括一对能在其间形成摩擦界面的可致动离合器片，该离合器组件还包括：
控制器；
至少一个传感器，构造成检测所述离合器组件的震颤；和
高频振荡的可控制源；
其中，所述控制器构造成响应检测到的震颤来激活所述源，从而施加至少一个高频振荡于所述摩擦界面，以使检测到的震颤最小化。
2.根据权利要求1所述的离合器组件，其特征在于，所述可控制源包括高频硬件，而且其中所述至少一个高频振荡包括多个不同的高频振荡，每个都有不同的振幅和频率。
3.根据权利要求2所述的离合器组件，其特征在于包括离合器壳，其中所述高频硬件构造成把所述多个不同的高频振荡直接传递到所述离合器壳。
4.根据权利要求1所述的离合器组件，其特征在于包括响应所述控制器发出的电流指令的可控制离合器致动装置，其中所述高频振荡的可控制源构造成施加所述至少一个高频振荡于所述可控制离合器致动装置。
5.根据权利要求4所述的离合器组件，其特征在于，所述至少一个高频振荡是添加到所述电流指令的交流分量。
6.一种润滑离合器组件，包括：
控制器；
多个振动传感器；
离合器壳，至少部分地包含具有至少一个摩擦界面的润滑离合器组合件；
液压致动的离合器活塞，所述离合器活塞响应所述控制器发出的电流指令，并可操作地响应所述电流指令对所述离合器组合件施加压缩力；和
振荡源，所述振荡源构造成响应所述控制器产生至少一个高频振荡，并把所述振荡传递给所述摩擦界面；其中，所述控制器可操作地检测所述润滑离合器组件的震颤并可操作地响应所述震颤激活所述振荡源以使检测到的所述震颤最小化。
7.根据权利要求6所述的离合器组件，其特征在于，所述振荡源包括高频硬件，并且其中所述的至少一个高频振荡包括多个高频振荡，每个具有不同的振幅和频率。
8.根据权利要求6所述的离合器组件，其特征在于，所述高频振荡直接施加到所述离合器壳。
9.根据权利要求6所述的离合器组件，其特征在于，所述振荡源构造成把具有预定频率和振幅的至少一个高频交流分量施加到所述电流指令，以使得所述离合器活塞以所述预定频率和振幅振动。
10.一种减少包括控制器和置于离合器壳中的离合器组合件的浸油离合器中的离合器震颤的方法，所述离合器组合件包括配对表面，所述配对表面在其间形成至少一个摩擦界面，所述浸油离合器可响应于所述控制器发出的电流指令而致动，该方法包括：
设定离合器震颤振幅阈值；
检测所述浸油离合器的离合器震颤；以及
当通过所述检测断定检测到的所述离合器震颤超过所述离合器震颤振幅阈值时，施加高频振荡于所述摩擦界面，从而把所述离合器震颤最小化。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于包括施加所述高频振荡于所述的离合器壳从而使所述离合器壳以所述高频振荡进行振动。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于包括添加所述高频振荡于所述电流指令。
13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述摩擦界面在低滑动速度期间形成互相粘接，该方法进一步包括感测所述滑动速度和施加所述高频振荡于所述摩擦界面从而打破所述互相粘接。
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